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功能材料內(nèi)容總結(jié) 功能材料的內(nèi)容總結(jié) 一、結(jié)構材料、功能材料答? 1、結(jié)構材料?傳統(tǒng)材料?利用材料的力學和理、化性質(zhì)?廣泛應用于機械制造、工程建設、交通運輸?shù)雀鱾€工業(yè)部門的材料。 2、功能材料?新材料?具有特殊的電、磁、光、熱、聲、力、化學性能和生物性能及其互相轉(zhuǎn)化的功能?不是被用于結(jié)構目的?而是用以實現(xiàn)對信息和能量的感受、計測、顯示、控制和轉(zhuǎn)換為主要目的的高新材料。 二、形狀記憶效應?SME?答?在研究Ti-Ni合金時發(fā)現(xiàn)?原來彎曲的合金絲被拉直后?當溫度升高大一定值時?它又恢復到原來彎曲的形狀。 人們把這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應。 Shape MemoryEffect。 形狀記憶原理早期?產(chǎn)生形狀記憶效應的條件?1?馬氏體相變是熱彈性的?2?馬氏體點陣的不變切變是孿生?即亞結(jié)構為孿晶?3?母相和馬氏體均為有序結(jié)構。 后來?Fe-Mn-Si合金?馬氏體相變半熱彈性?母相無序?也有形狀記憶?某些陶瓷材料、高分子材料也有形狀記憶效應?機理與金屬不同。 ?在相變過程中?只有形成單變體馬氏體并排除其他阻力?材料經(jīng)過馬氏體相變及其逆相變?就會表現(xiàn)出形狀記憶效應。 形狀記憶效應的三種形式?單向形狀記憶效應?將母相冷區(qū)或加應力?使之發(fā)生馬氏體相變?然后使馬氏體發(fā)生塑性變形?改變其形狀?再加熱到As以上?馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變?溫度升至Af點?馬氏體完全消失材料完全回復母相形狀。 一般?形狀記憶效應都是指該種效應。 ?雙向形狀記憶效應?有些形狀記憶合金在加熱發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)變時?對母相有記憶效應?當從母相再次冷卻為馬氏體時?還回復原馬氏體的形狀?這種現(xiàn)狀稱為-。 ?全方位形狀記憶效應?在冷熱循環(huán)過程中?形狀回復到與母相完全相反的形狀?成為-。 如?Ti-Ni合金系。 三、兩塊超導體組成約瑟夫森結(jié)、第二類超導體答?超導體的另外一個重要應用是制造約瑟夫森器件?約瑟夫森器件的原理就是所謂的約瑟夫森效應兩塊超導體之間點接觸?或者通過正常導電膜或絕緣膜接觸?形成弱連接?則超導體中的庫伯對可以隧道效應穿過。 ?第I類超導體第I類超導體主要包括一些在常溫下具有良好導電性的純金屬?如鋁鋅、鎵、鎘、錫、銦等?該類超導體的溶點較低、質(zhì)地較軟?亦被稱作“軟超導體”。 其特征是由正常態(tài)過渡到超導態(tài)時沒有中間態(tài)?并且具有完全抗磁性?由于其臨界電流密度和臨界磁場較低?沒有很好的實用價值。 ?第II類超導體除金屬元素釩、锝和鈮外?第II類超導體主要包括金屬化合物及其合金。 與第一類超導體的區(qū)別是:?第II類超導體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)時有一個中間態(tài)?混合態(tài)?第II類超導體的混合態(tài)中有磁通線存在?而第I類超導體沒有?第II類超導體比第I類超導體有更高的臨界磁場、更大的臨界電流密度和更高的臨界溫度。 四、半導體微結(jié)構材料答?半導體異質(zhì)結(jié)、超晶格和量子阱材料統(tǒng)稱為半導體微結(jié)構材料。 由兩種不同的半導體材料組成的結(jié)稱為異質(zhì)結(jié)。 兩種或兩種以上不同材料的薄層周期性地交替生長?構成超晶格。 當兩個相同的異質(zhì)結(jié)背對背接起來?構成量子阱。 元素半導體大約有十幾種處于AA族金屬與非金屬的交界處如Ge、Si、Se、Te二元化合物半導體?A-A(AlP)、B-A?CdS?、A-A?SiC?、A-A?GeS?、A-A?AsSe3?多元化合物半導體?B-A-?A?2如?AgGeTe 2、B-VA-?A?2如?AgAsSe 2、?IB?2-B-IVA-?VIA?4. 五、重要軟磁材料、稀土永磁合金答?重要軟磁材料?電工用純鐵、電工用硅鋼片、鐵鎳合金與鐵鋁合金、非晶態(tài)合金。 稀土永磁材料是稀土元素與過渡族金屬Fe、Co、Cu、Zr等或非金屬元素B、C、N等組成的金屬間化合物。 六、激光材料中的紅寶石機制答?受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是激光。 紅寶石激光晶體?Al2O3:Cr3+?它是世界上第一臺固體激光器工作物質(zhì)。 它是由剛玉單晶為基質(zhì)?摻入Cr3+激活離子所組成的。 剛玉為六方晶系?Cr原子的外層電子為3d54s1?將Cr原子摻雜至剛玉晶格中去后?Cr原子失去3d24s1三個電子只剩下3d3三個外層電子?成為Cr3+。 譬如說用氙光燈的強可見光照射到紅寶石晶體上?Cr3+離子的d電子從基態(tài)4A2激發(fā)到較高的激發(fā)態(tài)4F 1、4F2能級。 這些能級上的電子通過非輻射過程很快回到稍低一些的能級2E。 2E激發(fā)態(tài)能級的壽命非常長?約為510-3秒。 這意味著有足夠的時間可以將這種激發(fā)狀況普遍化。 從能級2E回到基態(tài)就產(chǎn)生激光。 紅寶石的主要優(yōu)點是晶體的物化性能很好?材料堅硬穩(wěn)定?導熱性好?抗破壞能力高?對泵浦光的吸收特性好。 可在室溫獲得0.6943um的可見激光振蕩?主要缺點是屬三能級結(jié)構?產(chǎn)生激光的闕值較高。 七、光纖的定義、特點答?是一種能利用光的全反射作用來傳導光線的透明度極高的玻璃纖維。 它不僅具有束縛和傳輸從紅外到可見光區(qū)域的光的功能?而且也j具有傳感功能。 光纖的導光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)。 sinQ1/sinQ2=n2/n1光纖的特點? 1、傳輸安全。 不會產(chǎn)生電磁脈沖?輻射或任何可以探測到的能量。 2、不受外面因素影響?如電磁波、閃電、輻射噪聲、相鄰電纜。 3、光纜與銅導線相比體積小?重量輕?高帶寬?長距離傳輸?不會報廢?故障檢測容易 4、安全。 不攜帶電流?不產(chǎn)生熱、火花?在爆炸危險場合十分理想。 八、壓電體答?受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。 壓電效應的機理是?具有壓電性的晶體對稱性較低?當受到外力作用發(fā)生形變時?晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合?導致晶體發(fā)生宏觀極化?而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影?所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷。 反之?壓電材料在電場中發(fā)生極化時?會因電荷中心的位移導致材料變形。 ?逆壓電效應? 九、光電效應答?物質(zhì)在受到光照后?往往會引發(fā)其某些電性質(zhì)的變化?這一現(xiàn)象稱光電效應。 光電效應主要有光電導效應、光生伏特效應和光電子發(fā)射效應三種。 前兩者在物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生。 光電導效應?物質(zhì)在受到光照射作用時?其導電率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象?成為光電導效應。 光生伏特效應?如果光照到半導體的p-n結(jié)上?則在p-n結(jié)兩端會出現(xiàn)電勢差?p區(qū)為正極?n區(qū)為負極?這一電勢差可以用高敏電阻的電壓表測量出來?這種效應稱為光生伏特效應。 十、氣敏陶瓷答?氣敏陶瓷的電阻值將隨其所處環(huán)境的氣氛而變。 不同類型的氣敏陶瓷?將對某一種或者某幾種氣體特別敏感?其阻值將隨該種氣體的濃度作有規(guī)則的變化。 氣敏陶瓷一般都是某種類型的金屬氧化物?通過摻雜或非化學計量比的改變而使其半導化。 十一、生物材料答?生物材料是用于與生命系統(tǒng)接觸和發(fā)生相互作用的?并能對其細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復或誘導再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料?又稱生物醫(yī)用材料。 對生物材料的要求是?對于人體組織無刺激性?無毒副作用?無致癌性。 接觸人體各種體液?唾液、淋巴液、血液?時?應有良好的耐蝕性。 具有必要的強度、耐磨性和耐疲勞性能。 與生物體組織、與血液有相容性 十二、人工皮膚?哪些材料可以做人工皮膚?功能皮膚材料答?皮膚創(chuàng)傷修復材料和損傷皮膚的替代品?可以使皮膚大面積或深度燒傷的患者?在自體皮不夠的情況下?進行修復治療并使之恢復因皮膚創(chuàng)傷喪失的生理功能。 理想的皮膚修復材料?a.無毒、無刺激、不會引起免疫反應?b.具有相容性以及類似天然皮膚的透濕性、柔軟性和潤濕性?c.能與創(chuàng)面組織緊貼?起到防止創(chuàng)面的水分、體液損失和吸收創(chuàng)面滲出液的作用?d.易于在皮膚愈合后自動脫落、易于消毒的材料。 主要使用的材料?分為合成高分子材料和生物高分子材料?合成高分子材料?尼龍、聚酯、聚丙烯等合成纖維?聚氨酯、聚四氟乙烯等多孔膜生物高分子材料?一類是同種異體或異種組織?如人或動物的羊膜、腹膜和皮膚?另一類是膠原蛋白?促進再生?。 十三、納米材料?0維、1維、2維略?納米材料特異效應答?納米材料是至少在一維上受到納米尺度調(diào)制的各種固體材料。 1、表面效應粒子直徑減少到納米級?不僅引起表面原子數(shù)的迅速增加?而且納米粒子的表面積、表面能都會迅速增加。 這主要是因為處于表面的原子數(shù)較多?表面原子的晶場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同所引起的。 表面原子周圍缺少相鄰的原子?有許多懸空鍵?具有不飽和性質(zhì)?易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來?故具有很大的化學活性?晶體微?；橛羞@種活性表面原子的增多?其表面能大大增加。 2、小尺寸效應隨著顆粒尺寸的量變?在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。 由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應。 對超微顆粒而言?尺寸變小?同時其比表面積亦顯著增加?從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。 3、特殊的磁學效應 4、特殊的力學效應陶瓷材料在通常情況下呈脆性?然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。 因為納米材料具有大的界面?界面的原子排列是相當混亂的?原子在外力變形的條件下很容易遷移?因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性?使陶瓷材料具有新奇的力學性質(zhì) 5、量子尺寸效應指納米粒子尺寸下降到一定值時?費米能級附近的電子能級由連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象。 這一效應可使納米粒子具有高的光學非線性、特異催化性和光催化性質(zhì)等。 6、宏觀量子隧道效應微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。 近來年?人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量?例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應?它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化?故稱為宏觀的量子隧道效應MQT?Macroscopic QuantumTunneling?。 這一效應與量子尺寸效應一起?確定了微電子器件進一步微型化的極限?也限定了采用磁帶磁盤進行信息儲存的最短時間。 納米碳管的主要應用?納米碳管的特殊結(jié)構決定了它在納米物理學、話足額、量子電子學中有廣泛的應用前景。 納米碳管可形成不同帶寬的半導體?也可形成金屬?可制作電容器開關電路中的傳感器等納米電子