2011_材料物理_D4
材料物理性能课后习题答案_北航出版社_田莳主编
材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。
（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。
（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。
（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。
（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。
材料物理与化学考试题库
材料物理与化学考试题库一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的微观结构主要包括哪些类型？A. 晶体结构B. 非晶体结构C. 纳米结构D. 所有以上2. 下列哪个不是材料的力学性能指标？A. 硬度B. 弹性模量C. 断裂韧性D. 导热系数3. 材料的热膨胀系数是指什么？A. 材料在受热时体积变化的比率B. 材料在受热时长度变化的比率C. 材料在受冷时体积变化的比率D. 材料在受冷时长度变化的比率4. 材料的导电性能通常由哪个因素决定？A. 材料的化学成分B. 材料的晶体结构C. 材料的电子结构D. 所有以上5. 以下哪个是半导体材料的主要特性？A. 导电性高于绝缘体B. 导电性低于导体C. 导电性随温度升高而降低D. 导电性随温度升高而增加6. 材料的疲劳寿命是指什么？A. 材料在持续加载下破坏的时间B. 材料在持续加载下不破坏的时间C. 材料在单次加载下破坏的时间D. 材料在单次加载下不破坏的时间7. 材料的化学稳定性是指什么？A. 材料对环境的适应性B. 材料在化学作用下的稳定性C. 材料在物理作用下的稳定性D. 材料在生物作用下的稳定性8. 材料的光学性质通常由哪些因素决定？A. 材料的折射率B. 材料的反射率C. 材料的透光性D. 所有以上9. 以下哪个是金属材料的主要特性？A. 良好的导电性B. 良好的延展性C. 良好的热导性D. 所有以上10. 材料的腐蚀是指什么？A. 材料在化学作用下的破坏B. 材料在物理作用下的破坏C. 材料在生物作用下的破坏D. 材料在热作用下的破坏二、填空题（每题2分，共20分）11. 材料的微观结构通常包括________、________和________。
12. 材料的力学性能指标主要包括硬度、弹性模量、断裂韧性和________。
13. 材料的热膨胀系数是指材料在________时长度或体积变化的比率。
14. 材料的导电性能通常由材料的________和________决定。
材料物理性能
本课实行点名 7次不到取消考试资格
第1-2次不到考试成绩扣1分/每次 第2-4次不到考试成绩扣1.5分/每次 第5-6次不到考试成绩扣2分/每次
本课无实验。
第二章材料的热学性质
• 主讲：龙毅
解答问题邮箱地址 shallytiger2000@
2.1概论
• 材料主要的热性能参数有哪些？ • （1）热容：材料升高一度所需要的热量。 • （2）热膨胀系数：当温度变化1度（单位：K）时， 物质尺寸（或体积）的变化率。其单位是1/K。
1 E i n n 2
• 为了找出与所有晶格振动联系的晶体内能，还需要 考虑在各种频率有多少模式，即在波矢空间里频率 为ω 至ω +dω 包含的模式数，设ρ (ω )是单位频率 内的模式数，那么， ρ (ω )dω 是dω 范围内的模 式数。一摩尔固体晶格振动的内能是：
( q ) E ( ) d E 0 0 ( q ) exp 1 kT
材料的物理性能 第1章前 言
材料科学与工程是关于
材料的成分与结构（composition and structure）、
合成与加工（synthesis and processing）、
性质（proporties）
与服役性能（performance）这四个要素、
以及它们两两之间的互相联系的学科。
本课程中，材料的性能是指“材料性质”。它 是材料科学与工程学科的四个基本要素之一。 所谓的材料性能，是指在给定的外界环境中， 材料受到某种作用时，其状态所发生的变化。 作用于材料上的作用因素通常可以分为应力、 温度、磁场、电场、化学介质、辐照等。 受到这些因素作用时，材料内部会产生一系列 的变化，伴随之产生一些外在表现，也就是所 谓的状态的变化。
材料物理4
u = λυ 0 exp(
− Δqα D )= kT λ
式中ν0为原子振动频率，k为玻尔兹曼常数，Δqα为原子从母相到新相需越过的 激活能， D为相界扩散系数。 可见当过冷度较大时，随过冷度增大，原子扩散系数下降，因而新相生长速 度会减小。故在某一过冷度下，生长速度有一最大值。 2) 有成分变化的新相长大
dn dt
− ΔG ∗ kT
形核速率与过冷度（温度）之间的关系
]
此处ΔG*临界形核功与晶体结构（包括缺陷）有关，
− ΔU kT
形核温度T则反比于冷速和过冷度。而dn/dt则正比于扩散系数D
∝ n ν exp[
] ∝ D,
D = D 0 exp[
− ΔQ kT
]
因此，扩散形核的速率与温度（梯度）之间的关系将存在一个极大值，如图
ΔGv − ε
2、相变驱动力
形成临界晶核的形核功为：Δ G
总
16 πσ 3 = 2 3(Δ G v − ε）
由上述分析可知，体系化学自由能下降是促使新相形成时体系总自由能下降的主 要推动力，因而是固态相变的驱动力。新相形成时化学自由能变化（下降）越大， 临界晶核就会越小，形成功也越低，因此形核就会越容易。而界面能增大和体积 应变能增大都会显著提高形核功和临界晶核尺寸，因而阻碍新相的形成。 对于新相形成过程中体系的化学自由能变化，根据热力学定律：
固态相变
天津大学
王惜宝 主讲
一级相变： 相变前后化学位相等，但化学位对温度或压力的一阶微分（即熵和体积）
不等。相变过程有体积变化，还有熵变（有潜热放出），如同素异构转变， 固液转变等。
二级相变： 相变前后化学位相等，化学位对温度或压力的一阶微分（即熵和体积）也 相等。但化学位对温度或压力的二阶微分（即等压比热、等温压缩特性及 等压膨胀特性）不等。即相变过程没有体积变化，也没有相变潜热，但会 引起比热、压缩膨胀系数的变化。如磁性转变及一些有序无序结构转变。
材料物理学ppt课件
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
材料物理化学习题指南
0，
，0 ，
Na+：00 ，
，0 0，
（2） 球体紧密堆积法： 离子晶体中负离子常按紧密堆积排列， 而正离子处于空 隙之中。例如 NaCl，Cl 按立方紧密堆积和 Na+处于全部八面体空隙之中。 （3） 配位多面体及其连接方式： 对结构比较复杂的硅酸盐晶体结构常使用配位 多面体和它们的连接方式来描述。例如 NaCl 结构是由 Na-Cl 八面体以共棱方式相连 而成。 表 2-1 用负离子堆积方式，列出典型晶体结构的分类。 硅酸盐晶体结构是按晶体中硅氧四面体在空间的排列方式分为孤岛状、组群状、链状、 层状和架状五类。这五类的[SiO4]四面体中，桥氧的数目也依次由 0 增加至 4，非桥氧数由 4 减至 0。硅离子是高电价低配位的阳离子，因此在硅酸盐晶体中，[SiO4]只能以共顶方式连 接，而不能以共棱或共面方式连接。表 2-2 列出硅酸盐晶体结构类型和实例。
例
题
１－１ 作图阐明表示晶面符号的米氏指数。 解：图 1-2 的晶体中，晶面 XYZ 在三个结晶轴 上的截距依次为 。已知轴率为 a：b：c。
图 1-2 例题 1-1 附图
该晶面在结晶轴上的截距系数为 2a、3b、6c。根据米 氏指数的含意则：
因此，该晶面的晶面符号为（321） 。 1-2 在面心立方和体心立方中，最密排的平面的米氏符号是什么？ 解：在面心立方堆积中，由（100） 、 （010）和（001）三个面的对角线所构 成的平面是最密排的面。因此，它的米氏符号为（111） 。 在体心立方堆积中，由（001）面的对角线和 c 轴构成的平面是最密排的面。因 此，它的米氏符号为(110)。 1-3 金属铝为面心立方结构，晶胞参数为 0.4049nm，求 d（200）和 d（220） 各为多少？（d（200）为（200）面之间的距离） 。 解：d（200）为（200）面之间的距离，根据米氏符号的定义，d（200）应 为 d（100） 。因为铝是立方结构，因此 d（100）即为晶胞参数 0.4049nm。所以 d（200）=0.2025nm。 同理，d（220）= d（110） 。在立方体中，d（110）为(001)面对角线的 1/2。
材料物理性能课后习题答案_北航出版社_主编
材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的xxxx 波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。
（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610) =1.67102K 3.7610sin sin 2182h h p mE m d d λπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）2 2. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。
（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少kT ？（P15）4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m3，计算其（P16）5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。
（Na 的摩尔质量M=22.99，）（P16）6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件和定态xx 方程。
试证明下式成立：eiKL=17.d h r K K cos r /2θϕ=*hkl *hkl 已知晶面间距为，晶面指数为（ k l ）的平行晶面的倒易矢量为，一电子波与该晶面系成角入射，试证明产生布拉格反射的临界波矢量的轨迹满足方程。
8. 试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。
（P20）9. 试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。
答： （画出典型的能带结构图，然后分别说明）10. 过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d 带不满，且能级低而密，可xx 较多的电子，夺取较高的s 带中的电子，降低费米能级。
补充习题1. 为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？2.只考虑xx 力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速到光速需要多少时间？ 3. 已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的比值4. 画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。
材料物理双语课件(8)_Chapter 4 Diffusion
Atoms Soluted in metals: a solid solubility for the atoms in
(3) Divided by the appearance of the new phase or not
Atomic diffusion：crystal lattice invariable, no new phase Reaction diffusion：element concentration of the metals
The diffusion couple with the component of the two ends not affected by diffusion
welding process： determine the initial and boundary condition → inducing middle variable and error function →obtain the whole solve→ using the boundary and initial condition → obtain the special solve
a) Effect of elasticity stress. uphill diffusion decrease the energy induced by elasticity deformation.。 b) Absorb at interface. Decrease the free energy of the whole system c) Different chemical potential. Dominating factor d) Forming compouds. e.g. Fe3C e) Special condition. e.g. eletric field, magnetic field。 e.g. eutectic transformation for liquid alloy; new phase formation and growth in solution solids
《材料物理性能》测试题汇总
《材料物理性能》测试题1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、3、磁各向异性一般包括 、 、 等。
4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。
5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。
6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。
7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。
8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功的途径有二： 或 ，作为减振或储能元件，应具有 弹性比功。
9、粘着磨损的形貌特征是 ，磨粒磨损的形貌特征是 。
10、材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称为 。
1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。
（ ）2、只有在高温且材料透明、半透明时，才有必要考虑光子热导的贡献。
（ ）3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。
（ ）4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。
（ ）5、由于晶格热振动的加剧，金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。
（ ）6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。
（ ）7、 由于严格的对应关系，材料的发射光谱等于其吸收光谱。
（ ）8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。
（ ）9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。
（ ）10、对于高温力学性能，所谓温度高低仅具有相对的意义。
（ ）1、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 （ ）A 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。
B 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。
C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。
D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。
材料物理期末试题及答案
材料物理期末试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量E与材料的屈服强度σy之间的关系是（）。
A. E与σy成正比B. E与σy成反比C. E与σy没有直接关系D. E与σy的关系取决于材料的种类2. 以下哪种材料不属于晶体材料？（）A. 单晶硅B. 多晶硅C. 玻璃D. 金刚石3. 材料的断裂韧性KIC的单位是（）。
A. PaB. Pa·m^1/2C. Pa·m^1/2D. Pa·m^3/24. 材料的硬度H与材料的弹性模量E之间通常存在以下关系（）。
A. H与E成正比B. H与E成反比C. H与E没有直接关系D. H与E的关系取决于材料的种类5. 以下哪种材料的导热性能最好？（）A. 铜B. 铝C. 铁D. 塑料6. 材料的疲劳寿命Nf与应力水平σ之间的关系是（）。
A. Nf与σ成正比B. Nf与σ成反比C. Nf与σ没有直接关系D. Nf与σ的关系取决于材料的种类7. 材料的蠕变行为与以下哪个因素无关？（）A. 温度B. 应力C. 材料种类D. 材料的密度8. 材料的热膨胀系数α与材料的热导率λ之间的关系是（）。
A. α与λ成正比B. α与λ成反比C. α与λ没有直接关系D. α与λ的关系取决于材料的种类9. 材料的塑性变形通常发生在（）。
A. 弹性阶段B. 屈服点之后C. 断裂点之前D. 任何应力水平下10. 材料的断裂韧性KIC与材料的硬度H之间的关系是（）。
A. KIC与H成正比B. KIC与H成反比C. KIC与H没有直接关系D. KIC与H的关系取决于材料的种类二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的弹性模量E是材料在______阶段抵抗形变的能力的度量。
2. 材料的屈服强度σy是指材料在______应力作用下开始发生塑性变形的应力值。
3. 材料的断裂韧性KIC是材料抵抗______裂纹扩展的能力的度量。
4. 材料的硬度H是指材料抵抗______的能力。
材料物理性能4(120).答案
《材料物理性能》——材料的热性能 陶瓷材料发生一级相变时，材料的热容会发生不连续突 变，如右图所示。
《材料物理性能》——材料的热性能 二级相变 这类转变大都发生在一个有限的温度范围。发生二级 相变时，其焓也发生变化，但不像一级相变那样发生突变； 其热容在转变温度附近也有剧烈变化，但为有限值。这类 相变包括磁性转变、部分材料中的有序一无序转变(有人认 为部分转变可属于一级相变)、超导转变等。 右图所示为CuCl2在24K时磁性 转变。
n n exp kT En n 0 n exp kT n0
令， x
kT
En
exp / kT 1
《材料物理性能》——材料的热性能 由于晶体中有N个原子，每个原子有3个自由度，因此晶 体有3N个正则频率，则平均能量应为：
金属热容需要同时考虑晶格振动和自由电子二部分 对热容贡献，金属热容可写成，
上式两边同除以T，
化的直线。右图是根据实验测得的金属钾热容值 绘制的图形。
《材料物理性能》——材料的热性能
《材料物理性能》——材料的热性能 陶瓷材料的热容 由于陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，室温下几乎 无自由电子，因此热容与温度关系更符合德拜模型。 陶瓷材料一船是多晶多相系统，材料中的气孔率对单位 体积的热容有影响。多孔材料因为质量轻，所以热容小，故 提高轻质隔热材料的温度所需的热量远低于致密的耐火材料， 因此周期加热的窑炉尽可能选用多孔的硅藻土砖、泡沫刚玉 等，以达到节能的目标。 实验证明，在较高温度下 （573K以上)，固体的摩尔热 容约等于构成该化合物各元 素原子热客的总和：
《材料物理性能》——材料的热性能 在热力学里，我们已经知道，固体的定容比热定义为：
材料物理复试题及答案
材料物理复试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列关于晶体结构的描述中，正确的是：A. 晶体具有规则的几何外形B. 晶体内部原子排列无序C. 晶体具有各向同性D. 晶体的物理性质在各个方向上相同答案：A2. 材料的硬度通常与下列哪种性质有关？A. 弹性模量B. 屈服强度C. 断裂韧性D. 塑性变形能力答案：B3. 在半导体材料中，掺杂的目的是：A. 提高导电性B. 降低导电性C. 增加机械强度D. 改变光学性质答案：A4. 下列哪种材料是超导材料？A. 铜B. 铁C. 铝D. 铅答案：D5. 材料的疲劳是指：A. 材料在高温下的性能退化B. 材料在重复加载下的断裂C. 材料在腐蚀环境下的性能退化D. 材料在静态负荷下的断裂答案：B6. 铁磁性材料的磁化过程主要涉及：A. 原子核的磁矩B. 电子的自旋磁矩C. 电子的轨道磁矩D. 所有以上选项答案：D7. 陶瓷材料的主要特性是：A. 高导电性B. 高塑性C. 高硬度D. 高韧性答案：C8. 金属的塑性变形通常通过哪种机制进行？A. 位错滑移B. 位错攀移C. 晶界迁移D. 相变答案：A9. 材料的断裂韧性是衡量材料：A. 抗拉强度的指标B. 抗冲击能力的指标C. 抗疲劳能力的指标D. 抗腐蚀能力的指标答案：B10. 下列哪种材料是绝缘体？A. 石墨B. 橡胶C. 玻璃D. 银答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 晶体的三种基本结构类型是__________、__________和__________。
答案：体心立方、面心立方、密排六方2. 材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时，其__________的变化率。
答案：尺寸3. 材料的疲劳寿命可以通过__________-__________曲线来预测。
答案：应力-寿命4. 半导体材料的导电性可以通过__________或__________来调节。
答案：掺杂、温度5. 超导现象是指材料在温度低于某一临界温度时，其电阻率突然降至__________。
材料物理考试试题
材料物理考试试题
第一部分：选择题
1. 下列哪种材料具有最好的导热性能？
A. 陶瓷
B. 塑料
C. 金属
D. 纤维素
2. 以下哪种材料属于导电性能最差的？
A. 铝
B. 铜
C. 木材
D. 锑
3. 在材料物理中，杨氏模量是用来衡量材料的哪种性质？
A. 导热性
B. 弹性
C. 导电性
D. 光学性
4. 哪种材料能够最有效地隔离声音？
A. 金属
B. 塑料
C. 窗户玻璃
D. 泡沫塑料
5. 哪种材料适合用来制作高强度的结构件？
A. 纸张
B. 玻璃
C. 钢铁
D. 聚乙烯
第二部分：填空题
6. 金属的熔点通常比陶瓷________。
（填一种材料）
7. 聚合物的耐磨性较________。
（填一种材料）
8. 塑料的弹性模量较________。
（填一种材料）
9. 陶瓷的导热性常常比________差。
（填一种材料）
10. 纤维素通常被用作________材料。
（填一种材料）第三部分：简答题
11. 解释一下杨氏模量的概念以及它在材料物理中的作用。
12. 请列举三种常见材料的优缺点，并举例说明其具体应用场景。
13. 为什么金属材料可以导电导热？请简要解释其原因。
14. 什么是断裂韧性？请说明断裂韧性和强度的区别。
15. 请简要介绍一种新型材料，并说明其在未来的应用前景。
以上就是材料物理考试试题的所有内容，请同学们按要求认真作答。
祝大家考试顺利！。
《材料物理》第四章固体的表面与界面
吸附量决定于中和表面电荷所需的吸附物的量。
影响因素：
（1）粘土种类： 阳离子交换容量：蒙脱石>伊利石>高岭石 阴离子交换容量：蒙脱石≈伊利石≈高岭石
（2）粒度大小：粒度↓，表比面积↑，破键↑，边棱 带正负电荷总数↑，阴阳离子交换容量均升高
X一树脂十 Y一粘土 Y－树脂十X一粘土
式中：X为单一离子；Y为各种离子混合。
2）鉴定粘土矿物
由于各种粘土矿物的交换容量数值差距较大，因此可 通过测定粘土的阳离子交换容量来鉴定粘土矿物组成。
2. 离子交换容量（cation exchange capacity，c·e·c）
离子交换能力的表征；
主要由吸附量来决定。通常以pH=7时，吸附离子毫 克当量数/100g干粘土表示（单位：毫克当量数／百 克干粘土 ）；
形成边－面结合的卡片结构（空间网架）结构，包裹
自由水，泥浆流动性变差，粘度增大。
➢
加入碱性电解质（如Na2CO3）时，则pH>8，边
棱上断键带负电，结果使粘土粒子定向排列，形成面
－面结合，释放自由水，泥浆流动性变好，粘度变小
（2） 增加ζ电位
随电解质加入，ζ电位增大，胶粒间斥力加大，泥 浆粘度减小，流动性变好。
1. 粘土与水的结合
结构水——以OH－形成存在于粘土晶格中，约在400～ 600℃ 脱去，可用红外光谱检测。
吸附水——层间结合水，约100～200℃除去，与粘土颗粒 的 中的O或OH以氢键结合的水。 牢固结合水—紧挨粘土表面，通过氢键与粘土离子结合 并作有规则定向排列，又称吸附水膜，其厚度约3～10个 水分子层 。 松 结 合 水—在牢固结合水周围，从有规则定向排列到 无 规则排列的过渡水层，又称扩散水膜，其厚度约60个 水分子层（<20nm）。 自由 水—松结合水以外完全无规则排列的普通的流动水。
D4材料的力学性质
K1、K2为回归系数，θ为主应力之和，θ= σ 1+ σ 2+ σ 3 = σ d+3 σ 3, 除受 σ d、σ 3影响外，还与材料颗粒形状、密实度、级配、细料有关。
Er
2.水硬性材料的模量E：同强度一样随龄期增加会不断增大， σ与ε在大范围内呈 线性关系，见P46图4-12，弯拉回弹模量与压缩回弹模量值较接近，同一量级。
2.土和颗粒材料：具弹-塑性质，当细料含量和湿度增加时，还会呈粘性性质。 3.水硬性材料：随龄期增加，接近弹性变形体。
二、应力应变关系：E= ζ/ ε
路基土和路面材料都不是理想弹性体， σ- ε 关系为非线性，其E随应力 级位的大小和取值而异。1)切线弹性模量Et; 2)割线模量Es; 3)回弹模量Er; 4) 弯拉模量Eb. 1.土和颗粒材料：用三轴试验测得Er（回弹模量）随σd 增大而减小。随侧应 力σ3增大而增大。试验表明，粘性土受σ3影响可忽略，而砂性土和碎（砾）石 材 ， E K K2
３）15cm×15cm×55cm,测试支点跨度为45cm，用于最大粒径为3.５cm的 稳定类材料、粗粒式沥青混合料和水泥混凝土。
影响沥青混合料或水硬性材料的σ b 与抗拉强度σt相同。
４.２
疲劳特性
１.定义：材料承受多次重复应力作用会在低于材料极限强度的应力值出现 破坏的现象。 ２.产生原因：材质不均匀，引起应力ζ 集中后出现裂纹，在应力ζ 反复作 用下逐渐扩展，从而使受力面积减少，应力ζ 下降，导致破坏。 ３.疲劳极限：出现疲劳破坏的反复应力大小（疲劳强度）随应力重复次数 的增加而降低。有些材料在应力反复作用一定次数（如一千万次）后，出 现破坏时的反复应力值不再下降而趋于稳定，此稳定值叫疲劳极限。 ４.研究目的： １）了解影响疲劳特性的因素，以便改进材料的组成，提高其使用寿命。 ２）寻求材料的疲劳强度与反复应力作用次数间的定量关系（疲劳方 程），以便估计路面的疲劳寿命。 一、沥青混合料的疲劳特性： １.试验方法和疲劳方程：室内研究是在简支小梁或梯形悬臂式试件或圆柱 体试件（间接拉伸疲劳）上施加脉冲或正弦式反复荷载应力进行的。由于 沥青混合料的模量较低，应力反复施加过程中，试件的实际应力状态和应 变量会不断发生变化，为此采用控制正应力ζ 或正应变ε 试验。
材料物理导论试题及答案
材料物理导论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的导电性主要取决于材料中的：A. 电子浓度B. 电子迁移率C. 电子浓度和电子迁移率D. 电子的热运动答案：C2. 半导体材料的导电性与温度的关系是：A. 随温度升高而降低B. 随温度升高而升高C. 与温度无关D. 先升高后降低答案：B3. 以下哪种材料不属于超导材料？A. 铜B. 铝C. 铅D. 铌答案：A4. 材料的弹性模量反映了材料的：A. 塑性B. 韧性C. 硬度D. 弹性答案：D5. 在材料科学中，晶格常数是指：A. 晶格中原子间的平均距离B. 晶格中原子的数目C. 晶格中原子的体积D. 晶格中原子的质量答案：A6. 以下哪种材料的热膨胀系数最大？A. 钢B. 铝C. 铜D. 玻璃答案：D7. 材料的断裂韧性是指：A. 材料抵抗塑性变形的能力B. 材料抵抗断裂的能力C. 材料的硬度D. 材料的韧性答案：B8. 以下哪种材料的导热性最好？A. 陶瓷B. 塑料C. 金属D. 木材答案：C9. 材料的疲劳寿命主要取决于：A. 材料的强度B. 材料的硬度C. 材料的韧性D. 材料的疲劳极限答案：D10. 以下哪种材料的磁导率最高？A. 铁B. 铜C. 铝D. 不锈钢答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够恢复到原来形状的能力。
答案：弹性2. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗断裂的能力。
答案：断裂韧性3. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗永久变形的能力。
答案：塑性4. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗划痕的能力。
答案：硬度5. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够吸收能量而不断裂的能力。
答案：韧性6. 材料的______性是指材料在受到温度变化时，能够抵抗体积变化的能力。
答案：热膨胀系数7. 材料的______性是指材料在受到热能作用时，能够传递热量的能力。
材料物理性能题库
材料物理性能题库 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN《材料物理性能》题库一、填空1．相对无序的固溶体合金，有序化后，固溶体合金的电阻率将。
2．马基申定则指出，金属材料的电阻来源于两个部分，其中一个部分对应于声子散射与电子散射，此部分是与温度的金属基本电阻，另一部分来源于与化学缺陷和物理缺陷而与温度的残余电阻。
3．某材料的能带结构是允带内的能级未被填满，则该材料属于。
4．离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类源于离子点阵中基本离子的运动，称为或，第二类是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是，因而称为。
在低温下，离子晶体的电导主要由决定。
5．绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为，，与。
6．半导体的导电性随温度变化的规律与金属，。
在讨论时要考虑两种散射机制，即与。
7．超导体的三个基本特性包括、与。
金属的电阻8．在弹性范围内，单向拉应力会使金属的电阻率；单向压应力会使率。
9．某合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的电导率相近。
其中一相电导率为σ1，所占体积分数为φ，另一相电导率为σ2，则该合金的电导率σ= 。
10．用双臂电桥法测定金属电阻率时，测量精度不仅与电阻的测量有关，还与试样的的测量精度有关，因而必须考虑的影响所造成的误差。
11．适合测量绝缘体电阻的方法是。
12．适合测量半导体电阻的方法是。
13．原子磁矩包括、与三个部分。
14．材料的顺磁性来源于。
15．抗磁体和顺磁体都属于弱磁体，可以使用测量磁化率。
16．随着温度的增加，铁磁体的饱和磁化强度。
17．弹性的铁磁性反常是由于铁磁体中的存在引起所造成的。
18．奈尔点是指。
19．磁畴畴壁的厚度是由交换能与的平衡决定的。
20．在弹性范围内，当应力方向与铁磁性金属磁致伸缩为同向时，则应力对磁化有作用，反之起作用。
21．从微观上分析，光与固体材料的相互作用，实际上是光子与固体材料中的原子、离子与电子的相互作用，这种作用有两个重要的结果是与。
D04 极端条件材料与器件 - 中国材料研究学会
D04-P03 氘气在 SiO2 气凝胶中的毛细凝聚研究 马昊 1. 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 2. 西南科技大学材料科学与工程学院 D04-P04 掺镱光纤预制棒上转换发光特性研究 夏汉定，周晓燕，吴之清，石兆华 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 D04-P05 OPCPA 系统中超连续谱的自动耦合 母杰 1，曾小明 1，周凯南 1，朱启华 1，粟敬钦 1， 王逍 1，郭仪 1，左言磊 1，谢娜 1，周松 1，王晓东
南京大学 10:30-10:45 茶歇
10:45-11:15 D04-20 (Invited) 纳米结构低温蓄冷金属材料的研制进展 雷海乐 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 11:15-11:30 D04-21 太赫兹量子级联激光器的研究及应用 王雪敏 1，沈昌乐 1，蒋涛 1，湛治强 1，黎维华 1， 邓青华 1，邹蕊矫 1，彭丽萍 1，王新明 1，樊龙 1， 阎大伟 1，赵妍 1，吴卫东 1,2 1. 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 2. 等离子体物理重点实验室 11:30-11:45 D04-22 Ni54+xMn19-xGa27 合金的负热膨胀效应 魏生贤 曲靖师范学院 11:45-12:00 D04-23 高温等离子体的布朗运动 李晓佳 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 12:00-12:15 D04-24 高密度碳靶丸弹性模量测量技术研究 马小军，唐兴，王宗伟，高党忠，王涛，姜凯 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 单元 D04-4：7 月 10 日下午 主持人：徐文 地点：阿盟厅 专题四：强辐射相关材料 13:30-14:00 D04-25 (Invited) 纳米结构陶瓷的抗辐照损伤机理研究 王宇钢 北京大学 14:00-14:30 D04-26 (Inv测器 朱嘉琦 哈尔滨工业大学 14:30-15:00 题目待定 王铁山 兰州大学 D04-27 (Invited)
材料物理性能考试重点
1.热容：热容是使材料温度升高1K所需的热量。
公式为C=ΔQ/ΔT=dQ/dT (J/K)；它反映材料从周围环境中吸收热量的能力，与材料的质量、组成、过程、温度有关。
在加热过程中过程不同分为定容热容和定压热容。
2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K所需的热量称为比热容每个物质中有两种比热容，其中c p＞c v，c v不能直接测得。
3.摩尔热容：1mol的物质在没有相变或化学反应条件下升高1K所需的能量称为摩尔热容，用Cm表示，单位为J/(mol·K)4.热容的微观物理本质：材料的各种性能（包括热容）的物理本质均与晶格热振动有关。
5.热容的实验规律：1.对于金属:2.对于无机材料（了解）1.符合德拜热容理论，但是德拜温度不同，它取决于键的强度、材料的弹性模量、熔点等。
2.对于绝大多数氧化物，碳化物，摩尔热容都是从低温时一个最低值增到到1273K左右近似于3R，温度进一步升高，摩尔热容基本没有任何变化。
3.相变时会发生摩尔热容的突变4.固体材料单位体积热容与气孔率有关，多孔材料质量越小，热容越小。
因此提高轻质隔热砖的温度所需要的热量远低于致密度的耐火砖所需的热量。
6.经典理论传统理论不能解决低温下Cv的变化，低温下热容随温度的下降而降低而下降，当温度接近0K时热容趋向于07.量子理论1.爱因斯坦模型三个假设：1.谐振子能量量子化2.每个原子是一个独立的谐振子3.所有原子都以相同的频率振动。
爱因斯坦温度：爱因斯坦模型在T >> θE 时，Cv，m=3R,与实验相符合，在低温下，T当T << θE时Cv，m比实验更快趋于0，在T趋于0时，Cv,m也趋于零。
爱因斯坦模型不足之处在于：爱因斯坦模型假定原子振动不相关，且以相同频率振动，而实际晶体中，各原子的振动不是彼此独立地以同样的频率振动，而是原子间有耦合作用，点阵波的频率也有差异。
温度低尤为明显2.德拜模型德拜在爱因斯坦的基础上，考虑了晶体间的相互作用力，原子间的作用力遵从胡克定律，固体热容应是原子的各种频率振动贡献的总和。
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工程实践报告项目名称：NiZn铁氧体材料制备与性能研究项目编号: D4指导教师：李乐中专业: 材料物理年级：2011级团队成员: 谢霞霞、孙小婷、钟戈、田敏江浩、杨禄昌、蒲志勇、李诗坤二〇一三年七月工程实践报告一、NiZn 铁氧体薄膜的制备原理1.1、溶胶-凝胶法原理Ni-Zn 铁氧体薄膜材料的制备方法有许多，我们采用了溶胶-凝胶法来镀膜。
溶胶-凝胶法（Sol-gel）是一种高效的制膜技术，它可以分为2种：浸涂(dip-coating)法和旋涂(spin-coating)法，本次实验中采用旋涂法。
经典的溶胶-凝胶法是以金属有机醇盐为原料，配以有机溶剂和定量的水，使醇盐发生水解、缩聚反应胶化形成有一定粘度的溶胶，再采用甩胶法利用高速旋转将滴在基片上的溶胶铺展在基片上成膜。
即用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶，凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
不论所用的前驱物为无机盐或金属醇盐，其主要反应步骤是前驱物溶于溶剂中（水或有机溶剂)形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成1nm 左右的粒子并组成溶胶，后者经蒸发干燥转变为凝胶.因此更全面地看，此法应称为SSG 法，即溶液一溶胶一凝胶法。
金属盐、溶剂、水以及催化剂组成均相溶液，由水解缩聚而形成均相溶胶；进一步陈化成为湿凝胶①经过蒸发除去溶剂或蒸发分别得到气凝胶②或干凝胶③，后者经烧结得到致密的陶瓷体④。
同时，均相溶胶可以在不同衬底上涂膜⑤，经过退火等热处理得到均匀致密的薄膜⑥；也可以拉丝，得到玻璃纤维⑦；以及均相溶胶经不同方式处理得到粉体⑧。
金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。
其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
溶胶一凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。
在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用，更广泛用于制备纳米粒子。
1.2、基本反应溶胶－凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料。
其最基本的反应是：(l) 水解反应：M(OR)n + xH2O → M (OH) x (OR) n－x + xROH(2) 聚合反应：－M－OH + HO－M－→ －M－O－M－+H2O－M－OR + HO－M －→ －M－O－M－+ROH.1.3、NiZn 铁氧体薄膜磁性能来源NiZn铁氧体晶体结构属尖晶石型，单位晶胞由氧离子面心立方密堆而成，具有立方对称性，使其具有不同的性能。
NiZn 铁氧体是一种亚铁磁性材料，亚铁磁性是未被抵消的反铁磁性，铁氧体磁性来源于两次晶格反向排列的没有抵消的离子磁矩，因此可以根据铁氧体总金属离子的分布和各种磁性离子的磁矩数，就可以大致计算出各种铁氧体分子的饱和磁矩（即最大磁矩）。
饱和磁矩是铁氧体磁性材料各种物理特性的基础，饱和磁矩的大小取决于铁氧体的结构特征。
所以，NiZn 铁氧体的分子磁矩为A、B两次晶格中离子的自旋反平行耦合的净磁矩。
二、NiZn 铁氧体薄膜工艺2.1 溶胶的配制根据实验配方表中的数据，称取对应质量的乙酸镍,乙酸锌,硝酸锌,乙酸镁，硝酸铁与粉末溶于冰乙酸和乙二醇甲醚(体积比按1:2)中，最后配成50mL溶液，同时加入聚乙二醇2000为2.0000克。
配置好溶液之后静止十分钟，在盛装溶液的烧杯中加入小磁块。
置于磁力搅拌器中，在磁力搅拌器中恒温80℃搅拌3小时，经充分搅拌后，形成均匀溶胶。
2.2陈化将均匀溶胶在室温中静置36小时，静置过程初始溶胶经扩散，最后形成粘稠度增加的均匀、稳定的溶胶。
2.3基片的清洗本实验所用的衬底为单晶（111）硅片，普通载物玻璃基片和石英片。
衬底表面的清洁过程是至关重要的，其目的是去除衬底表面的灰尘和油脂等，增强薄膜与衬底之间的附着。
清洗过程如下：（1）将玻璃基片放入盛装一定量无水乙醇的烧杯中，放在超声波清洗仪中清洗15分钟；（2）将第一步洗好的玻璃基片放入另一个烧杯中，用去离子水在超声波清洗仪中清洗15分钟；（3）重复第一步，第二步两遍；（4）将洗好的硅片和玻璃基片放入乙醇中保存，镀膜时用氮气口吹干或者医用脱脂棉擦拭基片。
使表面干净无痕再进行镀膜。
2.4 镀膜及预热处理本实验采用旋涂法镀膜。
旋涂法是在匀胶机上进行的，将清洗干净的硅基片水平固定在旋转台中央，将要涂覆的溶胶滴1-2滴在基片上，以一定的旋转速度旋转，低速（500转18秒），高速（4000转30秒）。
由旋转运动产生的离心力使溶液由圆心向周边扩展形成均匀溶膜，然后再进行预热处理形成凝胶膜。
预热处理工艺在制备薄膜的过程中是很重要的一个环节。
每沉积一层凝胶膜都要在一定温度下进行一次预热处理，使薄膜基本定型并固化，从而利于下一次镀膜，即将镀了膜的基片放在电热板上的培养皿中，先缓慢升温至设定好的预热处理温度100℃直接在电热板上预热五分钟。
再继续升温至300℃将基片放在电热板上的培养皿中进行预热处理5分钟过后，将膜取出，待其冷却到室温后再进行下一次旋涂镀膜。
如此重复十次，同时在镀两层、六层和十层之后分别要在精益炉中高温退火处理。
采用旋涂法时，薄膜厚度除了受到溶胶性质的影响外，旋涂机的是决定薄膜厚度的另一个重要因素。
如果转速不高，获得的膜层不均匀，如果转速过高，一次成膜的厚度过薄，需进行多次旋涂。
2.5退火处理将制得的凝胶膜在管式炉中高温退火，只有在适当的退火温度下，才能得到结晶性能好、c轴取向一致的薄膜。
首先调制精益管，并设置精益管的退火程序。
首先升温到250℃，2小时5分钟；再恒温250℃保持20分钟，在升温到750℃烧结，4小时10分钟；然后在750℃保温1小时，最后降温直到0℃，6小时15分钟。
将度好膜的硅基片和玻璃基片放在管式炉中，启动管式炉开始烧结，第二天，再取出凝胶膜。
图1 NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线图2 是溶胶-凝胶法制备NiZn 铁氧体薄膜的流程图，主要包括配胶、湿膜的涂覆、干燥以及后期的退火处理。
三、项目设计内容3.1、原料成分的改变这次实验中乙酸镍的量为零，以硝酸铁为不变量，硝酸钴与硝酸锌为变量，其他原料不变，来制备薄膜。
3.2、制备工艺改变方案一第一层在200℃下干燥10min，接着镀第二层再在在200℃下干燥10min，镀完两层后，在管式炉中按NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线设置温度烧结。
取出后接着做相同的步骤直到镀完10层。
方案二第一步，第一层在200℃下干燥10min，接着镀第二层再在在200℃下干燥10min，镀完两层后，在管式炉中按NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线设置温度烧结。
取出后进行第二步，第三层在200℃下干燥10min，接着镀第四层再在在200℃下干燥10min，镀完后，按NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线设置温度烧结，重复第二步一次，烧结。
取出后进行第三步，第七层在200℃下干燥10min，接着镀第八层再在在200℃下干燥10min，镀完后，按NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线设置温度烧结，重复第三步一次，在管式炉中按NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线设置温度烧结。
方案三第一层在100℃下干燥5min，接着镀第二层再在在300℃下干燥5min，重复进行，镀完10层后，在管式炉中按NiZn 铁氧体薄膜烧结曲线设置温度烧结。
四、设计阶段性成果与存在的问题4.1、设计成果全体组员学会了实验中涉及的实验仪器，比如，管式炉数据的设置，匀胶机的操作等。
制备得到现有实验条件下的样品与数据。
如下图所示：磁力搅拌器制备的溶胶镀膜样品4.2、存在的问题4.2.1、外界因素(1)时间分散，晚上与周末实验室开放时间有限制，安心做实验有点难。
(2)我们实验是否应该重换一台电子称，实验室现有的称，反应慢，称一组质量，药品都潮解了，它还没有稳定下来，反应也慢。
4.2.2、研究项目(1)我们做一次实验的周期较长（七天），尝试设计方案一、二，行不通。
最后迫于我们选择设计方案三。
(2)设计实验中基片的清洗的难度大，反复多次，还不一定将硅片清洗干净。
若洗不干净，不仅浪费硅片，还镀不上膜。
怎样在现有的条件下将基片洗干净？(3)膜镀的均匀，检测到的性能更好。
如何在现有的实验条件下将膜镀得较均匀？五、工程实践体会我们听说要在各自的项目中做出像科学一样的产品，十分的期待能够实现。
找到李老师开始我们的课题，开始我们心怀向往，充满激情，认真地做好课题的每一步，严格要求自己。
经过多次的实验，步骤很简单，就是不能做出满意的成果。
想别人用相同的方法能做到，我们就不能？我们的问题出在哪里？虽然我们的积极性，受到了挫折，但我们依然坚持，相信我们的每一步都是按要求做的，不可能不出成果。
看做出的结果不理想，我们就默默的重复。
将这种情况向李老师诉说了，李老师说“现在不能简单的判断你们做得好与坏，要做成一个完整的成品来检测才能判断”。
终于，我们做出了自己的产品，有满意的也有不满意的。
但是我们看到了希望，就有信心的将实验做下去。
相信一份耕耘，一份收获。
经过实验，发现我们开始想得太简单，在遇到问题时又想得有点难。
工程实践让我们明白“纸上得来终觉浅，要知此事须躬行”的道理。
六、总结熟悉NiZn 铁氧体薄膜的制备流程与制备是这学期的主要任务，即溶胶-凝胶法制备NiZn铁氧体薄膜。
在实验过程中，我们熟悉了溶胶配制、甩胶工艺、退火处理的相关工艺细节，很好的完成了这学期的任务。