材料物理性能重点

《材料物理性能》思考题

第一章热学性能

1.1 概述

1、材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导和热稳定性等。

2、什么是格波？

答：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，原子的微振动不是孤立的，原子的运动状态（或晶格振动）会在晶体中以波的形式传播，形成“格波”。

3、若三维晶体由N个晶胞组成，每个晶胞中含有S个原子，则晶体中格波数为3NS 个，格波支数为3S 个。

4、受热晶体的温度升高，实质是晶体中热激发出的声子数目的增加。

5、举例说明某一材料热学性能的具体应用。

1.2 热容

1、什么是比热容和摩尔热容（区分：定压摩尔热容和定容摩尔热容）？

答：比热容(c):质量为1kg的物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1K所需要的热量答：摩尔热容(C m)：1mol物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1K所需要的热量

3、固体热容的经验定律和经典理论只适用于高温，对低温不适用！

4、由德拜模型可知，温度很低时，固体的定容摩尔热容与温度的三次方成正比（德拜T3定律）。

5、金属热容由晶格振动和自由电子两部分贡献组成

6、自由电子对热容的贡献在极高温和极低温度下不可忽视，在常温时与晶格振动热容相比微不足道！

7、一级相变对热容的影响特征是什么？

答：在相变温度下，热焓发生突变，热容不连续变化。

8、影响无机材料热容的因素有哪些？

答：温度，键强，弹性模量，熔点

9、对于隔热材料，需使用低热容（如轻质多孔）隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。

10、什么是热分析法？DTA、DSA和TG分别是哪三种热分析方法的简称？举例说明热分析

法的应用。

答：热分析法：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。

DTA：差热分析（1.测量系统（示差热电偶）2. 加热炉3. 温度程序控制器4. 记录仪）1.3 热膨胀

1、什么是线或体膨胀系数？答：温度升高1 K时，物体的长度（体积）的相对增加量。

2、固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。

3、材料的热膨胀来自原子的非简谐振动。

4、材料热膨胀的物理本质可用原子间的作用力曲线或势能曲线曲线来解释。

5、熔点较高的金属具有较低的膨胀系数。

6、结构对称性较低的单晶体，其膨胀系数具有各向异性，不同的晶向有不同的线膨胀系数。一般来说，弹性模量高的方向将有较小的膨胀系数，反之亦然。（如石墨：平行于C轴方向的热膨胀系数大于垂直于C轴方向的热膨胀系数。）

7、举例说明一级相变对材料膨胀性能的影响。

8、钢的不同组织比容从大到小的顺序为：马氏体、渗碳体、铁素体、珠光体、奥氏体。

9、通常陶瓷制品表面釉层与坯体热膨胀系数的大小关系如何？为什么？

1.4 热传导

1、什么是热导率？

2、固体材料热传导主要有、和三种微观机制，不同材料导热机制有何区别？

3、对于声子热导而言，热阻来源于声子扩散过程中的各种（如声子的碰撞、点缺陷的散射、晶界的散射和位错的散射等）。

4、对于同一种物质，多晶体、单晶体和非晶体的热导率的大小关系如何？

5、请综合分析非晶体的热导率与温度的关系。

6、综合分析影响无机材料热导率的因素。

1.5 热稳定性

1、什么是材料的热稳定性？。

2、材料抗热冲击损坏的两大类型为和。

3、什么是热应力？材料的热应力主要来源于哪三个方面？

4、抗热应力损伤性正比于断裂表面能，反比于应变能的释放率。

5、写出第一、第二和第三热应力断裂抵抗因子的表达式，并指出其中各参数的物理意义。

6、对于密实性陶瓷、玻璃等脆性材料，提高其抗热冲击断裂性能的措施有哪些？

《材料物理性能》思考题

第二章电学性能

2.1 电导的物理现象

1、材料的导电现象，其微观本质是其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。

2、无机材料与金属导体中的载流子种类有什么区别?

答：金属导体中的载流子是自由电子；无机材料中的载流子可以是电子(负电子，空穴)、离子(正、负离子，空位)。

3、什么是电子电导和离子电导?

答：离子电导：载流子为离子的电导。

电子电导：载流子为电子的电导。

4、电子电导与离子电导的特征有何区别？

答：电子电导的特征是具有霍尔效应；离子电导的特征是存在电解效应。

5、什么是载流子的迁移率？

答：载流子在单位电场强度中的迁移速度。

6、写出电导率的基本表达式，并指出其中各参数分别代表什么意义。

答：

（单位体积内载流子数为n；每个载流子的荷电量为q）

（单位时间内通过单位截面S的电荷量（电流密度）为: J=nqv）

2.2 离子电导

1、离子电导有本征电导和杂质电导两种类型。

2、什么是本征离子电导和杂质离子电导?

答：本征离子电导----以热缺陷（空位、离子）作为载流子。

杂质离子电导----以杂质离子作为载流子。

3、杂质离子电导载流子的浓度决定于杂质的种类和数量。

4、对于本征离子电导而言，电导活化能包括缺陷形成能和迁移能两部分。

5、通常熔点高的晶体，结合力大，相应活化能高，电导率低。

6、区别迁移数与迁移率。

答：迁移数：指定种类载流子所运载电流与总电流之比。

迁移率：

7、固体电解质：具有离子电导的固体物质称为固体电解质。

8、试举例说明固体电解质在储能和传感器方面的应用。

答：储能：固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池，氧敏感元件（氧浓差电池）

2.3 电子电导

1、电子电导的载流子是电子或空穴。

2、在电子电导的材料中，电子的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的原因。

3、电子载流子两大主要的散射机制是晶格散射和电离杂质散射。

4、在孤立的原子中，电子占据一定的能级，这些能级由主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数等四个量子数确定。

5、电子的共有化，使得单个原子的电子能级分裂成一系列相互之间能量差极微的能级，即形成了能带。

6、结合晶体的能带理论区别导体、半导体和绝缘体。

答：根据能带理论，晶体中并非所有电子或价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。因此，在晶体能带图上物质的导电性反映为它的价带是否被填满，是否存在禁带以及禁带宽度的大小等因素。

7、根据能带理论，晶体中并非所有电子或价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。

8、区别本征电子电导和杂质电子电导。

答：本征电导：这种空带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在

9、区别n型半导体和p型半导体。

答：n型半导体的载流子主要为导带中的电子；p型半导体的载流子主要为空穴。

10、分别画出n型和p型半导体的能带结构图，并以Si为例说明n型和p型半导体的形成过