材料的光学性能测试
材料科学实验讲义
(一级实验指导书)东华大学材料科学与工程中心实验室汇编
2009年7月
一、实验目的和要求
1、掌握透过率、全反射和漫反射测定的基本原理；
2、掌握透过率、全反射和漫反射测定的操作技能；
3、测定聚合物膜和无机非金属材料的薄膜的透过率和全反射率，学会测定无机材料粉末的漫反射光谱。
4、针对不同的材料形式(如薄膜，粉末等)能判断该如何选择不同的测试模式。
二、实验原理
光学性能是材料的重要也是最常用的性能之一，薄膜、陶瓷、玻璃、粉末、聚合物、人工晶体甚至胶体的性能评价都离不开光学性能的表征。本实验中所涉及到材料的光学性能主要是指透过率、反射率尤其是漫反射模式测定的反射率等光学性能的测定，涉及的材料包括聚合物、粉末和玻璃等。
在通常所用的分光光度法中，常常将待测定的物质溶解在溶剂中，通过比色来定性或定量物质的含量或浓度等。一些无机粉末或者聚合物本身并不溶于常见的溶剂中，将这些不溶解的物质分散在液体介质中得到的是消光光谱而不是吸收光谱，测定的是消光(Extinction)而不仅仅是吸收(Absorption)。另外，对薄膜材料来说，能进行原位测定是重要的，因为在溶解过程中往往改变了材料的状态，所测定的也不再是实际应用中所要知道的结果。薄膜、粉末等是实际应用中常见的材料形式，这些材料的光学性能的测定对材料提出了更高的要求。
目前中高档的紫外-可见分光光度计均可选配积分球附件来测定物质的漫反射光谱(UV-vis diffuse reflenctance spectrum，UV-vis DRS)，UV-vis DRS特别适用粉末样品的测定。聚合物、聚合物与无机物的杂化材料、多种无机化合物半导体均可用UV-vis DRS进行测定。带积分球的分光光度计还可测定玻璃、有机玻璃、塑料制品的透过率和反射率等。下面就有机物、无机物和化合物的紫外－可见光谱的原理作详细的介绍：
1、有机物的紫外—可见吸收光谱：
分子的紫外—可见吸收光谱是基于物质分子吸收紫外辐射或可见光，其外层电子跃迁而成，又称分子的电子跃迁光谱。紫外—可见分光光度法是基于物质分子的紫外—可见吸收光谱而建立的一种定性、定量分析方法。有机化合物此外吸收光谱(电子光谱)是由分子外层电子或价电子跃迁所产生的。按分子轨道理论，有机化合物分子中有：成键σ轨道，反键σ*轨道；成键π轨道，反键π*轨道(不饱和烃)；另外还有非键轨道(杂原子存在)。各种轨道的能级不同，如图1所示。
*π-n *ππ-*σ-n *σσ-σ*
πn
πσ
E 轨道反键*σ轨道
反键*π非键轨道n 轨道
成键π轨道成键σ
图1 有机物的电子跃迁 相应的外层电子和价电子有三种：σ电子、π电子和n 电子。通常情况下，电子处于低的能级(成键轨道和非键轨道)。当用合适能量的紫外光照射分子时，分子可能
吸收光的能量，而又低能级跃迁到反键*轨道。在紫外可见光区，主要有下列几种跃迁
类型：
① N→V 跃迁：电子又成键轨道跃迁到反键轨道，包括σ→σ*；π→π*跃迁。
② N→Q 跃迁：分子中未成键的n 电子跃迁到反键轨道，包括n→σ*；n→π*跃
迁。
③ N→R 跃迁：σ电子逐级跃迁到各高能级，最后脱离分子，使分子成为分子离子的跃迁。(光致电离)
④ 电荷迁移跃迁：当分子形成配合物或分子内的两个大π体系相互接近时， 外来辐射照射后，电荷可以由一部分转移到另一部分，而产生电荷转移吸收光谱。
可见，有机化合物一般主要有4种类型的跃迁： n→π* 、 π→π*、 n→σ*和
σ→σ*。各种跃迁所对应的能量大小为n→π*< π→π*< n→σ*< σ→σ*。
2、无机化合物的紫外吸收光谱：
产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。许多无机配合物有电荷迁移跃迁所产生的电荷迁移吸收光谱。
电荷迁移跃迁：指络合物吸收了可见-紫外光后，电子从中心离子的某一轨道跃迁到配位体的某一轨道，或从配位体的某一轨道跃迁到与中心离子的某一轨道。所产生的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。(相当于内氧化还原反应)。一般可表示为：
M n+-L b- M (n+1)+-L (b+1)- (hν)
[Fe 3+-SCN -]2+[Fe 2+-SCN]2+
(这就是配合物λmax =490nm 为血红色原因)
金属配合物的电荷转移吸收光谱，有三种类型：
(1) 电子从配体到金属离子：相当于金属的还原。
(2) 电子从金属离子到配体：产生这种跃迁的必要条件是金属离子容易被氧化(处于低氧化态)，配位体具有空的反键轨道，可接受从金属离子转来的电子，如吡啶、2,2'-联吡啶，1,10-二氮杂菲及其衍生物等，这类试剂易与可氧化性的Ti(III)、
Fe(II)、V(II)、Cu(I)等结合，生成有色配合物，反应过程中，电子从主要定域在金属离子的d轨道，转移到配位体的
π轨道上。
(3) 电子从金属到金属：配合物中含有两种不同氧化态的金属时，电子可在其间转移，这类配合物有很深的颜色，如普鲁士蓝 KFe[Fe(CN)6]，硅(磷、砷)钼蓝H8[SiMo2O5(Mo2O7)5]等。
过度金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。
如，Fe2+--1，10邻二氮菲及Cu+--1，10邻二氮菲配合物。
又如，Fe3+OH- Fe2+HO(hν)
此外，一些具有d10电子结构的过度元素形成的卤化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于这类跃迁而产生颜色。
电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。若中心离子的氧化能力越强，或配位体的还原能力越强，则发生跃迁时需要的能量越小，吸收光波长红移。
电荷迁移吸收光谱的一般在103~104之间，其波长通常处于紫外区。
(4) 配位场跃迁
配位场跃迁包括d - d 跃迁和f - f 跃迁。元素周期表中第四、五周期的过度金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配体的存在下，过度元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。
当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d 或f轨道，这两类跃迁分别称为d - d 跃迁和f - f 跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。例如[Co(NH3)5X]n+的吸收光谱，其中d - d 跃迁属配位场跃迁。
配位场跃迁吸收光谱的一般在10-1～102之间，其波长通常处于可见区。较小，所以在定量分析上用途不大，但可用于研究无机化合物的结构及键合理论。
这里还要特别强调有一类化合物半导体，按照能带理论，其导带是部分被填充的。其最高被占用轨道和最低未填充轨道之间的能量差称为带隙，其吸收光谱不再是吸收峰而是一个吸收带边界。如我们常常说锐钛矿相的二氧化钛的带隙为3.2eV，吸收波长在387nm或以下的光。氧化锌的带隙为3.37eV，吸收波长在370nm或以下的光。硒化镉则有点不同，其往往也有一个较明显的吸收峰，其较大的晶粒带隙为1.8eV，吸收波长在688nm或以下的光。但硒化镉晶粒的吸收光谱具有明显的尺寸效应如：晶粒尺寸为5.6nm，其吸收带边界为610nm；晶粒尺寸为4.1nm，其吸收带边界为560nm；晶粒尺寸为2.8nm，其吸收带边界为505nm (S. Neeleshwar, et al. Size-dependent properties of CdSe quantum dots, Physical Review B 2005, 71, 201307(R))，相应的吸收光谱如图2所示。
3、紫外－可见吸收光谱(UV-vis)及漫反射光谱(DRS)
物质受光照射时，通常发生两种不同的反射现象，即镜面反射和漫反射。镜面反射如同镜子反射一样，光线不被物质吸收，反射角等于入射角，反射光束是平行的。图3为镜面反射和漫反射的示意，注意较粗糙的表面主要发生漫反射，对于很多粉末样品，将其压片后其表面是粗糙的，可通过一个积分球的附件来测定粗糙表面的漫反射光谱。积分球是一个内壁涂有高反射率的物质(如硫酸钡)球形附件，可将压片后粉末
的漫反射光谱收集起来，通过光电倍增管来定量测定光信号的强弱。
300400500600700
2.8nm
4.1nm
5.6nm
Wavelength(nm)
A
b
s
o
r
b
a
n
c
e
(
a
r
b
.
u
n
i
t
)
图2氯仿介质中不同晶粒尺寸的硒化镉的吸收光谱
(插入的图为硒化镉的高分辨透射电镜照片)
图3 镜面反射和漫反射的区别
对于粒径极小的超细粉体，主要发生的是漫反射。漫反射满足 Kubelka-Munk 方程式：
S
K
R
R
=
-
∞
∞
2
)
1(2
(1)
式(1)中K为吸收系数，与吸收光谱中的吸收系数的意义相同，S为散射系数，R∞表示无限厚样品的反射系R的极限值。实际上，反射系数R通常采用与一已知的高反射系数(R∞1)标准物质比较来测量，测定R∞(样品)/R∞(标准物)比值，将此比值对波长作图，构成一定波长范围内该物质的反射光谱。常用的标准物质为硫酸钡粉末。
三、实验设备
采用北京普析通用的TU-1901型双光束紫外－可见分光光度计，仪器配有IS19-1积分球，积分球的直径约为60mm。
主要的功能有：
1、吸光度测量：为用户提供单点或多点读数的功能，测量1～10个波长处的吸光度或透过率并可按设定的公式进行科学度算。还可计算平均值及四则运算结果。
2、光谱扫描：为用户提供指定波段范围的扫描功能，支持Abs、T% 和能量方式。可进行重复扫描。按设定的波长范围进行吸光度或透过率的谱图扫描并可进行各种数据处理，如峰值检出，导数光谱，谱图运算等。多通道光谱测量，彩色曲线显示与打印，配各种数据处理功能，能满足各行各业的需求。
3、定量计算：单波长，双波长，三波长及微分定量，定量测定的工作曲线制作更加方便，可实现多达20点的1～4次曲线回归，对吸光度非线性样品也可实现准确测定。用户可根据不同的需要进行选择。
4、时间扫描：为用户提供定点波长的时间扫描功能。在设定的1～10个波长处进行吸光度或透过率的时间扫描并可进行各种数据处理，如峰值检出，谱线微分，谱线运算等。用户可根据不同的需要对扫描时间、间隔时间和采样点进行设置。同时，还可以对时间增量进行设置。时间扫描与光谱扫描类似，都具有重复扫描的功能。
5、性能指标
波长范围190nm～900nm
波长准确度±0.3nm(开机自动校准)
波长重复性0.1nm
光谱带宽TU-1900: 2nm；TU-1901: 0.1nm、0.2nm、0.5nm、1.0nm、2.0nm、5.0nm 杂散光≤0.010%T(220nm，NaI：340nm，NaNO2)
光源转换自动切换(可在320nm～380nm波段范围内任意设定)
光度方式透过率、吸光度、反射率，能量
光度范围-4.0～4.0Abs
光度准确度±0.002Abs (0～0.5Abs)、±0.004Abs (0.5～1.0Abs)、±0.3%T (0～
100%T)
光度重复性0.001Abs (0～0.5Abs)、0.002Abs (0.5～1Abs)
基线平直度±0.001Abs
基线漂移0.0004Abs/h(500nm，0Abs预热后)
噪声±0.0004Abs
主机
光源 插座型长寿命溴钨灯及氘灯(更换灯后无须调整) 检测器
光电倍增管 样品室
可选配八联样品池架，积分球附件等 体积
587×562×260mm 重量 30kg
四、实验内容和实验步骤
1、胶体的消光光谱
实际上胶体对光仍有部分散射，所以标准的样品池得到的是消光光谱而不是吸收光谱。在前面已经提到，锐钛矿相的二氧化钛吸收波长为387nm 及以下的光，但其胶体仍在可见光区有“吸收”，解释其原因。作为对比，可将二氧化钛粉末分散成悬浊液，测定其消光光谱，比较两者的差异。吸收光谱测定间接半导体的带隙的原理如下：
图4 不同浓度的二氧化钛胶体的UV-vis 消光光谱
图4为不同浓度的二氧化钛胶体的UV-vis 消光光谱，没有稀释的光谱中二氧化钛的浓度约为10.0g/L 。
从图4的消光光谱可以看出，二氧化钛胶体的浓度为10.0g/L ，在可见光区A 值并不为零，这部分主要是二氧化钛纳米晶的团聚体对光的散射引起的。经过1:5稀释后，在可见光区的消光现象大大减弱，主要是稀释后团聚体的相对浓度变小。在团聚体的尺寸不改变的前提下，消光和吸收都遵循下面的公式：
c A 110303.23ρα?= (2) 其中是摩尔吸光吸收，A 是吸光或消光度，、l 、c 分别为二氧化钛的密度(锐钛矿
相二氧化钛的密度是3.84g/cm 3)、光程长和二氧化钛胶体的浓度(以g/L 计)。经过1:125
到1:500的比例稀释后，得到了类似与溶液的吸收光谱，它们对应的吸收带边界的起始点约为340nm ，对应的带隙为3.65eV 。
hv E hv B g d 21)(-=α (3) hv E hv B g i 2)(-=α (4)
式(3)式(4)中B d 、B i 和h 分别表示直接半导体的吸收常数、间接半导体的吸收常数和照射光的能量。二氧化钛属于间接半导体，结合公式(2)和(4)可以得到下面的公式： )()(21g i E hv B hv -=?α (5)
作图后可计算出尺寸为5nm 左右的锐钛矿相二氧化钛的间接带隙为 3.34到
3.46eV ，与所选择的外推线段有关。用图4的间接半导体外推都能得到二氧化钛带隙的数据，用公式(5)更准确，其结果如图5所示。所以我们可以认为尺寸为5nm 的二氧化钛晶粒有0.12到0.25eV 的蓝移，表现出了尺寸效应。关于二氧化钛胶体的尺寸效应，可以参考文献(N. Serpone, D. Lawless, R. Khairutdinov, J. Phys. Chem., 1995, 99, 16646-16654)。
图5 (
h )1/2对h 作图求出二氧化钛晶粒的能隙 图5为以( h )1/2对 h 作图求出二氧化钛晶粒的能隙。样品为TALH 在100oC
水解24h 所得到的沉淀经水洗三遍后在分散在去离子水中，经过150oC 水热处理的二氧化钛湿沉淀经过超声分散后所得胶体并经过1:125稀释，二氧化钛的浓度约为
0.08g/L 。
实验步骤：
(1) 观察所本实验室提供的二氧化钛胶体和悬浊液的外观差别，并作好实验记录。
(2) 在做吸收光谱时，所使用的是标准样品台，所使用的是1cm的标准石英比色皿。在使用前检查石英比皿外观是否清洁，如不清洁需要用专用清洗剂清洗并用擦镜纸擦干净。
(3) 安装专门作液体样品的标准样品台后，确认样品台下面的钮子开关已拨至右边位置，打开光度计主机电源开机。
(4) 点击Windows界面【开始】键，选择程序项目中的【紫外窗口】，运行【TU-1900配置】软件，显示界面如下，选择【附件】中的【标准样品池】项，选择结束后确认退出。运行紫外窗口下【TU-1901 UVWIN】程序进行整机初始化。
(5) 仪器自检结束后，选择参数设置。
* 选择【应用】菜单的【光谱测量】项，仪器进入光谱扫描功能。
* 选择【配置】菜单的【参数】项，弹出扫描参数设置窗口，如图6所示。
图6 扫描参数设置
* 在扫描参数窗口，设置波长范围，开始波长为850nm，结束波长为230nm。光度方式选择A。然后确认退出。
* 选择【应用】功能中的【暗电流校正(0%T)】项，在“请在样品池空白比色皿”的提示下，将空白比色皿，然后确认进行暗电流校正。
* 校正结束后，提示是否保存校正结果，确认保存并返回。
(6) 基线校正
暗电流校正完后，在工作波段范围内做基线校正，过程如下：
* 将装有参比溶剂的比色皿分别放在两个样品池中。
* 用鼠标将主菜单功能设到“应用菜单”。选择“基线校正(100%T)”。并确认。
(7) 测量：记录0.00A线以便确认0.00A线的平直度，最后开始测量二氧化钛胶体样品和二氧化钛悬浊液样品。
注意：在整个测量操作期间，小心不能触摸附件内的镜面
(8) 保存数据，也可将数据转换为TXT文件，在其它绘图软件上作图。
(9) 注意比较两个谱图的差异，并分析差异的原因(二氧化钛的浓度是相同的，为何有如次大的差异？)。
(10) 将样品池中的样品倒出，洗净。
(11) 关闭电脑主机，关闭分光光度计主机。准备下一组实验。
2、无机非金属粉末的漫反射光谱实验步骤：
(1) 断开光度计主机电源。
(2) 打开样品室盖，上提并移去标准样品室
架，然后将该附件安装上并压牢。
(3) 将附件的电缆线接到光度计的前部下侧
的前放板的接口上。并拧紧固定螺钉。
(4) 将前放板上的钮子开关拨到左边(积分
球)位置。图7示意了积分球附件的接线，打开光
度计主机电源。
注意：
①绝对禁止用手触摸镜子，积分球附件的放置环境要绝对防尘。
②积分球附件要轻拿轻放，大的机械震动会引起积分球内壁硫酸钡涂层的剥落。
③当要使用标准样品室时，将钮子开关拨至右边位置。
(5) 操作:应首先把两个标准白板分别装在积分球的样品光和参比光两侧的出口位置，将钮子开关拨至左边位置，点击Windows界面【开始】键，选择程序项目中的【紫外窗口】，运行【TU-1900配置】软件，显示界面如下，选择【附件】中的【积分球】项，同时选择样品池设置中的【S/R】项，漫反射测量请选择【R/S】项，光谱带宽选择5.0nm，选择结束后确认退出。操作界面如图8所示。运行紫外窗口下【TU-1901 UVWIN】程序进行整机初始化。
图8 积分球安装后启动电脑主机设置附件
(6) 基本操作
①首先将标准白板安装在积分球的样品光和参比
光两侧的出口处，标准白板是用随机配给的硫酸钡粉
末压制而成的。它们可以用随机配给的滚花头螺钉固
定在积分球上(如图9所示)。
主机
积分球附件
电缆线
开关
图7
积分球安装
②暗电流校正
整机自检正常进入后,对全波段(850nm ～230nm)进行暗电流校正(0%R 校正)，过程如下：
* 选择【应用】菜单的【光谱测量】项，仪器
进入光谱扫描功能。
* 选择【配置】菜单的【参数】项，弹出扫描
参数设置窗口，如图10所示。
* 在扫描参数窗口，设置波长范围，开始波长
为850nm ，结束波长为230nm 。光度方式选择R%。然后确认退出。 * 选择【应用】功能中的【暗电流校正(0%T)】
项，在“请在样品池插入黑挡块”的提示下，将样品光侧的标准白板取下，或用光栏测量时，将光栏板安上，然后确认进行暗电流校正。
* 校正结束后，提示是否保存校正结果，确认保存并返回。
③基线校正
暗电流校正完后，在工作波段范围内做基线校正，过程如下：
* 在样品光和参比光两侧安好标准白板。用光栏测量时，应将光栏板和样品侧的标准白板重叠安上。
* 用鼠标将主菜单功能设到“应用菜单”。选择“基线校正(100%T)”。 并确认。 ④测量
建议用户记录100%R 线以便确认100%R 线的平直度，最后开始测量未知样品。 注意：在整个测量操作期间，小心不能触摸附件内的镜面
(7) 漫反射测量：
①对全波段进行暗电流校正。
②对工作波段进行基线校正，而后将样品光侧的标准白板换为待测样品，进行测量(见图11)。 图11 漫反射测量
图12 压装粉末样品 ③对于粉末样品，用玻璃棒将它们压
图10 扫描参数设置
M3镜
参比光
M2镜
8o
制到粉末样品架上，并且压制的粉末要完全充满整个样品槽内
(如图12)。
(8) 光学结构：该附件的光学系统如图13所示，样品光以0°角进入积分球，而参比光以8°角进入积分球，利用光度计主机的R/S光通道交换功能，可在样品光侧测得漫反射，而在参比光侧测得全反射和透射。
各部件说明：①积分球球体，②积分球球体固定螺钉，③光电倍增管(安装在积分球支板下面)，④样品光侧的样品支架，⑤参比光侧的样品支架，⑥反射镜M1，⑦反射镜M2，⑧反射镜M3，⑨光电倍增管信号线。
图14 各部件的说明
(9) 按照图12所示，将二氧化钛粉末在仪器专用的槽中压成片，注意压实，避免粉末脱落污染仪器。先试着垂直放置，粉末不会落下就可以取下左边的标准白板，将待测样品装上。
(10) 在电脑主上点击“开始”，仪器开始自动扫描并记录。
(11) 实验结果与数据处理：得到的是反射率，可以在软件的工作界面上转换成A 模式，这也是国际上专业论文中常用的表示方法。将图直接粘贴到WORD中，也可转换成TXT文件，再用作图软件绘图。
(12) 影响实验结果的因素：漫反射光谱有很好的重复性，只要粉末压实结果有很好的重现性。
4．玻璃、有机玻璃和透明胶片的透过率和全反射测量：
(1) 按照无机非金属粉末的漫反射光谱中的(1)到(6)操作做好测定的准备工作。需要注意的是第(5)步中应选中样品池设置中的【S/R】项，而在漫反射测量需选择【R/S】项。运行紫外窗口下【TU-1901 UVWIN】程序进行整机初始化。
(2) 全反射测量：全反射测定也是测定R%，玻璃的反射率在可见光区为10%左右。基线校正结束后，把样品侧的标准白板更换为待测样品(如图15所示)，并用样品压板
固定。若用光栏测量，应将样品固定
(粘)在光栏板上，再将光栏板用滚花头螺钉固定在积分球上。
(3) 玻璃、有机玻璃和透明胶片的透过率测量：基线校正结束后，将待测样品固定在积分球的入射窗(见图16)，对于薄片型样品，用户可用配件固定样品。
图15 全反射测量图16 透过率测量
五、实验数据处理和思考题
1、将的胶体的消光光谱保存，也可将两张谱图叠在一幅图中，直接粘贴到WORD中。
光谱的数据也可转换成TXT文件，再用作图软件绘图。胶体有很好的稳定性，实验结果有很好的可重现性。悬浮液并不稳定，倒入样品池之前需要振荡尽量保持较好的悬浮性。解释悬浮液消光光谱再现性差的原因。
2、胶体与悬浮液的二氧化钛浓度相同，为何其消光光谱有较大的差异，结合实验原理
来讨论哪个对光的散射更强？
3、根据数据结果来求二氧化钛的带隙(间接半导体)？
4、记录粉末的漫反射光谱，粉末的DRS光谱明显不同于胶体和悬浮液的消光光谱，为
什么？
5、玻璃、有机玻璃和透明胶片都有一定程度的全反射，这对有些应用是不利的，查阅
文献看看有哪些方法可减少这些材料的全反射(电视机屏幕、显示器屏幕的全反射影响视觉效果，玻璃全反射引起的光污染等)？
6．在玻璃、聚合物膜中选择一个材料，测定并记录其透过率和全反射率。注意透过率与全反射测定样品的放置位置是不同的。同一个样品选择两种模式测定的结果也会有差异，为什么？
七、实验报告撰写要求
在试验报告撰写时，除常规内容外，还应讨论下列内容：
1、解释吸收光谱和消光光谱的区别，这什么情况下吸收光谱等同于消光光谱？
2、胶体的概念是什么？根据瑞利散射原理，介质中颗粒的大小与光的波长接近时，散
射率最高。胶体中仍有一些散射，部分悬浮液的散射较胶体中更强烈。实验中提供的二氧化钛颗粒尺寸约为400到800nm，结合这些知识讨论实验结果
氢氧燃料电池性能测试实验报告
氢氧燃料电池性能测试 实验报告 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
氢氧燃料电池性能测 试实验报告 学号： 姓名：冯铖炼 指导老师：索艳格 一、实验目的 1.了解燃料电池工作原理 2.通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3.研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4.熟悉电子负载、直流电源的操作 二、工作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器 氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种： 若电解质溶液是碱、盐溶液则
性能测试工具LoadRunner实验报告
性能测试工具LoadRunner实验报告 一、概要介绍 1.1 软件性能介绍 1.1.1 软件性能的理解 性能是一种指标，表明软件系统或构件对于其及时性要求的符合程度;同时也是产品的特性，可以用时间来进行度量。 表现为:对用户操作的响应时间;系统可扩展性;并发能力;持续稳定运行等。1.1.2 软件性能的主要技术指标 响应时间:响应时间=呈现时间+系统响应时间 吞吐量:单位时间内系统处理的客户请求数量。(请求数/秒，页面数/秒，访问人数/秒) 并发用户数:业务并发用户数; [注意]系统用户数:系统的用户总数;同时在线用户人数:使用系统过程中同时在线人数达到的最高峰值。 1.2 LoadRunner介绍 LoadRunner是Mercury Interactive的一款性能测试工具，也是目前应用最为广泛的性能测试工具之一。该工具通过模拟上千万用户实施并发负载，实时性能监控的系统行为和性能方式来确认和查找问题。 1.2.1 LoadRunner工具组成 虚拟用户脚本生成器:捕获最终用户业务流程和创建自动性能测试脚本，即我们在以后说的产生测试脚本; 压力产生器:通过运行虚拟用户产生实际的负载; 用户代理:协调不同负载机上虚拟用户，产生步调一致的虚拟用户; 压力调度:根据用户对场景的设置，设置不同脚本的虚拟用户数量;
监视系统:监控主要的性能计数器; 压力结果分析工具:本身不能代替分析人员，但是可以辅助测试结果的分析。 1.2.2 LoadRunner工具原理 代理(Proxy)是客户端和服务器端之间的中介人，LoadRunner就是通过代理方式截获客户端和服务器之间交互的数据流。 1)虚拟用户脚本生成器通过代理方式接收客户端发送的数据包，记录并将其转发给服务器端;接收到从服务器端返回的数据流，记录并返回给客户端。 这样服务器端和客户端都以为在一个真实运行环境中，虚拟脚本生成器能通过这种方式截获数据流;虚拟用户脚本生成器在截获数据流后对其进行了协议层上的处理，最终用脚本函数将数据流交互过程体现为我们容易看懂的脚本语句。 2)压力生成器则是根据脚本内容，产生实际的负载，扮演产生负载的角色。 3)用户代理是运行在负载机上的进程，该进程与产生负载压力的进程或是线程协作，接受调度系统的命令，调度产生负载压力的进程或线程。 4)压力调度是根据用户的场景要求，设置各种不同脚本的虚拟用户数量，设置同步点等。 5)监控系统则可以对数据库、应用服务器、服务器的主要性能计数器进行监控。 6)压力结果分析工具是辅助测试结果分析。 二、LoadRunner测试过程 2.1 计划测试 定义性能测试要求，例如并发用户的数量、典型业务流程和所需响应时间等。 2.2 创建Vuser脚本 将最终用户活动捕获(录制、编写)到脚本中，并对脚本进行修改，调试等。协议类型:取决于服务器端和客户端之间的通信协议;
力学性能检测试验仪器
力学性能检测试验仪器 一、力学性能检测试验仪器技术参数:最大试验力：5KN负荷传感器容量：0.5T（5KN）（能加配1个或多个其他容量的负荷传感器） ?精度等级：0.5级试验力测量范围：0.4%～100%FS（满量程）试验力分辨率：最大试验力的±1/300000，全程不分档，且分辨率不变。力控制：力控控制速度范围：0.001％～5％FS/s。力控速度控制精度：0.001％～1％FS/s 时，±0.2％；1％～5％FS/s时，±0.5力控保持精度： ±0.002％FS。变形控制：变形控控制速度范围：0.001％～5％FS/s。变形控速度控制精度：0.001％～1％FS/s时，±0.2％；1％～5％FS/s时，±0.5％。变形控保持精度：±0.002％FS。位移控制：位移控控制速度范围：0.0001～1000mm/min。位移控速度控制精度：±0.2％；位移控保持精度：无误差。有效试验宽度：120mm、360mm、410mm三种规格有效拉伸空间：800mm有效压缩行程：800mm控制系统：全微机自动控制。单位选择：g/Kg/N/KN/Lb多重保护：系统具有过流、过压、欠流、欠压等保护；行程具有程控限位、极限限位、软件限位三重保护。出现紧急情况可进行紧急制动。主机结构：门式，结构新颖，美观大方，运行平稳电源：220V 50Hz功率：0.4Kw主机重量：95，130Kg主机外型尺寸：650*360*1600，800*410*1600 ?二、力学性能检测试验仪器使用范围及技术说明:1、适用范围QX-W400 微机控制电子万能试验机为材料力学性能测量的试验设备，可进行金属线材与非金属、高分子材料等的拉伸、剥离、压缩、弯曲、剪切、顶破、戳穿、疲劳等项目的检测。可根据客户产品要求按GB、ISO、ASTM、JIS、EN等标准编制，能自动求取最大试验力，断裂力，屈服力，抗拉强度，抗压强度，弯曲强
PC性能评测实验报告
计算机体系结构课程实验报告 PC性能测试实验报告 学号： 姓名：张俊阳 班级：计科1302 题目1：PC性能测试软件 请在网上搜索并下载一个PC机性能评测软件（比如：可在百度上输入“PC 性能benchmark”，进行搜索并下载，安装），并对你自己的电脑和机房电脑的性能进行测试。并加以比较。 实验过程及结果： 我的电脑：
机房电脑：
综上分析：分析pcbenchmark所得数据为电脑的current performance与其potential performance的比值，值大表明计算机目前运行良好，性能好，由测试结果数据可得比较出机房的电脑当前运行的性能更好。分析鲁大师性能测试结果：我的电脑得分148588机房电脑得分71298，通过分析我们可以得出CPU占总得分的比重最大，表明了其对计算机性能的影响是最大的，其次显卡性能和内存性能也很关键，另外机房的电脑显卡性能较弱，所以拉低了整体得分，我的电脑各项得分均超过机房电脑，可以得出我的电脑性能更好的结论。 题目2：toy benchmark的编写并测试 可用C语言编写一个程序（10-100行语句），该程序包括两个部分，一个部分主要执行整数操作，另一个部分主要执行浮点操作，两个部分执行的频率（频率整数，频率浮点）可调整。请在你的计算机或者在机房计算机上，以（，），（，），（，）的频率运行你编写的程序，并算出三种情况下的加权平均运行时间。 实验过程及结果： #include<> #include<> int main() {
int x, y, a; double b; clock_t start, end; printf("请输入整数运算与浮点数运算次数（单位亿次）\n"); scanf("%d%d", &x, &y); /*控制运行频率*/ start = clock(); for (int i = 0; i 流量计性能测定实验报告 篇一：孔板流量计性能测定实验数据记录及处理篇二：实验3 流量计性能测定实验 实验3 流量计性能测定实验 一、实验目的 ⒈了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。 ⒉掌握流量计的标定方法（例如标准流量计法）。 ⒊了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。 ⒋学习合理选择坐标系的方法。 二、实验内容 ⒈通过实验室实物和图像，了解孔板、1/4园喷嘴、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。 ⒉测定节流式流量计（孔板或1/4园喷嘴或文丘里）的流量标定曲线。 ⒊测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。 三、实验原理 流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为： 式中： 被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 被测流体(水)的密度，kg／m3 。 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量VS。每一 个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。 四、实验装置 该实验与流体阻力测定实验、离心泵性能测定实验共用图1所示的实验装置流程图。 ⒈本实验共有六套装置，流程为：A→B(C→D)→E→F→G→I 。 ⒉以精度0.5级的涡轮流量计作为标准流量计，测取被测流量计流量（小于2m3/h流量时，用转子流量计测取）。 ⒊压差测量：用第一路差压变送器直接读取。 图1 流动过程综合实验流程图 ⑴—离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀； ⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管；⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计；⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀；⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇— 目录 摘要1 1引言2 2金属材料的力学性能简介2 2.1 强度3 2.2 塑性3 2.3 硬度3 2.4 冲击韧性4 2.5 疲劳强度4 3金属材料力学性能测试方法4 3.1拉伸试验5 3.2压缩试验8 3.3扭转试验11 3.4硬度试验15 3.5冲击韧度试验22 3.6疲劳试验27 4常用的仪器设备简介29 4.1万能试验机29 4.2扭转试验机34 4.3摆锤式冲击试验机40 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势42 参考文献42 金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, mon experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend 材料性能测试 拉伸：1.什么是弹性变形？弹性变形有何特点？弹性变形的实质是什么？ 概念：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消失，材料恢复到原来状态的性质，性能指标有弹性模量、比例极限和弹性极限、弹性比功等。 特点：弹性变形的重要特征是其可逆性，即金属在外力作用下，先产生弹性变形，当外力去除后，变形随即消失而恢复原状，表现为弹性变形可逆性特点。在弹性变形过程中，不论是在加载期还是卸载期，应力应变之间都保持单值线性关系，且弹性变形量比较小，一般不超过1%。本质：材料产生弹性变形的本质，概括说来，都是构成材料的原子(离子、分子)自平衡位置产生可逆位移的反映。原子弹性位移量只相当于原子间距的几分之一，所以弹性变形量小于 2、如何解释金属材料的弹性变形过程？ 3、弹性变形与弹性极限有何区别？弹性极限与弹性模量的区别。前者是材料的强度指标，它敏感地取决于材料的成分、组织及其他结构因素。而后者是刚度指标，只取决于原子间的结合力，属结构不敏感的性质。 4、什么是弹性比功？提高材料弹性比功的途径有哪些？ 5、什么是屈服？影响屈服强度的因素有哪些？内在因素：晶体结构(位错阻力不同)。晶界和亚结构(细晶强化、晶界强化)，溶质元素(固溶强化)，第二相(第二相强化)，外在因素有温度、应变速率和应力状态等。6.。什么是应变硬化？金属材料的应变硬化有何意义？意义1）应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件安全；2）应变硬化和塑性变形适当配合可使金属进行均匀塑性变形；3）应变硬化是强化金属的重要工艺手段之一，可以单独使用，也可与其他强化方法联合使用，对多种金属进行强化，尤其对于那些不能热处理强化的金属材料；4）应变硬化还可以降低塑性，改善低碳钢的切削加工性能。 7、细化金属晶粒既可提高强度，又可提高塑性，这是为什么？8、什么是超塑性？产生超塑性的条件是什么？超塑性有何特点？9、什么是韧性断裂、脆性断裂？各有何特点？(1)韧性断裂：①明显宏观塑性变形；②裂纹扩展过程较慢； ③断口常呈暗灰色纤维状。④塑性较好的金属材料及高分子材料易发生韧断。脆性断裂：①无明显宏观塑性变形；②突然发生，快速断裂；③断口宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状④淬火钢、灰铸铁、玻璃等易发生脆断。 10、什么是解理断裂、剪切断裂？各有何特点？剪切断裂：①切应力下，沿滑移面滑移分离而造成的断裂。②分为纯剪切断裂和微孔聚集型断裂。③纯剪切断裂：断口呈锋利的楔形。④微孔聚集型断裂：宏观上呈暗灰色、纤维状;微观上分布大量“韧窝”。解理断裂：①正应力下，原子间结合键破坏，沿特定晶面，脆性穿晶断裂。②微观特征：解理台阶、河流花样和舌状花样。③裂纹源于晶界。11、试用双原子作用力模型推导材料的理论断裂强度。 12、试述Griffith裂纹理论分析问题的出发点及思路，指出该理论的局限性。13、什么是应力状态软性系数？利用最大切应力与最大正应力的比值表示它们的相对大小，称为应力状态软性系数，记为α14、比较布氏、洛氏、维氏硬度试样的优缺点及应用范围。15、什么是冲击韧度？低温脆性？蓝脆？冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。低温脆性现象：在低温下，材料的脆性急剧增加，实质:温度下降，屈服强度急剧增加16、影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素有哪些？17、什么是磨损？磨损包括哪几种类型18、磨损过程包括哪几个阶段？各阶段有何特点？19、提高材料耐磨性的途径有哪些？20、什么是蠕变？按照蠕变速率的变化情况，可将蠕变过程分为哪三个阶段？各个阶段的特点是什么？21、蠕变变形机理包括哪几种？22、影响金属高温力学性能的因素主要有哪些？23.什么是热膨胀？热传导？极化？大多数物体都会随温度的升高而发生长度或体积的变化，这一现象称为热膨胀。材料的内部存在温度梯度时，热能将从高温区流向低温区，这一过程称为热传导。极化：介质在外加电场的作用下产生感应电荷的现象.24.电介质有哪些主要的性能指标？介电常数、介电损耗、介电强度.25. 什么是介电损耗？电介质为什么会产生介电损耗？电介质材料在交变电场作用下由于发热而消耗的能量称为介电损耗。原因：电导（漏导）损耗：通过介质的漏导电流引起的电流损耗。极化损耗：电介质在电场中发生极化取向时，由于极化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗。介电损耗越小越好。26. 什么是透光率和雾度？透光率是指透过材料的光通量与入射材料的光通量的百分比。雾度是由于材料内部或外表面光散射造成的云雾状或浑浊的外观，是散射光通量与透过材料总光通量的百分比。27.透光性与透明性有何区别与联系？①透光率表征材料的透光性，但透光性与透明性是两个不同的概念。②透光性只是表示材料对光波的透过能力。③透明性却是指一种材料可使位于材料一侧的观察者清晰无误地观察到材料另一侧的物体的影像。④只有透光率高且雾度小的材料才是透明性好的材料。28. 金属材料均匀腐蚀和局部腐蚀程度的指标有哪些？均匀腐蚀：腐蚀速率的质量指标。腐蚀速率的深度指标.局部腐蚀：腐蚀强度指标；腐蚀的延伸率指标。29. 金属腐蚀的防护措施有哪些？30. 什么是老化？高分子材料在加工、使用、贮存过程中，受到光、热、氧、潮湿、水分、机械应力和生物等因素影响，引起微观结构的破坏，失去原有的物理机械性能，最终丧失使用价值，这种现象称为老化。31. 材料热稳定性的衡量指标是什么？测试方法有哪些？热稳定性是材料的重要性能。高分子受热分解破坏，物理机械性能丧失。通常用热分解温度来衡量其热稳定性。热重分析（TGA）差热分析（DTA）差示扫描量热（DSC） 材料技术性能及检 测标准 1 一．砼用砂: 1．执行标准:JGJ52-92<普通砼用砂质量标准及检验方法> 3．检验项目: 若受检单位能够提供法定检测单位出具的,能够证明该批砂子合格的检测报告原件,则只做以下必检项目: 颗粒级配;含泥量;泥块含量;CI-含量检验 若无证明材料,或法定单位检测报告与产品不符(有较大差异)时则应对该批材料进行: 1)颗粒级配 2)表观密度 3)紧密和堆积密度 4)含水率 5)含泥量 6)泥块含量 7)有机物含量 8)云母含量 9)轻物质含量 10) 坚固性 11) 硫化物及硫酸盐含量 12) CI-含量 13) 碱活性(根据双方商定)检验 2 二．砼用卵石(碎石): 1．执行标准:JGJ53-92<普通砼用卵石(碎石)质量标准及检验方法> 3．检验项目: 若受检单位能够提供法定检测单位出具的,能够证明该批卵石(碎石)合格的检测报告原件,则只做以下必检项目: 颗粒级配;含泥量;泥块含量;压碎指标;针片状含量 若无证明材料,或法定单位检测报告与产品不符(有较大差异)时则 应对该批材料进行: 1) 颗粒级配 2) 表观密度 3) 紧密和堆积密度 4) 含泥量 5) 泥块含量 6) 有机物 7) 针片状含量 8) 坚固性 10) 压碎指标 11) 硫化物及硫酸盐含量 12) 碱活性(根据双方商定)。 3 三．混凝土试块: 1．执行标准:GBJ107-87<砼强度检验评定标准> 3．检验项目:抗压强度。 四．砂浆试块: 1．执行标准:JGJ70-90<建筑砂浆基本性能测试方法> 3．检验项目:立方体拉压强度。 六．烧结普通砖: 1．执行标准:GB/T5101-1998<烧结普通砖> 3．检验项目: 若受检单位能够提供法定检测单位出具的,能够证明该批烧结普通砖合格的检测报告原件,则只做以下必检项目: 外观质量;尺寸偏差;抗压强度 若无证明材料,或法定单位检测报告与产品不符(有较大差异)时则应对该批材料进行: 1) 尺寸偏差 2) 外观质量 3) 抗压强度 4) 冻融 5) 泛霜 4 南昌大学软件学院 实验报告 实验名称 LoadRunner的使用 实验地点 实验日期 指导教师 学生班级 学生姓名 学生学号 提交日期 LoadRunner简介： LoadRunner 是一种适用于各种体系架构的自动负载测试工具，它能预测系统行为并优化系统性能。LoadRunner 的测试对象是整个企业的系统，它通过模拟实际用户的操作行为和实行实时性能监测，来帮助您更快的查找和发现问题。此外，LoadRunner 能支持广范的协议和技术，为您的特殊环境提供特殊的解决方案。LoadRunner是目前应用最为广泛的性能测试工具之一。 一、实验目的 1. 熟练LoadRunner的工具组成和工具原理。 2. 熟练使用LoadRunner进行Web系统测试和压力负载测试。 3. 掌握LoadRunner测试流程。 二、实验设备 PC机：清华同方电脑 操作系统：windows 7 实用工具：WPS Office，LoadRunner8.0工具，IE9 三、实验内容 （1）、熟悉LoadRunner的工具组成和工具原理 1.LoadRunner工具组成 虚拟用户脚本生成器：捕获最终用户业务流程和创建自动性能测试脚本，即我们在以后说的产生测试脚本； 压力产生器：通过运行虚拟用户产生实际的负载； 用户代理：协调不同负载机上虚拟用户，产生步调一致的虚拟用户；压力调度：根据用户对场景的设置，设置不同脚本的虚拟用户数量；监视系统：监控主要的性能计数器； 压力结果分析工具：本身不能代替分析人员，但是可以辅助测试结果的分析。 2.LoadRunner工具原理 代理（Proxy）是客户端和服务器端之间的中介人，LoadRunner 就是通过代理方式截获客户端和服务器之间交互的数据流。 ①虚拟用户脚本生成器通过代理方式接收客户端发送的数据包， 目录 摘要 (1) 1引言 (1) 2金属材料的力学性能简介 (2) 2.1 强度 (2) 2.2 塑性 (2) 2.3 硬度 (2) 2.4 冲击韧性 (3) 2.5 疲劳强度 (3) 3金属材料力学性能测试方法 (3) 3.1拉伸试验 (3) 3.2压缩试验 (6) 3.3扭转试验 (8) 3.4硬度试验 (11) 3.5冲击韧度试验 (16) 3.6疲劳试验 (19) 4常用的仪器设备简介 (20) 4.1万能试验机 (20) 4.2扭转试验机 (23) 4.3摆锤式冲击试验机 (28) 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势 (30) 参考文献 (30) 金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, common experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend 1引言 材料作为有用的物质，就在于它本身所具有的某种性能，所有零部件在运行过程中以及产品在使用过程中，都在某种程度上承受着力或能量、温度以及接触介质等的作用，选用材料的主要依据是它的使用性能、工艺性能和经济性，其中使用性能是首先需要满足的，特别是针对性的材料力学性能往往是材料设计和使用所追求的主要目标。材料性能测试与组织表征的目的就是要了解和获知材料的成分、组织结构、性能以及它们之间的关系。而人们要有效地使用材料，首先必须要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素。因此，材料力学性能的测试是所有测试项目中最重要和最主要的内容之一。 在人类发展的历史长河过程中，人们已经建立了许多反映材料表面的和内在的各种关于力学、物理等相关材料性能的测试和分析技术，近现代科学的发展已使材料性能测试分析从经验发展并建立在现代物理理论和试验的基础之上，并且 实验名称：离心泵的性能测试 班级： 姓名： 学号： 一、 实验目的 1、 熟悉离心泵的操作，了解离心泵的结构和特性。 2、 学会离心泵特性曲线的测定方法。 3、了解单级离心泵在一定转速下的扬程、轴功率、效率和流量之间的关系。 二、 实验原理 离心泵的特性主要是指泵的流量、扬程、功率和效率，在一定转速下，离心泵的流量、扬程、功率和效率均随流量的大小改变。即扬程和流量的特性曲线H=f （Q ）；功率消耗和流量的特性曲线N 轴=f （Q e ）;及效率和流量的特性曲线?=f(Qe);这三条曲线为离心泵的特性曲线。他们与离心泵的设计、加工情况有关，必须由实验测定。 三条特性曲线中的Qe 和N 轴由实验测定。He 和?由以下各式计算，由伯努利方程可知： He=H 压强表+H 真空表+h 0+g u u 22 1 20- 式中： He ——泵的扬程（m ——液柱） H 压强表——压强表测得的表压（m ——液柱） H 真空表——真空表测得的真空度（m ——液柱） h 0——压强表和真空表中心的垂直距离（m ） u 0——泵的出口管内流体的速度（m/s ） u1——泵的进口管内流体的速度（m/s ） g ——重力加速度（m/s 2 ） 流体流过泵之后，实际得到的有效功率：Ne= 102ρ HeQe ;离心泵的效率：轴 N N e =η。在实验中，泵的周效率由所测得的电机的输入功率N 入计算：N 轴=η传η电N 入 式中： Ne ——离心泵的有效功率（kw ） Qe ——离心泵的输液量(m3/s) ρ——被输进液体的密度（kg/m3） N 入——电机的输入功率（kw ） N 轴——离心泵的轴效率（kw ） η——离心泵的效率 η传——传动效率，联轴器直接传动时取1.00 η电——电机效率，一般取0.90 三、 实验装置和流程 实验一、表面纳米化实验 一、实验设备：普通数控车床，USP-125表面加工装置，待加工钢锭。 二、实验原理：应用球形超硬材料工具头对金属工件表面进行表面强化和光整加 工，原理图如下所示： 超声波发生器产生的超声信号经过换能器变幅杆的转换和放大使球形工具头产生超声波机械振动，工具头以一定静压力对工件挤压的同时，对工件表面进行超声波冲击强化。在工具头静压力和冲击力的作用下，工件表面的微观凹、凸峰谷产生挤压塑性变形而压平表面，使得表面粗糙度降低，表面层金属组织得到强化，表面层的力学性能得以改善。 三、实验流程 1、将待加工件装夹在机床卡盘上，由于此次加工的是厚度约5mm的圆钢锭， 用螺钉在其周向均匀固定。 2、通过机床卡块将超声波加工装置固定在车床刀架上，调节高度使得硬质加 工球中心与待加工钢锭回转中心处于同一高度。 3、确认主机机箱正面开关处于管断状态，用220V电源线接通主机电源，然后 打开电源开关，主机接通电源，红色电源指示灯亮。 4、拧动电源旋钮，使液晶屏幕上的预设为合适的值，按下执行机构开关，绿 色工作指示灯亮，约为2—5秒钟后频率值较为稳定，电流值也稳定在预设值左右波动，表明设备进入正常工作状态，执行机构可以开始工作。 5、开启冷却液冷却加工球，缓慢地向零件方向进给刀架，加工球与零件表面 接触，继续进给，直至加工球对零件表面的静压力逐渐增大到预设的值。在施加静压力的过程中，电流值会变化较大，停止进给刀架后，待2—15分钟，使电流值稳定在预设值左右波动，可以开始往加工方向进给刀架，加工零件。 6、处理过程中，可随时调整静压力和振幅。由于加工参数对负载影响较大， 在加工过程中参数改变不宜过快。参数的调整也可在关闭执行机构开关后（仍保持超声波电源工作）进行。 7、结束加工，先关闭执行机构开关，再关断超声电源。 四、注意事项 1、设备工作时，操作人员如对执行机构振动声音感到不适，应佩戴防护耳塞与 防护耳套。 2、应该先用超声电源线连接超声电源与执行机构，再接通主机与220V电源。 最后按下执行机构开关。结束工作时则要先按下关闭执行机构开关，再断开主机与220V电源，最后取下超声电源线。 3、用220V电源线为主机接通电源之前，应保电源开关处于关断状态。执行 机构开关按下之前，电路调节旋钮最好不要扭到电流最大处，根据所处理材料、静压力的不同应使用相应的电流加工。 4、定期（实际加工时间超过10小时后开始）检查加工球，当加工球表面光 洁度显著降低时，应更换新的加工球，否则影响加工效果。 5、每次使用后务必将加工装置上的油污、冷却液清理干净，尤其将进入前 盖内的冷却液清理干净，否则装置内的换能器长期接触冷却液会损坏。可以每次使用后使用吹风机热风吹干冷却液。 五、实验感悟及分析 超声波表面振动加工是一种机械冲击式的压力光整加工，它利用金属在常温下的冷塑性特点，利用表面施加预紧力，加以高频超声波振动，使得原有的微观波峰熨平，，使其填入波谷，从而使工件表面质量提高。具体可表现在： 1、表面粗糙度明显降低。在强烈的高频振动下，工件表面上微观的波峰被 冲击变形、碎裂，填入波谷，原有的波峰波谷高低差值降低，使得工件 表面粗糙度显著降低，一般可降低2—4级。表面粗糙度的降低对于零件 接触面的耐磨性、防止零件表面应力集中和提高其疲劳强度都有好处。 2、工件表面金属硬化。工件表层金属在塑性变形过程中，随着冷作硬化， 表面硬度提高，一般可提高3—4倍，并且从工件表面到内部呈阶梯式逐 渐降低。与其他表面强化技术比起来，即在不改变原有材料基础上提高 了工件综合性能。 计算机硬件技术基础课程实验报告实验题目：CPU性能测试 1、实验目的 了解CPU参数的含义，以及各个参数对CPU性能的影响 2、实验环境 ①实验硬件环境(计算机的型号、基本配置) 宏基4741G华硕K401E联想Y560 处理器型号Intel酷睿i3370M Inter Pentium T4400Intel酷睿i5460M 处理器主频 2.4GHz 2.2GHz 2.53GHz 内存容量2G1G4GB 硬盘容量320G320G500G 显卡芯片NVIDIA Geforce GT320M NVIDIA Geforce310M ATI Mobility Radeon 操作系统Windows7Wiindows XP Windows7 ②实验软件坏境（操作系统、测试软件等） CPU-Z，是一款检测CPU使用程度最高的一款软件，它可以提供一些关於处理器的资讯，包含了制造厂及处理器名称，核心构造及封装技术，内部、外部频率，最大超频速度侦测，也可以查出处理器相关可使用的指令集。最新的1.5.5版加入了可侦测处理器的核心电压、L2快取汇流排频宽、Windows NT/2000环境下的双处理器模式侦测，及记忆体时脉(如CAS Latency,RAS to CAS,RAS Precharge)。 Everestultimate（原名AIDA32）一款强大测试软硬件系统信息的工具。 它可以详细的测试PC每一个方面的信息。支持CPU、FPU基准测试，提供C PU Queen、CPU PhotoWorxx、CPU ZLib、CPU AES、FPU Julia、FPU Mande、FPU SinJulia基准测试模块，最新版支持三核心AMD Phenom、六核心Inte l Dunnington Xeon处理器； SuperPi cpu性能测试软件原理是计算圆周率小数点的位数SuperPi是一个测试CPU性能的计算软件；它的工作原理是计算圆周率小数点的位数． 普通混凝土力学性能试验方法GBJ81—85 主编部门：城乡建设环境保护部 批准部门：中华人民共和国国家计划委员会 施行日期：1986年7月1日 关于发布《普通混凝土拌合物性能试验方法》等三本国家标准的通知 计标〔1985〕1889号 根据原国家建委（78）建发设字第562号通知的要求，由城乡建设部中国建筑科学研究院会同有关单位共同编制的《普通混凝土拌合物性能试验方法》等三本标准，已经有关部门会审。现批准《普通混凝土拌合物性能试验方法》GBJ80－85、《普通混凝土力学性能试验方法》GBJ81－85和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GBJ82—85等三本标准为国家标准，自一九八六年七月一日起施行。 该三本标准由城乡建设部管理，其具体解释等工作由中国建筑科学研究院负责。出版发行由我委基本建设标准定额研究所负责组织。 国家计划委员会 一九八五年十一月二十五日 编制说明 本标准是根据原国家建委（78）建发设字第562号通知的要求，由中国建筑科学研究院会同各有关单位共同编制而成的。 在编制过程中，作了大量的调查研究和试验论证工作，收集并参考了国际标准和其它国内外有关的规范标准，经过反复讨论修改而成的。在编制过程中曾多次征求全国各有关单位的意见，最后才会同有关部门审查定稿。 本标准为普通混凝土基本性能中有关力学性能的试验方法。内容包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、静力受压弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度等五个方法。由于普通混凝土力学性能试验涉及范围较广，本身又将随着仪器设备的改进和测试技术的提高而不断发展，故希望各单位在执行本标准过程中，注意积累资料、总结经验。如发现有需要修改补充之处，请将意见和有关资料寄中国建筑科学研究院混凝土研究所，以便今后修改时参考。 城乡建设环境保护部 一九八五年七月 陶瓷材料力学性能的检测方法 为了有效而合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1. 弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲，弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，测试方便，因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到，在纯弯曲且弹性变形范围内，如果指定截面的弯矩为M ，该截面对中性轴的惯性矩为I z ，那么距中性轴距离为y 点的应力大小为： z I My = σ 在图1-1的四点弯曲中，最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= z I y a P max max 21σ???? ?圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π 其中P 为载荷的大小，a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离，b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度，而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲，最大应力出现在梁的中间，也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= 材料力学性能试验标准及测试方法 1.拉伸实验 [1]标准 金属拉伸试件按国标GB/T6397-1986《金属拉伸试验试样》[1] 标准ASTM D3039-76用于测定高模量纤维增强聚合物复合材料面内拉伸性能；ASTM D638用于测定试件的拉伸强度和拉伸模量[2]； 2.压缩试验 [1]标准 压缩试件按国标GB/T7314-1987《金属压缩实验试样》[1] ASTM D3410-75(剪切荷载法测定带无支撑标准截面的聚合体母体复合材料压缩特性的试验方法) [3]。 3.弯曲试验 [1]标准 ASTM D7624用于测定聚合物基复合材料的弯曲刚度与强度性能[2]。 4.剪切试验 [1]标准 ASTM D5379适用大部分的纤维增强型复合材料[2]。 5.层间断裂 [1]标准 ASTM D5528和JIS K7086，仅适用于单向分层测试。其他的还未有相关标准[2]。 6.冲击试验 [1]标准 金属材料按照GB/T229-1994加工成V形缺口或U形缺口[1] 目前复合材料在冲击后的损伤性能表征主要是损伤阻抗( Damage Resistance) 和损伤容限( Damage To tolerance)。 目前关于损伤阻抗和损伤容限的测试标准有ASTM D6264-98(04)和ASTM D7136 /D7136M-05标准。D6264-98用来测量纤维增强复合材料对集中准静态压痕力的损伤阻抗；D7136用来测量材料对落锤冲击试件的损伤阻抗[2]。 7.疲劳试验 [1]疲劳极限测试标准 单点试验按照航标HB5152-1980规定；升降试验法按照国标GB/T3075-1982和GB/T4337-1984[1]。 参考文献 [1]金保森.材料力学实验.2005 [2]郑锡涛.液体成形复合材料力学性能测试方法研究进展.2010 [3]JM 惠特尼.纤维增强复合材料试验力学.1990 [4]J.M.霍奇金森.先进纤维增强复合材料性能测试.2005 深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯 After completing the work or task, record the overall process and results, including the overall situation, progress and achievements, and summarize the existing problems and future corresponding strategies. 某某管理中心 XX年XX月 深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯 涛、张志诚示范文本 使用指引：此报告资料应用在完成工作或任务后，对整体过程以及结果进行记录，内容包含整体情况，进度和所取得的的成果，并总结存在的问题，未来的对应策略与解决方案。，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 深圳大学物理化学实验报告 实验者: 赖凯涛、张志诚实验时间: 2000/4/3 气温: 21.6 ℃大气压: 101.2 kpa 实验一恒温水浴的组装及其性能测试 目的要求了解恒温水浴的构造及其构造原理，学会恒 温水浴的装配技术；测绘恒温水浴的灵敏度曲线；掌握 贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。仪器与试剂5 升大烧杯贝克曼温度计精密温度计加热器 水银接触温度计继电器搅拌器调压变压器 实验步骤3.1 实验器材，将水银开关、搅拌器等安装 固定。按电路图接线并检查。 3.2 大烧杯中注入蒸馏水。调节水银开关至30℃左右，随即旋紧锁定螺丝。调调压变压器至220v，开动搅拌器（中速），接通继电器电源和加热电源，此时继电器白灯亮，说明烧杯中的水温尚未达到预设的30℃。一段时间后，白灯熄灭，说明水温已达30℃，继电器自动切断了加热电源。 调节贝克曼温度计，使其在30℃水浴中的读数约为2℃。安装好贝克曼温度计。关闭搅拌器。每1分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录12个。开动搅拌器，稳定2分钟后再每1分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录12个。将调压变压器调至150v（降低发热器的发热功率），稳定5分钟,后再每2分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录10个。实验完毕，将贝克曼温度计放回保护盒中，调调压变压器至0v。关闭各仪器电源并流量计性能测定实验报告doc
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