现代功能材料概论
现代功能材料
一、本课程内容
1.基础知识
2.超塑性材料
3.纳米材料
4.驱动材料（电流变体材料、压电材料、形状记忆材料、磁致伸缩材料、聚合胶体）
5.传感材料（光导纤维、电阻应变丝、疲劳寿命丝、碳纤维传感元件、半导体传感元件、压电材料）
6.非晶态材料（非晶态聚合物、无机非晶态材料、非晶态半导体、非晶态金属（金属玻璃））
7.功能高分子材料（化学功能、光功能、电功能、高分子液晶）
8.其它（超导材料、储氢材料、泡沫材料、磁性材料、阻尼材料……）
二、本课程三大特点
新、广、趣
对教师和学生都具有很高的挑战性
是扩大知识面的非常好的内容
三、本课程学习方法
认真听、积极思考 创造性思考
四、本课程考查方式（与学生讨论）
科学论文形式的文献综述
（中英文题目、中英文摘要、关键词、引言、历史、应用、研究现状、存在问题、发展趋势、创造性思想、结语、参考文献，等）
在综述中可表述自己的观点，不要怕标新立异，关键要自圆其说。
第一章绪论
§1.1 材料的功能
为了生存和发展，人类一方面从大自然只选择天然物质进行加工和改造，获得适用的材料；另一方面通过物理化学加工方法研制合金、玻璃、有、陶瓷、合成高分子材料来满足生产和生活的需要。人们使用这些出来是，有的是利用某些材料具有抵抗外力的作用而保持自己的形状和结构不变的优良力学性能（如强度和韧性）来制造工具、机械、车辆以及修建房屋、桥梁、铁路等，这些侧重于强调强度功能的材料统称为结构材料。与此相应，我们把侧重于“切断以外的功能”的材料称为“功能材料”，这通常是通过光、电、磁、声、热、化学、生物化学等的作用，使出来具有特定的功能，主要是光学功能、电磁功能、电绝缘功能、声学功能、身体功能、分离功能、梯度功能、形状记忆功能、自适应功能等。
根据出来的性质特征和用途，可将功能材料定义为：具有优良的电学、磁学、光学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转换的功能，被用于非结构目的的高技术材料。也可以表述为：为了赋予材料以有用的功能，通过改变材料的成分、结构、添加剂和制作方法而作成的材料。例如把材料制作成超微粉末、超薄膜而使之产生新的功能，或对一种材料加上某种能量，使之产生另一种能量释放出来等等。
图1.1是功能材料和结构出来关系的示意。
§1.2 功能材料概述
功能材料按其物质性，可分为金属功能材料、无机功能材料、有机功能材料和复合功能材料等。
1.2.1无机系 1.2.1.1 PTC 材料：
某温度范围内有正的电阻温度系数。如在BaTiO 3上用La （3价稀土）置换部分Ba ，为保持电中性，Ti 4+ Ti 3+,居里点附近电阻值有几个数量级的变化，且为正温度系数。也可用Sr 或Pb 等来置换Ba ，用Zr 、Sn 置换其中的Ti 使居里点移动，使工作范围变化。
应用：①温度补偿元件，如补偿二极管等因温度发生的电阻变化； ②无触点开关，如冰箱开关、电热毯开关等。 1.2.1.2 气氛传感器材料：
可测出接触物体表面的气氛种类、浓度和气体温度等。
应用：①半导体气体传感器：气体分子吸附半导体表面，由于其氧化和还原性不同，可使半导体导通性变化而给出信号。为提高表面积，多做为多孔状；为提高灵敏性，一般加热至200——400℃下使用。
②固体电介质气体传感器：以离子导电方式固体电介质做成电池，由两极气体浓度或压力差给出电动势。如ZrO 2-Y 3O 3系，ZrO 2-CaO,两边加多孔Pt 电极形成氧浓差电池测氧的浓度。
a) 可燃气体传感器：加Pd 的SnO 2，加Pd 或Pt 的ZnO 2、γ-Fe 2O 3系等。 b) CO 气体传感器：加Pd 或Pt 的SnO 2，对CO 选择性吸收很好，灵敏度很高。 c) 酒精气体传感器： SnO 2系列；磷灰石-ZnO 复合材料；Sm 0.5-Sr 0.5-CoO 3系等。 d) 湿度传感器：MgCr 2O 4-TiO 2 ；(BaSr)TiO 2；ZnO 2-MgO ； Al 2O 3-TiO 2-SnO 2；ZnCr 2O 4-LiZnVO 4。 e) 氧传感器：ZnO 2-Y 2O 3（浓差电池型）；TiO 2（电阻变化型）。 1.2.1.3原子能燃料
中子照射铀(U)原子核生成钡(Ba)。 费米1942年成功控制了裂变过程。
锕族（最重要的元素）天然只有铀（U ）和钍（Th ）。铀在地球上储藏量只有2/百万，又分为235U 和238U ，235U 可裂变，而238U 不可裂变，235U 只占U 中的0.71%。232Th 不可裂变。所以天然原子能燃料很少。238U 和232Th 在0.1-10MeV 中子照射下，可转化为可裂变元素。
1.2.1.4 核聚变材料 （核融和研究）
太阳能是四个氢原子核聚变成He ，重要燃料是重氢——氘，主要来源是海水。先产生高温等离子，然后发生热聚变，将海水中氘、氚射到炉心中产生热核反应，要用超导线圈使几亿度高温等离子体与炉壁隔离，如图1.1。
氘+氚 4+He+中子+17.6MeV
氚：中子与Li （100℃时为液态）反应生成的。有时用Li-Pb ， 融盐：LiF,Li 2O 。 1.2.2 有机系 1.2.2.1 磁性材料
{[Fe(C 12H 17N 3)SO 4·6H 2O]} n 称PPH-FeSO 4 在4.6K 产生磁滞回线。 1.2.2.2 气体分离膜
多孔膜，其中r/λ>5（r ：孔半径，λ：气体平均自由程），透过速度与粘度成正比；r/λ<1，透过速度与分子量成正比。
分子筛是一类能筛分分子的固体材料，气体或液体混合物分子通过这种材料后，就按照不同分子的特性彼此分离开来。如5 A 分子筛是吸水的，13X 是分离氢和氧的。许多物质如晶体硅酸盐（又称沸石或泡沸石）、多孔玻璃、特制活性炭、葡萄糖凝胶、琼脂凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等都有分子筛效应。
多孔膜：Q = P(p 1-p 2)At/l
Q: 透过量，P: 透过系数，l ：膜厚，p 1、p 2：膜两侧气体分压，A ：透过面积，t ：时间。如：聚丁二烯、聚丙乙烯、醋酸纤维、二甲基硅氧烷等。 1．2．2．3 超导材料
常规材料在0°K 仍有一固定R 值，而在某温度下，R =0时，即为超导材料。图1.3为T-H-J 示意图，T c -H c -J c 面下即为超导材料，T c 、H c 、J c 为临界值。
1911年发现水银有超导，但T c 、H c 、J c
值很低，无使用价值。上实际50年代后期，发现Nb 或V 的合金或化合物，其临界值较高。
Nb-Ti: T c ≈ 10K,液He 下（4.2K ），H c =11T(特斯拉)，（1T = 104高斯）。 Nb 3Sn: T c ≈ 15～23K ，H c ≈ 20～40T PbMo 6S 8: H c ≈ 50T。
实用超导线材：
Nb-Ti: Nb-50～75at%Ti,一般10μm 丝埋在铜中。工艺过程：电弧炉熔Nb-Ti 几吨铸锭 加工成指头粗的棒 插入300mm 铜管 一道拉成丝 再插入铜管 再拉，反复到丝有10万根左右为止。
V 3Ga 化合物线材。
在Nb 或V 的带基上将熔化的Ga 或Nb 3Sn 用连续扩散的方式制成带材。 开发中的超导材料：
溅射法:真空镀敷，合成出Nb 3Ge ；
快速凝固法：Nb 3（Al 、Ge ），T c >20K, H c = 40T ； NbN Nb(C,N) MoN V 2Hf PbMo 6S 8 氧化物陶瓷：BaPb 0.7Bi 0.3O 3 T c =13 K LaBaCuO T c =30 K
YbaCuO 6.9 T c =90 K (液N:77K)
合金系列的电流密度105～106 A/cm 2 氧化物陶瓷电流密度103 A/cm 2 1.2.2.4 超微粒子
超微粒子大小：100nm 以下，与光的波长相当，如好的香烟灰。 微细化效应： 1）体积效应（减少）
a)熔点会降低，如3nm 金，T 熔由1300K 900K ，（低温烧结） b)<100nm ，强磁体矫顽力显著提高；多晶 单晶，磁畴亦发生变化。 有新相出现，多面体粒子出现，物质电子状态会发生变化。 2）表面效应： 催化。
3）粒子间相互作用：导电、传送、固体反应等。 制作方法：气相法和液相法，主流上液相法：沉淀法、喷雾法是制大批量均匀微粉的方法。
气相法用于研究，有物理法（PVD ）和化学法(CVD)。 等离子气体的金属反应法 原材料：
2000℃以下金属、合金及陶瓷均可。 应用： 1） 磁流体； 2） 磁记录材料；
3） 低温烧结； 4） 催化，传感。 1.2.2.5 电极材料
电极材料的种类和用途（非消耗电极）
1． 贵金属电池
铂金最好，表面易生成PtO ，PtO 2电极催化取决于此二皮膜，但价格高，常用Ti 、Nb 、Ta 替代。TiO 2 Nb 2O 5均是致密膜。也可在Ti 、Nb 、Ta 的表面镀铂金。
2.Pb 及Pb 的合金
比重大，表面易产生硫酸铅或碳酸铅膜，耐蚀，但此膜导电性不好。如Pb 做阳极，形成PbO 2膜，则导电性改善。
做Pb 电极常加Ag 、Sn 来促进PbO 2生成，如：Pb-20%Ag 用于电解、电镀。可将PbO 2敷在其它材料表面来代替Pt 电极。
3． 其它金属电极
不溶性电极材料很难，如Ni-Cr 不锈钢在作碱水电极时会失去Cr ，所以不合适。Ti 、Nb 、Ta 会产生不利氧化物，（起催化、促媒）产生新材料。Ni 3Ta 、Ni 3Nb 可克服Ni-Cr 不锈钢和纯Ti 、Nb 、Ta 的弱点。Ni 3Ta 在硫酸下表现极好。在500A/㎡下，腐蚀为1.03g/A.年。Ni 3Nb 在氯化物中效果好。但此二材料加工性较差。
Pd（钯）-Ti-P系非晶态合金耐蚀性比晶体好得多，尤其在氯发生物中。
Pd-Tr（铱）-P系但电阻较大。
按材料的功能性可分为电学功能材料、磁学功能材料、光学功能材料、声学功能材料、力学功能材料、热学功能材料、化学功能材料、生物医学功能材料、核功能材料等九大类。这将在后面作部分介绍，同学们也可进行检索、综述，作为考试内容。
1．2．3 功能材料的特点
功能材料是高技术密集型材料，在研究开发和生产功能材料是，具有三个显著特点：1）综合运用现代先进的科学技术成就，多学科交叉、知识密集；2）品种较多，生产规模一般比较小，更新换代快，技术保密性强；3）需要投入大量的资金和时间，存在相当大的风险，但一旦成功，则成为高技术、高性能、高产值、高效益的产业。功能材料与结构材料相比，最大的特点是两者性能上的差异和用途的不同。
现代功能材料
戈晓岚
机械工程学院
材料现代分析方法练习题及答案
8. 什么是弱束暗场像？与中心暗场像有何不同？试用Ewald图解说明。 答：弱束暗场像是通过入射束倾斜，使偏离布拉格条件较远的一个衍射束通过物镜光阑，透射束和其他衍射束都被挡掉，利用透过物镜光阑的强度较弱的衍射束成像。 与中心暗场像不同的是，中心暗场像是在双光束的条件下用的成像条件成像，即除直射束外只有一个强的衍射束，而弱束暗场像是在双光阑条件下的g/3g的成像条件成像，采用很大的偏离参量s。中心暗场像的成像衍射束严格满足布拉格条件，衍射强度较强，而弱束暗场像利用偏离布拉格条件较远的衍射束成像，衍射束强度很弱。采用弱束暗场像，完整区域的衍射束强度极弱，而在缺陷附近的极小区域内发生较强的反射，形成高分辨率的缺陷图像。图：PPT透射电子显微技术1页 10. 透射电子显微成像中，层错、反相畴界、畴界、孪晶界、晶界等衍衬像有何异同？用什么办法及根据什么特征才能将它们区分开来？ 答：由于层错区域衍射波振幅一般与无层错区域衍射波振幅不同，则层错区和与相邻区域形成了不同的衬度，相应地出现均匀的亮线和暗线，由于层错两侧的区域晶体结构和位相相同，故所有亮线和暗线的衬度分别相同。层错衍衬像表现为平行于层错面迹线的明暗相间的等间距条纹。 孪晶界和晶界两侧的晶体由于位向不同，或者还由于点阵类型不同，一边的晶体处于双光束条件时，另一边的衍射条件不可能是完全相同的，也可能是处于无强衍射的情况，就相当于出现等厚条纹，所以他们的衍衬像都是间距不等的明暗相间的条纹，不同的是孪晶界是一条直线，而晶界不是直线。 反相畴界的衍衬像是曲折的带状条纹将晶粒分隔成许多形状不规则的小区域。 层错条纹平行线直线间距相等 反相畴界非平行线非直线间距不等 孪晶界条纹平行线直线间距不等 晶界条纹平行线非直线间距不等 11.什么是透射电子显微像中的质厚衬度、衍射衬度和相位衬度。形成衍射衬度像和相位衬度像时，物镜在聚焦方面有何不同？为什么？ 答：质厚衬度：入射电子透过非晶样品时，由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异，导致透过不同区域落在像平面上的电子数不同，对应各个区域的图像的明暗不同，形成的衬度。 衍射衬度：由于样品中的不同晶体或同一晶体中不同部位的位向差异导致产生衍射程度不同而形成各区域图像亮度的差异，形成的衬度。 相位衬度：电子束透过样品，试样中原子核和核外电子产生的库伦场导致电子波的相位发生变化，样品中不同微区对相位变化作用不同，把相应的相位的变化情况转变为相衬度，称为相位衬度。 物镜聚焦方面的不同：透射电子束和至少一个衍射束同时通过物镜光阑成像时，透射束和衍射束相互干涉形成反应晶体点阵周期的条纹成像或点阵像或结构物象，这种相位衬度图像的形成是透射束和衍射束相干的结果，而衍射衬度成像只用透射束或者衍射束成像。
新型功能材料发展趋势
新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等
《环境材料概论》复习参考资料(答案)
《环境材料概论》复习思考题 1-1.简述材料在社会经济发展中的地位及其重要作用。 (看书用自己的话说说) 答:1、材料是国民经济和社会发展的基础和先导,与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。 2、 16实际以来,人类经历了两次世界范围的产业革命,均离不开新材料的开发。 3、21世纪的经济仍然是建立在物质基础之上, 随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提高,现代社会对材料及其产品的需求增长也更加迅猛。 1-2.用自己的理解给出生态环境材料的定义。 答:1、生态环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能,并在其制备、使用及废弃过程中对资源和能源消耗较少,对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。(注意:环境、使用、经济三个性能) 2、生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料, 或者那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。 1-3.生态环境材料的特征是什么? 答:从材料本身性质来看,主要特征是: 1、无毒无害、减少污染,包括避免温室效应和臭氧层破坏等。 2、全寿命过程对资源和能源消耗少。 3、可再生循环利用,容易回收。 4、材料的高使用效率等。 按照有关的研究报道和生态环境材料的要求,其特征有: 1、节约能源; 2、节约资源; 3、可重复使用; 4、可循环再生; 5、结构可靠性; 6、化学稳定性; 7、生物安全性; 8、有毒、有害替代; 9、舒适性; 10、环境清洁、治理功能。 1-4.你认为那些材料属于生态环境材料?举例说明。(举例之后还要简要说明一下) 答:比如:生态水泥、环保建材、降解树脂 环境工程材料 天然资源环境材料 电磁波防护类材料 电子功能材料领域的毒害元素替代材料 1-5.画出传统材料和生态环境材料的材料—环境系统图并说明两者的区别与联系。 2-1.材料是如何分类的?研究材料的四要素是什么? 答:根据材料的物理和化学属性分为:金属材料、非金属材料、有机高分子材料、复合材料; 研究材料的四要素是:组成、结构、加工工艺及性能与用途。 2-2.在材料的合成与加工技术工艺过程中,如何赋予其环境协调功能 ? 答:通过分析材料的环境影响特征, 得出环境负荷流动结构, 将传统的材料和产品设计方法与LCA 方法相结合, 从环境协调性的角度对材料和产品进行设计 (即环境协调性设计) , 并结合LCA 思想,从实际生产过程出发,提出切实可行的生产工艺的改进措施。对大量消耗的基础材料产业的生产等过程进行环境协调性改造, 从根本上提高资源、能源利用效率, 减少和消除污染以实现零排放工程,是材料产业环境协调性发展的治本之道。 (还要用自己的 话阐述一下) 2-3.化学元素在环境中的分布特征是什么? 答:1、普遍性 在自然界中, 构成物质的元素有 90多种, 它们不仅广泛存在于宇宙中, 而且均存在于地壳层中有矿物、岩石和土壤等构成的各种地质体中,从而体现出化学元素分布的普遍性。2、富集性
材料现代分析方法试题及答案1
《现代材料分析方法》期末试卷1 一、单项选择题（每题 2 分，共10 分） 1．成分和价键分析手段包括【b 】 （a）WDS、能谱仪（EDS）和XRD （b）WDS、EDS 和XPS （c）TEM、WDS 和XPS （d）XRD、FTIR 和Raman 2．分子结构分析手段包括【 a 】 （a）拉曼光谱（Raman）、核磁共振（NMR）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）（b）NMR、FTIR 和WDS （c）SEM、TEM 和STEM（扫描透射电镜）（d）XRD、FTIR 和Raman 3．表面形貌分析的手段包括【 d 】 （a）X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）(b) SEM 和透射电镜（TEM） (c) 波谱仪（WDS）和X 射线光电子谱仪（XPS）(d) 扫描隧道显微镜（STM）和 SEM 4．透射电镜的两种主要功能：【b 】 （a）表面形貌和晶体结构（b）内部组织和晶体结构 （c）表面形貌和成分价键（d）内部组织和成分价键 5．下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【 c 】 （a）–C-H、–OH 和–NH2 (b) –C-H、和–NH2, (c) –C-H、和-C=C- (d) –C-H、和CO 二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题2 分，共10 分） 1．透射电镜图像的衬度与样品成分无关。（×）2．扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。（√）3．透镜的数值孔径与折射率有关。（√）
4．放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。（×）5．在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角 速度的二倍。（√） 三、简答题（每题5 分，共25 分） 1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关？为什么? 和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的区域比背散射电子小。束斑尺寸越小，产生信号的区域也小，分辨率就高。 2．原子力显微镜的利用的是哪两种力，又是如何探测形貌的？ 范德华力和毛细力。 以上两种力可以作用在探针上，致使悬臂偏转,当针尖在样品上方扫描时，探测器可实时地检测悬臂的状态，并将其对应的表面形貌像显示纪录下来。 3.在核磁共振谱图中出现多重峰的原因是什么？ 多重峰的出现是由于分子中相邻氢核自旋互相偶合造成的。在外磁场中，氢核有两种取向，与外磁场同向的起增强外场的作用，与外磁场反向的起减弱外场的作用。根据自选偶合的组合不同，核磁共振谱图中出现多重峰的数目也有不同，满足“n+1”规律 4．什么是化学位移，在哪些分析手段中利用了化学位移？ 同种原子处于不同化学环境而引起的电子结合能的变化，在谱线上造成的位移称为化学位移。在XPS、俄歇电子能谱、核磁共振等分析手段中均利用化学位移。 5。拉曼光谱的峰位是由什么因素决定的, 试述拉曼散射的过程。 拉曼光谱的峰位是由分子基态和激发态的能级差决定的。在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，使一部分处于基态的分子跃迁到激发态，则散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测到频率为（ν0 - Δν)的谱线，称为斯托克斯线。相反，若光子从样品激发态分子中获得能量，样品分子从激发态回到基态，则在大于入射光频率处可测得频率为（ν0 + Δν)的散射光线，称为反斯托克斯线 四、问答题（10 分） 说明阿贝成像原理及其在透射电镜中的具体应用方式。 答：阿贝成像原理（5 分）：平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。在透射电镜中的具体应用方式（5 分）。利用阿贝成像原理，样品对电子束起散射作用，在物镜的后焦面上可以获得晶体的衍射谱，在物镜的像面上形成反映样品特征的形貌像。当中间镜的物面取在物镜后焦面时, 则将衍射谱放大，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样；当中间镜物面取在物镜的像面上时，则将图像进一步放大,这就是电子显微镜中的成像操作。 五、计算题（10 分） 用Cu KαX 射线（λ=0.15405nm）的作为入射光时，某种氧化铝的样品的XRD 图谱如下，谱线上标注的是2θ的角度值，根据谱图和PDF 卡片判断该氧化铝的类型，并写出XRD 物相分析的一般步骤。 答：确定氧化铝的类型（5 分） 根据布拉格方程2dsinθ=nλ，d=λ/(2sinθ) 对三强峰进行计算：0.2090nm,0.1604nm,0.2588nm,与卡片10-0173 α-Al2O3 符合，进一步比对其他衍射峰的结果可以确定是α-Al2O3。 XRD 物相分析的一般步骤。（5 分） 测定衍射线的峰位及相对强度I/I1： 再根据2dsinθ=nλ求出对应的面间距 d 值。 (1) 以试样衍射谱中三强线面间距d 值为依据查Hanawalt 索引。
功能材料概论论文
【摘要】碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。 【关键词】碳纤维、性能、技术 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随种类不同而异，一般90以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的度，且碳纤维比重小。 1、碳纤维的化学性能 碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25%左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。 2、碳纤维的物理性能 (a)热学性质：碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而化 (b)导热性质：碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。 (c)电学性质：碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征，电阻率变化主要与载流子的数量
现代材料分析方法试题及答案
1《现代材料分析方法》期末试卷 一、单项选择题（每题 2 分，共 10 分） 1．成分和价键分析手段包括【 b 】 （a）WDS、能谱仪（EDS）和 XRD （b）WDS、EDS 和 XPS （c）TEM、WDS 和 XPS （d）XRD、FTIR 和 Raman 2．分子结构分析手段包括【 a 】 （a）拉曼光谱（Raman）、核磁共振（NMR）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）（b） NMR、FTIR 和 WDS （c）SEM、TEM 和 STEM（扫描透射电镜）（d） XRD、FTIR 和 Raman 3．表面形貌分析的手段包括【 d 】 （a）X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM） (b) SEM 和透射电镜（TEM） (c) 波谱仪（WDS）和 X 射线光电子谱仪（XPS） (d) 扫描隧道显微镜（STM）和 SEM 4．透射电镜的两种主要功能：【 b 】 （a）表面形貌和晶体结构（b）内部组织和晶体结构 （c）表面形貌和成分价键（d）内部组织和成分价键 5．下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【 c 】 （a）–C-H、–OH 和–NH2 (b) –C-H、和–NH2, (c) –C-H、和-C=C- (d) –C-H、和 CO 二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题 2 分，共 10 分） 1．透射电镜图像的衬度与样品成分无关。（×）2．扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。（√）3．透镜的数值孔径与折射率有关。（√）4．放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。（×）5．在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角 速度的二倍。（√） 三、简答题（每题 5 分，共 25 分） 1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关？为什么? 和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的区域比背散射电子小。束斑尺寸越小，产生信号的区域也小，分辨率就高。 2．原子力显微镜的利用的是哪两种力，又是如何探测形貌的？ 范德华力和毛细力。
功能材料概论个人整理版考试专用
第一章功能材料概论 功能材料的定义 功能材料指以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料。 功能材料的特征 1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，是最本质的特征。 2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。 3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料元件一体化。 4）功能材料是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物。 5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细控制和检测技术。 功能材料的分类 功能材料种类繁多，涉及面广，有多种分类方法。目前主要是根据材料的化学组成、应用领域、使用性能进行分类。 按化学组成：金属功能材料、陶瓷功能材料、高分子功能材料、复合功能材料 按应用领域: 电子材料、能源材料、信息材料、光学材料、仪器仪表材料、航空航天材料、生物医学材料、传感器用敏感材料。 按使用性能：电功能材料、磁功能材料、光功能材料、热功能材料、化学功能材料、生物功能材料、声功能材料、隐形功能材料。 功能材料的现状 近几年来，功能材料迅速发展，已有几十大类，10万多品种，且每年都有大量新品种问世。现已开发的以物理功能材料最多，主要有： 1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。 3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防热、防激光和防核）、电磁材料等。 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等。 功能材料的展望 展望21世纪，功能材料的发展趋势为： 1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是尖端领域（航空航天、分子电子学、新能源、海洋技术和生命科学等）所需和在极端条件下（超高温、超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等）工作的高性能功能材料； 2）功能材料的功能从单功能向多功能和复合或综合功能发展，从低级功能向高级功能发展； 3）功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超分子化； 4）功能材料和结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化； 5）进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺； 6）完善和发展功能材料检测和评价的方法； 7）加强功能材料的应用研究，扩展功能材料的应用领域，加强推广成熟的研究成果，以形成生产力。 第二章贮氢材料
材料概论试题
1.何为材料，为何材料是人类社会生活的物质基础？ 材料是人类用于制造物品、器件或其他产品的物质。是人类要生存需要的最基本的物质生活资料。物质生产活动是人类从事其他各种社会活动的先决条件。 2.材料科学与工程的四个基本要素是什么？请说明他们之间的关系。 材料的四个基本要素：结构与成分、性质、合成与制备、用途与性能 3.复合材料设计的基本思想是什么？举一例说明。 达到功能复合，能保留原组成原料的特性，并通过复合效应得到原来所不具有的更为优越的新性能。 碳纤维复合材料制造大飞机；轮胎是由橡胶、碳黑、帘子线等材料构成的。 4.从燕子造窝到人用草拌泥造房、再到我们用碳纤维复合材料制造大飞机的过程，你得到了哪些启示？ 这些复合材料的制备都还停留在经验的层面上，而碳纤维复合材料制造大飞机虽然使用了 一贯的复合思想，但相比之下更具有系统性、科学性。如今我们创造新的复合材料不再需 要像过去一样完全依靠试错法，而有相关的理论指导，所以我们在探索新领域时可以从一些已有的思想中获取灵感，再用理论化地手段将其转化为材料科学。 5．绿色建筑的基本涵义？ 绿色建筑指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑物。 6.建筑生态环境材料的基本涵义？生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料 7.看《终结者2》推测那个人材料的性能与特点，并推测由什么方法合成。( 描述电影中未来人
材料的特点和性能，并设想可由什么方式合成? 终结者2 中的机器人由液态金属构成，具有流动性和高强度性，韧性好，可再组合。 合成方法: 合金合成法，置于电解液中的镓基液态合金在和铝合金结合后，能长期高速运转。 8.试说明金属材料在民航飞机中的应用情况 铝合金用作承力件，钛合金用于具有一定耐热性和耐腐蚀性的板材结构件，高强度结构钢，用于前后起落架；不锈钢，用于发动机的一些装置。高温合金用于耐高温的板材结构件和螺栓，螺母等固件和排气孔的蜂窝结构 9.说明燃料电池的工作原理及其特点。 燃料电池的工作原理是通过氧化还原反应将化学能直接转化为电能。 燃料范围广，不受卡诺循环限制、能量转换效率高、超低污染、运行噪声低、可靠性高、维护方便等 10.说明质子交换膜燃料电池的特性 a.可低温运行。b ?比能量和比功率高；c?结构紧凑、质量小，水易排出。 d ?采用固态电解质不会出现变形、迁移或从燃料电池中气化，无电解液流失。e ．可靠性高，寿命长。 f .因唯一的液体是水，本质上可避免腐蚀。 11.什么是有机半导体？ 具有半导体性质的有机材料，即导电能力介于金属和绝缘体之间 12.导电机理是什么，为什么有机物能导电？含有共轭基团的有机分子之间形成连续共轭的大pai 结构，用来传导电子和空穴，然后在电场的作用下, 载流子可以沿聚合物链作定向运动,从而使高分子材料导电
材料现代分析技术
填空题(每空1分) 1.当X 射线管电压超过临界电压就可以产生 连续谱X 射线和 特征谱 X 射线。 2. 点阵常数测定过程中需要确定峰位，确定峰位的常用方法有峰顶法 、 切线法 、半高宽法， 和抛物线拟合法 。 3. 经过厚度为H 的物质后，X 射线的强度为 H H m e I I ρμ-=0 。 4. X 射线扫描仪中的常规测量中的实验参数包括狭缝宽度、扫描速度和 时间常数 。 5. 磁透镜的物距L 1，相距L 2和焦距f 三者之间的关系为 。 6. 透射电镜样品制备各方法主要有复型法、和薄膜法，其中复型样品制备中塑料-碳二的复型优于碳一的复型是由于 其制备过程不损坏金相试样表面，重复性好，供观察的第二级复型一碳膜导电导热性好，在电子束照射下较为稳定 。 7. 差热分析曲线总的峰高表示 试样和 参比物 之间的最大温差，即从封顶到该峰所在基线碱的垂直距离。 8. 第一类应力导致X 射线衍射线位移，第二类应力导致X 射线衍射线线形变化，第三类应力导 致X 射线衍射线 强度降低 。 9. 红外光谱法定量分析的具体方法主要有 标准法 、吸光度比法 和 补偿法 共同组成。 10.单晶体电子衍射花样是规则的衍射斑点组成。 11. 大量实验证明，X 射线具有波动性和微粒性 的双重性，即波粒二象性。 12. 布拉格方程式衍射分析中最基本的公式，其应用主要集中在 结构分析 和X 射线谱分析两个方面。 13.由于X 射线的发展，相继产生了X 射线透射学、X 射线衍射学 和 X 射线光谱学 等三个学科。 14.提高透镜分辨率的本领 波长 ， 介质 和 孔径半角 。 15. 电磁透镜的几何像差包括 球差和 像散，而电子束波长的稳定性决定的像差为色差 。 16. 透射电镜主要有电子光学系统、电源控制系统和 真空系统构成。 17. 非弹性散射机制主要有 单电子激发 、 等离子激发 、和 声子激发 。 18. 透射电镜的主要性能指标分辨率、 放大倍数 、和 加速电压 。 19. 热分析测试过程中，粉体试样中粉体 粒度 与粉体 堆积密度 对热分析结果影响较大。 20. 用来进行晶体结构分析的X 射线学分支是 X 射线衍射学 。 21. M 层电子回迁到K 层后，多余的能量放出的特征X 射线称 K β。 22. X 射线衍射中，只有晶面间距大于 波长的一半的晶面才能产生衍射。 23.布拉格方程解决了X 射线衍射方向问题，即满足布拉格方程的晶面将参与衍射，但能否产 生衍射花样还取决于 衍射强度 。 24. 电子对X 射线散射分为两种情况， 一种是受原子核束缚较紧的电子，X 射线作用后，该 电子发生振动，向空间辐射与入射波频率相同的电磁波，由于波长、频率相同，会发生相干散 射 和 另一种X 射线作用在束缚电子上，产生康普顿效应---非相干散射，产生背底。 25. X 射线线扫描仪中的扫描方式主要有 光栅扫描 和 角光栅扫描。 26. 根据量子力学计算，L 壳层的能级实际上是由 3 个子能级构成,M 壳层的能级由 5 个能级 构成,N 层由 7 个子能级构成。 27.劳厄方程是确定 X 射线衍射方向的基本方程，常用与晶体 取向测定和晶体对称性的研究。 28. 影响多晶体衍射强度的其他因数主要有 多重因数P 、 吸收因子A(θ) 和 温度因子e-2M 。 29. X 射线定量分析的方法有 外标法 和 内标法 两大类。 30.有一体心立方晶体的晶格常数是0.286nm ，用铁靶K α（λK α=0.194nm ）照射该晶体能产生 四 条衍射线。 31. 电子显微分析方法以材料 微区形貌 、 晶体结构 和 化学组成 为基本目的。 三.名词解释 1. 非相干散射：当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。 2. 结构消光：当阵点不是一个单原子，而是一个原子集团时基元内原子散射波间相互干涉也可能会导致消光，此外布拉菲点阵通过套构后形成的复式点阵，出现了布拉菲点阵本身没有的消光规律，称2 1111L L f +=
材料现代分析方法北京工业大学
材料现代分析方法北京工业大学 篇一：13103105-材料现代分析方法 《材料现代分析方法》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编号：13103105 课程类别：专业核心课程 适应专业：材料物理 总学时：54学时 总学分:3 课程简介： 本课程介绍材料微观形貌、结构及成分的分析与表面分析技术主要方法及基本技术，简单介绍光谱分析方法。包括晶体X射线衍射、电子显微分析、X射线光电子谱仪、原子光谱、分子光谱等分析方法及基本技术。 授课教材：《材料分析测试方法》，黄新民解挺编，国防工业出版社，20XX年。 参考书目： [1]《现代物理测试技术》，梁志德、王福编，冶金工业出版社，20XX 年。 [2]《X射线衍射分析原理与应用》，刘粤惠、刘平安编，化学工业出
版社，20XX年。 [3]《X射线衍射技术及设备》，丘利、胡玉和编，冶金工业出版社，20XX年。 [4]《材料现代分析方法》，左演声、陈文哲、梁伟编，北京工业大学出版社，20XX年。 [5]《材料分析测试技术》，周玉、武高辉编，哈尔滨工业大学出版社，2000年。 [6]《材料结构表征及应用》，吴刚编，化学工业出版社，20XX年。 [7]《材料结构分析基础》，余鲲编，科学出版社，20XX年。 二、课程教育目标 通过学习，了解X射线衍射仪及电子显微镜的结构，掌握X-射线衍射及电子显微镜的基本原理和操作方法，了解试样制备的基本要求及方法，了解材料成分的分析与表面分析技术的主要方法及基本技术，了解光谱分析方法，能够利用上述相关仪器进行材料的物相组成、显微结构、表面分析研究。学会运用以上技术的基本方法，对材料进行测试、计算和分析，得到有关微观组织结构、形貌及成分等方面的信息。 三、教学内容与要求 第一章X射线的物理基础 教学重点：X射线的产生及其与物质作用原理 教学难点：X射线的吸收和衰减、激发限 教学时数：2学时
功能材料
科技名词定义 中文名称： 功能材料 英文名称： functional material 定义： 具有除力学性能以外的其他物理性能的特殊材料。 应用学科： 航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科） 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料专业介绍（新增） 本专业为2011年新增专业。专业代码：080215S，修业年限：四年，授予学位门类：工学。通过学习，将具备了以下几方面的能力：1、具有坚实的学科基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；2、较系统地掌握专业领域宽广的技术理论基础知识；3、具有较强的解决与力学有关的材料加工技术问题的理论分析能力与实验技能；4、具有较强的计算机和外语应用能力；5、具备相应的实验、科研能力。职业前景：这个专业是在国家新兴产业结构调整下应运而生的，有政策支持，专业的就业前景不错。毕业生可以从事与信息技术、生物工程技术等相关的新材料开发与应用相关的职业，也可在高校、事业部门从事教学、科研工作。功能材料在国外发展迅速，新工艺层出不穷，相对于传统材料领域，就读国内该专业的学生具有较多的出国、读研机会。相近专业：无机非金属材料工程（080203）、冶金工程（080201）、材料科学与工程（080205Y）、复合材料与工程（080206W）、焊接技术与工程（080207W）、生物功能材料（080213S）。开办学校：东北大学秦皇岛分校，石家庄铁道大学，西安建筑科技大学，沈阳建筑大学; 兰州理工大学;华中科技大学,华侨大学，天津大学，北京石化学院，昆明理工大学。 功能材料的重要性 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85 % 。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。 新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设
功能材料概论复习要点及试题 (1)
功能材料概论复习资料 第三章超导材料 一 .概念 1.超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。 2.在绝对零度下，处于能隙下边缘以下的各能态全被占据，而能隙上边缘以上的各能态全 空着。这种状态就是超导基态。 3.引进声子的概念后，可将声子看成一种准粒子，它像真实粒子一样和电子发生相互作用。 通常把电子与晶格点阵的相互作用，称为电子-声子相互作用。 4.产生临界磁场的电流，即超导态允许流动的最大电流，称为临界电流。 5.在处理与热振动能量相关的一类问题时，往往把晶格点阵的集体振动，等效成若干个不 同频率的互相独立的简正振动的叠加。而每一种频率的简正振动的能量都是量子化的，其能量量子 (q)就称为声子。 6.只要两个电子之间有净的吸引作用，不管这种作用多么微弱，它们都能形成束缚态，两 个电子的总能量将低于2E F。此时，这种吸引作用有可能超过电子之间的库仑排斥作用，而表现为净的相互吸引作用，这样的两个电子被称为库柏电子对。 7.库柏对有一定的尺寸，反映了组成库柏对的两个电子，不像两个正常电于那样，完全互 不相关的独立运动，而是存在着一种关联性．库柏对的尺寸正是这种关联效应的空间尺度．称为BCS相于长度。 8.对处于超导态的超导体施加一个磁场，当磁场强度高于H C时，磁力线将穿人超导体， 超导态被破坏。一般把可以破坏超导态的最小磁场强度称为临界磁场。 二 .填空 1.（电子）与（晶格点阵之间）的相互作用，可能是导致超导电性产生的根源。 2.超导体的三个临界参数为：（临界温度）、（临界磁场）（临界电流）。 3.超导材料按其化学组成可分为：（元素超导体）、（合金超导体）、（化合物超导体）。 三 .简答 1.请简述第一类超导体与第二类超导体的区别 H C0为0K时的临界磁场。当T＝T C时，＝0;随温度的降低，H C增加，至0K时达到最大值H C0。 H C与材料性质也有关系，上述在临界磁场以下显示超导性，超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。
现代材料分析方法试题及答案范文
1. X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足什么公式？写出数学表达式，并说明d、θ、λ的意义。（5分） 答：. X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足布拉格公式。（1分）其数学表达式： 2dsinθ=λ（1分）其中d是晶体的晶面间距。（1分）θ是布拉格角，即入射线与晶面间的交角。（1分）λ是入射X 射线的波长。（1分） 4. 二次电子是怎样产生的？其主要特点有哪些？二次电子像主要反映试样的什么特征？用什么衬度解释？该衬度的形成主要取决于什么因素？（ 6分） 答：二次电子是单电子激发过程中被入射电子轰击出的试样原子核外电子。（1分） 二次电子的主要特征如下： （1）二次电子的能量小于50eV，主要反映试样表面10nm层内的状态，成像分辨率高。（1分） （2）二次电子发射系数δ与入射束的能量有关，在入射束能量大于一定值后，随着入射束能量的增加，二次电子的发射系数减小。（1分） （3）二次电子发射系数δ和试样表面倾角θ有关：δ(θ)=δ0/cosθ（1分） （4）二次电子在试样上方的角分布，在电子束垂直试样表面入射时，服从余弦定律。（1分） 二此电子像主要反映试样表面的形貌特征，用形貌衬度来解释，形貌衬度的形成主要取决于试样表面相对于入射电子束的倾角。（1分） 2. 布拉格角和衍射角： 布拉格角：入射线与晶面间的交角，（1.5 分） 衍射角：入射线与衍射线的交角。（1.5 分） 3. 静电透镜和磁透镜： 静电透镜：产生旋转对称等电位面的电极装置即为静电透镜，（1.5 分） 磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。（1.5 分） 4. 原子核对电子的弹性散射和非弹性散射： 弹性散射：电子散射后只改变方向而不损失能量，（1.5 分） 非弹性散射：电子散射后既改变方向也损失能量。（1.5 分） 二、填空（每空 1 分，共 20 分） 1. X 射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉晶法和衍射仪法。 2.扫描仪的工作方式有连续扫描和步进扫描两种。 3. 在 X 射线衍射物相分析中，粉末衍射卡组是由粉末衍射标准联合 委员会编制，称为 JCPDS 卡片，又称为 PDF 卡片。 4. 电磁透镜的像差有球差、色差、轴上像散和畸变。 5.透射电子显微镜的结构分为光学成像系统、真空系统和电气系统。 1. X射线管中，焦点形状可分为点焦点和线焦点，适合于衍射仪工作的是线焦点。 2. 在 X 射线物象分析中，定性分析用的卡片是由粉末衍射标准联合委员会编制，称为 JCPDS 卡片，又称为 PDF(或 ASTM) 卡片。 3. X射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉晶法和衍射仪法。 4. 电磁透镜的像差有球差、色差、轴上像散和畸变。 5. 电子探针是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析。 二、选择题（多选、每题 4 分） 1. X射线是（ A D ） A. 电磁波； B. 声波； C. 超声波； D. 波长为0.01~1000?。 2. 方程 2dSinθ=λ叫（ A D ） A. 布拉格方程； B. 劳厄方程； C. 其中θ称为衍射角； D. θ称为布拉格角。 3. 下面关于电镜分析叙述中正确的是（ B D ） A. 电镜只能观察形貌；
现代材料分析
1红外吸收光谱:是物质的分子吸收红外光区的电磁波而产生的吸收光谱. 2红外光谱:红外光光子的能量与分子振动能级的能量差相当,物质分子吸收红外光导致振动能级发生跃迁,产生红外光谱. 3.伸缩振动:沿着键轴方向伸缩的振动,只能改变键长不能改变键角. 4.弯曲振动:垂直于键轴方向的振动,只改变键角不影响键长. 5耦合效应:振动基频相差不大的两个临近基团的振动之间发生相互作用,引起吸收频率偏离基频作用,一个移向高频方向,一个移向低频方向. 6Fermi共振:当倍频或某基频相近时,由于相互作用也可以发生共振偶合使谱带分裂,并且原来强度很弱的倍频或合频谱带的强度显著的增加. 7.化学位移:由于原子核所处化学环境不同而引起共振频率的不同. 8核磁共振谱:吸收率(纵坐标)对化学位移(横坐标)的曲线图. 9紫外-可见吸收光谱:根据溶液中物质的分子或离子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法.包括:比色分析法和紫外-可见分光光度法. 10紫外光:远紫外光(10-200nm)和近紫外光(200-400nm)的电磁波. 11可见光:400-780nm的电磁辐射,溶液中的物质选择性的吸收可见光中某种颜色的光溶液就会呈现出一定的颜色. 12比色分析法:比较有色物质颜色溶液深浅来确定物质含量的方法. 13分光光度法:使用分光光度计进行吸收光谱分析的方法. 14生声色团:含有键的不饱和基团. 15红移效应:某些有机化合物经取代反应引入含有未共享的电子对基团之后,吸收峰的波长将向长波方向移动. 16蓝(紫)移效应:在某些生色团一端引入取代基之后,吸收峰的波长会向短波方向移动.
17光源:用于提供足够强度和稳定的连续光谱. 18荧光:受光激发的分子从第一激发单重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射. 19磷光:从第一激发三重态的最低振动回到基态所发出的辐射. 20瑞利散射:与入射光波长相同的散射. 21拉曼散射:波长于入射光不同的散射,其频率与入射光频率的差等于样品中分子的振动能级. 22构型与构象:分子的空间几何结构. 23二次电子: 从材料表面散射出来的能量小于50eV 的电子. 24俄歇电子: X 射线或电子束激发固体中原子内层电子使原子电离，此时原子(实际是离子)处于激发态，将发生较外层电子向空位跃迁以降低原子能量的过程，此过程发射的电子。 25背散射电子:入射电子经过试样表面散射后改变运动方向后又从试样表面发射回来的电子. 26电子透镜:以波长极短的电子束作为照明源用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领,高放大倍数的电子光学成像. 27助色团:含有杂原子的基团,当它与发色团相连时,能使法色团的吸收波长变大或吸收强度大于这些基团. 28单重态:激发态与基态中的电子自旋方向相反. 29三重态:激发态与基态中的电子自旋方向相同. 30 的跃迁:位于*成键轨道上的电子向*反键轨道跃迁. 31相的鉴定:确定物质处于什么相. 32物质的相:具有均匀的物理和化学成分的集合. 33驰豫:激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程. * ππ-
功能材料的发展方向与趋势
功能材料的发展方向与趋势 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中, 都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及重要手段。 超导材料以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。 高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（ 4.2K）提高到液氮温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高Tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体