材料研究方法考试
材料分析方法试题(1)
《材料科学研究方法》考试试卷（第一套）一、 1、基态 2、俄歇电子 3、物相分析 4、 色散 5、振动耦合 6、热重分析一．填空题（每空1分，选做20空，共20分，多答不加分）1. 对于X 射线管而言，在各种管电压下的连续X 射线谱都存在着一个最短的波长长值，称为 ，当管电压增大时，此值 。
2. 由点阵常数测量精确度与θ角的关系可知，在相同条件下，θ角越大，测量的精确度 。
3. 对称取代的S=S 、C ≡N 、C=S 等基团在红外光谱中只能产生很弱的吸收带（甚至无吸收带），而在 光谱中往往产生很强的吸收带。
4. 根据底片圆孔位置和开口位置的不同，德拜照相法的底片安装方法可以分为： 、 、 。
5. 两组相邻的不同基团上的H 核相互影响，使它们的共振峰产生了裂分，这种现象叫 。
6. 德拜法测定点阵常数，系统误差主要来源于相机的半径误差、底片的伸缩误差、样品的偏心误差和 。
7. 激发电压是指产生特征X 射线的最 电压。
8. 凡是与反射球面相交的倒易结点都满足衍射条件而产生衍射，这句话是对是错？ 。
9. 对于电子探针，检测特征X 射线的波长和强度是由X 射线谱仪来完成的。
常用的X 射线谱仪有两种：一种 ，另一种是 。
10. 对于红外吸收光谱，可将中红外区光谱大致分为两个区： 和 。
区域的谱带有比较明确的基团和频率对应关系。
11. 衍射仪的测量方法分哪两种： 和 。
12. DTA 曲线描述了样品与参比物之间的 随温度或时间的变化关系。
13. 在几大透镜中，透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于 。
14. 紫外吸收光谱是由分子中 跃迁引起的。
红外吸收光谱是由分子中跃迁引起的。
15. 有机化合物的价电子主要有三种，即 、 和 。
16. 核磁共振氢谱规定，标准样品四甲基硅δ TMS ＝ 。
17. 红外吸收光谱又称振-转光谱，可以分析晶体的结构，对非晶体却无能为力。
此种说法正确与否？18. 透射电子显微镜以 为成像信号，扫描电子显微镜主要以为成像信号。
材料研究方法复习题
1.根据下图，试推导Bragg方程，并对方程中主要参数范围的确定进行讨论。
答：1）Bragg方程推导：根据题图，有：相邻两个原子面上的原子散射波光程差δ= AE + AF = ABsinθ+ ABsinθ=2 ABsinθ= 2dsinθ干涉加强条件是，晶体中任意相邻两个原子面上的原子散射波在原子面反射方向的相位差为2π的整数倍，光程差等于波长的整数倍。
因此，干涉加强的条件为：2dsinθ= nλ即Bragg方程。
2）方程中主要参数范围的讨论：a. 根据布拉格方程，sinθ不能大于1，因此：nλ/2d =sinθ< 1，对衍射而言，n的最小值为1，所以在任何可观测的衍射角下，产生衍射的条件为λ<2d，这也就是说，能够被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加反射的晶面中最大面间距的二倍，否则不能产生衍射现象。
b.当x射线波长一定时,晶体中存在可能参加反射的晶面族也是有限的,它们必须满足d>λ/2, 即只有那些晶面间距大于入射x射线波长一半的晶面才能发生衍射2.什么是X射线谱，连续X射线谱的产生机理是什么？答：1）X射线谱：x射线的强度随波长而变化的曲线称为X射线谱。
2）具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，其产生机理为：能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。
单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。
3.写出标识X射线谱的波长与阳极物质原子序数间的对应关系（莫塞莱定律），说明莫塞莱定律的意义。
答：1）莫塞莱定律：标识X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为：1/λ=K/(Z-σ)22）莫塞莱定律的意义：莫塞莱定律指出了标识X射线谱的波长λ与阳极物质原子序数Z的关系，莫塞莱定律是X射线光谱分析中的重要理论基础。
用电子轰击待测试样辐射出标识X射线，并测定其波长，则可以知道试样中含有哪些元素。
材料研究方法复习题
1.Ｘ射线的波长范围大致为多少？Ｘ射线产生的基本原理及X射线管的基本结构（1）0。
0１-1０ｎm(２）高速运动的自由电子被突然减速便产生X射线；(3)X射线管的基本结构：使用最广泛的是封闭式热阴极X射线管，包括一个热阴极(绕成螺线形的钨丝）和一个阳极(靶），窗口，管内高真空（１０—7Ｔorr）2.X射线谱的基本类型及其特点X射线强度 I 随波长λ的变化曲线称为X射线谱，可分为连续X射线(由连续的各种波长组成,其波长与工作条件V、I有关）和特征X射线（又称标识X射线,不随工作条件而变，只取决于阳极靶的物质）。
3.描述X射线于物质的相互作用（俄歇效应和光电效应）课本图3.8补充俄歇效应：当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子。
它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。
4.X射线衍射的几何条件(布拉格方程或定律)Ｘ射线通过物质（晶体)后衍射线特征包括方向和强度，其中衍射线的方向与晶体的点阵参数（晶胞大小和形状）、入射线的方位及X射线波长有关,具体表现为:劳厄方程式、布拉格定律和倒易空间衍射公式.5.X射线衍射分析的方法主要有哪些？各自的特点是什么？(注意λ和Θ的变化）单晶：劳厄法（λ变，θ不变)；转晶法（λ不变，θ部分变化）粉末：粉末照相法（粉末法或粉晶法) (λ不变,θ变)；粉末衍射仪法(λ不变，θ变化）6.Ｘ射线衍射物相分析的基本原理（Ｉ/Ｉ0、2Θ)X射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小，即决定于各晶面的晶面间距,而衍射线的强度决定于晶胞内原子种类、数目及排列方式,每种结晶物质具有独特的衍射花样，且试样中不同物质的衍射花样同时出现互不干涉，某物相的衍射强度取决于它在试样中的相对含量，当试样的衍射图谱中d值和I/I0与已知物质的数值一致时，即可判定试样中含有该已知物质.7.说明Ｘ射线衍射仪法定性分析物相组成的基本过程,注意事项及ＰＤＦ卡片的检索方法（1）X射线衍射定性分析是将试样的衍射谱与标准衍射谱进行比较鉴别,确定某种物相的存在以及确定该物相的结晶状态。
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材料研究方法1.均质体与非均质体介质的折射率不因光波在介质中的振动方向的不同而发生改变，其折射率值只有一个，此类介质属于光性均质体，简称均质体。
介质的折射率因光波在介质中的振动方向的不同而发生改变，其折射率值不止一个，此类介质属于光性非均质体，简称非均质体。
光波入射非均质体时，除特殊方向外，都要发生双折射现象，分解为振动方向垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏光，两者之差为双折射率。
2.正交偏光下晶体的消光现象和四次消光现象。
3.光学显微镜提高分辨能力的方式。
分辨率：d = 1.22λ/2n·sinα所以可以从三个方面提高：①、选用波长较短的光波，如紫外、X射线、电子束等。
②、采用折射率较大的材料，如油浸显微镜。
③、增大显微镜的孔径角，如采用复式透镜4.X射线管的结构、X射线产生原理工作原理X射线管由主要由电子枪阴极和金属靶阳极组成。
高速运动的电子或其他高能辐射流与物体发生碰撞时被突然减速，并与物质内层电子发生作用而产生X-ray。
在X射线管中，在通电时阴极被加热释放自由电子，这些电子在阴阳极的高压下被加速成高能电子束，高速射向阳极靶发生碰撞，由阳极靶产生X射线，经铍窗口射出。
由于高能电子撞击阳极靶后一部分能量转化为X射线，大部分的转化为热能，使得阳极靶温度剧增，因此必须对阳极靶进行冷却，一般采用循环水冷却，也可采用旋转靶材的方法。
5、X射线的线吸收系数和质量吸收系数与波长和原子序数的关系。
μl=μm·ρμm=aλ3+bλ4；μm≈Cλ3Z3μl：当x射线穿过单位长度为1cm物质时强度衰减的程度。
μl越大衰减越大μm：当x射线穿过单位质量物质（单位截面的1g物质时的强度衰减程度，其值与X射线照射的物质的原子序数和X射线波长有关。
波长一定时，其关系表达式为：μm∝Z36、X射线与物质作用后为什么会出现规则斑点、圆环、晕圈？多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环，单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成，而非晶体物质的衍射花样只有一个漫散的中心斑点（晕圈）。
材料现代研究方法习题加答案-考试实用
第二部分电子显微分析一、电子光学1、电子波特征，与可见光有何异同?2、电磁透镜的像差（球差；色差；像散；如何产生，如何消除和减少）球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度过大。
用小孔径成像时可使球差明显减小。
像散是由于电磁透镜的轴向磁场非旋转对称引起。
透镜磁场不对称，可能是由于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起。
象散可由附加磁场的电磁消象散器来校正。
色差是由入射电子的波长或能量的非单一性造成的。
稳定加速电压和透镜电流可减小色差。
3、电磁透镜的分辨率、景深和焦长（与可见光），影响因素电磁透镜的分辨率主要由衍射效应和像差来决定。
（1）已知衍射效应对分辨率的影响（2）像差对分辨的影响。
像差决定的分辨率主要是由球差决定的。
景深：当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内,允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离。
焦长：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围，用D L表示。
二、透射电子显微镜1、透射及扫描电镜成像系统组成及成像过程（关系）扫描电镜成像原理：在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20μm的电子束。
末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上作光栅状扫描。
通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散射电子象。
2、光阑（位置、作用）光栏控制透镜成像的分辨率、焦深和景深以及图像的衬度、电子能量损失谱的采集角度、电子衍射图的角分辨率等等。
防止照明系统中其它的辐照以保护样品等3、电子衍射与x衍射有何异同电子衍射与X射线衍射相比的优点：1.电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来。
2.电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射线简单。
材料研究方法复习题
材料研究方法复习题1.Ｘ射线的波长范围大致为多少？Ｘ射线产生的基本原理及X射线管的基本结构（1）0。
0１-1０ｎm(２）高速运动的自由电子被突然减速便产生X射线；(3)X射线管的基本结构：使用最广泛的是封闭式热阴极X 射线管，包括一个热阴极(绕成螺线形的钨丝）和一个阳极(靶），窗口，管内高真空（１０—7Ｔorr）2.X射线谱的基本类型及其特点X射线强度 I 随波长λ的变化曲线称为X射线谱，可分为连续X射线(由连续的各种波长组成,其波长与工作条件V、I有关）和特征X射线（又称标识X射线,不随工作条件而变，只取决于阳极靶的物质）。
3.描述X射线于物质的相互作用（俄歇效应和光电效应）课本图3.8补充俄歇效应：当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子。
它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。
4.X射线衍射的几何条件(布拉格方程或定律)Ｘ射线通过物质（晶体)后衍射线特征包括方向和强度，其中衍射线的方向与晶体的点阵参数（晶胞大小和形状）、入射线的方位及X 射线波长有关,具体表现为:劳厄方程式、布拉格定律和倒易空间衍射公式.5.X射线衍射分析的方法主要有哪些？各自的特点是什么？(注意λ和Θ的变化）单晶：劳厄法（λ变，θ不变)；转晶法（λ不变，θ部分变化）粉末：粉末照相法（粉末法或粉晶法) (λ不变,θ变)；粉末衍射仪法(λ不变，θ变化）6.Ｘ射线衍射物相分析的基本原理（Ｉ/Ｉ0、2Θ)X射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小，即决定于各晶面的晶面间距,而衍射线的强度决定于晶胞内原子种类、数目及排列方式,每种结晶物质具有独特的衍射花样，且试样中不同物质的衍射花样同时出现互不干涉，某物相的衍射强度取决于它在试样中的相对含量，当试样的衍射图谱中d值和I/I0与已知物质的数值一致时，即可判定试样中含有该已知物质.7.说明Ｘ射线衍射仪法定性分析物相组成的基本过程,注意事项及ＰＤＦ卡片的检索方法（1）X射线衍射定性分析是将试样的衍射谱与标准衍射谱进行比较鉴别,确定某种物相的存在以及确定该物相的结晶状态。
材料研究方法试卷A答案
材料研究方法试卷A答案The document was finally revised on 2021一、名词解释（每题5分，共20分）1、短波限各种管电压下的连续X射线谱都具有一个最短的波长值，该波长值称为短波限。
2、光电效应光电效应是入射X射线的光量子与物质原子中电子相互碰撞时产生的物理效应。
当入射光量子的能量足够大时，可以从被照射物质的原子内部（例如K壳层）击出一个电子，同时外层高能态电子要向内层的K空位跃迁，辐射出波长一定的特征X射线。
这种以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应。
3、相干散射当入射线与原子内受核束缚较紧的电子相遇，光量子不足以使原子电离，但电子可在X射线交变电场作用下发生受迫振动，这样的电子就成为一个电磁波的发射源，向周围辐射电磁波，这些散射波之间符合波长相等、频率相同、位相差相同的光的干涉条件，故称相干散射。
4、球差球差即球面像差，是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的像差。
二、简答题（每题10分，共40分）1、实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片？答：实验中选择X射线管的原则是为避免或减少产生荧光辐射，应当避免使用比样品中主元素的原子序数大2~6（尤其是2）的材料作靶材的X射线管。
选择滤波片的原则是X射线分析中，在X射线管与样品之间一个滤波片，以滤掉Kβ线。
滤波片的材料依靶的材料而定，一般采用比靶材的原子序数小1或2的材料。
分析以铁为主的样品，应该选用Co或Fe靶的X射线管，它们的分别相应选择Fe和Mn为滤波片。
2、比较物相定量分析的外标法、内标法、K值法、直接比较法和全谱拟合法的优缺点？答：外标法就是待测物相的纯物质作为标样以不同的质量比例另外进行标定，并作曲线图。
外标法适合于特定两相混合物的定量分析，尤其是同质多相（同素异构体）混合物的定量分析。
内标法是在待测试样中掺入一定量试样中没有的纯物质作为标准进行定量分析，其目的是为了消除基体效应。
华理研究生 材料研究方法-陈奇老师部分复习题
材料研究方法 部分复习题 （陈奇老师部分）◆◆◆ 试说明原子吸收分光光度法的基本原理。
◆◆◆ 原子吸收分光光度计以单光束型仪器为例，其仪器主要由哪些主要部分组成？仪器操作条件的选择有哪些内容？◆◆◆ 以标准曲线法为例，说明原子吸收分光光度法的定量分析操作。
◆◆◆ 热失重分析主要可以来检测哪些物理和化学和变化过程？◆◆◆ 试述热失重分析的基本原理。
影响热失重曲线的因素有哪些？请说明下样品重量和升温速率对DTA 、TG 曲线的影响。
◆◆试述差热分析的基本原理。
影响差热曲线的因素有哪些？请分析下图的热重曲线。
◆◆◆ 在无机材料研究中，差热分析主要可用于检测哪些特性？若玻璃存在分相，DTA 曲线上会有何特征？◆◆◆利用失重曲线如何分析材料的热稳定性？请说明之。
在DTA 曲线上，利用哪几个峰的数值可以衡量玻璃稳定性的大小，请写出计算公式。
◆◆◆ 试说明如何利用DSC 曲线来分析玻璃的析晶动力学（等温和非等温分析）。
◆◆◆ 请说明光密度、吸收系数、消光系数、紫外截止波长和紫外本征吸收波长。
◆◆◆ 说明着色离子吸收的原因。
哪些因素会影响Cu 2+的吸收峰？◆◆◆ 玻璃的结构和组分会怎样影响相应的紫外吸收限？◆◆◆ 试比较红外光谱和拉曼光谱的主要异同点？◆◆◆ 写出拉曼光谱法的分析特点。
哪类基团引起的振动峰会同时显现在IR 和Raman 谱上？◆◆◆石英玻璃中引入Na 2O 后在结构中会产生非桥氧，请问红外光谱（IR ）的图谱有何变化？请画出简图并说明之。
◆◆◆ 影响红外图谱的因素有哪些？◆◆◆ 试阐述X 射线衍射分析法在材料分析中的应用。
◆◆◆ X 射线衍射分析法中定性确定物相成分的一般步骤是什么？XRD 图谱上哪些数据较重要？◆◆◆ X 射线衍射分析法中常用的定量分析法有哪三种？举一种说明之。
✹✹✹ 物质的表面分析包括什么主要内容?✹✹✹以下是材料分析测试中一些常用分析方法的英文缩写。
请用中文和英语写出它们的全名称。
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1、相比于纯铜而言，青铜具有哪些明显的优点？答：更坚韧，更耐磨。
2、请分别画出传统材料与环境材料的材料-环境系统示意图。
3、请画出材料科学与工程学科的四要素（四面体）。
请用该四面体来分析不锈钢和普通碳钢这两种材料。
答：性能：不锈钢密度略低于普通碳钢，而电阻率高于普通碳钢，不锈钢的线膨胀系数较大，而热导率较低。
不锈钢具有焊接性，耐腐蚀性，抛光性。
结构成分：普通碳钢的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素，即以铁，碳，锰为主要元素的合金，所以机械性能通常不如合金钢；不锈钢隶属于合金钢范畴，一种高合金钢，含有大量的铬，还有的含有大量的镍和一定量的钛。
铬的作用就是让钢具有耐腐蚀性，镍的作用是降低不锈钢的奥氏体化温度。
合金元素的总含量可达到10~28%，所以它是高合金钢。
制备加工：普通碳钢：的冶炼通常在转炉、平炉中进行。
转炉一般冶炼普通碳素钢，而平炉可以冶炼各种优质钢。
近年来氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。
不锈钢：在钢的冶炼是加入适当的铬、镍、钛等元素，这些元素的含量决定了不锈钢的牌号及防锈性能，冶炼好浇铸或连铸成毛坯，再经过轧机轧成各种规格的钢板及型材，轧好的钢板及型材还可以在表面进行拉丝和抛光处理，改善外观效果。
4、什么是纳米材料？材料的纳米效应有哪些？请举例说明其中的“量子效应”。
答：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米效应：尺寸、晶界、量子→纳米结构表征。
美国1995年提出麻雀卫星，重量不足10千克，用纳米材料制造，采用微机电体化集成技术整合。
若在太阳同步轨道. 上布置648颗纳米卫星，就可以全面监视地球。
5、材料科学有哪些共性规律？答：1、晶体学结构规律；2、材料缺陷与强度；3、材料的相变原理；4、材料的形变与断裂；5、材料的强韧化原理6、材料设计的主要途径有哪些？答：根据服役条件确定性能要求→依据知识选择材料→设计相应工艺确定工艺参数→检测组织测试性能→达到设计要求进行实际试验→根据失效分析改进技术方案7、什么是纳米材料？材料的纳米效应有哪些？请举例说明其中的“小尺寸效应”。
答：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米效应：尺寸、晶界、量子→纳米结构表征。
苍蝇飞机，形如蚊子微型导弹受电波遥控，其威力足以炸毁敌方坦克、飞机、指挥部和弹药库。
8、金属材料的强韧化机制有哪些？答：1、固溶强化；2、位错强化；3、细晶强化；4、弥散强化9、简述石墨烯材料的结构特点，简述其优点，并简述其应用。
答：典型的二维结构，只有在x,y两个维度上有尺度，在z方向上只有一个原子的厚度电阻率最低，超薄，超韧石墨烯电池，石墨烯显示屏，石墨烯传感器10、请画出材料科学与工程学科的四要素（四面体）。
四个方面是什么关系？其主线是什么？核心是什么？四个方面互为影响，相互联系；主线是性能由其它三个方面所决定；核心是(微观)结构11、材料科学研究的基本方法有哪些？答：归纳与演绎法；分析与综合法；类比与移植法；数学与模型法；系统与优化法；假说与理论法；原型启发与仿生法12、用能量法研究材料过程，其过程的方向、途径、结果的基本原理是什么？答：方向：热力学第一、二定律途径：最小阻力原理或最小自由能原理结果：阿累尼乌斯（Arrhenius）方程13、要正确对待材料结构及其层次，应该注意哪些共性问题？答：可分VS穷尽，转变VS守恒，树木VS森林，表象VS真实，量变VS质变14、请举例说出一种复合材料，并说明其性能的优点，并解释这种优异性能的原因。
答：碳纤维/环氧树脂复合材料优点：(1)团结分散的填充剂以形成复合材料整体和赋予制件形状;(2)保护填充剂不受或少受环境的不利影响;(3) 填充剂的载体，向填充剂传递载荷或信号;(4)决定复合材料的加工性能;(5)实现填充剂的功能原因：碳纤维/环氧树脂复合材料含有增强体碳纤维：拉伸强度高，弹性模量大，质轻；化学稳定性好；耐高温，导电，导热，热膨胀系数小等；增强体碳纤维：拉伸强度高，弹性模量大，质轻；化学稳定性好；耐高温，导电，导热，热膨胀系数小等；增强体碳纤维：拉伸强度高，弹性模量大，质轻；化学稳定性好；耐高温，导电，导热，热膨胀系数小等。
15、何为材料的环境协调性（MLCA）评价？MLCA的英文全拼是什么？MLCA的研究包括哪些方面的内容（请简述）？答：LCA是一种评价产品在整个寿命周期中所造成的环境影响的方法，通过确定和量化与评估对象相关的能源、物质消耗、废弃物排放，评估其造成的环境负荷;评估这些能源物质消耗、废弃物排放所造成的环境影响;辨别和评估改善环境的机会。
MLCA (Materials LCA) ,就是将LCA的基本概念、原则和方法应用于对材料寿命周期的评价。
研究包含：通过确定和量化与评估对象相关的能源、物质消耗、废弃物排放，评估其造成的环境负荷;评估这些能源物质消耗、废弃物排放所造成的环境影响;辨别和评估改善环境的机会。
16、材料计算设计主要有哪几个层次？其关键科学问题是什么？答：微观设计层次，介观设计层次，宏观设计层次。
1、根据基础理论和数据能否发展出符合实际的解析与数理模型；2、解决不同层次问计尊方法的选择与整合17、科学研究的选题有哪些基本原则？答：需要性、科学性、创造性、可能性、经济性。
18、材料主要有哪些共同效应？答：界面效应，表面效应，复合效应，形状记忆效应，动态效应，环境效应，纳米效应19、简述你所了解的一种仿生材料，简述其优点，并简述其应用。
答：东南大学研究小组研发出一种仿生材料，能够像变色龙一样改变颜色优点：利用纳米技术成功地做出仿生表面，即使在承受微小的拉压应力，材料也能够反射不同的光。
可用于心脏跳动的微弱变化也能产生颜色的变化。
应用：1、在生物医学领域进行应用：松弛状态的肌肉，呈红色，收缩时则呈彩虹色。
2、利用研究成果测试药物对心脏细胞的影响，即颜色的变化与反应存在关联性。
3、在智能传动元件和机器人设备领域有更广泛的应用。
20、现代材料科学与工程学科主要有哪些特点？答：1，各类材料逐步趋向统一2,材料的发展和应用是系统工程3，科学与工程的全面融合4，多学科和跨学科交叉研究和应用5，新的思维方法发现和理论不断产生6，绿色材料科学技术是不断趋势21、材料经济分析包含哪两个方面？简述这两方面的内容。
答：材料经济分析包含零部件选材的经济分析和材料商品的经济分析。
零部件选材的经济分析指企业使用材料制造零部件或产品过程的经济分析。
材料商品的经济分析符合收益递减律和商品价格规律。
22、什么是材料经济学？其主要内容是什么？答：材料经济学指的是对材料的生产、应用、交换、分配、研究、发展和规划等活动进行经济效益和社会效益或潜在应用前景的分析和评价。
材料经济学又分为宏观材料经济学和微观材料经济学。
宏观材料经济学：材料的大循环;材料工业的布局、发展规划、技术政策;材料生产结构和消费结构的经济评价等。
微观材料经济学：应用价值价格理论来分析单个经济的经济活动.材料产品的成本分析，产品销售的经济评价，材料发展的经济评价，材料选用的经济分析等。
已知荷叶具有疏水性能，请你设计大致的实验步骤，来制造性能可控的人造疏水材料。
答：1、使用荷叶作为原始模板得到PDMS的凹模板2、使用该凹模板得到PDMS凸模板，该凸模板是荷叶的复制品3、用金属镍来代替PDMS,获得竹叶的凹模板4、在金属镍凹模板上使用紫外光固化的高分子材料复制，得到类似竹叶的复制品,该复制品具有超疏水能力。
金属镍模板更耐磨、刚性更好、更易准确复制。
假设有一个高性能的金属零部件，其优异的性能主要来自其热处理工艺。
目前仅仅知道其性能参数，请你设计大致的实验步骤，来制造出性能近似的金属零部件。
答：1、根据零件的性能参数确定生产材料类型2、通过性能对被加工零件进行工艺分析3、确定毛坯4、拟定工艺路线5、确定各工序所用的设备和工艺装备6、确定加工余量、工序尺寸及公差7、确定切削用量及时间定额8、材料的失效分析9、材料测试与模拟10、试用科学技术成果往往是一把双刃剑。
试以某种材料为例说明，阐述其利、弊，并设想如何来改进其副作用。
答：科学技术成果往往是一把双刃剑，如新型纳米材料利：1、它可以制成微型电机或是利用电子束将碳纳米管组成世界上最小的数字，排成最小的图案2、用纳米材料制成的原子力显微镜尖端测量它在水晶表面上推动一个钴原子的力要多大，或是利用探索其他原子在物理方面的性能。
3、通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料。
将少量这种材料掺入混凝土中，即可轻易制备出超高强度和超高耐久性能的高性能混凝土。
2006年在巴黎博览会国际发明竞赛上获得金奖。
4、利用纳米稀土开发应用于汽车尾气催化剂，纺织纤维添加剂，高性能稀土发光材料弊：1、1995年美国提出麻雀卫星，重量不足10千克，用纳米材料制造，采用微机电一体化集成技术整合。
若在太阳同步轨道上布置648颗纳米卫星，就可以全面监视地球，那么势必将会导致国际恐慌。
2、蚊子导弹，形如蚊子微型导弹受电波遥控，其威力足以炸毁敌方坦克、飞机、指挥部和弹药库，可能会增加世界战争3、蚂蚁士兵，以各种途径钻进敌方武器装备等设施中，长期潜伏。
一旦启用实施破坏，增加社会动荡。
4、袖珍飞行器，携带各种探测设备，具有信息处理、导航和通信能力，增加世界各国战争的可能性。
请以某一产业为例，说明在其发展过程中，该产业所使用的材料的发展、变化是怎样的？材料的发展是如何促使产业的进步的？在该产业的未来发展中，材料应该如何发展以适应多方面的要求？答：生物医用材料产业，在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。
唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。
后来用不锈钢做人工关节和骨折内固定器械，在心血管系统，各种眼科缝线、固定环、人工眼导线、眼眶填充等；还用于制作人工耳导线等，之后是医用钴基合金和医用不锈钢是医用金属材料中应用最广泛的两类材料。
相对不锈钢而言，前者更适合于制造体内承载苛刻、耐磨性要求较高的长期植入件。
再就是钛和钛合金，从金属植入材料的研究现状来看，纯钛及其钛合金具有其它材料无可比拟的优越性，特别是近些年发展起来的新型β-钛合金。
因此，开发研究更适合临床应用的新型β钛合金不失为人体用金属植入材料的一个主要发展方向。
对开发出的各种生物医学材料进行临床应用实验，以取得大量有价值的第一手资料，并及时反馈给材料研究部门，以便迅速对材料进行改进；寻求更为理想的表面处理工艺，更好地改善人体植入材料的表面性能，获得高质量的涂层并解决涂层与基底的结合问题，进一步提高生物医学材料与生物体的相容性，提高植入材料的耐磨性和耐蚀性；进行材料的复合化和混杂化研究。