大连理工大学叶飞老师材料科学基础之平时作业
《材料科学基础》课后习题及参考答案

绪论1、仔细观察一下白炽灯泡,会发现有多少种不同的材料?每种材料需要何种热学、电学性质?2、为什么金属具有良好的导电性和导热性?3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体?4、铝原子的质量是多少?若铝的密度为2.7g/cm3,计算1mm3中有多少原子?5、为了防止碰撞造成纽折,汽车的挡板可有装甲制造,但实际应用中为何不如此设计?说出至少三种理由。
6、描述不同材料常用的加工方法。
7、叙述金属材料的类型及其分类依据。
8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类:黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、 Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨,为什么不用Al2O3制造铁锤?晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数(晶面指数)、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、(1)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求出该晶面的米勒指数;(2)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的米勒指数。
3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向:(001)与[210],(111)与[112],(110)与[111],(322)与[236],(257)与[111],(123)与[121],(102),(112),(213),[110],[111],[120],[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
5、已知Mg2+半径为0.072nm,O2-半径为0.140nm,计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃,NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
8、根据最密堆积原理,空间利用率越高,结构越稳定,金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01%),为什么它也很稳定?9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9%;10、金属镁原子作六方密堆积,测得它的密度为1.74克/厘米3,求它的晶胞体积。
大连理工材料科学基础精华版第一章

净能 EN
EN FN dr FAdr FR dr EA ER
r
r
r
平衡距离r0 Equilibrium distance; 当 FA+ FR = 0 时的原子间距 当r = r0 时, E0称为结合能(Bonding energy),将2个原子无限分离 所需能量。平衡距离下的作用能 通常r0 0.3nm (3Å)
活泼的金属元素(IA,IIA和IIIA主族金属元素和低价态的过渡金属元素)和 活泼的非金属元素 (VIA,VIIA和N元素)之间。
电负性相差大的原子相互靠近时,成为正负离子,通过库仑静电引力形成。
Cl- Na+
例如:NaCl, MgO
电子转移
A 吸引能:E A r B 排斥能: E R n (n~8) r
Pauling electronegativtiy
1.2 原子的结合方式
原子键合的本质
从作用力角度: 吸引力 attractive force FA
排斥力 repulsive force FR
合力 net force FN FN = FA + FR
FN = 0 平衡位置r0
从能量角度: 吸引能(Attractive energy)EA 排斥能(Repulsive energy)ER 净能 (Net potential energy)EN
物质结构
第一章 原子结构
1. 任何物质由原子组成
结合方式 物质的性能 排列方式
2. 物质的聚集状态:
气态gas、液态liquid和固态solid
3. 工程材料通常是固态物质,是由各种元素通过 原子、离子或分子结合而成
原子、离子、分子之间的结合力称为结合键bond。 它们的具体组合状态称为结构structure。
大连理工大学《建筑材料》在线作业附标准答案 (1)

A.对
B.错
正确答案:A
7.烧结多孔砖的生产工艺与烧结普通砖基本相同。
A.对
B.错
正确答案:A
8.拌和砂浆用水与混凝土的要求相同,不得使用未经试验鉴定的污水。
A.对
B.错
正确答案:A
9.钢筋的屈强比是指钢筋屈服强度与抗压强度的比值。
大连理工大学《建筑材料》在线作业附标准答案
试卷总分:100 得分:100
一、 单选题 (共 5 道试题,共 30 分)
1.对于烧结砖,一等品的标准为不出现()泛霜。
A.轻微
B.中等
C.严重
D.以上选项均不正确
正确答案:B
2.实心砖指无孔洞或孔洞率小于()的砖。
A.20%
A.轻质多孔
B.保温性能好
C.隔热性能好
D.隔声能力好
正确答案:ABC
三、 判பைடு நூலகம்题 (共 13 道试题,共 52 分)
1.对钢材进行冷加工会降低钢材的强度,但可以提高其塑性。
A.对
B.错
正确答案:B
2.断面收缩率是表示钢材弹性的指标之一。
A.对
B.错
正确答案:B
13.抹面砂浆通常分两层或三层进行施工,各层成分不同,但稠度相同。
A.对
B.错
正确答案:B
A.对
B.错
正确答案:B
10.设计承受反复荷载作用,且需要进行疲劳验算的结构时,应该了解所用钢材的疲劳强度。
A.对
B.错
正确答案:A
11.石膏砌块可用于多层建筑的承重墙。
大连理工大学材料科学基础考前密押三套题及答案

大连理工大学
2012 年硕士研究生入学考试模拟试题(二)
科目名称: 材料科学基础
所有答案必须做在答案题纸上,做在试题纸上无效!
报考专业:
报考院校:
一、 概念辨析题(说明下列各组概念的异同)
1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键 8 全位错与不全位错 9 共晶转变与共析转变
八、考生对试题内容有疑问的,不得向监考老师询问。但在试题分发错误或试卷字迹模 糊时,可举手询问。
报考专业:
报考院校:
大连理工大学
2012 年硕士研究生入学考试模拟试题(一)
科目名称: 材料科学基础
所有答案必须做在答案题纸上,做在试题纸上无效!
一名词解释 1、晶胞 2、间隙固溶体 3、 临界晶核 4、 枝晶偏析 5、离异共晶 6、反应扩散 7、 临界分切应力 8、 回复 9、 调幅分解 10、二次硬 二简答题
素?
三、作图计算题
1.已知碳在 γ - Fe 中扩散时, D 0 = 2.0 × 10 - 5 m 2 /s , Q = 1.4 × 10 5 J/mol 。当温度由 927 ℃上升到 1027 ℃ 时,扩散系数变化了多少倍?( R = 8.314 J/(mol.K) )
2.已知某低碳钢 σ 0 =64KPa , K=393.7 ,若晶粒直径为 50μm ,该低碳钢的 屈服强度是多少?
1、 说明柏氏矢量的确定方法,如何利用柏氏矢量和位错线来判断位错的类型? 2、 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。 3、 为什么晶粒细化既能提高强度,也能改善塑性和韧性? 4、 共析钢的奥氏体化有几个主要过程?合金元素对奥氏体化过程有什么影响? 5、 提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些?为什么说 Cr 是不锈钢中最重要的合金元
材料科学基础平时作业

一、晶体结构1. 解释名词:配位数、晶胞、致密度、间隙固溶体、合金、相、组织、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、电子浓度、电子化合物。
2. (P86,1)If the atomic radius of copper is 0.128nm, calculate the volume of this unit cell in cubic meters.3. (P86,4)Mn 的同素异构体有一为立方结构,其晶格常数为0.632nm ,密度ρ为7.26g/cm 3,原子半径r 为0.112nm 。
问Mn 晶胞中有几个原子,其致密度为多少?4. (P86,5)Mo 的晶体结构为体心立方结构,其晶格常数a = 0.3147nm ,试求Mo 的原子半径r 。
5. (P86,6)试证明四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。
6. 在立方晶胞中画出下列晶向:]031[];321[];331[];210[];121[];101[7. 在立方晶胞中画出下列晶面:)321();221();131();210();211();110(8. 锆(Zr ,Zirconium )具有HCP 结构,密度为6.51 g/cm 3,M Zr =91.22 g/mol 。
(a )计算晶胞体积;(b )如果c/a 为1.593,计算c 和a 。
9. 试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。
10. FeAl 为电子化合物,计算其电子浓度,Fe 、Al 的价电子贡献分别为0和+3。
11. 下列合金相为何种类型:Cr 7C 3 、Mg 2Pb 、 WC 、FeAl 、Cu 3Al 、Fe 4N 、Fe 3C 。
二、晶体缺陷1. 解释名词:柏氏矢量、层错、空位、小角度晶界、共格相界、螺型位错2. 纯Cu 的空位形成能是1.5aJ/atom(1aJ=10-18J),将纯Cu 加热到850℃后激冷到室温(20℃),如果高温下的空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。
大连理工大学材料科学基础复习思考及习题(第三章)

/ cm3 )
理论密度、实际密度的区别
3、在某晶体的扩散实验中发现,在500 oC时,1010个原子中有1个原子具 有足够的激活能,可以跳出其平衡位置而进入间隙位置;在600 oC时,此 比例会增加到109。
(1)求此跳跃所需要的激活能;
(2)在700 oC时,具有足够能量的原子所占的比例为多少?
Va Va
(0.012 3 4104 )% 1104
根据20 oC和1020 oC时的浓度,可求解出空位形成能和形成熵。
位错中的矢量
柏氏回路的确定:
位 错 线 方 向 柏氏回路方向
正 位 错
刃型位错矢量关系: 位错线方向
螺型位错矢量关系:
柏氏矢量方向
位错线方向
右螺旋 (正向平行)
位错环上每点柏氏矢量相同(同一位错线上),位错性质可以不同。
位错的应变能
6、已知铜单晶的点阵常数a = 0.35 nm,切变模量G = 4x104 MPa,有一 位错 b a [1 01] ,其位错线方向为 [1 01] ,试计算该位错的应变能。
2
解:根据已知条件,柏氏矢量和位错线的方向一致,为螺型位错。
8、在铝试样中,测得晶粒内部位错密度为 5 x 109 /cm2。假定位错全部集 中在亚晶界上,每个亚晶粒的截面均为正六边形(边长为a)。亚晶界倾
斜角为 = 5o,若位错全部为刃型位错,柏氏矢量大小等于 b = 2 x 10-10
m,试求亚晶界上的位错间距和亚晶的平均尺寸(约等于正六边形边长a)。
g/cm3,试计算其空位粒子数分数,(试求106Pt中所含的空位数目)。
设空位粒子数分数为x,则:
4 (1 x) ACu a3 N A
材料科学基础课后作业及答案(分章节)

第一章8.计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS解:1、查表得:X Na =0.93,X F =3.98根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为:21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---⨯=共价键比例为:1-90.2%=9.8% 2、同理,CaO 中离子键比例为:21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e---⨯=共价键比例为:1-77.4%=22.6%3、ZnS 中离子键比例为:21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-⨯=中离子键含量共价键比例为:1-19.44%=80.56%10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义.说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
答:结构转变的热力学条件决定转变是否可行,是结构转变的推动力,是转变的必要条件;动力学条件决定转变速度的大小,反映转变过程中阻力的大小。
稳态结构与亚稳态结构之间的关系:两种状态都是物质存在的状态,材料得到的结构是稳态或亚稳态,取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件),阻力小时得到稳态结构,阻力很大时则得到亚稳态结构。
稳态结构能量最低,热力学上最稳定,亚稳态结构能量高,热力学上不稳定,但向稳定结构转变速度慢,能保持相对稳定甚至长期存在。
但在一定条件下,亚稳态结构向稳态结构转变。
第二章1.回答下列问题:(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向:(001)与[210],(111)与[112],(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236](2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和 (112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。
(3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101). (011)和(112)晶面上的[111]晶向。
解:1、2.有一正交点阵的 a=b, c=a/2。
某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距,求该晶面的密勒指数。
大连理工大学叶飞老师材料科学基础之平时作业

一、晶体结构1. 解释名词:配位数、晶胞、致密度、间隙固溶体、合金、相、组织、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、电子浓度、电子化合物。
(P86,1)If the atomic radius of copper is 0.128nm, calculate the volume of this unit cell in cubic meters.(如果铜的原子半径0.128nm ,计算立方米的这个单位细胞体积2. (P86,4)Mn 的同素异构体有一为立方结构,其晶格常数为0.632nm ,密度ρ为7.26g/cm 3,原子半径r 为0.112nm 。
问Mn 晶胞中有几个原子,其致密度为多少?3. (P86,5)Mo 的晶体结构为体心立方结构,其晶格常数a = 0.3147nm ,试求Mo 的原子半径r 。
4. (P86,6)试证明四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。
5. 在立方晶胞中画出下列晶向:]031[];321[];331[];210[];121[];101[6. 在立方晶胞中画出下列晶面:)321();221();131();210();211();110(7. 锆(Zr ,Zirconium )具有HCP 结构,密度为6.51 g/cm 3,M Zr =91.22 g/mol 。
(a )计算晶胞体积;(b )如果c/a 为1.593,计算c 和a 。
8. 试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。
9. FeAl 为电子化合物,计算其电子浓度,Fe 、Al 的价电子贡献分别为0和+3。
10. 下列合金相为何种类型:Cr 7C 3 、Mg 2Pb 、 WC 、FeAl 、Cu 3Al 、Fe 4N 、Fe 3C 。
二、晶体缺陷1. 解释名词:柏氏矢量、层错、空位、小角度晶界、共格相界、螺型位错2. 纯Cu 的空位形成能是1.5aJ/atom(1aJ=10-18J),将纯Cu 加热到850℃后激冷到室温(20℃),如果高温下的空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。
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一、晶体结构1. 解释名词:配位数、晶胞、致密度、间隙固溶体、合金、相、组织、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、电子浓度、电子化合物。
(P86,1)If the atomic radius of copper is 0.128nm, calculate the volume of this unit cell in cubic meters.(如果铜的原子半径0.128nm ,计算立方米的这个单位细胞体积2. (P86,4)Mn 的同素异构体有一为立方结构,其晶格常数为0.632nm ,密度ρ为7.26g/cm 3,原子半径r 为0.112nm 。
问Mn 晶胞中有几个原子,其致密度为多少?3. (P86,5)Mo 的晶体结构为体心立方结构,其晶格常数a = 0.3147nm ,试求Mo 的原子半径r 。
4. (P86,6)试证明四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。
5. 在立方晶胞中画出下列晶向:]031[];321[];331[];210[];121[];101[6. 在立方晶胞中画出下列晶面:)321();221();131();210();211();110(7. 锆(Zr ,Zirconium )具有HCP 结构,密度为6.51 g/cm 3,M Zr =91.22 g/mol 。
(a )计算晶胞体积;(b )如果c/a 为1.593,计算c 和a 。
8. 试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。
9. FeAl 为电子化合物,计算其电子浓度,Fe 、Al 的价电子贡献分别为0和+3。
10. 下列合金相为何种类型:Cr 7C 3 、Mg 2Pb 、 WC 、FeAl 、Cu 3Al 、Fe 4N 、Fe 3C 。
二、晶体缺陷1. 解释名词:柏氏矢量、层错、空位、小角度晶界、共格相界、螺型位错2. 纯Cu 的空位形成能是1.5aJ/atom(1aJ=10-18J),将纯Cu 加热到850℃后激冷到室温(20℃),如果高温下的空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。
3. 计算Fe 在 850o 时,每立方米体积中的空位数。
已知Fe 在850o 时的空位形成能、密度及原子重量分别为1.08 eV/atom 、7.65 g/cm 3、55.85 g/mol 。
4. (P161,6)在晶体的同一滑移面上有两个半径分别为r1和r2的位错环,其中r1>r2,它们的柏氏矢量相同,试问在切应力作用下何者更容易运动?为什么?5. (P161,8)判断下列位错反应能否进行:]111[3]211[6]110[2aa a →+;]111[2]111[6]112[3aa a →+ 6. 根据晶粒的位相差及结构特点,晶界有哪些类型?有何特点属性?7. If the atomic radius of copper is 0.128nm, determine the magnitude of the Burgers vector for copper.(如果铜的原子半径的确定0.128nm ,铜的Burgers 矢量大小)8. 如图,在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环,并受到均匀切应力τ和σ的作用。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型; (2)在τ的作用下,该位错环将如何运动? (3)在σ的作用下,位错环将如何运动? 9. 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2ab =的螺型位错受阻时,能否通过交滑移转移到)111(),111(),111(面中的某个面上继续运动?为什么?三、材料变形、回复与再结晶1. 临界分切应力、孪生、固溶强化、Orowan 机制、应变时效、二次再结晶、回复2. (P161,3)Why are FCC metals more ductile than either HCP or BCC metals?3. (P161,4)How do changes in the dislocation density affect the strength and ductility (i.e. itsability to deform plastically)? Why? 4. (P161,10)已知平均晶粒直径为1mm 和0.0625mm 的α-Fe 的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm 的α-Fe 的屈服强度为多少?5. (P161,11)试指出Cu 和α-Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向,并求出他们的滑移面间距,滑移方向上的原子间距及点阵阻力。
(已知G Cu =48.3GPa ,G α-Fe =81.6GPa ,v =0.3) 6. (P161,12)今有纯Ti 、Al 、Pb 三种铸锭,试判断它们在室温(20°C )轧制的难易顺序。
是否可以连续轧制?如果不能,应采取什么措施才能使之轧制成薄板?(已知Ti 的熔点1672°C ,在883°C 以下为HCP 结构,883°C 以上为BCC 结构;Al 的熔点为660°C ,BCC 结构;Pb 的熔点为328°C ,FCC 结构。
)7. (P161,14)简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力。
如何区分冷、热加工?动态再结晶与静态再结晶后组织结构的主要区别是什么?8. 某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内,由于一时疏忽,未将钢绳取出,而是随同工件一起加热至860℃,保温时间到了,打开炉门,欲吊出工件时,钢丝绳发生断裂,试分析原因。
9. 有一截面为10mm ⨯10mm 的镍基合金试样,其长度为40mm ,拉伸实验结果如下表,试计算其抗拉强度σb ,屈服强度σ0.2,弹性模量E 以及延伸率δ。
载荷(N )标距长度(mm )0 40.0 43,100 40.1 86,200 40.2 102,000 40.4 104,800 40.8 109,600 41.6 113,800 42.4 121,300 44.0 126,900 46.0 127,60048.0 113,800(破断)50.2四、二元相图1. (P291,2)What are ferrite, austenite, cementite, pearlite and ledeburite ?2. (P291,3)Analyze the transformations experienced by a Fe-C alloy containing3.5% carbonas it is slowly cooled from the liquid to room temperature. (1) Determine the microstructuresat 1149℃, 1147℃, 728℃, 726℃and 20℃. (2) Calculate the relative amount of each phase present in term of mass fraction. (3) Calculate the relative amount of each microstructure in term of mass fraction.3.(P291,5)计算变态莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体和共析渗碳体的含量。
4.(P291,13)组元A和B在液态完全互溶,但在固态互不溶解,且形成一个与A、B不同晶体结构的中间化合物,由热分析测得下列数据:(a)画出平衡相图,并注明个区域的相、各点的成分及温度,并写出中间化合物的分子式(原子量A=28,B=24)。
(b)100kg的含20wt.%B的合金在800℃平衡冷却到室温,最多能分离出多少纯A。
5.(P291,14)如图的二元合金相图,(1)分析5.5%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时的组织特点;(2)Al为fcc结构,图中的α相为何种晶体结构?(3)指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围。
(4)设X合金平衡凝固完毕时的组织为α初晶+(α+θ)共晶,其中α初晶占80%,则此合金中θ组元的含量是多少?(5)绘出T=560℃温度时各相的自由能-成分曲线示意图。
6.(P291,15)固溶体合金的相图如图所示,试根据相图确定:(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分;(b) 若首先凝固出来的固体成分含60%B,合金的成分为多少?(c) 成分为70%B的合金最后凝固的液体成分;(d) 合金成分为50%B,凝固到某温度时液相含有40%B,固体含有80%B,此时液体和固体各占多少分数?五、三元相图1.(P291,17)某三元合金K在温度为t1时分解为B组元和液相,两个相的相对量W B/W L= 2。
已知合金中A组元和C组元的重量比为3,液相含B量为40%,试求合金K的成分。
2.(P291,18)成分为40%A、30%B和30%C的三元系合金在共晶温度形成三相平衡,三相成分如下:计算液相、α相和β相各占多少分数;试估计在同一温度α相和β相的成分同上,但各占50%时合金的成分。
3.(P291,19)说明三元相图的变温截面、等温截面、投影图的作用及局限性。
六、材料的凝固1.解释下列概念:结构起伏、过冷度、临界晶核、成分过冷。
2.说明获得具有定向柱状晶铸件的条件和方法;说明控制铸件组织晶粒大小的方法和原理;说明铸件中常见缺陷及消除或控制方法。
3.(P291,20)考虑在一个大气压下液态铝的凝固,对于不同程度的过冷度,即:△T =1,10,100和200℃,计算:(1)临界晶核尺寸;(2)半径为r*的晶核个数;(3)从液态转变到固态时,单位体积的自由能变化△G*(形核功);(4)从液态转变到固态时,临界尺寸r*处的自由能的变化△Gυ。
(已知铝的熔点T m = 993K,单位体积熔化热L m = 1.836 ×109 J/m3,固液界面比表面能为93mJ/m2,原子体积V0 = 1.66 ×10-29 m3)4.(P291,21)A-B二元相图如图,今将含40wt%的合金棒在固相中无扩散、液相中溶质完全混合、液-固界面平面推进的条件下不平衡凝固,试回答:(忽略成分引起的体积变化)(1)求该合金的k0和这时的k0(2)凝固始端固相成分(3)利用上述凝固条件下的溶质分布方程,确定共晶体占L长铸件的体积百分数;(4)如果完全平衡凝固时,共晶体的百分数(5)若合金中B的含量为5wt%,回答(3)、(4)问题七、固态扩散1.解释概念:菲克第一定律, short circuit diffusion, Kirkendall effect、反应扩散2.(P291,10)有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。