篇二：功能材料复习题
复习题
功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用。
1、 金属、半导体、绝缘体是如何区分的？
答：它们分为良导体电阻率≤10-6m，绝缘体电阻率≈1012—1022m，介于这两者之间的半导。
2、常见的半导体材料有哪些？列出三种以上
答：，硅 锗 砷化镓
3、 从能带理论解释半导体材料的导电性，并说明其与导体和半导体的不同点。
答：半导体价带被填满，而导带被空穴填满。受到激发时，电子能够从导带的低能级跃迁到高能级，形成导电现象。导体价带被填满，而最外层电子为自由电子，填充导带，且金属的禁带宽度小于半导体的，因此电子可以从能级比较低的导带跃迁到能级比较高的导带，形成导电现象。
4、 什么是本征半导体？什么是掺杂半导体？各有什么特点？
答：本征半导体即不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在99.999999%以上。特点：价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子，本征半导体导电能力较差，空穴与电子是成对出现。 当半导体被掺入杂质时，半导体变成非本征的，也称杂质半导体，特点：半导体导电性大大增强。
5、 请以硅为例，叙述本征半导体的导电过程
答：从外界获得能量，价电子就会挣脱共价键的束缚成为自由电子，在共价键中留下一个 “空穴”。同时，这个自由电子又会去填补其它空穴。电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴在运动。空穴越多，半导体的载流子数目就越多，因此形成的电流就越大。
6、 掺杂半导体根据掺杂类型不同又分为哪两种？
答：N型半导体与P型型半导体。
7、 什么是p型半导体？什么是n型半导体？
答：在本征半导体中加入5价元素如磷形成n型半导体，电子导电为主。如果加入3价元素如硼形成p型半导体，以空穴导电为主。
8、 p型与n型半导体杂质能级分布是什么样的？
答：P型半导体的杂质能级靠近价带，n型半导体的杂质能级靠近导带，非简并半导体其杂质能级位于导带和价带之间。
9、 pn结是如何形成的？它的V-I特性是怎样的？
答： p型半导体和n型半导体接触后，N区的电子要向P区扩散，而P的空穴也要向N区扩散，两种半导体交界处两边的载流子减少，而剩下不可移动的杂质离子形成空间电荷区，形成内建电场阻止载流子继续扩散，达到动态平衡形成Pn结。
10、半导体的电导率受哪些因素影响？是如何影响的？
答：掺杂浓度掺杂越高，载流子浓度越大，电导率越大，电阻率越小。对本征半导体来说，温度升高，载流子浓度增加，电导率增加，电阻率下降，对非本征半导体，在低温区与温度成3/2次方，在饱和区与温度成-3/2次方。
11、第一代、第二代、第三代半导体分别是什么？它们各有什么特点？
答：第一代半导体：元素半导体 ，如Si，Ge。应用较广，器件频率较低。第二代半导体：化合物半导体，以砷化镓、磷化铟和氮化镓等为代表，包括许多其它III-V族化合物半导体，应用较广。第三代半导体：宽禁带半导体，金刚石、SiC、GaN和AlN，禁带宽度在 2 eV 以上，拥有一系列优异的物理和化学性能。
12、什么是压电效应？正压电效应？逆压电效应？
答：压电效应是指某些物质能将电能转化为机械能或者能将机械能转化为电能的现象。正压电效应：某些物质沿其一定的方向施加压力或拉力时，随着形变的产生，会在其某两个相对的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉形变消失后，又重新回到不带电的状态。逆压电效应：在极化方向上施加电场，它又会产生机械形变的现象。
13、压电材料可分为哪三类？
答：（1）压电晶体；（2）经过极化处理的压电陶瓷；（3）高分子压电材料。
14、请举例说明压电效应的应用。
答：玻璃破碎报警器，压电加速度传感器，压电打火。
15、介电材料、压电材料、热释电材料、铁电材料存在怎样的包含关系？
答：介电体包括压电体包括热释电体包括铁电体
16、超导现象及其特性
超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度（Tc）。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。
零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。
完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透
入，超导材料内的磁场恒为零。
约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，
会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体
17、常用的超导材料有哪些？
元素超导体：
常压下，在目前所能达到的低温范围内，已发现具有超导电性的金属元素有28种。其中过渡族元素18种，如Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta（钽）、W等；非过渡族元素10种，如Bi、Al、Sn、Pb等。按临界温度高低排列，Nb居首位，Tc＝9.24K；其次是元素Tc锝（De第一个人工合成的），Tc＝7.8K；第三是Pb，Tc＝7.197K；第四是La，Tc＝6.00K。研究发现，在施以30GPa压力的条件下，超导元素的最高临界温度可达13K。 元素超导体除V、Nb、Ta以外均属于第一类超导体，很难实用化。
合金超导体：Nb-Zr、Nb-Ti、Nb-40Zr-10Ti、Nb-Ti-Ta
金属间化合物超导体：化合物超导体与合金超导体相比，临界温度和临界磁场(Hc2)
都较高。一般超过10T的超导磁体只能用化合物系超导材料制造。如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge、Nb3Al，Nb3(AlGe)等。
陶瓷超导体：镧系高温超导陶瓷：以La2CuO3为代表； 钇系高温超导陶瓷：以
YBa2Cu2Oy为代表； 铋系高温超导陶瓷：以Bi-Sr-Cu-O为代表； 铊系高温超导陶瓷：以Tl-Ba-Ca-Cu-O为代表
18、举例说明超导材料的应用（至少举出3个）
19、什么是激光？激光的特性？
答：原意表示光的放大及其放大的方式，现在用作由特殊振荡器发出的品质好、具有特定频率的光波之意。
特性：相干性好，所有发射的光具有相同的相位；单色性纯，因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后，其他频率的光受到相消干涉；方向性好，光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反射后被逸散掉；亮度高，激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮度比普通光高108~1010倍。
20、常用的激光材料有哪些？
21、影响发光强度因素是什么？
答：晶体结构、激活剂、激发源类型、杂质种类、温度、使用环境气氛
22、为什么发光材料中一般含有的金属原子是Fe.Co.Ni等？
答：因为这些原子含有d轨道，d电子数目较多，能级丰富，能级间隙小，发光波长长。
23、红外材料
答：是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的一些材料。红外线的辐射起源于分子的振动和转动，而分子振动和转动起源于温度。它本质上和可见光一样是一种电磁波，波长在0.76~1000um之间。
24、热平衡辐射体
答：是当一个物体向周围发射辐射时，同时也吸收周围物体所发射的辐射能量，当物体与外界进行能量交换慢到使物体在任何短时间内仍保持确定温度时，该过程可以看作是平衡。
25、智能材料(intelligent marerials；简称IM)
答：是指对环境可感知、响应和处理后，能适应环境的材料。它是一种融材料技术和信息技术于一体的新概念功能材料。智能材料应同时具备传感(sensing)、处理(processing)和执行(actuation)三种基本功能。
26、氢能的特点及储氢方法
答：氢能是人类未来的理想能源。氢能具有热值高，如燃烧1kg氢可发热1．2×106kJ，相当于3kg汽油或4.5kg焦炭的发热量；资源丰富，地球表面有丰富的水资源，水中含氢量达11．1％；干净、无毒，燃烧后生成水，不产生二次污染；应用范围广，适应性强，可作为燃料电池发电，也可用于氢能汽车、化学热泵等。因此，氢能的开发和利用成为世界各国特别关注的科技领域。
27、储氢方法可分为物理法和化学法。
答：所谓物理方法储氢是指储氢物质和氢分子之间只有纯粹的物理作用或物理吸附。而化学法储氢则是储氢物质和氢分子之间发生化学反应、生成新的化合物，具有吸收或释放氢的特性。物理储氢技术又分高压压缩储氢、深冷液化储氢、活性炭吸附储气等；化学储氢技术包括金属氢化物储氢、无机化合物储氢、有机液态氢化物储氢等。
28、实用储氢合金应满足那些要求？
答：理论上，能够在一定温度、压力下与氢形成氢化物并且具有可逆反应的金属或合金都可以作为储氢材料。但是，要使储氢合金材料达到实用的目的，必须满足下列要求。
(1)储氢最大，能量密度高。不同金属或合金的储氢量差别很大，一般认为可逆吸氢量不少丁150m1／g为好。
(2)吸氢和放氢速度快。吸氢过程中，氢分子在金属表面分解为氢原子，然后氢原子向金属内部扩散，金属氢化物的相转变，这些步骤都直接影响吸收氢的`速率和金属氢化物的稳定性。
(3)氢化物生成热小。储氢合金用来吸收氢时生成热要小，一般在-29—46kJ/mol H2为宜。
(4)分解压适中。在室温附近，具有适当的分解压(0.1—1MPa)。若分解压过高，则吸氢时充氢压力较高，需要使用耐高压容器。若分解压＜0.1MPa，则必须加热才能释放氢，需要消耗能源。同时，其P—C— T曲线应有较平坦和较宽的平衡压平台区，在这个区域内稍微改变压力，就能吸收或释放较多的氢气。
(5)容易活化。储复合金第一次与氢反应称为活化处理，活化的难易直接影响储复合金的实用价值。它与活化处理的温度、氢气压及其纯度等因素有关。
(6)化学稳定性好，经反复吸、放氢，材料性能不衰减，对氢气中所含的杂质(如O2、CO、CI2、H 2S、H2O等)敏感性小，抗中毒能力强，即使有衰减现象，经再生处理后,也能恢复到原来的水平，因而使用寿命长。
(7)在储存与运输中安全、无害。
(8)原料来源广、成本价廉。
前研究并发和投入应用的金属氢化物还没有一种完全具备上述特征，只能择重而取。
29、形状记忆效应及其三种类型（画图说明）
具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。
形状记忆效应可分为三种类型：单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。所谓单程形状记忆效应就是材料在高温下制成某种形状，在低温时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。若加热时恢复高温相时的形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆的反复恢复高低温相形状的现象称为双程形状记忆效应。当加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状的现象称为全程形状记忆效应。
30、形状记忆合金必须具备的条件及分类
合金呈现形状记忆效应必须具备如下条件：
(1)马氏体相变是热弹性的；
(2)母相与马氏体相呈现有序点阵结构；
(3)马氏体内部是孪晶变形的；
(4)相变时在晶体学上具有完全可逆性。
按照合金组成和相变特征，具有较完全形状记忆效应的合金可分为三大系列：钛-镍系形状记忆合金，铜基系形状记忆合金和铁系形状记忆合金。
31、形状记忆聚合物及其工作原理？
辐射交联聚乙烯当温度超过熔点达到高弹性态区域时，施加外力随意改变其外形，降温冷却固定形状后，一旦再加热升温至熔点以上时，它又恢复到原来的形状，这就是形状记忆聚合物。
高聚物的各种性能是其内部结构的本质反映，而聚合物的形状记忆功能是有其特殊的内部结构决定的。目前开发的形状记忆聚合物一般是有保持固定成品形状的固定相和在某种温度下能可逆的发生软化—硬化的可逆相组成。固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固定则是有可逆相来完成。固定相可以是聚合物的交联结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相，或发生玻璃态与橡胶态可逆转变（玻璃化温度Tg）的相结构。
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