1、材料概论思考题（1）何谓材料？材料的三个判据的内涵是什么？材料是人类社会所能够接受的、可经济地用于制成生活和生产中的那些有用的物品、器件、构件、机器和其它产品的物质。“人类社会所能够接受的”：反映了资源、能源、环保的考虑要求，是一种战略性的判据；“可经济地”：反映了经济性指标，与经济效益和社会效益有关，是一项重要的经济指标；“制造有用物件”：反映了材料所应该具备的的各种性能要求， 是一项质量判据。答案要点：材料的三个判据是指：（1） “人类社会所能够接受的” （2） “可经济地”（3） “制造有用物件”，要详细解释其内涵。（2）举例说明现代生活中玻璃材料的应用领域，并根据自己掌握的知识点做简单
2、分析说明（应用原理或利用了玻璃的那些性能等） 。Low-E 玻璃也称低辐射玻璃，Low-E 是英文 Low-Emissivity 的简称。是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。1.优异的热性能外门窗玻璃的热损失是建筑物能耗的主要部分。玻璃内表面的传热以辐射为主，这意味着要从改变玻璃的性能来减少热能的损失，最有效的方法是抑制其内表面的辐射。普通浮法玻璃的辐射率高，当镀上一层以银为基础的低辐射薄膜后，其辐射率可降低。因此，用Low-E 玻璃制造建筑物门窗，可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递，达到理想的节能效果。室内热量损失的降低所带来的另一个显著效益是环保。寒冷季节，因建筑
3、物采暖所造成的CO2、SO2 等有害气体的排放是重要的污染源。如果使用 Low-E 玻璃，由于热损失的降低，可大幅减少因采暖所消耗的燃料，从而减少有害气体的排放。2.良好的光学性能Low-E 玻璃对太阳光中可见光有高的透射比，可达 80%以上，而反射比则很低，这使其与传统的镀膜玻璃相比，光学性能大为改观。从室外观看，外观更透明、清晰，即保证了建筑物良好的采光，又避免了以往大面积玻璃幕墙、中空玻璃门窗光反射所造成的光污染现象，营造出更为柔和、舒适的光环境。光学纤维（optical fiber）是指用于传导光的人造纤维。又称光导纤维，简称光纤。基本结构是圆柱形的细长丝，直径在 1100 微米之间。
4、制造光纤的材料最常用的是二氧化硅（石英） ，也有用多组分玻璃或有机玻璃等。光纤的材料都要高度透明，对材料的纯度要求非常高.光纤的制造过程是将材料放在高温炉中熔化，经高速拉制成细丝。拉制工艺要求拉出的丝粗细均匀，符合光学要求。使用的光纤有两种类型：一种是反射型光纤，利用光的全反射使光沿折射路径在光纤内传播；另一种是折射型光纤，利用折射率逐渐变化使光沿曲线路径在光纤内传播。答案不唯一；可以举例：LOW E 玻璃、玻璃器皿、平板显示器、光学纤维等。主要原理可以根据案例进行解释：光的吸收或通过、玻璃的通性等来解释）(3) 分析讨论材料与社会可持续发展的辩证关系答案要点：从材料的制备原料的来源，资源的消
5、耗、固废利用、人类社会和谐发展等方面阐述。（4）为什么说材料学科是一门基础性、应用性和实践性很强的基础应用学科？ 答案要点：学科的基础性：与数学、化学、物理、力学、生物等基础学科密切相关；学科的应用性： 社会时代的发展与材料学科密切相关；学科的实践性：材料学科是一门实验性科学，创新型人才培养的重要突破口、切入点。(5) 材料的热电性能 (ZT)由哪些性质决定，表达式如何，各自的物理意义是什么？ZT= S2T/k T 为绝对温度 S 为材料的热电系数( Seebeck 系数) 为材料的电导率 为材料的导热系数固体材料热传导系数()包括了晶格热传导系数(L)及电子热传导系数(e) ，即 =L+e。
6、S Depends only on Fermi level.( Seebeck coefficient) 费米能级 Seebeck 系数 Depends on Fermi level ; Number of bands ; Scattering strength, and effective mass.费米能级 ？ 散射强度(散射因子) 有效质量 晶格热传导系数(L)正比于样品定容比热(CV)、声速及平均自由程度 (Thermal conductivity) 热导系数(6) 通常有哪些途径可以提高材料的热电性能？提升热电材料 ZT 值的方法一般有两种，一为提高其功率因子(S2 )，或降低其热传
7、导系数()。影响功率因子的物理机制包括散射参数、能态密度、载子移动度及费米能级等四项。前三项一般被认为是材料的本质性质，只能依靠更好更纯的样品来改进，而实验上能控制功率因子的物理量为通过改变掺杂浓度来调整费米能级以达到最大的 S2 值。晶格热传导系数(L)正比于样品定容比热(CV)、声速及平均自由程度等三个物理量。同样，)(2LEz前二个物理量是材料的本质，无法改变。而平均自由程则随材料中杂质或晶界的多寡而改变，纳米结构的块材之特征在于具有纳米层级或具有部份纳米层级的微结构，当晶粒大小减小到纳米尺寸时就会产生新的界面，此界面上的局部原子排列为短程有序，有异于一般均质晶体的长程有序状态或是玻璃物
8、质的无序状态，因此材料的性质不再仅仅由晶格上原子间的作用来决定，而必须考虑界面的贡献。(1)采用重费米子半导体材料。(2)制备电负性差异较小的化合物材料。(3)制备晶体结构中具有较大孔隙的热电材料，并填入质量较大尺寸合适的原子于孔隙中，由于原子在孔隙内可以振动，从而提高材料对声子散射的能力，使晶格热导率明显降低。(4)采用单胞中含有较大原子数的高对称性复杂晶体结构材料，这种结构对声子的散射能力较 强，且具有较大的简并度。(5)采用平均原子量较大的化合物。(6)制备超细晶或纳米材料。(7)采用异质结构材料（超晶格材料或梯度热电材料） 。(7) 热电能源转换典型用于哪些方面应用？核动力火箭发动机
9、MHW-RTG Appolo-12 Curiosity rover（8）功能陶瓷都有哪些类别？（提示：按照功能分：半导体陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷）功能陶瓷，还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷。（9）试简述一种功能陶瓷（半导体陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷）器件的基本原理和应用？半导体陶瓷具有半导体特性。半导体陶瓷的电导率因外界条件（温度、光照、电场、气氛和温度等）的变化而发生显著的变化，因此可以将外界环境的物理量变化转变为电信号，制成各种用途的敏感元件。半
10、导体陶瓷生产工艺的共同特点是必须经过半导化过程。半导化过程可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子(例如，BaTiO3 中的 Ba2+被 La3+取代)，使晶格产生缺陷，形成施主或受主能级，以得到 n 型或 p 型的半导体陶瓷。另一种方法是控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程。例如氧化气氛可以造成氧过剩，还原气氛可以造成氧不足，这样可使化合物的组成偏离化学计量而达到半导化。热敏陶瓷又称热敏电阻陶瓷，指电导率随温度呈明显变化的陶瓷。热敏陶瓷主要用于温度补偿、温度测量、温度控制、火灾探测、过热保护和彩色电视机消磁等方面。光敏陶瓷指具有光电导或光生伏特效应的陶瓷，主要用作自动控制的光开关和太阳能电池等。气
11、敏陶瓷指电导率随着所接触气体分子的种类不同而变化的陶瓷。主要用于对不同气体进行检漏、防灾报警及测量等方面。（10）什么是混凝土？混凝土，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。（11）从不同角度来分类，混凝土可分为哪几类？结构混凝土-力学性能功能混凝土-功能艺术混凝土-装饰性能（12）什么是混凝土艺术？艺术混凝土-装饰性能 建筑 灯具烛台 卫浴架子 花盆 桌椅 钟表 音响 装饰品 手机壳 名片清水混凝土，是指一次成型、不做任何外装饰，直接采用现浇混
12、凝土的自然色作为饰面的混凝土。（13）可再生能源的主要缺陷是什么？如何克服？答案要点：可再生能源的主要缺陷是波动性和间断性，无法满足持续稳定的能源需求。可采用储能技术克服。（14）储能包括哪两大类?它们又可细分为那些小类？答案要点：储能包括储热和储电两大类。储热包括显热、相变潜热和化学蓄热。储电包括抽水蓄能、储氢、二次电池、飞轮、压缩空气、超级电容器、超导等。（15）与显热蓄热材料相比，相变材料有什么优点？答案要点：储放热基本上在一个恒定的温度上；储热密度高。（16）相变材料的缺点是什么，如何克服？答案要点：某些相变材料在放热时存在比较严重的过冷问题，可采用成核剂克服；某些相变材料在长期使用过
13、程中会出现分层，从而导致相变性能下降问题，可采用增稠剂克服。答：相变材料的缺点：1.容重大；2. 导热系数高，保温性差；3. 施工厚度难以准确控制；4.容易脱落、空鼓；5. 吸水率小。与无机类相变储能材料相比，有机类相变储能材料具有无过冷及析出，性能稳定，无毒，腐蚀等优点。其中石蜡类相变潜热量大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料的研究使用中受到广泛的重视。但石蜡类相变储能材料热导率较低，也限制了其应用范围。为有效克服石蜡类有机化合物相变储能材料的缺点，同时改善相变材料的应用效果及拓展其应用范围，复合相变储能材料应运而生 。复合相变材料由较稳定的有机化合物和具有较高导热系数的无机物颗粒
14、制备而得，因而复合相变材料具有稳定的化学性质，无毒无腐蚀性或毒性和腐蚀性小。同时它的导热能力较有机物有较大的改善。石蜡因其具有较高的相变焓及较稳定的化学性质，并具有相变稳定、易调节广泛应用于相变储能系统。不同组成的石蜡相变温度不同，可以通过将不同相变温度的石蜡进行互混得到较广范围的相变温度。石蜡中添加入高导热系数的无机物颗粒，得到的复合物不仅导热系数有所提高，同时还保持了有机物原有的优点。（17）化学蓄热的基本原理和优点？答案要点：化学蓄热是利用化学反应过程中的吸热和放热实现热量的储存和释放，具有蓄热密度非常高、可长时间储存热量和蓄热温度高等优点。（18）写出有机半导体的优点和缺点各 2 个。
15、答案要点：优点：柔性可弯曲，轻，可用溶液法制备成膜，可大面积成膜，低成本，可化学修饰，开关闭高等；缺点：迁移率低，稳定性差，使用寿命短(19)有机半导体主要用于哪 3 种有机电子器件？OLED 有机发光二极管 OPC 有机光伏电池 OFET 有机场效应晶体管(20)半导体材料的载流子迁移率如何定义？常用单位是什么？载流子迁移率是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。 (21)前线轨道理论中，HOMO 和 LUMO 的中英文全称HOMO：Highest Occupied Molecular OrbitalLUMO：Lowest Unocc
16、upied Molecular Orbital已占有电子的能级最高的轨道称为最高已占轨道，用 HOMO 表示。未占有电子的能级最低的轨道称为最低未占轨道，用 LUMO 表示。(22)举例说明高分子材料在日常生活中的应用。并列举三种通用塑料或工程塑料的名称及其英文缩写。汽车润滑油，汽车涂料：各种高分子树脂，应用广泛（不一而足） ；聚乙烯（PE） 、聚丙烯（PP） 、聚氯乙烯 (PVC)、聚丙烯 (PS)(23) 举例说明金属材料、无机材料和高分子材料（含复合材料） 、纳米材料领域的国际著名期刊有哪些（英文期刊需要用英文名全称，上述四个领域至少各举例一项）？Inorganic Chemistry
17、无机化学、Nanotechnology 纳米技术、Journal of Nanoscience and Nanotechnology 纳米科学和纳米技术、POLYMER COMPOSITES 聚合物复合材料、Composites Part A-Applied Science and Manufacturing 复合材料 A 应用科学与制备、Intermetallics 金属间化合物Synthetic Metals 合成金属、polymer、macromolecular 高分子材料（24）什么是纳米材料？请解释自下而上（top-down）和自下而上（bottom-up ）的纳米材料制备方法。纳米
18、材料：指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。（25）举出至少一个与纳米技术/纳米材料相关的诺贝尔奖。1996 年诺贝尔化学奖授予了美国化学家柯尔，斯莫利及英国科学家克罗托，表彰他们发现了具有特殊结构的碳 60，即“ 足球碳” ，这被公认为现代纳米技术发展的开端。（26）请描述一种自然界中的复合材料，并请说明其特性。骨骼，由高硬度的矿物质经由蛋白质粘连复合而成，具有高强度，轻质，高韧性等特点（27）请说说你对材料领域中的“复合思想” 的理解。复合材料是指由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料。除具备原材
19、料的性能外，同时能产生新的性能。为了发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用，复合思想应运而生。它是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料是指以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。通过确立新的观点,如新的复合比例等方法，即使是同一技术、同一材料也会变革成新的技术、新的材料,
20、 就会有可能开拓出新的技术领域或新的市场领域。（28）波音公司工程师说：“787 飞机的结构就是一个庞大的巨分子，所有部件都是通过碳纤增强的交联化学键连接在一起”。你是如何理解这句话的？目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用,碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；交联高聚物的力学状态 答：交联使高分子间以化学键力结合，若不破坏化学键，分子链间不能相对位移，所以不仅形变能力随交联
21、义的提高而变差，且不存在粘流态，当交联义增高至一定程度，也不出现高弹态交联：交联使链段的运动能力降低，使链柔性下降。但是具体影响程度取决于交联程度：1、轻度交联交联点之间的距离比较大，如果仍大于原线型大分子中链段的长度，链段的运动仍然能够发生，链柔性不会受到明显影响；2、重度交联 交联点之间的距离较小，若小于原线性大分子链段的长度，链段的运动将被交联化学键所冻结，链柔性变差，而刚性变大。交联：高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网状大分子 （不溶，不熔，可膨胀）交联：缩聚反应中有三个或三个以上官能度的单体存在时，高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网形大分子时即成交联结构（29）汽车复合材料主要使用的成型工艺有哪些？使用复合材料后产生的优势有哪些？工艺：纤维缠绕成型 LFT-D 成型工艺压膜成型树脂传递成型喷射成型工艺优点：减轻汽车重量，提高燃油经济性可设计性强零部件一体化，减少了开发周期。耐冲击性好，适合汽车安全性的要求。优良的耐腐蚀性和耐化学药品性，保证了汽车全天候的需求。投资小、更新快、维护成本低。（30）请谈谈您对“ 材料概论 ”课程学习的体会和建议。这题要答案?倾泻你们的不满吧
