1、2009 下纳米材料与新材料(试卷 A，开卷，标准答案)一、名词解释（每题 4 分，共 20 分）1、纳米材料：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度(1-100nm)范围内，或它们作为基本单元构成的材料。2、库柏电子对只要当两个电子有净的相互吸引作用时，不论这种吸引作用多么弱，它们都会在费米面附近形成一个动量大小相等、方向相反、且自旋相反的两电子束缚态。它们通过交换声子吸引在一起，两个电子的总能量低于费米能级 2EF，它们的吸引作用可能超过电子之间的库仑排斥作用，表现为净的相互吸引作用，这样的两个电子的束缚态称为库柏电子对。3、光色玻璃：按照照相化学原理制成的含卤化银的玻璃。4、梯度
2、功能材料：梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分( 如金属、陶瓷、纤维、聚合物等) 于一体的新型复合材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。5、马氏体相变：替换原子经无扩散位移(均匀和不均匀形变)，由此产生形状改变和表面浮凸，呈现不变平面应变特征的形核长大型相变二、填空（每空 3 分，共 27 分）1、海湾战争中，美军的 F117 战斗机能够避开雷达的探测，主要是机身蒙皮应用了纳米材料的 小尺寸 效应和 量子尺寸 效应。2、最早的人工纳米材料是 碳黑 。3、1nm= 10 -9m。4、非晶合金的结构在热力学上是 亚稳 的，在一定温
3、度下加热会向 晶态 结构转变。5、超导材料的三个临界条件是临界转变温度、 临界磁场 和 临界电流 三、辨析（每题 3 分，共 15 分）1、超导材料必须把磁场线完全排斥在体外才具有超导效应。答：错。超导材料可分为第一类超导体和第二类超导体。在第二类超导体中，如果外加磁场小于下临界场时，材料完全排斥磁场线，呈现出超导效应；如果外加磁场小于上临界场而大于下临界场，超导体的上下表层将有磁场线通过，但磁力线被钉扎。材料内既有超导部分，又有正常部分，处于混合态，电流只在超导部分通过，使材料呈现出超导效应。2、液晶材料的光学性能十分容易改变。答：对。在分子序列中，液晶分子往往具有和一维和二维远程有序性，介
4、于理想的液体和晶体之间。液晶的流动性表明液晶分子之间的作用力是微弱的，要改变液晶分子取向排列所需的外力很小；而且液晶分子结构决定液晶具有较强的各向异性物理性能，稍微改变液晶分子取向，就能明显改变液晶的光学和电学性能。3、梯度功能材料是多种不同成分或结构的材料的复合。答：错。梯度功能材料是二种或二种以上材料复合成组分和结构连续变化的一种新型复合材料。4、近晶型液晶分子适合做显示屏材料。答：错。分子只能在层内转动和滑动，不能在层间移动。这类液晶的粘度很大。5、非晶合金具有稳定的结构特性答：错。非晶合金是一类具有亚稳态结构的材料，当加热温度超过一定值后就会发生稳定化转变，在低温加热时发生结构弛豫，在
5、高温加热时发生晶化转变。四、简答题（每题 10 分，共 20 分）1、简述纳米材料的特殊效应答：纳米材料具有以下特殊效应：1）表面效应：纳米微粒表面原子数与总原子之比随纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质变化的现象。 （分）2）小尺寸效应：当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致材料的声、光、电、磁、热力学等物性呈现变化的现象。 （分）3）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时费米能级附近的电子能级由准连续变为离散
6、能级的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，这种能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。 （分）4）宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。 （分）2、请简述形状记忆合金的三种记忆效应。单程记忆效应：将母相在高温下制成某种形状，再将母相冷却或加应力，使之发生马氏体相变，然后对马氏体任意变形，再重新加热至 As 点以上，马氏体发生逆转变。当温度升至 Af 点，马氏体完全消失，材料恢复母相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。双程记忆效应：若加热时，恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象称为双程记忆效应，又称可逆记忆效应。全程形状记忆效应：这是一种加热时恢复高温形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相的现象。五、问答（18 分）梯度功能材料的主要特征是什么？如何用自蔓延高温合成法制备高性能的梯度功能材料？答：主要特征有：（1）材料的组分和结构连续梯度变化；（2）材料内部没有明显的界面；（3）材料的性质也呈连续梯度变化自蔓延高温合成法制备：将金属粉末和陶瓷粉末按梯度化填充、加压压实，从成型体的一端点火燃烧，反应自行向另一端传播，利用反应热将粉末烧结成材。
