功能材料概论期末复习

第1章、晶体学基础

4.典型晶体结构 ①氯化钠（NaCl）：面心立方结构 ②氯化铯（CsCl）：简单立方结构 ③金刚石：面心立方结构 ④半导体锗和硅：金刚石结构 ……
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第1章、晶体学基础

5.晶体缺陷 ①点缺陷：空位、间隙原子、杂质原子 ②线缺陷：刃型位错、螺旋位错 ③面缺陷：表面、界面和堆垛层错
第7章、磁性材料



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9、磁记录介质材料 ①颗粒（磁粉）涂布型介质 金属磁粉的缺点是稳定性差，易氧化。通常采 用合金化或有机膜保护的方法控制表面氧化， 但会使磁粉的磁化强度降低。 制备磁粉的方法：还原法、蒸发法 ②连续薄膜型磁记录介质 制备方法：湿法（化学法，如电镀和化学 镀）和干法（物理法，如溅射法、真空蒸镀法 及离子喷镀法等）
第8章、半导体材料

9、化合物半导体材料 概念：由两种或两种以上元素以确定的原子配 比形成的化合物并具有确定的禁带宽度和能带 结构等半导体性质的化合物成为化合物半导体 材料。
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第7章：比较硬磁材料和软磁材料的区别。 以硬盘技术为例，描述硬磁和软磁材料在 磁头和磁盘（磁存储介质）中的应用。 （20分）



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磁性材料按照磁化后去磁的难易程度，可分为软磁性 材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软 磁材料，不容易去磁的物质叫硬磁材料。一般来讲软 磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 软磁材料中的非晶态合金是作为磁头材料的一种，其 频率特性，硬度和Bs都比晶态的磁性合金及铁氧体材 料好，更符合高密度磁记录的要求。主要缺点是温度 稳定性差，加工过程中要严格控制温度，防止晶化。 铁基和钴基非晶态合金都适合作磁头材料。 制做磁存储介质的材料要求具有高剩磁和高的矫顽力。 Fe和FeCo等硬磁材料既具有很高的饱和磁化强度， 又有很高的矫顽力，理论上是理想的磁记录材料。磁 感应强度高可以在较薄的磁层内得到较大的读出信号； 矫顽力高能使磁记录介质承受较大的退磁作用，这是 高密度纪录的必要条件。
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第7章、磁性材料
① ② ③ ④
7、磁头材料 基本性能要求： 高的磁导率 高的饱和磁感应强 度Bs 低的Br和Hc 高的电阻率和耐磨 性

①
② ③ ④
磁头铁芯材料： 合金材料 非晶态合金 薄膜磁头材料 铁氧体
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第7章、磁性材料
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
⑧
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8、对制做记录介质的磁性材料的要求： 剩余磁感应强度Br高 矫顽力Hc适当的高 磁滞回线接近矩形， Hc附近的磁导率尽量高 磁层均匀，厚度适当，记录密度越高，磁层越薄 磁性粒子的尺寸均匀，城单畴状态 磁致伸缩小，不产生明显的加压退磁效应 基本磁特性的温度系数小，不产生明显的加热退磁 效应 磁粉粒子易分散，在磁场作用下容易取向排列，不 形成磁路闭合的粒子集团。
功能材料概论
哈尔滨工业大学出版社
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期末复习大纲



1、晶体学基础； 晶格结构种类，化学键种类等基本概念。 2、磁性材料； 软磁材料，硬磁材料，磁存储材料（包括 巨磁阻材料等） 3、半导体材料； 单质半导体（硅、锗、金刚石等）、化合 物半导体（重点为III-V族，GaAs为例）
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期末复习大纲


第2章、高分子材料

①
②
③
5、高聚物的性质 高分子化合物的相对分子质量大，且相对分子质量 和结构多分散性。 热性能：交联型聚合物在受热时不熔融，当温度足 够高时就会分解。线型聚合物加热到一定温度后就 软化，进而熔融，还有些聚合物熔融时就会分解。 力学性能（非晶态高聚物）：玻璃态、高弹态、粘 流态。 溶解过程及溶液性质：聚合物在溶解之前总要经过 “溶胀”阶段。
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第3章、超导材料


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1、定义 具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥 磁力线的性质的材料 。 2、超导体的临界参数 ①临界温度Tc 临界温度越高越好。 ②临界磁场Hc 破坏超导态的最小磁场强度。 ③临界电流Ic 超导态允许流动的最大电流。
第3章、超导材料

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3、低温超导材料 ①元素超导体 目前已发现具有超导电性的金属元素有28种。 过渡族元素18种，非过渡元素10种。 ②合金超导体 Nb-Zr、Nb-Ti ③化合物超导材料 按晶格类型分为B1型（NaCl型），A15型 （最受重视），C15（拉威斯型），菱面晶型 （肖布莱尔型）。
第7章、磁性材料
10、巨磁电阻材料 超巨磁电阻（GMR)效应的材料有多层膜、自 旋阀、颗粒膜、非连续多层膜、氧化物超巨磁 电阻薄膜等五大类。 磁电子学是研究和应用磁性材料中电子自旋 （磁矩）与电子电荷运动（电流）之间相互作 用与相互影响的科学。 利用巨磁电阻效应可制作磁传感器，灵敏度高， 体积小，使用功率低。
第8章、半导体材料

①
②
③
④
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1、硅和锗的性质 灰色金属光泽的固体，硬而脆。 常温下化学性质稳定；高温，同氧、氯等反 应，故自然界没有游离状态的硅和锗存在。 锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热的浓硫 酸、浓硝酸、王水及HF-HNO3混合酸中。 硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸及王水，易被 HF-HNO3混合酸所溶解，工业中常用此酸作 为硅的腐蚀液。硅与金属作用生成的硅化物 具有导电性良好、耐高温、抗电迁移等特性。
第3章、超导材料
① ②
③
④ ⑤
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⑥
4、应用 新能源：超导受控热核反应堆、超导磁流体 发电 节能方面：超导输电、超导发电机和电动机、 超导变压器 超导磁悬浮列车 超导贮能 约瑟夫森器件：几种常见的约瑟夫森结有隧 道结、超导微桥、点接触结。 ……
第4章、贮氢合金


① ② ③ ④
1、金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向 反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。 2、分类： 镁系贮氢合金：MgH2 稀土系：LaNi5三元系、MmNi5系、MlNi5系 钛系贮氢合金：钛铁系合金、钛锰系合金 机械合金化（MA）技术及复合贮氢合金
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满足要求的主要合金成分有：Mg,Ti,Nb,V,Zr和稀土类金属，添加成分有 Cr,Fe,Mn,Co,Ni,Cu等。
第4章、贮氢合金
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
4、应用 作为贮运氢气的容器 氢能汽车 分离、回收氢 制取高纯度氢气 氢气静压器 氢化物电级
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第7章、磁性材料


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1、软磁材料 软磁材料的磁滞回线细长，磁导率高，矫顽力 低，铁芯损耗低，容易磁化，也容易去磁；在 通讯技术与电子技术中应用广泛，可用来制造 电感元件，如变压器、继电器、电磁铁、电机 的铁心等。 种类：金属软磁材料、软磁铁氧体 金属软磁材料是磁性材料中用途最广、 用料最大的一类材料，包括纯铁、电工钢、合 金和非晶态合金。
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第7章、磁性材料
4.常用金属永磁材料 ①铝钴镍永磁合金 AlNiCo5型合金价格适中，性能良好，故成为这 一系列中使用最广泛的合金。 ②稀土永磁材料：稀土钴永磁材料 Nd – Fe – B系合金 R – Fe – N系永磁合金 ③可加工的永磁合金：α – 铁基合金 Fe – Mn – Ti及Fe – Co – V合金 （淬火后具有可塑性） Fe – Cr – Co永磁合金

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4、纳米材料； 定义、重要特征（在力学、热学、光学、 磁性等方面特征），重要的制备工艺（比如溶 胶凝胶法） 5、超导材料； 超导材料的定义、特性、分类，超导微观 理论，高温超导材料的研究和发展历史，超导 材料的应用。 6、高分子材料、储氢材料（基本概念） 基本定义，特性，材料归类
第1章、晶体学基础
第7章、磁性材料

6、磁记录原理简介 磁记录的模式：水平（纵向）磁记录，垂直磁 记录，杂化磁记录。 磁记录系统基本单元：换能器（磁头）、存储 介质、传送介质以及相匹配的电子线路。


信号的磁记录是以铁磁物质的磁滞现象为基础。
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第7章、磁性材料



最基本的磁记录信号：音频信号、数字信号、 调频信号。 磁记录方式：模拟记录（录音，录像）、数字 记录（磁盘，磁鼓）。 水平磁记录方式记录后介质的剩余磁化强度方 向与磁层的平面平行，记录信号为矩形波。 磁记录介质（结构）：磁粉涂布型（水平记 录）、连续薄膜型（垂直记录）。

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第7章、磁性材料
① ② ③ ④ ⑤
5、粘结永磁材料 优点： 尺寸精度高，成型后不需要再进行外形加工 机械性能好 磁体各部分性能均匀性好，各磁体间的性能一致性 好 成型性好，能制成形状复杂的，薄的和细的磁体， 且容易与其他部件一体成型 易于进行磁体的径向取向和多极充磁
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在各种粘结永磁材料具有最高的磁性能，可用于音 响器件、仪表、磁疗器械、门锁等许多方面。

1、空间点阵 空间点阵就其对称性，可以分为十四种类型，隶 属于七个晶系。 2、常见金属的晶格类型 ①简单立方晶格（SC） ②面心立方晶格(FCC) ③体心立方晶格(BCC) ④密排立方晶格(HCP)

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第1章、晶体学基础

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3、化学键与晶体类型 ①离子键与离子晶体 原子间最简单的作用力是离子键；离子晶体结构 稳定，结合能较大，具有导电性差、熔点高、硬度高 和膨胀系数小等特点。 ②共价键与原子晶体 共价键基本特点：饱和性、方向性 ③金属键与金属晶体 金属键基本特征是电子为晶体共有；金属具有良 好的导电性、导热性及高延展性，其熔点较高 ④范德华力与分子晶体
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第2章、高分子材料
①
②

1、高分子的化学结构 全同立构、间同立构、无规立构 共聚物的连接方式：无规共聚物、交替共聚 物、嵌段共聚物、接枝共聚物 2、大分子的形状 线型、支链型、体型 3、聚合物的固体结构 低分子物质具有气态、液态、固态
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第2章、高分子材料

①
② ③
ห้องสมุดไป่ตู้
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4、高聚物的分类 按高分子化合物的性能和用途分类： 塑料：热性能——热塑性塑料（线型和支链型聚合物， 受热即软化或熔融，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯）； 热固性塑料（交联结构，加热不软化和熔融，酚醛树 脂、环氧树脂、不饱和聚酯）。 使 用性能——通用塑料、工程塑料 橡胶：天然橡胶、合成橡胶 纤维：天然纤维（棉、毛、丝、麻）、化学纤维—— 人造纤维（粘胶、醋酸纤维）、合成纤维（涤纶、锦 纶）
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第4章、贮氢合金
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
3、贮氢材料应具备的条件：（理解） 吸氢能力大 金属氢化物的生成热要适当 平衡氢压适当 吸氢、释氢速度快 传热性能好 对氧、水和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸氢，释氢时，材 料性能不致恶化 在贮存与运输中性能可靠、安全、无害 化学性质稳定，经久耐用 价格便宜
第8章、半导体材料
⑤ ⑥ ⑦
金刚石结构，化学键为共价键。 间隙带半导体。 在锗、硅的杂质可分为两类，一类是ⅢA族 或ⅤA族元素， ⅢA族起受主作用使材料呈p 型导电， ⅤA族杂质起施主作用，使材料呈n 型导电。另一类是除ⅢA、ⅤA族以外的杂质。
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第8章、半导体材料



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8、硅和锗晶体的制备 锗：直拉法；硅：直拉法、悬浮区熔法 CZ法（直拉法）：它是生长元素和ⅢA-ⅤA族化合物 半导体单晶的主要方法。该法是在盛有熔硅或锗的坩 埚内，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制温度场， 将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽晶下按籽晶 的方向长大。 区熔法：工业上将区域提纯与晶体生长结合起来，可 制取高纯单晶。在高纯石墨舟前端放上籽晶，后面放 上原料锭。建立熔区，将原料锭与籽晶一端熔合后， 移动溶区，单晶便在舟内生长。
第7章、磁性材料

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2.常用的金属软磁材料 ①电工用纯铁 电工用纯铁只能在直流磁场下工作，在交变磁 场下工作，涡流损耗大。 ②电工用硅钢片 工业上使用的硅钢片一般在交变磁场下工作。 ③铁镍合金与铁铝合金 铁镍软磁合金的性能比电工钢更优越，被广泛 应用于电讯工业，仪表，电子计算机等。
第7章、磁性材料
④非晶态合金（磁导率高，电阻大，损耗小） 铁基非晶态软磁合金：饱和磁感应强度高；缺 点是磁致伸缩系数大。 钴基非晶态软磁合金：饱和磁感应强度较低， 磁导率高，矫顽力低，损耗小；磁致伸缩系数 趋近于零，是理想的磁头材料。 铁镍基非晶态软磁合金


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第7章、磁性材料


3、硬磁材料 概念：硬磁料也称为永磁材料，是指材料被外 磁场磁化以后，去掉外磁场仍然保持着较强剩 磁的材料。 评价硬磁材料性能的指标：剩余磁感应强度Br、 矫顽力Hc、最大磁能积（BH）max以及凸起系 数