功能材料概论期末复习

(一)名词解释(共9个)(1)功能材料：是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。

(2) 超导体临界磁场Hc：超导电性可以被外加磁场所破坏。

对于温度为T(T＜Tc)的超导体,当外磁场超过某一数值Hc(T)的时候，超导电性就被破坏了，Hc(T)称为临界磁场。

在临界温度Tc，临界磁场为零。

(3)粒子数反转：这种体系中位于高能级上的原子数目远远大于位于低能级上的原子数目的状态称为“粒子数反转”。

（4）非线性光学效应：介质在强激光场作用下产生的极化强度与入射辐射场强之间不再是线性关系，而是与场强的二次、三次以至于更高次项有关，这种关系称为非线性。

凡是与非线性有关的光学现象称为非线性光学现象，属于非线性光学的研究内容。

（5）晶格常数：晶轴上晶胞三个边的长度 a， b，c 和其夹角α，β，γ称为晶格常数 (Lattice parameters)（6）正压电效应：压电效应(piezoelectric effect)是指对材料施加压力,张力或切向力时,发生与应力成比例的介质极化以及在晶体的两端出现正负电荷的现象.这种由于应力诱导而极化,称正压电效应.（7）气敏陶瓷：气敏陶瓷对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓度(分压力)作有规则的变化，检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别可达十亿分之一的量级，故有“电子鼻”之称。

（8）n型半导体：在Si,Ge等四价元素中掺入五价元素如P,Sb,Bi,As 等，除可以与临近的硅或锗原子形成四个共价键外,还多出一个价电子，这个电子与原子的结合不那么紧密,在导带附近形成由杂质造成的能级，多余的一个电子只需很小的能量(Eg)就可以跃迁到导带上去，这类电子型导电称为n型半导体。

（9）化合物半导体：由两种或两种以上的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(如不确定就是固溶体半导体)等半导体性质的化合物称之为化合物半导体.(10)纳米量子尺寸效应：当纳米粒子的尺寸下降到某一值时 ,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级 ;纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级 ,使得能隙变宽的现象 ,被称为纳米材料的量子尺寸效应。

功能材料复习资料⼀、简答题1、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。

2、红外材料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。

3、热平衡辐射体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。

4、全发射率、单⾊发射率、灰体、选择性辐射体实际物体发射辐射性能没有⿊体理想，受到外界辐射源照射时，它并不能全部吸收⼀定波长的能量，在给定温度下，从表⾯发射的辐射出射度⽐同⼀温度下⿊体的辐射出射度⼩。

因此，把实际物体发射的辐射出射度和同⼀温度下⿊体发射的辐射出射度之⽐定义为发射率ε，也称全发射率。

把各个波长的辐射出射度与同温度、同波长下⿊体的辐射出射度之⽐定义为光谱发射率ε（λ），也称为单⾊发射率。

⿊体：ε=1，ε（λ）=1；实际物体：ε<1，ε（λ）<1；灰体的发射率与波长⽆关，ε=ε（λ），也可以说发射率与波长⽆关的物体称为灰体；随波产变化⽽改变发射率的物体称为选择性辐射体。

5、全息成像过程是利⽤光的⼲涉和衍射现象，在照相⼲板或胶⽚上以⼲涉条纹形式把图像记录下来，然后以光照射这种⼲板，就能以⽴体形式再现物体的原来图像。

由于它记录了物体的全部信息(振幅和相位)，所以称为全息照相术。

6、隐⾝技术凡是能使军事⽬标的各种可探测的⽬标特征减少或迷盲的技术均可称为隐⾝技术。

隐⾝技术可分为两⼤类：主动隐⾝技术和被动隐⾝技术。

主动隐⾝技术是采取各种主动措施如⼲扰、假⽬标、烟幕、地形匹配等使敌⽅的探测⼿段受到迷惑⽽⽆法识别⽬标。

被动隐⾝技术是指在武器系统的设计和使⽤过程中，降低其作为⽬标特征的技术。

《功能材料学》复习重点1.什么是功能材料和主要特征：功能材料是指具有优良的物理、化学、生物或其相互转化的功能，用于非承载目的的材料。

有以下五大主要特征：%1功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动。

%1其聚集态和形态非常多样化。

%1产品形式主要是材料元件一体化。

%1是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物。

%1采用许多新工艺和新技术进行制备与检测。

2.电了导电材料中的超导体、导体、半导体和绝缘体的区别？答：导体、超导体、半导体和绝缘体的区别在于电导率、能带结构和导电机理三方面。

（1）电导率：导体的电导率Wl（）5S/m；超导体的电导率为无限大；半导体的电导率为10-7-104S/m；绝缘体的电导率W10-7S/m。

（2）能带结构：导体和超导体的能带结构有三类：未满带+重带+空带；满带+空带；未满带+禁带+空带。

半导体和绝缘体的能带结构是满（价）带+禁带+空（导）带，半导体的禁带宽度为0<Eg兰2eV,而绝缘体的禁带宽度大于2eV。

（3）导电机理：导体是通过日由电了的运动而导电的，导体中均存在电子运动的通道即导带，电了进入导带运动均不需能带间跃迁。

超导体的导电是因为超导电了的存在，它的运动是不受阻的。

半导体价带中的电了受激发后从满带跃到空带中，跃迁电子可在空带中自由运动，传导电了的负电荷，满带中留下的空穴按电了运动相反的方向运动传导正电荷；半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。

绝缘体不导电。

3.超导材料及其特征值？某些金属、金属化合物及合金，当温度低到一定程度时，电阻突然消失，把这种处于零电阻的状态叫做超导态。

有超导态存在的材料叫超导材料。

其特征值为：（1）临界温度Tc。

当TvTc时，导体的P=0,具有超导性。

当T>Tc时，导体的P尹0,即失去超导性。

（2）临界磁场强度He。

除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。

使超导态转变成正常态的最小磁场He⑴叫做此温度下该超导体的临界磁场。

根据去年考试经验，只复习此提纲即可，但要找出此次期中考试的内容。

去年题型为填空题，名词解释，问答题，与复习提纲的三部分相照应，其中填空题考得很细，要背得仔细些，问答题要答出大意。

功能材料去年期末复习提纲绪论0**所谓新材料，是“在近阶段将达到实用化的高功能材料”，一般认为，新材料可以包括：晶须材料、非晶材料、超塑性材料、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。

0**一次功能当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同种形式时，材料起能量传送部件作用，材料的这种功能称为一次功能。

以一次功能为使用目的材料也可以称之为载体材料。

一次功能主要有：1．力学功能惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、高弹性、恒弹性、振动性和防振性2．声功能如吸音性和隔音性3．热功能如隔热性、传热性、吸热性和蓄热性等4．电功能如导电性、超导性、绝缘性和电阻等。

5．磁功能如软磁性、硬磁性、半硬磁性等。

6．光功能如透光性、遮光性、反射光性、折射光性、吸收光性、偏振性、聚光性、分光性等。

7．化学功能如催化作用、吸附作用、生物化学反应、酶反应、气体吸收性等。

8．其它功能如电磁波特性(常与隐身相联系)、放射特性等。

二次功能当向材料输入的能量和输出能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用。

这种功能称为二次功能或高次功能。

二次功能按能量的转换系统可以分为：1．光能与其它形式能量的转换如光化反应，光致抗蚀，光合成反应，光分解反应，化学发光，感光反应，光致伸缩，光生伏持效应和光导电效应。

2．电能与其它形式能量的转换如电磁效应，电阻发热效应，热电效应，光电效应，场致发光效应，电光效应和电化学效应等。

3．磁能与其它形式能量的转换如热磁效应，磁冷冻效应，光磁效应和磁性转变等。

4．机械与其它形式能量的转换如压电效应，磁致伸缩，电致伸缩，光压效应，声光效应，光弹性效应，机械化学效应，形状记忆效应和热弹性效应等。

0**目前用于功能材料制备的方法很多，如：快速凝固、镀膜、超晶格、机械合金化、溶胶-凝胶、极限条件（极高温、高压、高真空、失重等）下制备的方法、复合及杂化、晶须及大单晶制备法等等。

1.功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其转化的功能，用以实现对信息和能量的感受、计测、显示控制和转化为主要的非结构性髙新材料。

2.从材料学角度仿生材料可分为成分和结构仿生、功能和性能仿生、过程和加工制备仿生。

3.嵌入化合物的结构特征是主体材料要有一定程度的结构开放性，能允许外来的原子或离子易于扩散进或逸出晶体。

4.在高温高压的水热条件下，水的性质会产生蒸汽压变高、密度变低、表面张力降低、黏度降低、离子积增加等变化。

5.自组装是指在无人为干涉条件下，基本结构单元（分子、纳米材料、微米或更大尺度的物质）通过非共价键自发地缔结成热力学上稳定、结构上确定、性能上特殊的聚集体（如有序结构）的过程。

自组装过程一旦开始，将自动进行到某个预期终点。

6.形成口组装或超分了体系有两个重要条件：一是有足够量的非共价键或氢键;二是口组装的休系能量较低。

7•根据纳米结构体组装系构筑过程中的驱动力是靠外因还是内因，可以分为人工纳米结构组装体系和纳米结构自组装体系。

8.晶体生长过程主要分为成核控制和扩散控制。

9.C60由32个面构成，其屮20个六边形，12个五边形，C60的直径为0.7nm。

10.10.生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料，它应该具有、和等特征。

11•材料按其组成可以分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。

材料的性能不同都是由其内部结构决定的，即原子结构，结合键，原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。

12.结构材料是指用于制造各种结构，通俗地说就是要受力，因此对它的要求主要是机械性能，如强度、延伸率（达到极限强度断裂时伸长了多少，延伸率小的材料使容易脆断）、硬度、韧性（受冲击力时容不容易断裂）、刚性（容不容易保持形状不变）等等。

有时不要求其能经受住严峻的环境条件，如要求耐热性、抗腐蚀性等等。

13.功能材料的分类：电功能材料、磁功能材料、光功能材料、热功能材料、能源功能材料、功能高分子、精细复合功能材料、纳米化功能材料、软凝聚态功能材料、超级材料与智能材料等等。

第1页（共10页）######## 2018-2019学年第一学期材料科学与工程专业####级《功能材料概论》期末考试试卷（后附参考答案及评分标准）考试时间：120分钟 考试日期：2018年12月一、填空题（本题14小题，共32空，每空1分，共32分）1. 晶体中的线缺陷即为位错，位错包括 和 两种基本类型。

2. 化学键包括共价键， 和离子键三种基本类型。

3. 按照性能和用途可以将高分子材料分为 、 和纤维三大合成材料。

4. 超导材料按其化学组成可分为元素超导体， 和 。

5. 氢能源的开发，目前遇到两个主要问题是制氢工艺和 。

6. 形状记忆效应有 、 和 三种形式。

7. 从应用方面考虑，磁性材料可分为 、 、 和一些特殊用途的磁性材料。

8. 光刻是集成电路中十分重要的一种加工工艺技术，光刻的三要素是 、和 。

9. 液晶的结构按分子排列方式的不同，可分为 、 和 三种类型。

10. 世界上第一台固体激光器的工作物质是 。

11. 按材料组分不同，光纤可分为 、多组分玻璃光纤和 等。

专业 年级 姓名 学号装订线第2页（共10页）12. 光电效应主要有 、 和 三种。

13. 一般介电陶瓷材料在电场下产生的极化可分为四种，即 、 、 和空间电荷极化。

14. 、 和 是智能材料必需具备的三个基本要素。

二、单项选择题（请将正确答案填入表中相应题号处，本题9小题，每小题2分，共18分）15. 晶体的空间点阵就其对称性，可以分为 种类型，隶属于 个晶系。

（ ）A. 十三， 七B. 十四， 八C. 十四， 七D. 十二， 六 16. 分子晶体的结合是依靠分子之间的（ ）。

A. 液桥力B. 范德华力C. 共价键D. 强作用力 17. 面心立方结构每个晶胞有（ ）个原子。

A. 6B. 2C. 4D. 1 18. 晶体中热缺陷的浓度随温度（ ）。

A. 线性增加B. 呈指数规律增加C. 无变化规律D. 线性减少 19. 下列不是超导材料的临界参数的是（ ）。

2016年《功能材料》总复习绪论1. 新材料指“在近阶段将达到实用化的高功能材料”，一般认为可以包括：晶须材料、非晶材料、超塑性材料、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。

2. 功能材料指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

（磁性、电子、信息、光学、敏感、能源）3. 与结构材料相比，功能材料有以下主要特征：1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，是最本质的特征。

2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。

除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。

3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料-元件一体化。

4）功能材料是多学科交叉的知识密集型产物。

5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细控制和检测技术。

4. 功能材料按其功能的显示过程可分为：1）一次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。

材料的这种功能称为一次功能。

以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。

2）二次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。

有人认为这种材料才是真正的功能材料。

5. 功能材料的制备方法1）溶胶-凝胶法(Sol--Gel法，简称SG法)2）快淬快凝技术：通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下的亚稳相。

亚稳相可以是材料的使用状态，也可能是为了得到好性能的中间状态。

实际上可以把亚稳状态的材料看作是平衡态来使用。

功能材料学2021 2021复习提纲及答案功能材料学2021-2021复习提纲及答案功能材料综述题型及分值：填空问题（21分）、名词解释（20分）、简短回答问题（59分）的基本概念：功能材料：功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

生物相容性：生物相容性是指材料与生物体之间相互作用后产生的各种生物、物理、化学平等反应的概念。

一般来说，指材料植入人体后与人体的相容性，即是否会对人体组织产生毒性作用液晶：液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的过渡中间相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性阻尼合金是一种金属阻尼材料，能快速减振合金、防振合金、消声合金、哑巴金属等。

弹性异常：一般金属和合金的弹性模量随着温度的升高而降低，即βe<0，这是弹性模量D与温度关系的正常变化。

然而，某些铁磁性材料的弹性模量在一定温度范围内（βe？0）随温度变化很小，甚至增加（βe>0），这是弹性模量D与温度关系的异常变化，称为弹性异常。

功能高分子：是指高分子主链和侧链上带有反应性功能基团，并具有可逆或不可逆物理功能或化学活性的一类新型高分子。

弹性后效：对于理想弹性材料，应力应变关系在弹性变形范围内服从胡克定律。

然而，当实际弹性材料发生弹性变形时，应变会滞后于应力，这与时间有关。

这种现象被称为弹性后效。

链节：链节指组成聚合物的每一基本重复结构单元。

热双金属：热双金属是指由两层（或两层以上）具有不同热膨胀系数的金属或合金成分牢固结合的复合材料。

药物控制释放：药物控制释放就是将天然的或合成的高分子化合物作为药物的载体或介质制成一定的剂型，控制药物在人体内的释放速度，使药物按设计的剂量，一在要求的时间范围内以一定的速度在体内缓慢释放，以达到治疗某种疾病的目的。

1.能带:满带：被电子填满的能带。

空带：没有被电子填充的能带。

价带：被价电子占据的能量最高的能带。

导带：价带以上的空带。

2.本征半导体：本征半导体是不含有任何杂质的半导体，它表示半导体本身固有的特性。

3.迈斯纳效应（B＝0）:处于超导态的物体完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部，这一特征叫完全抗磁性或迈斯纳效应。

4.超导隧道效应（约瑟夫森效应）:两超导体中间的绝缘层能让超导电流通过的现象，称为超导隧道效应。

5.介电损耗:电介质在交变电场作用下，以发热的形式而耗散能量的现象称为介电损耗。

6.光电导效应:半导体在受到光照射时，其电导率发生变化的现象称为光电导效应。

7.光生伏特效应 :光照射到半导体的p-n结上时，在p-n结的两端会出现电势差，p区为正极，n区为负极。

这一电势差可以用高内阻的电压表测量出来，这种效应称为光生伏特效应，简称光伏效应。

8.光电发射效应:当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，即产生光电发射效应。

9.施主耗尽：10.磁滞现象:磁滞现象是磁化的不可逆性的表现，是铁磁体在磁化时，B 值的减小滞后于H 值减小的现象。

11.磁致伸缩效应：在磁场中磁化状态改变时，铁磁和亚铁磁材料引起尺寸或体积微小的变化，称为磁致伸缩。

12.电致发光：电致发光是指在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象。

又称场致发光。

这种发光材料称为电致发光材料或场致发光材料。

13.压电效应：1、正压电效应：当外加应力T作用于某些单晶或多晶介电体并使它们发生应变S时，介电体内的正负电荷中心会产生相对位移，并在某两个相对的表面产生异号束缚电荷。

这种由应力作用使材料发生电极化(即带电)或电极化的变化的现象称为正压电效应。

2、逆压电效应：与正压电效应产生的过程相反，当对这类介电体施加外电场并使其中的正负电荷中心产生位移时，该介电体要随之发生变形。