新型材料試卷2014a卷

1、納米材料與新材料納米材料與新材料(試卷A，開卷，標準答案)一、名詞解釋（每題一、名詞解釋（每題4分，共分，共20分）分）1、納米材料：、納米材料：納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度(1100nm)范圍內(nèi)，或它們作為基本單元構(gòu)成的材料。2、庫柏電子對：、庫柏電子對：只要當(dāng)兩個電子有凈的相互吸引作用時，不論這種吸引作用多么弱，它們都會在費米面附近形成一個動量大小相等、方向相反、且自旋相反的兩電子束縛態(tài)。它們通過交換聲子吸引在一起

2、，兩個電子的總能量低于費米能級2EF，它們的吸引作用可能超過電子之間的庫侖排斥作用，表現(xiàn)為凈的相互吸引作用，這樣的兩個電子的束縛態(tài)稱為庫柏電子對。3、形狀記憶效應(yīng)、形狀記憶效應(yīng)：形狀記憶效應(yīng)是指具有一定形狀的固體材料，在某一低溫狀態(tài)下(處于馬氏體狀態(tài))進行一定限度的塑性變形后，通過加熱到某一溫度時，材料完全恢復(fù)到變形前的初始形狀的效應(yīng)。4、梯度功能材料：、梯度功能材料：梯度功能材料(FGM)是一種集各種組分(如金屬、陶瓷、纖維、聚合物等

3、)于一體的新型復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)、物性參數(shù)和物理、化學(xué)、生物等單一或綜合性能都呈連續(xù)變化，以適應(yīng)不同環(huán)境，實現(xiàn)某一特殊功能。5、馬氏體相變、馬氏體相變：替換原子經(jīng)無擴散位移(均勻和不均勻形變)，由此產(chǎn)生形狀改變和表面浮凸，呈現(xiàn)不變平面應(yīng)變特征的形核長大型相變二、填空（每題二、填空（每題2分，共分，共10分）分）1、10=1nm=109m；106fs(飛秒)=1ns(納秒)=109s。2、最早的人工納米材料是碳黑，納米概念是有科學(xué)家理查德費

4、曼首次提出。3、太陽能電池可利用光伏效應(yīng)進行發(fā)電，可以產(chǎn)生這種效應(yīng)的通常是半導(dǎo)體材料。4、非晶合金的結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是亞穩(wěn)的，在一定溫度下加熱會向晶態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。5、超導(dǎo)材料的三個臨界條件是臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界磁場和臨界電流三、辨析，先判斷正誤，再說明原因（每題三、辨析，先判斷正誤，再說明原因（每題5分，共分，共25分）分）（論題錯誤，判斷（論題錯誤，判斷正確２分，說明原因３分；論題正確，判斷正確可以考慮給全分）正確２分，說明原因３分；論題正

5、確，判斷正確可以考慮給全分）1、只有平均粒徑在100nm以下的材料才稱為納米材料答：錯。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度(1100nm)范圍內(nèi)，平均粒徑在100nm以下的材料是零維納米材料，空間中有二維或者一維尺寸處于納米范圍的材料，如納米線、納米棒、納米薄膜等也是納米材料。2、超導(dǎo)材料必須把磁場線完全排斥在體外才具有超導(dǎo)效應(yīng)。答：錯。超導(dǎo)材料可分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體。在第二類超導(dǎo)體中，如果外得的動量和能量和第一個

6、電子損失的動量和能量相同，電子對的總動量保持不變。組成庫柏對的電子雖然也不斷地被散射，但這不影響庫柏對的質(zhì)心動量，電子對的能量沒有損失，是無阻尼散射。所以有電流通過超導(dǎo)體時庫珀對的定向勻速運動不受阻礙，即電子對不受晶格散射的影響，宏觀上表現(xiàn)出直流電阻為零(5分)。溫度越低，庫柏對越多，電子對結(jié)合越牢固，當(dāng)溫度升高，出現(xiàn)不成對的單個激發(fā)電子，而電子對也因受熱影響而遭到破壞。直到臨界溫度，電子對全部拆散成單個的正常電子，超導(dǎo)變成常導(dǎo)。(3分

7、0或者按以下回答：超導(dǎo)電性來源于電子間通過聲子做媒介所產(chǎn)生的相互吸引作用，當(dāng)這種作用超過電子間的庫侖排斥作用時，電子會形成束縛對，即庫柏對，從而導(dǎo)致超導(dǎo)電性的出現(xiàn)，庫柏對會導(dǎo)致能隙存在，超導(dǎo)臨界場、熱力學(xué)性質(zhì)和大多數(shù)電磁學(xué)性質(zhì)都是這種庫柏對的結(jié)果，元素和合金的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度與費米面福建的電子能態(tài)密度N（Ep）和電子聲子相互作用能U有關(guān)，可用電阻率來估計。3、為什么人們要大力研究儲氫合金答：氫能熱值高、資源豐富、干凈清潔，不產(chǎn)生二次污染、應(yīng)

8、用范圍廣、適應(yīng)性強，可作為燃料電池發(fā)電，也可用于氫能汽車、化學(xué)熱泵等。因此，氫能的開發(fā)和利用成為人們特別關(guān)注的科技領(lǐng)域。（１分）氫能利用的關(guān)鍵是氫的制備技術(shù)和高密度安全儲存。目前市售的氫氣一般都是在150個大氣壓下儲存在鋼瓶內(nèi)，氫氣重量不到鋼瓶重量的1100。而且儲存的氫有爆炸的危險，很不方便。（１分）為了解決氫的儲存和運輸問題，人們研發(fā)了相應(yīng)的儲氫材料，主要包括活性炭、合金化合物、無機化合物以及有機化合物四大類儲氫材料，其中以儲氫合金

9、研究最為廣泛（１分）。儲氫合金吸放氫時伴隨有巨大的熱效應(yīng)，發(fā)生熱能－化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換，反應(yīng)的可逆性好，反應(yīng)速度快，是一種特別有效的蓄熱和熱泵介質(zhì)。（２分）儲氫合金貯熱是一種化學(xué)貯能方式，長期存貯毫無損失。利用儲氫合金的熱裝置還可以充分回收利用太陽能和各種中低溫余熱、環(huán)境熱等，使能源利用率提高２０％－３０％。（２分）儲氫合金儲氫量在1％4％(質(zhì)量分數(shù))之間、能量密度高，并且無需高壓及液化可長期存儲而少有能量損失，是一種安全高效的儲氫方法。

10、（２分）而且儲氫合金原料易得，特別是稀土類儲氫合金，我國具有豐富的稀土資源，完全可以滿足實際需求。因而儲氫合金是目前各國都在大力研發(fā)。（１分）。五、形狀記憶現(xiàn)象、形狀記憶合金應(yīng)該具備的條件，以及形狀記憶的本質(zhì)及其五、形狀記憶現(xiàn)象、形狀記憶合金應(yīng)該具備的條件，以及形狀記憶的本質(zhì)及其應(yīng)用。應(yīng)用。形狀記憶現(xiàn)象可分為三種：（形狀記憶現(xiàn)象可分為三種：（3分）分）單程記憶效應(yīng)：將母相在高溫下制成某種形狀，再將母相冷卻或加應(yīng)力，使之發(fā)生馬氏體相變，然