复旦大学身边的材料科学期末考试题

1、1、简要描述造纸术涉及的主要步骤。答：古代：蔡伦造纸术：第一是原料的分离，就是用沤浸或蒸煮的方法让原料在碱液中脱胶，并分散成纤维状；第二是打浆，就是用切割和捶捣的方法切断纤维，并使纤维帚化，而成为纸浆；第三是抄造，即把纸浆渗水制成浆液，然后用捞纸器（篾席）捞浆，使纸浆在捞纸器上交织成薄片状的湿纸；第四是干燥，即把湿纸晒干或晾干，揭下就成为纸张。现代：1械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法等三种。2.调制：纸料的调制为造纸的另一重点，纸张完成后的强度、色调、印刷性的优劣、纸张保存期限的长短直接与它有关。一般常见的调制过程大致可分为以下三步骤：a.散浆；b.打浆；c.加胶与充填。3.抄造：抄纸部门的

2、主要工作为将稀的纸料，使其均匀的交织和脱水，再经干燥、压光、卷纸、裁切、选别、包装，故一般常见之流程如下：a.纸料的筛选；b.网部；c.压榨部；d.干燥部；e.压光；f.卷纸；g.裁切、选别、包装。2、纸的主要成分是什么？答：纸张的主要成分是植物纤维和辅料。植物纤维是指纤维素，半纤维素，辅料是指填料、胶料和染料。植物纤维是纸张的基本组成部分，作为造纸原料的植物纤维必须具备在制浆时易于离解，植物纤维中的纤维素含量高，木质索含量少；合乎要求的强度、长度和宽度；具有足够的弹性与交织能力；来源丰富和成本低廉，适应大量生产等条件。常用的填料有高岭土、滑石粉、石膏粉、碳酸和硫酸钡等，一般印刷用纸选用滑石粉

3、，高级印刷用纸采用高岭土和硫酸钡。常用的胶料有松香、硫酸铝，明矾、淀粉、水玻璃、干酪酸等。造白纸常用的色料为品蓝、群青等，造高级纸要加入一定的荧光增白剂。在制造有色纸时，也需要使用色料，大都使用无机颜料或有机染料。3、微电子行业大量使用硅作为原材料的原因有哪些？答：硅的储量丰富，广泛的以化合态存在于地壳的矿物和岩石里，在地壳中，硅的含量居第二位；硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，载流子迁移率较高，本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧·厘米，掺杂后电阻率可控制在10410-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载

4、流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现P-N结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。4、从能带角度说明导体、绝缘体、半导体的划分原理是什么？答：绝缘体：原子中的电子是满壳层分布的，价电子刚好填满了许可的能带，形成满带，导带和价带之间存在一个很宽的禁带，在一般情况下，价带之上的能带没有电子，电子难以借热运动等跃过禁带进入空带，所以

5、在电场的作用下没有电流产生。导体：一系列能带中除了电子填充满的能带(满带)以外，还有只是部分被电子填充的能带，后者起着导电作用。半导体：从能带结构来看与绝缘体的相似，但半导体禁带宽度较绝缘体的窄（一般在1eV左右）。所以依靠热激发即可以将满带中的电子激发到导带中，因而具有导电能力。理论计算和实验表明：由于热激发到导带中的电子数目随温度按指数规律变化，所以半导体的电导率随温度的升高也按指数形式变大。5、简要说明P-N结的结构和原理。答：在一块半导体中，掺入施主杂质（如磷、砷、锑等），使其中一部分成为N型半导体，其余部分掺入受主杂质（如硼、铝、镓等）而成为P型半导体。于是在P型半导体和N型半导体的

6、交界处就会形成一个P-N结。当P型半导体和N型半导体“结合”在一起时，由于P型半导体的空穴浓度高，自由电子的浓度低；而N型半导体的自由电子浓度高，空穴浓度低，所以交界面两侧的载流子在浓度上形成了很大的差别。这时就在交界面附近产生了多数载流子的扩散运动。随着扩散运动的进行，在P区和N区的交界面P区一侧出现一层带负电的粒子区（这是不能移动的电荷）；而在交界面N区一侧出现一层带正电的粒子区。这样，在交界面的两侧就形成了一个空间电荷区。P型区一边带负电荷的离子，N型区一边带正电荷的离子，因而在结中形成了很强的局部电场，方向由N区指向P区。当P-N结上加正向电压时，电场减弱，N区中的电子和P区中的空穴都

7、容易通过，因而电流较大；当外加电压相反时，则电场增强，只有原N区中的少数电子和P区中的少数空穴能够通过，因而电流很小。因此P-N结具有整流作用。6、介绍一个与材料学相关的诺贝尔奖，并用通俗的语言论述其发现和意义。 答：前香港中文大学校长高锟因为首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，获得2009年诺贝尔物理学奖，被誉为“光纤之父”。1966年7月，华裔物理学家高锟博士在PIEE 质纤维表面波导，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。光纤是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光纤传输有许多突出的优点：频带宽。频

8、带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。损耗低。光纤每公里损耗比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。重量轻。光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。抗干扰能力强。光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力，不易被窃听，因而利于保密。保真度高。光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引人新的非线性失真。工作性能可靠。光纤系统包含的设备数量少，可靠性自然也就高。成本不断下降。7、描述太阳能电池的机理和种类，并描述其中一种。答：太阳能电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。太阳

9、光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，光生空穴流向P区，光生电子流向N区，接通电路后就形成电流。而前者又分为单结晶形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形。太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池。硅太阳能电池是以硅为基体材料的太阳能电池。按照硅材料的结晶形态，可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁

10、，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。8、商业的硅太阳能电池中，用哪些方法来提高太阳光的利用效率？答：减小太阳能电池的厚度，使电子、空穴的移动路径缩短。电池与接线之间的电阻对太阳能电池转换效率的高低影响十分显著。因此，可在采用模块设计时改进横向布线及电池极板等布线结构，以降低电阻。并透过缩小电池单元间隔、加大电池单元的排列密度，提高模块的转换效率。此外，也可将金属电极埋入基板中，以减少串联电阻。把两个或两个以上的元件堆栈起来，能够吸收较高能量光谱的电池放在上层，吸收

11、较低能量光谱的电池放在下层，透过不同材料的电池将光子的能量层层吸收，减少光能的浪费并获得比原来更多的光能。在太阳能电池的表面，会镀上一层抗反射层，主要的作用在于让太阳能吸收的过程当中，仅少量的反射造成光能流失。将表面制成金字塔型的组织结构，可增加表面积，吸收更多太阳光。将不透光的金属电极制作成手指状或是网状，经过层层反射，可使大部分的入射阳光都能进入半导体材料中。设计出随着太阳的方向、角度而转动的太阳能光电版，比固定式太阳能光电板更能接收最多的太阳光，达到最大的发电效益。10、超级电容器的实现原理和应用特点是什么？答：原理：超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板

12、上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫双电层。因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电 ，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出

13、：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。应用特点：超级电容器的技术特性1. 充电速度快，充电 10 秒 10 分钟可达到其额定容量的 95 %以上；超级电容器的技术特性2. 循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达 150 万次；超级电容器的技术特性3. 能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率 90% ；超级电容器的技术特性4. 功率密度高，可达 300W/KG5000W/KG ，相当于电池的 510 倍；超级电容器的技术特性5. 产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源； 超级电容器

14、的技术特性6. 安全系数高，长期使用免维护；超级电容器的技术特性7. 超低温特性好，可工作于摄氏零下 30 的环境中；超级电容器的技术特性8. 检测方便，剩余电量可直接读出。311、什么是电子管和场效应管？两者有什么差别？答：电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管座上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。场效应晶体管简称场效应管，是一种通过改变半导体内的电场实现电流控制作用的半导体器件。输入端电流极小，因此它的输入电阻很大；它是利用多数

15、载流子导电，因此它的温度稳定性较好；场效应管的抗辐射能力强；由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声，所以噪声低。而电子管负载能力强，线性性能优于晶体管，在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好。12、简述燃料电池的基本原理和种类。答：燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极（负极即燃料电极和正极即氧化剂电极）以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化

16、为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。种类：碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。13、如何冶炼单晶硅？答：单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。多晶硅的生产技术主要为改良西门子法和硅烷法。西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅，为了提高原料利用率和环境友好，在前者的基础上采用了闭环式生产工艺即改良西门子法。该工艺将工业硅粉与HCl反应，加工成SiHCI3，再让SiHCl3在H2气氛的还原炉

17、中还原沉积得到多晶硅。硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶种上沉积，从而得到颗粒状多晶硅。直拉法即沿着垂直方向从熔体中拉制单晶的方法。悬浮区熔法，使圆柱形硅棒固定于垂直方向，用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。然后将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步向上移动，将其转换成单晶。15、传统陶瓷中陶与瓷在制作和结构的区别是什么？答：制作：烧成温度不同：陶器烧成温度一般都低于瓷器，最低甚至达到800以下，最高可达1100左右；瓷器烧成温度则比较高，大都在1200以上，甚至有的达到

18、1400左右。使用原料不同：陶器一般用黏土；瓷器要选择特定的材料，以高岭土作坯。釉料不同：陶器有不挂釉和挂釉的两种，挂釉的陶器釉料在较低的烧成温度时即可熔融；瓷器的釉料有两种，既可在高温下与胎体一次烧成，也可在高温素烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成。1.陶器胎体硬度较差，有的甚至可以用钢刀划出沟痕；瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结，敲击时声音清脆，胎体表面用一般钢刀很难划出沟痕。透明度不同：陶器即使比较薄也不具备半透明的特点；瓷器的胎体无论薄厚，都具有半透明的特点。吸水率不同：大于10%为陶；吸水率小于0.5%为瓷。含铁量不同：陶器一般在3%以上；瓷胎含铁量一般在3%以下。16、说明荧光灯（日光

19、灯）的工作原理。答：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速

20、电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。17、激光器的原理和基本组成部分是什么？答：激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少

21、的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。基本组成部分：激光工作物质、激励抽运系统和光学共振腔（并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。）18、常见的灯具有哪些种类？基本原理是什么？答：白炽灯：白炽灯将

22、灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。荧光灯：传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源；无极荧光灯即无极灯，它取消了对传统荧光灯的灯丝和电极，利用电磁耦合的原理，使汞原子从原始状态激发成激发态，其发光原理和原统荧光灯相似。低压钠灯：低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。19、LED为什么可以发光？白光LED照明的实现途径有哪些？答：LED，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一

23、个半导体的晶片。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，另一端是N型半导体，这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。对于一般照明，在工艺结构上，白光LED通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。20、常见液晶显示器的基本原理是什么？答：液晶这一呈液体状的化学物质，像磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿

24、越。无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。对于更加复杂的彩色显示器来说，还需要有专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色

25、，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。21、鲁伯特水滴“Ruperts drop”是什么？如何得到？有何特点？答：17世纪，英国鲁伯特王子把熔解的玻璃液滴进水内造成玻璃珠。这种泪滴形的玻璃非常坚硬，就算以槌敲打也不会破碎。但是只要把玻璃滴尾部弄破，它便会突然爆碎成粉末。称为“鲁伯特水滴”(Rupert's drop)。鲁伯特水滴是一种极为特别的玻璃。烧红的玻璃滴入水中，瞬间冷却，由于表面和内部在瞬间陈胜极大的温度差，表面迅速收缩，而内部却还是流动的玻璃，从而产生了极大的内部应力，在这种矛盾的应力之中，弥合了一切玻璃表面的缝隙，于是它变得无比坚硬，即

26、便用锤子砸都砸不碎。但是鲁伯特水滴巨大的应力在它纤细的尾部就成了一个弱点，当尾部纤细的表面一旦被破坏，矛盾的应力就在一瞬间释放，从而摧毁整个鲁伯特水滴。22、石英、石英玻璃、水晶、水晶玻璃的定义和结构性质的异同是什么？ 答：石英，无机矿物质，主要成分是二氧化硅，常含有少量杂质成分如Al2O3、CaO、MgO等，为半透明或不透明的晶体，一般乳白色，只含二氧化硅的玻璃。通常分为透明石英玻璃和不透明石英玻璃两大类。水晶：一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，化学式为SiO2。水晶玻璃：其名为人造水晶，由于天然水晶的稀少和不容易开采，不能满足人们的需求，人造水晶玻璃就诞生了，是

27、一种玻璃。SiO2，石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物；水晶是一种无色透明的石英结晶体矿物，当二氧化硅结晶完美时就是水晶。石英玻璃是只含二氧化硅的玻璃，硬度大可达莫氏七级，具有耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线，除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性；水晶玻璃是由硅和氧化铅（后续无铅水晶采用了其他材料，如氧化钾、氧化钡等）一起煮溶而成，含24%铅或以上者称全铅水晶，低于24%者则称为铅水晶。加铅的好处是较重，有质感，更通透、清澈和明亮；坏处则较软，易磨花，所以不一定加越多铅越好。23、从材料学角度解释世

28、贸大厦倒塌的原因。答：就大楼的倒塌过程而言，恰似于多米诺骨牌效应，其连续破坏过程可划分为三个阶段：飞机撞击形成的巨大水平冲击力造成部分梁柱断裂，形成薄弱层或薄弱部位；飞机所撞击的楼层起火燃烧，钢材软化，该楼层丧失承载力致使上部楼层塌落；上部塌落的楼层化为一个巨大的竖向冲击力，致使下面楼层结构难以承受，于是发生整体失稳或断裂，层层垂直垮塌。就大楼的倒塌原因而言，可谓是复合型的。因为单一的水平撞击或者大楼发生常规性火灾都不可能造成整个结构垮塌。钢结构作为一种结构体系，尤其在超高层建筑中有无以伦比的优势。但耐火性能差是自身致命的缺陷。试验表明：低碳钢在200度以下钢材性能变化不大；在200度以上，随

29、温度升高弹性模量降低，强度下降，变形增大；500度时弹性模量为常温的50%.；700度时基本失去承载能力。撞击北楼的波音767飞机装载51t燃油，撞击南楼的波音757飞机装载35t燃油，引起的是烃类火灾，烃类火灾和一般的火灾有很大的不同，它能在五分钟之内使火场的温度上升到1000多度，大大超过钢结构的临界温度（540），导致了钢结构的强度迅速下降。尽管世贸中心大楼的钢结构采用了防火涂料等防护物，但在如此罕见的熊熊大火面前也无能为力，在爆炸、断电、消防系统失灵、火势无法及时扑灭的情况下，高温将使其不得不软化，最终导致塌落。另外，世贸中心大楼采用外筒结构体系，该体系存在剪力滞后效应，因此，抵抗水平

30、撞击的能力较差。飞机撞击大楼时过程中产生了巨大的冲力，可能使大楼被撞击或者附近区域的钢结构防火涂料发生部分开裂甚至脱落。在钢结构耐火试验中我们发现，当火场中钢结构表面的防火涂料层开裂、空鼓、厚度不均匀时，其耐火时间会受到较大的影响。因此在火场中的钢结构没有被完全保护，也是导致整幢建筑提前化为灰烬的主要原因之一。24.石墨烯特点和可能用途特点：电子运输在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归

31、结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超

32、过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。应用：1. 纳电子器件方面利用 石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率，并且提高电池容量。2. 代替硅生产超级计算机3. 光子传感器4.基因电子测序5. 减少噪音6. 隧穿势垒材料 石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理

33、学家在量子物理学研究领域取得新突破。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。25. 从材料学角度，如何应对手机屏幕的强光眩光问题。就是利用光学特性，在加工液晶玻璃过程中，利用目前的离子工艺，在玻璃基板上进行离子工艺处理，使得玻璃的光学性能进行改变，这就是防眩光处理。一般防眩光处理采用镍、银等金属材料，在真空环境下使得这些金属处于高速运动离子状态，进行附着在玻璃表面。紫外线膜中包括防反射膜和紫外线吸收膜，防止光线从薄膜上反射到母玻璃基板上。紫外线吸收薄膜覆盖在紫外线薄膜上，而防反射涂层则覆盖在紫外线吸收薄膜上。生产过程中需要使用粘合剂将紫外线吸收薄膜和紫外线薄膜粘合起来。这样防反光薄膜就覆盖在紫外线薄膜上，而防反射层则在LCD下方。26描述一种电化学电池的基本原理和优缺点Li离子电池：原理：当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中