材料物理化学思考题GZ版

第一章.1材料物理-材料的电学性能1．何谓能带结构？满带，导带，价带，空带和禁带？能带结构：由于晶体中各原子间的相互影响，原来各原子中能量相近的能级将分裂成一系列和原能级接近的新能级，这些新能级基本上连成一片，形成能带(energyband)。满带：能带中各能级都被电子填满。导带：被电子部分填充的能带及空带（一般与价带相邻）。价带：价电子能级分裂后形成的能带。一般情况下，价带是被电子所填充的能量最高的能带。空带：所有能级均未被电子填充的能带。禁带：在能带之间的能量间隙区，电子不能填充。2.简述绝缘体、半导体与导体的能带结构差异及对其导电性的影响；导体：分两类，一类是价带和导带交叠，加电压后电子能够很容易从价带顶部跃迁到导带底部而导电。另一类是价带和导带不交叠，但它的价带未填满，因而加电压后电子也能够很容易从价带顶部跃迁到导带底部而导电绝缘体：价带和导带不交叠存在很大的能量间隙，且价带被填满因而加电压后电子不能够很容易从价带顶部跃迁到导带底部，故不导电。半导体：价带和导带不交叠，但能隙很小。1.本征半导体，当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流，电子电流和空穴电流。自由电子和空穴都称为载流子。(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。2.n型半导体，电子导电3.p型半导体，空穴导电。3.简述造成半导体材料与金属材料在电导温度函数上的差别原因；半导体的导电特性：即热敏性，温度愈高，载流子的数目愈多，导电能力显著增强，正比关系。在杂质半导体中多数载流子的数量与掺杂浓度有关，而少数载流子的数量与温度有关，且当温度升高时，少数载流子的数量增多。在Ｐ型半导体中，多数载流子为空穴，少数载流子为电子，而在Ｎ型半导体中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。金属电导温度函数:在绝对零度下化学上纯净又无缺陷的金属，其电阻等于零。随着温度的升高，金属电阻也在增加。无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数。在低温下“电子－电子”散射对电阻的贡献可能是显著的，但除了最低温度以外，在所有温度下大多数金属的电阻都决定于“电子－声子”散射。根据德拜理论，原子热振动的特征在两个温度区域存在本质的差别，划分这两个区域的温度θD称为德拜温度或特征温度。因此金属的电阻在不同的温度区域内表现出不同幂次（升幂）的温度函数关系。4.简述导电高分子的类型？及导电机理上的差异？按照材料的结构与组成，导电高分子分为两类：一类是复合型导电聚合物，另一类是结构型（本征型）导电聚合物。差异：复合型导电聚合物是在本身不具备导电性的聚合物材料中掺混入大量导电物质，聚合物材料本身只充当了粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。结构型导电聚合物本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。四类聚合物具有导电性：聚合物电解质、共轭体系聚合物、电荷转移络合物和金属有机螯合物。其中除聚合物电解质是以离子传导为主外，其余三类聚合物都是以电子传导为主的。2.材料物理-材料的光学性能1.简述光的衍射与干涉的差异及其对光谱分辨率的影响差异：在两列波相遇的区域内，某些点的振动始终加强，某些点的振动始终减弱的现象－－称为干涉现象。光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进，这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。a产生条件不同。光的干涉现象需要相干光，相干光即①频率相同；②振动方向相同；③相位差恒定的光源，且在同一介质中相遇。衍射产生条件：障碍物或孔的线度与光波波长可以比拟的情况。b干涉条纹与衍射条纹差异：以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距（宽度相同）的；而衍射条纹是平行但不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄。对分辨率影响：光栅衍射是单缝衍射和缝间光线干涉两种效应的叠加，色分辨本领为Ｒ＝Δλ／λ＝ｋＮ，即增大主极大级次k和总缝数N，可提高光栅的分辨率。2.何谓全息技术？全息术（holography）是利用光的干涉和衍射原理，将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来，并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和相位因此称为全息术。全息技术第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程。3.简述在通讯领域光子技术相比电子技术的优缺点优点：(1)器件响应和系统处理速度快。响应时间最快达到纳秒量级。(2)传输容量大。比微波通信大１万倍到１０万倍以上(3)存储密度大。光盘存储容量比磁盘要高出２００～２００００倍，且不易磨损等（4）可以实现三维立体存储。4.何谓非线性光学？非线性光学现象的产生是由于电磁场与物质体系中带电粒子相互作用的结果。在较强外界光场作用下，介质中粒子的电荷分布将发生畸变，电偶极矩不仅与光波场的线性项有关，而且与光波场的二次及高次项有关，这种非线性极化场将辐射出与入射场频率不同的电磁辐射。3.材料物理-材料的光电性能1.简述光电效应及其影响因素。光电效应：当光照射到金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫光电效应，所逸出的电子叫光电子，由光电子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该种金属的逸出功。对某一种金属来说，只有当入射光的频率大于某一频率时，电子才能从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个频率叫做截止频率－－红限。外光电效应：受光照而激发的电子，逸出物质表面形成光电子流。内光电效应：受光照而激发的电子不逸出，而是在在物质内部参与导电。影响因素：（１）只有光的频率ν≥ν0时，电子才会逸出；（２）光电子最大初动能和光频率ν成线性关系。当初动能为零时，可得到红限频率；（３）逸出光电子的多少取决于光强Ｉ。光强大，光子数多，释放的光电子也多；（４）电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积过程，滞后时间不超过10–9秒。2.简述半导体的光吸收过程及其吸收特征？吸收过程：当射到半导体上的光子能量等于或者大于半导体禁带宽度，就会引起本征光吸收。价带中的电子在光激发下跃迁到导带，并引起半导体电导率的变化或ＰＮ结空间电势的变化。价带顶附近到导带底附近的跃迁，即所谓本征吸收。根据半导体能带的不同又可分为直接跃迁和伴随声子吸收或发射的间接跃迁吸收两类。半导体晶体与光子相互作用，可吸收光子而产生声子，这种现象称为晶格吸收。除了本征光吸收带间跃迁和杂质光吸收跃迁以外，在半导体中还会发生自由载流子光吸收带内跃迁等。吸收特征：半导体材料的吸收作用随波长减小而迅速增强，即吸收系数随波长减小而变大。当波长很短时，材料的吸收系数很大，光在半导体材料表层即被吸收殆尽，光电转换效率在波长很短时大大下降。因此，材料的带隙决定了截止波长要大于被检测的光波波长，否则材料对光透明，不能进行光电转换。其次，材料的吸收系数不能太大，以免降低光电转换效率。（3）何谓电致发光效应？解释半导体发光二极管的工作原理。电致发光效应：固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光。电致发光是将电能直接转换成光能的过程。发光二极管原理：当ＰＮ结上加有正向电压时，势垒降低，所注入到Ｐ区里的电子和Ｐ区里的空穴复合，注入到Ｎ区里的空穴和Ｎ区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量。注入式电致发光：直接由装在晶体上的电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体内再复合时，以光的形式释放出多余的能量。本征型电致发光：电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速，碰接发光中心并使其激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。（4）简述光热效应和光子效应的区别光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子效应对光波频率表现出选择性，其响应速度一般比较快。光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测器元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的物理性质发生变化。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就越强烈，所以广泛用于对红外辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。第二章．现代物理化学的研究方法（1）什么是多普勒效应？对光谱分辨率的影响？及解决方法？多普勒效应：当波在某一确定的介质中传播时，它的波长λ与它的周期成正比（与频率成反比）。影响：当光源向你快速运动时，光的频率也会增加，表现为光的颜色向蓝光方向偏移（因为在可见光里，蓝光的频率高），即光谱出现蓝移；而当光源快速离你而去时，光的频率会减小，表现为光的颜色会向红光方向偏移（因为在可见光里，红光的频率低），即光谱出现红移。解决办法：采用高分辨激光光谱技术可以消除了、原子热运动的多普勒频移影响（2）从原理上比较STM、AFM和近场光学显微镜的优缺点；a扫描隧道显微镜：原理：它是用一个极细的针尖去接近样品表面，当针尖和表面靠得很近时(＜1nm)，针尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭，在针尖和样品之间加上一个偏压而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动，由电流的变化就可把表面的信息记录下来。优点是：[1]具有很高的空间分辨率（横向可达0.1nm，纵向优于0.01nm），能直接观察到物质表面的原子结构[2]可使用工作环境限制小，大气，溶液，真空均可[3]样品环境温度可调，可室温可低温[4]无损伤探测，避免了样品破坏缺点：[1]STM有时对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够探测，此部分分辨率就较差[2]STM所观察的样品必须具有一定程度的导电性，对于半导体，观测的效果就差于导体，对于绝缘体根本无法直接观察[3]一般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品。bAFM：原子力显微镜：利用激光检测针尖与表面相互作用，通过力的变化引起悬臂梁的振动而造成激光偏转，记录偏转信号就得到样品的表面信息。优点：[1]既可以观察\o"导体"导体，也可以观察非导体[2]不需要对样品做特殊处理[3]原子力显微镜在常压下甚至液体环境下都可以良好工作。缺点：[1]成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。c近场光学显微镜：近场光学显微镜是采用亚波长尺度的探针在距离样品表面几个纳米的近场范围进行扫描成像的技术。优点：[1]超越光学衍射极限的分辨率，甚至可达到亚纳米量级[2]可在生物的自然状态环境下进行观测研究（3）激光产生原理？激光基本特性？什么是爱因斯坦光发射理论？爱因斯坦光发射理论：光发射包括受激吸收、自发发射和受激发射三种过程。在热平衡状态下，受激吸收=自发发射+受激发射。受激吸收：是指处于基态(E1)的原子，吸收hν=E2-E1的光子而跃迁到激发态(E2)。自发发射：又称自发辐射是一种发光过程，设原子的两个能级为E2和E1。E1为基态，原子受激发跃迁到高能级E2，故E2称为激发态。处于激发态的原子是不稳定的，未受外界干扰便能自发地跃迁到基态，在跃迁中发射一个能量为E2-E1=hν的光子，这种发射称为自发发射。受激发射：是处于激发态的原子受外界E2-E1=hν的光子的刺激而跃迁到基态，同时发射一个hν的光子，称为受激发射。受激发射的光子不但频率，而且位相、振动方向等也与入射光子相同。4简介质谱的原理？及两种探测方式的优缺点？质谱分析本是一种物理方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。ISS优点：具有较高的表面灵敏度，还可用来研究吸附表面的物理结构，对表面损伤小，缺点：谱峰较宽，分辨本领不强，本底较大SIM：优点：灵敏度适用于痕量杂质分析，面分布成分分析，深度剖面成分分析，缺点：谱线复杂，识谱困难，定量分析较困难第三章.无机材料的物理化学1.什么是光子晶体？有什么应用？光子晶体：是电介质材料周期性排列形成的人造晶体，具有周期性折射率。引人到光子晶体中的人造缺陷如线缺陷或点缺陷可以用来设计阻止一定波长的光线传播，从而制成在一定波长间隔内某些方向上或全部方向上禁止光传播的光子禁带材料。按照光子晶体的光子禁带在空间中所存在的维数，可以将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。应用：无阈值的激光器，无损耗的反射镜，光学微腔，非线性开关和放大器，超棱镜，光子晶体光纤等。2.如何实现准相位匹配？何谓超晶格材料？准相位匹配：就是通过晶体非线性极化率的周期性调制，来补偿光参量过程中由于折射率色散造成的泵浦光与参量光之间的相位失配，以获得非线性光学效应的增强。与双折射相位匹配技术相比，准相位匹配没有双折射相位匹配中关于波矢方向和偏振方向的限制，根据条件，通过选择适当的极化周期，就可以实现相位匹配。准相位匹配技术只有在周期极化晶体中才能实现。准相位匹配技术可以通过将晶体设计成周期结构，来满足相位匹配条件。超晶格材料：在介电晶体中引入可与经典波（光波和声波）波长相比拟的超周期结构，此种晶体也被称为光学超晶格、声学超晶格、或微米超晶格。这类材料是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，即特定形式的层状精细复合材料。每层的厚度可以小于通常晶体的晶格常数。这就是说，通常的一个晶格，现在可以套叠几个晶格。所以，这种材料就被命名为“超晶格材料”。3.简述光学参量振荡器的工作原理；工作原理：OPO是一种波长可调谐的相干光光源，能够将一个频率的激光转换为信号和空闲频率的相干输出，并可以在一个很宽的频率范围内实现调谐。实质上是在非线性介质中产生差频光波的混频过程。在差频产生的过程中，每湮灭一个高频光子（泵浦光），同时要产生两个低频光子，分别称为信号光和空闲光，三者满足能量守恒和动量守恒。第四章.半导体材料的物理化学（1）简述什么是低维半导体材料？有几种类型？所表现的纳米效应？低维半导体材料：电子在块体材料里，在三个维度的方向上都可以自由运动。但当材料的特征尺寸在一个维度上比电子的平均自由程相比更小的时候，电子在这个方向上的运动会受到限制，电子的能量不再是连续的，而是量子化的，我们称这种材料为超晶格、量子阱材料。类型：a量子点材料是指在材料三个维度上的尺寸都要比电子的平均自由程小，电子在三个方向上都不能自由运动，能量在三个方向上都是量子化的。b量子线材料就是电子只能沿着量子线方向自由运动，另外两个方向上受到限制；c量子阱材料的电子态密度呈台阶形状，而量子点和量子线材料的电子态密度分别呈现出一系列孤立的尖峰形状和线形状。表现的纳米效应：[1]表面效应：表面的原子数增多，故具有很大的化学活性。[2]小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。[3]量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到一定值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象。纳米半导体微粒能隙变宽现象属于此。[4]宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。2.简述晶型半导体与无定型半导体的能带结构的差异；晶型半导体价带和导带不交叠，之间存在很大的禁带，且费米能级在导带之外的非晶态物质的能带模型中，势场的起伏足以在价带顶和导带低附近引起定域的尾巴态。这些态一直延伸到禁带之中，而且彼此交迭。价带带尾能量高于导带带尾，费米能级被订札在禁带中央。3.与前两代相比，第三代半导体材料具有哪些优越的性能？第一代半导体材料：以单质硅为代表，但是硅材料带隙较窄和击穿电场较低限制其应用。第二代半导体材料：以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为代表第三代半导体材料：宽能隙半导体(Eg大于2.3eV)包括III族氮化物、金刚石、碳化硅、及氧化物（ZnO等）系列化合物。[1]具有更宽的禁带，可以在高频和高温条件下能够激发蓝光的独特性质。[2]可以覆盖红、黄、绿、蓝、紫和紫外光谱范围[3]能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求。4.何谓巨磁电阻效应？什么是自旋电子学？巨磁电阻效应：巨磁电阻效应是在磁性多层膜中观察到的量子力学效应。这种多层膜是由铁磁层和非磁层交叠而成，其中单层厚度仅为1～3纳米。铁磁层中有方向一致的磁矩。当不同铁磁层的磁矩之间彼此平行，载流子自旋相关的散射截面极小，材料呈现低电阻；当不同铁磁层的磁矩之间彼此反平行，载流子自旋相关的散射截面极大，材料呈现高电阻。室温下，差别可以从10％到90％，故称巨大的磁致电阻效应，简称巨磁电阻。推向技术应用的关键是：用很低的外部磁场控制多层膜磁矩相对取向的变化，以获得较大的电阻变化率，即很高的磁场灵敏度。基于“巨磁电阻”效应开发的“用于读取硬盘数据的技术”，被认为是“前途广阔的纳米技术领域的首批实际应用之一”。计算机硬盘存储的面密度从不足100Mb/in2猛升到10Gb/in2以上，就是得益于巨磁电阻技术。除读出磁头外，巨磁阻效应同样可应用于测量位移、角度等传感器中，可广泛地应用于数控机床、汽车导航、非接触开关和旋转编码器中，与光电等传感器相比，具有功耗小、可靠性高、体积小、能工作于恶劣的工作条件等优点。自旋电子学：电子是自旋的载体，极化后电子处于自旋向上或向下的状态。因此极化电流像半导体材料电子和空穴两种载流子一样，有自旋向上和向下两种载流子。自旋电子学研究的物理对象是自旋向上和自旋向下的载流子，自旋电子学是以研究介观和微观尺度范围内自旋极化电子的输运特性以及基于它的这些独特性质而设计、开发的在新的输运机理下工作的功能器件为主要内容的一门新的交叉学科。第五章.纳米材料的物理化学1.简介摩尔定律、纳米科学、纳米工程与纳米技术；摩尔定律：英特尔创始人戈登•摩尔（GordonE.Moore)在1964年提出了著名的摩尔定律，既计算机芯片的容量与性能以每隔18个月翻一番的速度更新换代。纳米科学：主要是一门使现有的科学进入境界更小的范围的一门科学。它可以渗透到几乎所有的科技领域。它常常汇集了不同领域的科学和成就，作为多学科的纽带。它也有它自己应用领域，如纳米材料，纳米化学，纳米生物学，纳米物理学等。纳米工程：是指工程领域进入到纳米时代如纳米加工，纳米器件。纳米技术：满足以下，既为纳米技术a在原子，分子或大分子水平,长度规模约1-100nmde研究和技术开发b制备的材料具有高性能高功能的原因是由于小尺寸效应c具有控制或操纵原子尺度的能力。2.简述纳米结构的构筑方式及其优缺点；两种：一，自上而下，即从宏观块状材料开始向微观制备。如晶圆片的刻蚀，优点：可大规模生产，成本低；缺点：受到物理理论的限制，如摩尔定律。二，自下而上，即用自组装的方法，使用化学或生物学的路线合成纳米结构，优点可精确控制，缺点目前在电路上应用还存在困难。3.简介纳米化学、超分子自组装和分子器件；纳米化学：是利用合成化学，沉积成的不同大小和形状具有纳米尺度组成和表面结构，电荷和功能超分子自组装：是分子通过分子间相互作用形成具有有序结构的分子聚集体。它往往表现出单个分子或低级分子聚集体所不具有的特性与功能。分子器件：是由具有光、电、离子、磁、热、机械和化学反应性能的分子和超分子组装排列而成的有序结构，是在分子或超分子层次上完成其各项功能的化学及物理系统。分子器件的研究内容包括：分子导线、分子开关、分子整流器、分子存储器和分子计算机等方面。4.简述量子点、量子阱与超晶格的结构区别;量子点：其实质为原子团簇，尺寸为纳米量级，能量状态密度呈现出类似原子的分立‘量化’能级结构。量子阱：结构本质上仍是异质结构，它是把窄带隙的有源区夹在宽带隙的半导体材料之间形成的一种层状结构(量子阱)。区别：@由于选择定则的限制，量子阱结构对于正入射光照不敏感;而量子点结构中局域态的存在，使得带内的跃迁能够被正入射光激发。@由于分立能级的间距大于光学声子的能量，因此减小了复合儿率，增大了光激发载流子的寿命，从而提高了光增益。@同样由于局域化能级(分立能级)的作用，减少了热激发载流子，从而减小了暗电流，提高了器件可能的工作温度。@由于量子点尺寸的不均匀性不可避免，造成吸收谱的展宽和绝对光强降低，因此对于光学应用来说，控制量子点生长尺寸的分布是很重要的。@量子点的面密度通常为109-1010cm-2常要比量子阱探测器的2维子带中的典型电子密度低2-3个数量级。超晶格材料：是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，事实上就是特定形式的层状精细复合材料。每层的厚度可以小于通常晶体的晶格常数。这就是说，通常的一个晶格，现在可以套叠几个晶格。所以，这种材料就被命名为“超晶格材料”。第六章.1光电活性高分子1.简述导电高分子的导电机理？所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”等使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。一般认为，四类聚合物具有导电性：高分子电解质、共轭体系聚合物、电荷转移络合物和金属有机螯合物。其中除高分子电解质是以离子传导为主外，其余三类聚合物都是以电子传导为主的。导电高聚物的导电机理不同于金属和无机半导体，其载流子是由孤立子、极化于和双极化子等构成。在电场的作用下，载流子可以沿聚合物链作定向运动，从而使高分子材料导电。聚合物导电必须具备两个条件：（1）要能产生足够数量的载流子（电子、空穴或离子、孤子等）；（2）大分子链内和链间要能够形成载流子导电通道。2.影响导电高分子的导电性能的因素？导电聚合物的导电特点（与金属和半导体比较）？因素：有机化合物中电子种类主要有σ电子和π电子。σ电子是成键电子，键能较高，离域性很小，被称为定域电子；高分子导电主要是利用π电子在电场下的高离域性，离域性显著增加。离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物质的导电性能。除了分子链长度和π电子数影响外，共轭链的结构也影响聚合物的导电性。从结构上看，共轭链可分为“受阻共轭”和“无阻共轭”两类。受阻共轭情况下因共轭链的扭曲、折叠等，而使π电子离域受到限制造成材料导电性较低，而无阻共轭情况下，共轭链分子轨道上不存在“缺陷”，整个共轭链的π电子离城不受影响，这类聚合物是较好的导电材料或半导体材料。导电聚合物的电学性能具有特点：（1）通过控制掺杂度，电导率在一定范围内的可变性。（2）导电聚合物拉伸取向时出现电导率的各向异性；（3）服从半导体特性，随着温度的升高，电导率增加；（4）导电聚合物的载流子既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴，而是用孤子、极化子和双极化子概念描述。3.简述聚合物电致发光的过程;（１）载流子的注入：在外加电场的条件下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜层注入；（２）载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；（３）载流子的复合：电子与空穴结合产生激子；（４）激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态；（５）电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放出光能。4.何谓光折变材料？它与光致变色材料有何区别？光折变效应：在相干光照射下材料内的光电荷重新分布形成空间电荷场,随后由于电光效应导致材料的折射率发生变化的一种非线性光学现象。如果用光均匀照射材料,折射率又回到均匀态。这种效应被人们称为光折变效应。具有这种效应的材料称为光折变材料。区别：能使物质折射率发生变化的途径很多，如光致变色现象、热致变色现象、热致折射现象等。但这些过程都是定域的。而要产生光折变效应，物质中电荷的物理移动必须是非定域的。电荷的这种移动最终会使干涉的两束光之间发生能量转移。如果这种能量的转移足够强，那么光就会被放大，这是光折变材料的根本特点。光致变色效应：指一个化合物（Ａ）在受到一定波长的光辐照下，可进行特定的化学反应，获得产物（Ｂ），由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化。而在另一波长的光照射下或热的作用下，又能恢复到原来的形式。这种在光的作用下能发生可逆颜色变化的化合物，称为光致变色有机化合物。2.高分子单链1.简述单链凝聚态与多链凝聚态的基本差异？高分子单链凝聚态：链内链结构单元间存在范德华吸引作用，高分子链呈打圈链构象，多链凝聚态：由于链内链单元间的吸引作用，被与相互穿透的近邻链的单元间吸引作用所屏蔽，高分子链呈高斯链构象。2.简述高分子在不同浓度溶液中的聚集方式？极稀溶液（良溶剂）：孤立的溶胀线团Cs稀溶液：孤立的溶胀线团开始收缩，尺寸减少C*亚浓溶液：溶胀线团开始接触Ce浓溶液：链开始相互穿透，形成物理网，分子量的意义失去，但分布仍不均匀。C+极浓溶液：高分子链充分相互穿透，链内作用被链间作用完全屏蔽，呈高斯链形态。链单元空间密度达到一致。3.在单分子力谱实验中，固定目标分子的主要方式有哪些？在单分子力谱实验中，固定目标分子的方式主要分以下三种：（１）物理吸附：用于单链弹性性质的研究。利用较强的粘附力使它被连接于针尖和基底之间。（２）特异性相互作用：当高分子链与针尖或基底之间的相互作用较弱时，物理吸附的方法将不再适用。此时需要将高分子链修饰上一种给体或受体官能团，在基底和针尖上修饰上相对应的受体或给体官能团，使得高分子链段在针尖和基底之间形成桥连结构.（３）化学键合：研究高分子在较高应力作用下的构象转变行为，或者要测量某个特异性相互作用的强度，将待测分子通过化学键固定到针尖及基底表面。3.嵌段聚合物与受限高分子1.何谓嵌段聚合物？结构特征？为何适用于模板合成？影响微相分离因素？嵌段共聚物是由两个或更多个聚合物链末端以共价键方式连接构成的。当同一根分子链上的不同类嵌段彼此不相容时，即不同种类嵌段间彼此排斥，热力学不相容性造成了有化学点连接的相分离现象。嵌段共聚物通过自组装过形成近似晶格堆积的三维有序结构，嵌段间用共价键相连，自组装形成丰富的周期性有序微结构。其相分离的尺寸基本上与大分子链的尺度在从几个纳米到几百个纳米尺度的。这些微结构可以拥有各种不同的几何形态和晶体－准晶结构及宽泛的尺寸选择性，而且具有良好的可调控性及相对容易的制备方法。模板法是先合成形状易控且具有纳米结构的物质，然后通过物理或化学方法将相关材料沉积于上，最后移去模板，得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。模板法制备纳米材料有诸多的优点：（１）模板易合成且可以精确控制其纳米结构；（２）可有效预测纳米材料的尺寸和结构；（３）尤其适合一维纳米材料的合成。嵌段共聚物自组装形成的各种规整纳米结构为制备其它无机、金属纳米材料提供了理想模板。制备纳米材料的方法有两种：一种是由上而下的方法，即尽力降低物质结构维数；另外一种是自下而上的方法，如通过分子的自组装来构建纳米材料。嵌段共聚物微相分离行为主要决定于以下几个因素：(1)共聚物总的聚合度；(2)共聚物的组成；(3)共聚物各嵌段间的Florey-Huggins参数χ；(4)嵌段设计2.何谓软材料？有什么显著特征？软物质：是指处于固体和理想流体之间的复杂态物质。软物质泛指聚合物、液晶、表面活性剂、胶体等物质。基本特性：对外界微小作用的敏感性、非线性响应、自组织行为等。软物质在学术上是指相对于弱的外界影响，比如施加给物质瞬间的或微弱的刺激，都能作出相当显著响应和变化的那类凝聚态物质。3.怎样理解软物质是“由熵操纵的物质”这句话？在软物质中体系的变化主要是由熵引起的，或者说熵占据了主导地位。这样软物质就可称作是由熵操纵的物质。在熵力的作用下，软物质体系会出现很多新奇的行为，比如原本混乱的微观体系会变得井然有序，复杂的蛋白质分子会自行折叠成特殊的结构等等。利用这些性质，我们可以制造许多有特殊性质的软材料，它们是硬材料难以取代的。4.聚合物的三态玻璃态：温度低，链段的运动处于冻结，只有侧基、链节、链长、键角等局部运动，形变小；高弹态：链段运动充分发展，形变大，可恢复；粘流态：链段运动剧烈，导致分子链发生相对位移，形变不可逆聚合物的玻璃化转变是指从玻璃态到高弹态之间的转变。玻璃化转变区是一个对温度十分敏感的区域，在3～5℃范围内几乎所有性质都发生突变(例如热膨胀系数、模量、介电常数和折光指数等)。第七章.材料的表面与界面（1）何谓界面现象？产生“莲花效应”的原因是什么？界面现象：在一个非均匀的体系中，至少存在着两个性质不同的相。两相共存必然有界面。可见界面是体系不均匀性的结果，一般指两相接触的约几个分子厚度的过渡区。凡是在相界面上所发生的一切物理化学现象统称为界面现象莲花效应：主要是指莲叶表面具有超疏水以及自洁的特性。由于莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠，换言之，水与叶面的接触角会大于140度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面。产生这种现象的原因是莲叶具有多重纳米级和微米级的超微结构，从而使睡团聚为球状而滑落，从而产生了具有自清洁现象的“莲花效应”。2.试采用表面力场来解释固体表面结构弛豫与重构；两类力的存在：使固体表面表现出对其他物质有吸引作用（如吸附、润湿等），原因在于表面存在化学力——本质是静电力。分子力——范德华力主要来源于诱导力，色散力，取向力这三种不用效应。解释结构驰豫：由于表面力的存在迫使固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常位置的商、下移动。解释固体表面结构重构：由于表面力的存在使得面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间距则与体内相同，为使表面能最低化，而发生键的的形成和断裂，形成新的稳定结构固体表面力场：晶体中质点的受力场可认为是有心对称的。固体表面质点力场对称性被破坏，存在有指向的剩余力场，使固体表面表现出对其他物质有吸引作用（如吸附、润湿等），该力称为固体表面力。表面结构弛豫：表面晶体结构与体内基本相同，但点阵参数略有差异，特别表现在垂直方向上，称为法向弛豫。产生的原因是由于表面质点受力出现不对称，可以波及几个质点层，越接近表层，变化越显著。表面结构重构：表面晶体结构和体内出现了本质的不同。表面结构重构常表现为表面超结构的出现，即两维晶胞的基矢按整数倍扩大。3.简述P型半导体的表面能带结构特征（1）多数载流子堆积状态：表面势为负值时，表面处能带向上弯曲，在热平衡状态下，半导体内费米能级为一定值，随着向表面接近，价带顶将逐渐移近甚至超过费米能级，同时，价带中的空穴浓度也随之增加，结果表面层内出现空穴的堆积而带正电。（2）多数载流子耗尽状态：当表面势为正值时，表面处能带向下弯曲，越接近表面，费米能级离价带顶越远，价带顶空穴浓度随之降低，在靠近表面的一定区域内，价带顶比费米能级低的多，根据波尔兹曼分布，表面处空穴浓度将比体内浓度低的多。（3）少数载流子反型状态：在多数载流子耗尽状态的基础上，表面处能带进一步向下弯曲，越接近表面，表面处费米能级可能高于禁带中央能量，即，费米能级离导带底比离价带顶更近一些，表面电子浓度超过空穴浓度，形成了与原来半导体导电类型相反的一层。4.简述有序分子膜的构筑方式及其优缺点；LB膜：将气液界面上的单分子层的膜，通过物理机械过程转移到固体基片上所形成的超薄有序体系。优点：LB膜构筑方式的优点是制备简单，常温常压下操作，膜厚可控制，膜层内部缺陷少，质量均匀，可加入改性剂。缺点：成膜机理是依靠物理吸附，热稳定性差、结构稳定性差，力学性能较差，三差。自