材料物理思考题

材料物理思考题1、表面张力的定义。答：表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功。2、简述影响聚合物表面张力的因素，举例说明减少聚合物表面张力的方法。答：（1）①温度:Guggenheim自低分子出发，提出了可用于聚合物表面张力与温度关系的公式：γ0—温度为0K时的表面张力TC—临界温度②化学结构:表面张力大小主要取决于聚合物分子中的链节单元结构。通常，非极性聚合物较极性聚合物的表面张力值低。③分子量及其分布:聚合物分子量分布对其表面张力也有一定的影响。聚合物中分子量小的部分会使其表面张力减小，尤其是它们有浓集于聚合物表面的趋势，从而引起表面张力γ值下降。④高分子物态转变的影响:当聚合物从玻璃态转变为橡胶态时，其表面张力出现转折的连续性变化，而结晶－熔融转变过程中的表面张力变化具有非连续性。在两力学状态下的聚合物表面张力随温度变化之系数也有不同数值。⑤共混:共混物的表面张力大小往往受其体系的相容性影响。通常，共混物的表面张力随其相容性的减小而增加。⑥添加剂:低表面能添加剂具有降低聚合物表面张力的作用。（2）解释聚合物表面组成、形态与内部不同的原因。答：因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的，而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的因此材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是化学组成上都有明显的差别。5、什么是粉体活性。答：粉体的活性是指组成粉体颗粒的各种质点（分子、原子、离子）的活动性。即指质点脱离粉体颗粒中各种结合键的束缚，进入“自由”空间的能力。粉体的尺寸是怎样划分的，决定它大小的因素是什么？答：通常将颗粒尺寸为150~500μm的粉体称为粗粉体；40~150μm的称为中等粉体；10~40μm的称细粉体；0.5~10μm的称为极细粉体；0.5μm以下的则是超细粉体。7、粉体具有什么样的聚集态特征。答：似固体，而又具有流动性；似液体，但又能够堆积成堆；似气体，几种不同的粉体可以均匀地混合在一起，但无论怎样混合都不能成为单一的相；粉体有巨大的比表面积和很高的活性。怎样判断固体材料的表面润湿性。答：三种润湿发生的条件可归纳如下：

（1）粘附润湿：

（2）浸湿：

（3）铺展润湿：习惯上规定θ=90°为润湿与否的标准，即θ>90°为不润湿，θ<90°为润湿，θ越小润湿越好。当平衡接触角θ=0°或不存在时为铺展。阐述纳米材料的定义和存在状态，说明产生纳米材料独特性的根源。答：纳米微粒一般在1~100nm之间，其粒度介于原子簇和超细微粒之间，处于微观粒子和宏观物体交界的过渡区域。纳米颗粒是一种零维量子材料。即由少量分子或原子堆积而成的，在空间三维方向上的尺度均在纳米量级。这种结构千差万别，目前尚无法找出明确的规律，但这也正是纳米固体的特殊之处，使其具有许多与晶态、非晶态、原子簇等不同的物理、化学性质。什么是颗粒表面双电层结构。答:粉体表面的电性是由粉体表面的荷电离子，如H+、OH-等决定的。粉体物料在溶液中的电性还与溶液的pH值及离子类型有关。若颗粒表面带有某一种电荷（如正电荷），其表面就会吸附相反符号的电荷（即负电荷），构成双电层。什么是X电位和等电点。答：等电点：两性离子所带电荷因溶液的pH值不同而改变,当两性离子正负电荷数值相等时,溶液的pH值即其等电点.X电位：12、说明增容的涵义以及增容的方法。答：增容作用有两方面涵义：一是使聚合物之间易于相互分散以得到宏观上均匀的共混产物；另一是改善聚合物之间相界面的性能，增加相间的粘合力，从而使共混物具有长期稳定的优良性能。加入增容剂法：混合过程中化学反应所引起的增容作用聚合物组分之间引入相互作用的基团共溶剂法和IPN法聚合物相容性是怎样判断的。答：最常用的判据是聚合物溶解度参数和Huggins-Flory相互作用参数。试述聚合物溶解参数的定义以及测定方法。答：（1）定义：内聚能密度的开平方。（2）测定方法：①对于低分子化合物，摩尔蒸发热ΔH与内聚能ΔE之间的关系为：R—气体常数；T—绝对温度。聚合物不能蒸发，溶解度参数δ与摩尔吸引常数的关系为：d—密度；M—分子量；Gi—组成分子的化学基团摩尔吸引常数。②另外，也可用浓度测定法，即将聚合物溶于一种溶剂中，然后选择一种与溶剂互溶的该聚合物的沉淀剂进行滴定，直到出现混浊。③采用溶胀法测定其溶解度参数δp。说明溶解度参数理论的使用范围。答：溶解度参数理论仅仅考虑到分子之间的色散力，因而仅适用于非极性分子的情况，这时混合焓为正值或为零。IPN是怎样分类的。答：IPN从形态学可分为相对地分为理想IPN（CIPN）、部分IPN（PIPN）和相分离IPN（PSIPN）三种；IPN按制备方法可分为分步IPN、同步IPN（SIN）、胶乳IPN（LIPN）等，这种分类是具有实用价值的。分步IPN中还包括泡沫IPN（FIPN），这是将含有微孔的交联聚合物在单体或低聚体中溶胀再使单体或低聚体聚合而制得的IPN。什么是IPN的形态结构以及IPN的形态结构是从哪几个方面表述的。答：互穿网络聚合物的形态结构系指相分离程度，相的连续性程度及相互贯穿的程度，相畴（微区）的形状、尺寸以及界面层的结构。说出二元聚合物体系相容的稳定条件答：在恒定温度T和压力P下，多元体系热力学平衡的条件是其混合自由焓ΔGm为极小值。21、说明部分相容聚合物体系所表现出的最高临界温度（UCST）和最低临界温度（LCST）答：最高临界温度（UCST）：超过此温度，体系完全相容，低于此温度，为部分相容。最低临界温度（LCST）：低于次温度，体系完全相容，高于此温度，为部分相容。22、说出决定IPN相畴尺寸的主要因素答：相畴尺寸与界面张力系数γ成正比，与网络交联密度v1成反比。简述电子的波粒二象性、测不准原理、薛定谔方程、定态波函数。答：波粒二象性是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。不确定性原理表明，粒子的位置与动量不可同时被确定。如果波函数可以表示为一个空间坐标的函数ψ(x,y,z)与一个时间函数的乘积，并且整个波函数随时间的改变由因子e^(-t*E*i*2π/h)决定,这个波函数就称为“定态波函数”。它可表示为ψ(x,y,z,t)=ψ(x,y,z)e^(-t*E*i*2π/h),其中，E为确定的能量。简述薛定谔方程描述电子能量状态的物理意义答：这是一个描述一个粒子在三维势场中的定态薛定谔方程。所谓势场，就是粒子在其中会有势能的场，比如电场就是一个带电粒子的势场；所谓定态，就是假设波函数不随时间变化。解释定态波函数以及意义答：粒子在空间某处出现的几率不随时间而改变,这是定态的一个重要性质。决定电子能量状态的量子数是怎样得出的答：为了描述原子中电子的运动规律,薛定谔提出了一种波动方程,现在我们称为薛定谔方程.这个偏微分方程的数学解很多,但从物理意义看,这些数学解不一定都是合理的.为了得到原子中电子运动状态合理的解,必须引用只能取某些整数值的三个参数,称它们为量子数。28、说明核外电子运动或能量状态与其四个量子数的对应关系答：主量子数n用来描述电子能态的能量En。角量子数l所表征是电子云的形状。磁量子数m反映了轨道的空间取向，决定了外磁场作用下电子云在空间的伸展方向，是轨道量子数的空间投影。自旋量子数ms：原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外，也还有自旋运动。电子有两种不同方向的自旋，即顺时针方向和逆时针方向的自旋。原子的壳层结构是根据什么规则确定的答：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则。30、解释电子能级、激发与电离、特征辐射、原子光谱、分子光谱和X-射线光谱答：电子能级：电子的能量是由它的运动状态所确定的，相应地，也就有一系列分离的能量状态，称为电子能级。激发与电离：在外来能量的作用下，原子中的电子一旦获得足够的能量就可以从较低的能级跃迁到较高的能级，结果使第能级上出现了电子空位，原子系统的能量也因此而升高，这个过程称为电子的受激过程，原子受激后将处于激发态。如果原子获得了较大的能量而进入了真空能级，这一过程实际上是电子脱离了束缚态，成为自由电子，我们将这个过程称为电离。特征辐射：原子或离子收到激发时，受激的原子或离子回到基态时，多出的能量就会以辐射的形式释放出去。由于原子能级间的变化是不连续的，因此辐射产生的光谱是线状光谱。又因为线状光谱是与原子结构相对应的，可以反映该原子的结构特征，故线状谱也称原子的特征光谱，相应的辐射称为特征辐射。原子光谱：是原子价电子能级发生变化而产生的，原子能级的本质是价电子能级。分子光谱：包括了电子能级跃迁、原子振动能级和分子转动能级变化所产生的光谱。X-射线光谱：内层电子的激发能比较高，如果内层电子跃迁复位过程中以光子的形式释放能量，则会产生具有特征能量的X射线。指出电子能级跃迁、原子振动能级和分子转动能级与紫外、红外和微波光谱的对应关系答:电子光谱对应的是紫外光和可见光区域；振动光谱对应的是近红外和中红外区域；转动光谱则对应红外区域以及微波区域。32、什么是俄歇电子或俄歇效应答：由一个电子充填内壳层的空位，在此过程中放出的能量再次使原子电离，从使另外一个电子脱离原子成为二次电子，这种二次电子就成为俄歇效应。解释名词：能带、满带、空带和禁带能级答：当很多原子聚集成固体时，原子能级分裂成很多亚能级，并导致系统能量下降，由于这些亚能级彼此非常接近，故称它们为能带。满带：在能带结构中，如果一个能带中的各能级都被电子填满，这样的能带被称为满带。空带：同各个原子的激发能级相对应的能带，在未被激发的情况下没有电子填入，这样的能带就称为空带。禁带：有些固体在价带与空带之间存在着这一段能量间隔，在这个区域永远不可能有电子，这个能量区域称为禁带或带隙。画出Na、Mg、Al金属的电子能带结构示意图3s3p3s3s3p3s3p3s3p （a）Na（b）Mg（c）Al对比画出绝缘体和半导体的电子能带结构示意图36、金属电阻主要受什么因素影响，为什么它随温度升高而增大。答：（1）温度的影响：温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由程减小，散射概率增加而导致电阻率增大。冷加工变形的影响杂质的影响38、什么是经典自由电子理论以及假设条件。答：假设：价电子可以在整个金属中完全自由运动，并设想自由电子体系是一种电子间毫无相互作用的理想气体，其行为符合经典的麦克斯韦-玻尔兹曼统计规律。经典自由电子理论：说出理论推导欧姆定律和焦耳一楞次定律的假设条件答：导出欧姆定律的假设：假设道题单位体积内自由电子数目为n，单位时间内通过与电场E垂直的单位面积的电量δ=neυ。导出焦耳一楞次定律的假设：设单位体积金属导体中的自由电子数目为n，单位时间内电子与离子实碰撞1/τ次。说出自由电子量子理论及其假设条件，写出费半—狄拉克分布函数金属中价电子责成自由电子的气体是理想气体，电子之间无相互作用，各自独立地在离子的平均势场中运动。假设条件：电子彼此不能区分；一个能带每一个能级只能被两个自旋相反的电子占据。费半—狄拉克分布函数什么是费米能级和自由电子费米气体。答：（1）费米能级：在0K时，电子所占据的最高能级称为费米能级。（2）自由电子费米气体：指电子公有化后无相互作用，自由电子中速度小的电子位于低能态，速度大的电子位于高能态，从低到高依次填充直至费米能级并且遵从泡利不相容原理的电子气。42、说出点阵周期场中的能带理论及其假设条件答：假设固体中的原子核固定不懂并设想每个电子是固定在原子核的势场及其他电子的平均势场中运动，这样就把问题简化成单电子问题，这种方法成为单电子近似。用这种方法近似处理晶体中电子能谱的理论称为能带理论。假设：把电子运动看作基本上独立的，它们的运动遵守量子力学统计规律--费米-狄拉克统计规律；什么是K空间和布里渊区答：（1）微观粒子具有波动性,其动量和坐标不能同时确定,则它的状态就不能用动量和坐标来描述,而可采用波矢来表示.波矢的大小是波长的倒数,波矢有3个分量（kx,ky,kz）.对于晶体中的电子,其中只能存在一些、某一定波长的电子波,即只能有一定数量的波矢,即有一定数量的电子状态.由这些波矢的3个分量（kx,ky,kz）构成的空间就是k空间,其中的每一个点（即每一个k）就代表具有一种波长的电子状态,多少个k就代表多少个状态。（2）固体的能带理论中，各种电子态按照它们的波矢分类。在波矢空间中取某一倒易阵点为原点，作所有倒易点阵矢量的垂直平分面，这些面波矢空间划分为一系列的区域：其中最靠近原点的一组面所围的闭合区称为第一布里渊区；在第一布里渊区之外，由于一组平面所包围的波矢区叫第二布里渊区；依次类推可得第三、四、…等布里渊区。各布里渊区体积相等，都等于倒易点阵的元胞体积。周期结构中的一切波在布里渊区界面上产生布拉格反射,对于电子德布罗意波,这一反射可能使电子能量在布里渊区界面上（即倒易点阵矢量的中垂面）产生不连续变化。根据这一特点,1930年L.-N.布里渊首先提出用倒易点阵矢量的中垂面来划分波矢空间的区域，从此被称为布里渊区。44、说出X—射线的来源及其与原子序数之间的关系答：内层电子的激发能比较高，如果内层电子跃迁复位过程中以光子的形式释放能量，则会产生具有特征能量的X射线。什么是韧致辐射、弹性散射、非弹性散射、电离损失、辐射损失答：韧致辐射：在电场中带电粒子获得的速度和加速度远远高于由热运动产生的速度和加速度，由此引起的辐射。弹性散射：带电离子与核或电子碰撞，若仅仅引起核或电子的反冲，则称为弹性碰撞。但对入射离子而言，能量还是有所损失的，一般只有电子在散射过程中损失能量。非弹性散射：带电离子与核或电子碰撞过程中，如果产生辐射，或者引起电子的能级跃迁，那么，就是非弹性的。非他你想那个散射往往伴有其他的物理现象（如热、光、X射线、电子发射等）。电离损失：入射带电粒子在散射过程中使原子（或分子）激发或者电离，从而导致入射离子的能量逐渐减少。辐射损失：带电粒子因为辐射所导致的能量损失。什么是带电粒子的射程及其与透射率之间的关系答：入射粒子在原来运动方向上所达到的最大距离称为该粒子在散射体中的射程。由透射率曲线中部接近直线的部分外推至I/I0=0处，与此相应的散射体厚度Rp就定义为这束单能电子的射程。解释电子与物体作用时散射体的物理效应答：以高真空环境中由keV量级的电子宏基固体靶为例介绍电子与物质的相互作用及由此产生的一些物理信号。背散射电子：入射电子进入靶面，把靶原子散射返回真空端的入射电子。吸收电子或透射电子二次电子和离子：散射体中在入射电子通过的路径中，会留下一连串被激光的原子或离子，同时产生二次电子，条件是入射电子能量大雨靶原子的某个能级的激发能或电力能。韧致辐射和特征辐射俄歇电子声子激发等离子激发感生电效应48、解释离子与固体物质作用时的靶内、外效应靶内效应：（1）注入、反冲注入与表层结构成分晶格结构的扰动表面化学反应及表面热效应伴有电子和光的发射靶外效应：（1）背散射溅射与剥离解释光波的普遍行为答：（1）光子，或者称为电磁波，在真空中总是直线传播的。过经过电场和磁场不发生偏转。光与原子核或电子相遇，带电粒子在电磁场的作用下受迫振动，从而进入较高的能量状态。受迫振动的带电粒子同时向外辐射电磁波，称为散射。受迫振动的电子如果进入较高的相对稳定的能量状态（电子定态），这个过程称为吸收，即光子消失。通常情况下，光子主要与电子相互作用。简述加工半导体器件的几种工艺（重点为光刻工艺）答：（1）生产外延层：一般采用化学气相沉积（CVD）的方法。氧化外延层表面光刻工艺：通常把微电子线路图从光掩膜转移到硅晶片表面成为集成电路的过程称为光刻。首先把光敏聚合物材料--光刻胶涂在氧化层上，光刻胶的重要性质是它在一些添加剂中的溶解度受紫外光辐照的影响；然后用紫外光照射掩膜，并立即冲洗涂在氧化层上的光刻胶，凡是透紫外光的掩膜部分，其图形的留在晶片上；其后将晶片泡在HF溶液中，HF只浸蚀晶片上暴露的SiO2，而不浸蚀光刻胶；最后利用化学试剂除去光刻胶。扩散与离子注入掺杂：在晶片需要的位置把氧化层打开，通过窗口把选择掺杂原子掺杂到晶片表面。解释热电性、压电性和铁电性。答：热电性：指电介质的极化强度随温度变化而改变，从而在其表面发生电荷的释放和吸收的性质。压电性：由力产生电的效应。铁电性：在一些电介质晶体红，晶胞的结构使正负电荷中心不重合出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化的性质。说出反射率与光波长相关的原因。答：当光线从真空或空气中垂直入射到固体表面时，则因为真空（或空气）的折射率为1，有，其中ns是固体材料的折射率。可知，固体材料的折射率越高，反射率也越高。同时，由于固体材料的折射率与入射光的波长有关，因此反射率也与波长有关。56、为什么金属对可见光是不透明的？元素半导体硅和锗对可见光是否透明？答：（1）因为在金属的电离能带结构中，费米能级以上存在许多空能级，因此当金属收到光线照射时，比较容易吸收入射光线的光子能量，将价带中的电子激发到费米能级以上的空能级中去。（2）60、金属和透明材料的颜色取决于什么？答：金属由反射光的波长决定。透明材料由混合波的颜色决定。为什么有些透明材料是带色的，有些是无色的?答：有些透明材料之所以带颜色，是因为它选择性地吸收了特定波长范围的光波。为什么聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等非晶态塑料是透明的，而像聚乙烯、聚四氟乙烯之类的结晶塑料往往是半透明的或不透明的？答：因为结晶高聚物是晶区和非晶区混合的两相体系，晶区和非晶区折射率不同，而且晶粒取向无序，因此光线通过结晶高聚物时易发生散射。结晶高聚物的结晶度越高，散射越强。为什么常见的许多陶瓷材料是不透明?答：陶瓷材料如果是单晶体，一般是透明的。但大多数陶瓷材料不仅是多晶体，而且是多相体系，由晶相、玻璃相和气相（气孔）组成，因此往往是半透明或不透明的。试述荧光和磷光的区别。答：延迟时间小于10-8s者称为荧光，延迟时间大于10-8s者称为磷光。试述红宝石激光器的工作原理。答：通常将红宝石制成柱状，两端为高度抛光互相平行的平面，端面镀银。其中一个端面是部分镀银，能部分透光；另一端面充分镀银，使之对光波有完全反射的作用。在激光管内，用氩气闪光灯辐照红宝石。红宝石在被照之前，所有的Cr3+都处于基态，即其中的电子都占据最低的能级。但在氩灯光（波长0.56μm）照射下，Cr3+离子中的电子受激转变为高能态。受激高能态电子可通过如下两个途径返回基态：①直接从受激高能态返回基态，同时发出光子，由此产生的光不是激光。②受激高能电子首先衰变为介稳定的中间状态，停留3ms后再返回基态同时发出光子。在电子运动过程中，3ms是一段很长的时间，这意味着介稳定状态中可同时存在许多电子。当有几个电子自发地从介稳定状态返回基态并发出光子时，在这几个光子的刺激下，介稳定态的其他电子以“雪崩”的形式发射出越来越多的同频光子。那些基本平行于红宝石柱轴向运动的光子，一部分穿过部分镀银的端面，一部分被镀银的端面反射回来。光波沿红宝石轴来回传播，强度越来越强。从部分镀银的端面法神出来的光束就是高度准直的高强度相干波--激光。67、写出下列物理量的量纲：（１）磁感应强度；（２）磁化强度；（３）磁导率和相对磁导率；（４）磁化率；（５）矫顽力；（６）最大磁能积。答：（1）T或者Wb/m²（2）A/m（3）H/m（4）1（5）A/m（6）T·A/m叙述下列概念：（１）自旋磁矩和轨道磁矩；（２）抗磁性和顺磁性；（３）铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性；（４）磁畴和磁畴壁；（５）剩磁与矫顽力；（６）居里温度；（7）饱和磁化强度；（8）软磁性和硬磁性。答：（1）轨道磁矩：电子围绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩。自旋磁矩：每个电子本身自旋运动，产生一个沿自旋轴的自旋磁矩。（2）抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。凡有未成对电子的分子，在外加磁场中必须沿磁场方向排列，分子的这种性质叫顺磁性。（3）铁磁性，是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。亚铁磁性是在无外加磁场的情况下，磁畴内由于相邻原子间电子的交换作用或其他相互作用。使它们的磁矩在克服热运动的影响后，处于部分抵消的有序排列状态，以致还有一个合磁矩的现象。在原子自旋（磁矩）受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态（称为序磁性），但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。（4）所谓磁畴，是指铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能而产生分化的方向各异的小型磁化区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同，各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。（5）磁化过程中存在这不可逆过程，即从饱和磁化状态a降低H时，M将不再沿基本磁化曲线变化而是降得极慢，这种现象称为“磁滞”。H=0时的Mr称为剩余磁化强度。欲将M减少到零，必须再加一反向磁场-HC，此HC值称为磁矫顽力。（6）对铁磁体和亚铁磁体来说，随着温度升高，原子热运动剧烈，使磁矩排列趋于混乱，从而导致铁磁体和亚铁磁体的饱和磁化强度减少。达到某一温度时，饱和磁化强度减小到零。这一特征温度称为居里温度TC。（7）饱和磁化强度指磁性材料在外加磁场中被磁化时所能够达到的最大磁化强度叫做饱和磁化强度。（8）硬磁性材料（永磁体）指磁化后能长久保持磁性的材料，即在外磁场撤去以后，各磁畴的方向仍能很好地保持一致，物体具有很强的剩磁软磁性材料指磁化后，不能保持原有的磁性，即外磁场撤去以后，磁畴的磁化方向又变得杂乱，物体没有明显的剩磁。铁磁性材料和稀土磁性材料的磁性来源有何异同之点？答：（1）7个4f轨道、未成对电子可到7个，d族5个（2）4f电子受到5S25P6电子屏蔽，成键的元素之间的相互作用力小，距离较远，主要是电子的间接交换作用，d族主要为直接交换作用某些稀土元素化合物的饱和磁化强度很高，及很好的磁各项异性有些稀土化合物有很高的磁光旋转能力稀土元素的磁性居里温度低d族元素的自旋轨道磁矩相互作用弱，轨道相互作用强，在外磁场的作用下，磁场主要作用于自旋矩，而轨道矩被“冻结”。稀土元素的自旋轨道相互作用较强，其有效磁矩不仅取决于自旋量子数S，还取决于轨道量子数。74、画出软磁材料和硬磁材料典型的B—H曲线，在图上标出：（１）起始磁导率；（２）最大磁导率；（３）饱和磁导感应强度；（４）剩磁；（５）矫顽力。说明软磁材料和硬磁材料在性能上的主要差别。硬磁性材料（永磁体）指磁化后能长久保持磁性的材料，即在外磁场撤去以后，各磁畴的方向仍能很好地保持一致，物体具有很强的剩磁软磁性材料指磁化后，不能保持原有的磁性，即外磁场撤去以后，磁畴的磁化方向又变得杂乱，物体没有明显的剩磁。75、软磁材料和硬磁材料在结构上的主要区别是什么？列举几种常见的软磁材料和硬磁材料。答：常用的软磁材料有象软铁、坡莫合金、铁铝合金、铁镍合金。硬磁（永磁）材料有碳钢、铝镍钴合金、铝钢。材料是否有铁磁性取决于哪些因素。答：（1）原子是否具有未成对电子，即自旋磁矩贡献的净磁矩（2）原子在晶格中的排列方式说明磁滞回线及其所包围面积的物理意义。答：磁滞回线：磁滞回线表示磁场强度周期性变化时，强磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲线。所包围面积表征了磁滞损耗。写出下列物理量的量纲：（１）摩尔热容；（２）比热容；（３）线膨胀系数和体膨胀系数；（４）热导率。答：（1）J/mol·K（2）J/（kg·K）（3）C-1（4）W/（m·K）81、为什么非晶态高聚物在玻璃化转变后热膨胀系数不同？答：在玻璃化转变温度以上的热膨胀，除了原子间距增大之外，还有自由体积的膨胀。83、试从金属、陶瓷和高聚物材料的结构差别解释它们在热容、热膨胀系数和热导率等性能方面的差别。84、说明经典热容理论及其条件和不足。答：不足：在低温下热熔并不是恒定值，而是随温度的下降而减小。说出量子热容理论及其条件。答：量子力学理论指出，由于原子之间的键和作用，相邻原子的振动是彼此相关的，因而产生的振动波称为晶格波。晶格波的能量是量子化。晶格振动的能量量子称为声子。物质吸收热量引起原子振动能量的增加，本质上就是热激发声子。因此从理论上计算固体物质的热容，最关键的是计算晶格波的能量。在各种理论中，与实验结果符合较好的德拜理论是在下列假设基础上进行计算的。条件：①认为晶体是连续介质；②原子热振动能量是一系列频率不同的弹性晶格波的能量之叠加；③声子数按频率的分布函数为。式子，υ表示频率。υ0表示与晶格波的纵波与横波速度有关的常数。写出下列物理量的量纲：（１）电阻率；（２）电导率；（３）迁移率；（４）禁带宽度；（5）极化率；（6）相对介电常数；（7）介质损耗；（8）介电强度。答：（1）Ω·m（2）S/m（3）cm2/(V·s)(4)eV(5)m2/V（6）1（7）W（8）V/m叙述下列概念：（１）本征半导体和非本征半导体；（２）施主杂质和受主杂质；（３）饱和区和耗尽区；（４）体积电阻率和表面电阻率；（5）介电常数、介电损耗和介电强度；（6）超导性；（7）居里温度答：（1）本征半导体就是指纯净的无结构缺陷的半导体单晶。非本征半导体是在本征半导体材料中掺杂其他组分形成的固溶体，杂质浓度一般为（100~1000）×10-6。在本征半导体中掺入五价元素（P、As、Sb）称为施主杂质。在本征半导体中掺入三价的杂质元素（B、Al、Ga）称为受主杂质。（3）当温度高到一定的程度，热量已足以激活所有的杂质原子使之离子化，但还不足以在本征基材中激发出大量的电子空穴对时，非本征半导体的电导率就基本上与温度无关。这个温度范围，对n型半导体来说叫耗尽区，因为所有的施主杂质原子都因失去电子而离子化了；对p型半导体来说，叫做饱和区，因为所有的受主杂质原子都因得到电子而离子化了。（4）体积电阻率，是材料每单位体积对电流的阻抗，用来表征材料的电性质。表面电阻率：平行于通过\t"/v326401.htm?ch=ch.bk.inner%3Cd%3Elink%3C/_blank"材料表面上\t"/v326401.htm?ch=ch.bk.inner%3Cd%3Elink%3C/_blank"电流方向的\t"/v326401.htm?ch=ch.bk.inner%3Cd%3Elink%3C/_blank"电位梯度与表面单位宽度上的电流之比。（5）介电常数,用于衡量绝缘体储存电能的性能.它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。介电损耗是指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。介电强度是指单位厚度的绝缘材料在击穿之前能够承受的最高电压，即电场强度最大值。（6）超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。（7）物质由正常导电态转变为超导态的温度为临界转变温度。写出Matthiessen定律得的表达式。举例说明温度、杂质和形变量对金属导体电阻率的影响。答：当温度降到0K时，未经冷加工的纯金属电阻率将趋向于零，而冷加工的金属在任何温度下都保留高于退火态金属的电阻率，即在0K时冷加工金属仍保留残余电阻率。在纯铜中加入锌，则所得黄铜的电阻率随锌含量的增加而大幅提高。为什么金属材料的电阻率随温度的升高而增加，半导体和绝缘体材料的电阻率却随温度的升高而下降？为什么非本征半导体的电阻率对温度的依赖性比本征半导体的电阻率对温度的依赖性小？当温度足够高时，为什么非本征半导体的电阻率与本征基材的电阻率趋于一致？答：（1）对于金属材料，温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由程减小，散射概率增加而导致电阻率增大。在0K，本征半导体的价带是全部充满的导带是完全空的。在0K以上，价带中有一些电子被热激发到导带中去，从而产生导电的电子与空穴对。非本征半导体的电导率取决于单位体积内被激活（离子化）的杂质原子数。温度越高，被激活的杂质原子数越多，从而参与导电的电子或空穴对就越多，因而其电导率随温度的上升而增加。绝缘材料随着温度的升高，热激发的能量增加，越过禁带的电子数目增加，参与导电的电子和空穴对数目增加多，因而绝缘体的电导率随温度的上升而提高。（2）但是由于杂质原子离子化所需要的能量远比本征半导体的禁带宽带小，因此，尽管在相同的温度下非本征半导体的电导率大于本征半导体，但前者的电导率对温度的依赖性却比后者要小得多。（3）当温度超过了非本征半导体的耗尽区（或饱和区）的上限温度时，由于热能已足以激发本征基材价带中的电子越过禁带进入导带，而由掺杂物决定的非本征电导率又基于维持恒定值，所以，本征基材的电导率与温度的关系占统治地位。92、试述半导体掺杂工艺的两种基本方法。答：（1）热扩散离子注入技术96、什么是荧光激发光谱和发散光普。答：荧光激发光谱：反映不同波长激发引起荧光的相对效率荧光发射光谱：荧光强度对发射波长的关系曲线产生荧光的条件、量子产率和Stokes位移。答：产生荧光的条件：荧光量子产率：YF=发射的光子数/吸收的光子数Stokes位移：在溶液的荧光光谱中，所观察到的荧光的波长总是大雨激发光的波长，这种移动的波长即为Stokes位移。100、什么是分子电子学，为什么要发展分子电子学？答：分子电子学研究的是分子水平上的电子学，其目标是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路，乃至组装完整的分子计算机，它的研究内容包括各种分子电子器件的合成、性能测试以及如何将它们组装在一起实现一定的逻辑功能。102、什么是分子器件及其发展趋势。答：分子器件：构建在单个分子或有限个分子上的具有特定功能的器件。发展趋势：分子器件的发展有两种趋势：一是将无机材料合成为有机材料，增强分子的柔软性;二是注重单分子的功能，力争实现超高性能器件。电子学的发展到目前是经历了哪几个阶段。答：从真空电子学到固体电子学再到微电子学。104、分子电子学的最终目标是什么？答：分子电子学最终目标：设计出具有极高速度的数据处理和计算能力的超级分子计算机，从而可以执行更复杂的出程序，推动人工智能的发展。什么是分子导线、分子开关、分子整流器、分子场效应晶体管。答：分子导线是分子器件之间或分子器件与宏观世界连接的桥梁，是实现分子电路的关键单元，分子导线通常是具有一定长度的共轭分子，在这种分子中，高度离域的轨道提供了电子传输的路径。分子开关泛指结构上组织化了的具有“开/关”功能的化学体系。分子整流器：分子场效应晶体管：107、什么是超分子化学或超分子结构；什么是自组装现象及其基本原理。答：超分子化学是化学与生物学、物理学、材料科学、信息科学和环境科学等多门学科交叉构成的边缘科学，超分子是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，保持一定的完整性，使它具有明确的微观结构和宏观特性。自组装为系统之构成元素，在不受人类外力之介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象。108、说出化学荧光传感器的结构组成及其工作原理。答：（1）结构：①外来物种的识别部分；②传感器在接受外来物种后将信息传输外出的报告器部分；③中继体部分。工作原理：化学荧光传感的应用。答：生物活性物质检测和细胞成像；近红外荧光以及时间分辨检测；荧光传感器与磁共振成像以及纳米材料的结合；110、说出光纤的工作原理。答：利用的是玻璃纤维的全反射原理。由于包层的折射率比芯线折射率小，这样进入芯线的光线在芯线与包层的界面上作多次全反射而曲折前进，不会透过界面，仿佛光线被包层紧紧地封闭在芯线内，使光线只能沿着芯线传送。111、说出产生激光的原理（如中间状态）答：在组成物质的原子汇总，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子收到某种光子的激发，会从高能级跃迁到第能级上，这时将会辐射出与激发光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象，这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。114、什么是光伏效应。答：光伏效应也是一种内光电效应，半导体p-n结在光的作用下，在两端产生电压或在外电路中产生光电流，这个效应就光伏效应。117、说出光伏电池基本原理。答：基于光生伏特效应，光与半导