新型材料试卷2014a卷

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1、纳米材料与新材料(试卷A，开卷，标准答案)一、名词解释（每题4分，共20分）1、纳米材料：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度(1-100nm)范围内，或它们作为基本单元构成的材料。2、库柏电子对：只要当两个电子有净的相互吸引作用时，不论这种吸引作用多么弱，它们都会在费米面附近形成一个动量大小相等、方向相反、且自旋相反的两电子束缚态。它们通过交换声子吸引在一起，两个电子的总能量低于费米能级2EF，它们的吸引作用可能超过电子之间的库仑排斥作用，表现为净的相互吸引作用，这样的两个电子的束缚态称为库柏电子对。3、形状记忆效应：形状记忆效应

2、是指具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下(处于马氏体状态)进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度时，材料完全恢复到变形前的初始形状的效应。4、梯度功能材料：梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)于一体的新型复合材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。5、马氏体相变：替换原子经无扩散位移(均匀和不均匀形变)，由此产生形状改变和表面浮凸，呈现不变平面应变特征的形核长大型相变二、填空（每题2分，共10分）1、10Å=1nm=10-9m；106f

3、s(飞秒)=1ns(纳秒)=10-9s。2、最早的人工纳米材料是碳黑　，纳米概念是有科学家　理查德·费曼　首次提出。3、太阳能电池可利用光伏效应进行发电，可以产生这种效应的通常是半导体材料。4、非晶合金的结构在热力学上是亚稳的，在一定温度下加热会向晶态结构转变。5、超导材料的三个临界条件是临界转变温度、临界磁场和临界电流三、辨析，先判断正误，再说明原因（每题5分，共25分）（论题错误，判断正确２分，说明原因３分；论题正确，判断正确可以考虑给全分）1、只有平均粒径在100nm以下的材料才称为纳米材料答：错。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于

4、纳米尺度(1-100nm)范围内，平均粒径在100nm以下的材料是零维纳米材料，空间中有二维或者一维尺寸处于纳米范围的材料，如纳米线、纳米棒、纳米薄膜等也是纳米材料。2、超导材料必须把磁场线完全排斥在体外才具有超导效应。答：错。超导材料可分为第一类超导体和第二类超导体。在第二类超导体中，如果外加磁场小于下临界场时，材料完全排斥磁场线，呈现出超导效应；如果外加磁场小于上临界场而大于下临界场，超导体的上下表层将有磁场线通过，但磁力线被钉扎。材料内既有超导部分，又有正常部分，处于混合态，电流只在超导部分通过，使材料呈现出超导效应。3、非晶合金具有稳

5、定的结构特性答：错。非晶合金是一类具有亚稳态结构的材料，当加热温度超过一定值后就会发生稳定化转变，在低温加热时发生结构弛豫，在高温加热时发生晶化转变。4、液晶材料的光学性能十分容易改变。答：对。在分子序列中，液晶分子往往具有和一维和二维远程有序性，介于理想的液体和晶体之间。液晶的流动性表明液晶分子之间的作用力是微弱的，要改变液晶分子取向排列所需的外力很小；而且液晶分子结构决定液晶具有较强的各向异性物理性能，稍微改变液晶分子取向，就能明显改变液晶的光学和电学性能。5四、问答（每题１０分，共30分）1、简述纳米材料的特殊效应答：纳米材料具有以下特

6、殊效应：1）表面效应：纳米微粒表面原子数与总原子之比随纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质变化的现象。（２分）2）小尺寸效应：当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致材料的声、光、电、磁、热力学等物性呈现变化的现象。（３分）3）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时．费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道

7、和最低未被占据的分子轨道能级，这种能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。（３分）4）宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。（２分）2、超导电性量子理论的主要内容答：当温度下降到超导临界温度以下时，自由电子不能完全无序地运动，由于晶格的振动作用，有一部分电子会两两凝聚成成库柏电子对(2分)。电子对中的一个电子即使受到晶格振动或杂质碰撞的阻碍，电子对中的另一个电子也能起到调节作用，即另一个电子获得的动量和能量和第一个电子损失的动量和能量相同，电子对的总动量保持不变。组成库柏对的电子虽然也不断地被散射，但这不影响库柏对的质心动量，电子

8、对的能量没有损失，是无阻尼散射。所以有电流通过超导体时库珀对的定向匀速运动不受阻碍，即电子对不受晶格散射的影响，宏观上表现出直流电阻为零(5分)。温度越低，库柏对越