纳米材料复习题

纳米材料复习题（精选6篇）

篇1：纳米材料复习题

《纳米材料》复习题

一、名词解释

1. 量子尺寸 效应当粒子尺寸下降到一定值时, 颗粒的周期性边界条件消失，在声、光、电磁、热力学及超导性等与宏观特性显著不同.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，纳米半导体微粒存在不连续的最高能级占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级的能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

2. 纳米材料 是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度,并且具有特殊性能的材料。

3. 共沉淀 在混合的金属盐溶液(含有两种或两种以上的金属离子)中加入合适的沉淀刹，反应生成组成均匀的沉淀。沉淀热分解得到高纯超微粉体材料。

4. 压电效应 没有电场作用，由机械应力的作用而使电解质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应。

5. 机械力化学物料粒子受到机械力作用而被粉碎时，还会发生物质结构及表面物理化学性质的变化，这种因机械载荷作用导致粒子晶体结构和物理化学性质的变化称为机械力化学。

6. 小尺寸效应 当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或(与)磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象---小尺寸效应。

7. 热压烧结 将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。

8. 均匀沉淀 利用某一化学反应，使溶液中的构晶离子(构晶负离子或构晶正离子)由溶液中缓慢、均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，使溶液中的沉淀处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现，这种制备纳米粒子的方法称为均相沉淀法。

9. 溶胶凝胶方法溶胶凝胶法是指金属有机和无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而形成氧化物或其它化合物纳米材料的方法。

10. 纳米复合材料是指尺度为1 nm一100 nm的超微粒经压制、烧结或溅射而成的凝聚态固体。它具有断裂强度高、韧性好，耐高温等特性。

二、简答题

1. 什么是光致发光?纳米材料与常规材料发光谱是否相同?原因是什么?

兴致发光是指在一定波长的光照射下,被激发到高能级的电子重新跃入低能级,被空穴捕获而发光的围观过程.纳米材料与常规材料发光谱有很大差别,这是由于①电子跃迁选择定则问题②量子限域效应③缺陷能级的作用④杂质能级的影响

2. 纳米陶瓷材料的一般制备过程?其中关键的步骤是什么?

答：一般过程：首先要制备纳米尺寸的粉体，然后成型和烧结。关键：材料是否高度致密。这与烧结过程密切相关。

3. 纳米材料表征方法有那些?

纳米材料的表征主要包括: 1化学成分; 2纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构3纳米粒子的表面分析。

4. 表述可使纳米颗粒聚团有效分散的方法。

由于纳米材料表面效应大、吸附能力强、极易团聚。

针对不同材料有5种方法可以有效地克服纳米粉末的团聚，实现纳米粉末的分散：

分散剂法、超声波法、表面活性剂、直接分散法、改进的胶粉混合法

5. 纳米陶瓷材料的一般制备过程?其中关键的步骤是什么?

答：一般过程：首先要制备纳米尺寸的粉体，然后成型和烧结。关键：材料是否高度致密。这与烧结过程密切相关。

6. 与常规材料相比，纳米微粒的熔点、烧结温度和比热发生什么变化?并分别解释原因?

熔点：熔点降低，表面原子具有低的配位数从而易于热运动并引发熔融过程。这种表面熔融过程可以认为是纳米晶熔点降低的主要原因。

烧结温度降低：纳米粒子尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散、界面中的空洞收缩及空位团的湮没。因此，在较低温度下烧结就能达到致密化目的，即烧结温度降低。

7. 什么是纳米材料?

是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度,并且具有特殊性能的材料。

8. 在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么?

量子尺寸效应使纳米光学材料对某种波长的光吸收带有蓝移现象， 纳米粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象， 纳米微粒紫外吸收材料就是利用这两个特性。 对紫外吸收好的材料有三种：TiO2 纳米粒子的树脂膜、Fe2O3 纳米微粒的聚合物膜和纳米 Al2O3 粉体。大气中的紫外线在 300~400nm 波段，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒，对这个波段的紫外光线 进行强吸收，可减少进入人体的紫外线，起到防晒作用。

9. 表述可使纳米颗粒聚团有效分散的方法。

根据分散介质:分散体系区分为水性体系和非水性体系

根据分散方法:区分为物理分散和化学分散

物理分散：超声波分散和机械力分散等

化学分散是指选择一种回落多种适宜的分散剂提高悬浮体的分散性，以改善其稳定性和流变性

10. 解释纳米材料熔点降低现象。

表面原子具有低的配位数从而易于热运动并引发熔融过程。这种表面熔融过程可以认为是纳米晶熔点降低的主要原因。

11. 什么是小尺寸效应?

当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或(与)磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象---小尺寸效应。

12. 纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别?

原子团簇：仅包含几个到数百个原子或尺度小于1nm的粒子称为“簇”，它是介于单个原子与固态之间的原子集合体。纳米微粒：微粒尺寸为纳米数量级，它们的尺寸大于原子团簇，小于通常的微粒，一般尺寸为1-l00nm。

13. 纳米材料的分类?

团簇、纳米颗粒与粉体，纳米碳管和一维纳米材料，纳米薄膜，纳米块材等纳米材料

14. 简述纳米材料科技的研究方法有哪些?

主要有两种技术：Top down(由上而下)的方法和Bottom up(由下而上)的方法

Top down 由上而下的方法是一种采用物理和化学方法对宏观物质的超细化的纳米科技的研究方法。

Bottom up 由下而上的方法，以原子、分子、团簇等为基元组装具有特定功能的器件、材料。纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。

15. 什么是压电效应?

没有电场作用，由机械应力的作用而使电解质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应。

16. 什么是量子尺寸效应?

效应当粒子尺寸下降到一定值时, 颗粒的周期性边界条件消失，在声、光、电磁、热力学及超导性等与宏观特性显著不同.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，纳米半导体微粒存在不连续的最高能级占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级的能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

17.将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。

18.利用机械能来诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料或对材料进行改性处理。

三、问答题

1. 给出溶胶--凝胶法制备纳米颗粒物料的步骤。

化学过程是首先将原料分散在溶液中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定结构的凝胶，最后经过干燥和热处理得纳米粒子，即经由分子态→聚合体→溶胶→凝胶→晶态(或非晶态)的过程。

2. 解释纳米颗粒的光吸收带出现“蓝移”现象的原因。

1) 量子尺寸效应即颗粒尺寸下降导致能隙变宽， 从而导致光吸收带移向短波方向。Ball等的普适性解释是：已被电子占据的分子轨道能级与未被电子占据的分子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径的减小而增大，从而导致蓝移现象。这种解释对半导体和绝缘体均适用。

2) 表面效应纳米颗粒大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。键长的缩短导致纳米颗粒的键本征振动频率增大，结果使红外吸收带移向高波数。

3. 什么是共沉淀?均匀沉淀?各具有哪些特点?

共沉淀 在混合的金属盐溶液(含有两种或两种以上的金属离子)中加入合适的沉淀刹，反应生成组成均匀的沉淀。沉淀热分解得到高纯超微粉体材料。特点：

均匀沉淀 利用某一化学反应，使溶液中的构晶离子(构晶负离子或构晶正离子)由溶液中缓慢、均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，使溶液中的沉淀处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现，这种制备纳米粒子的方法称为均相沉淀法。特点：

共沉淀是使溶液由某些特定的离子沉淀时，共存于溶液中的其他离子也和特定阳离子一起沉淀。均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，保证溶液中的沉淀处于一种平衡状态，从而均匀的析出。共沉淀法的优点：1通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料，2是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。均匀沉淀法具有原料成本低、工艺简单、操作简便、对设备要求低等优点。

4. 简述sol-gel法(溶胶-凝胶法)制备纳米薄膜的过程、途径及特点?

从金属的有机或无机化合物的溶液出发，在溶液中通过化合物的加水分解、聚合，把溶液制成溶有金属氧化物微粒子的胶溶液，进一步反应发生凝胶化，再把凝胶加热，可制成非晶态玻璃、多晶体陶瓷。

途径：有机途径和无机途径。有机途径是通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶胶;无机途径则是将通过某种方法制得的氧化物微粒，稳定地悬浮在某种有机或无机溶剂中而形成溶胶。

特点：a、工艺设备简单，不需要任何真空条件或其他昂贵的设备，便于应用推广。b、在工艺过程中温度低。这对于制备那些含有易挥发组分或在高温下易发生相分离的多元体系来说非常有利。c、很容易大面积地在各种不同形状、不同材料的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材料表面制备一层包覆膜，这是其他的传统工艺难以做到的。d、容易制出均匀的多元氧化物薄膜，易于实现定量掺杂，可以有效地控制薄膜的成分及结构。e、用料省，成本较低。

5. 简述氧化物系陶瓷基纳米复合材料的力学性能改善机理?

1) 细晶强化：纳米级弥散相抑制了样哈无记得晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大。

2) 基体晶粒再细化：在弥散相内或弥散相周围存在搞得局部应力，这种应力是基体和弥散相之间的热膨胀

失配而产生的，使冷却期间产生位错，纳米级粒子钉扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界。

3) 断裂方式的改变：纳米级栗子周围的局部拉伸应力引起的`穿晶断裂，并由于硬粒子对裂纹尖端的反射作

用而产生韧化。破坏模式从穿晶和晶间到单纯晶间断裂，晶界相的改变和对高温力学性能影响的减小，使高温力学性能获得明显改善。

4) 抑制位错作用：纳米级粒子在高温牵制位错运动，从而也能使高温力学性能获得明显改善。上述性能的

改善，有利于抗热震性的热学-力学性能的改善。

6. 解释纳米材料熔点降低现象。

表面原子具有低的配位数从而易于热运动并引发熔融过程。这种表面熔融过程可以认为是纳米晶熔点降低的主要原因。

7. 纳米材料自下而上制备技术是什么?

自下而上：以原子、分子为基本单元，按照设计组装成纳米结构。

8. 纳米粉体为什么存在团聚问题?如何解决?

由于纳米材料表面效应大、吸附能力强、极易团聚。针对不同材料有5种方法可以有效地克服纳米粉末的团聚，实现纳米粉末的分散：

分散剂法、超声波法、表面活性剂、直接分散法、改进的胶粉混合法

9. 常用气相和液相制备纳米材料的方法有哪几种?

气相法：化学气相反应法：气相分解法、气相合成法、气-固反应法;物理气相法：气体冷凝法、氢电弧等离子体法、溅射法、真空沉积法、加热蒸发法、混合等离子体法。

液相法：沉淀法水热法：共沉淀法、化合物沉淀法、水解沉淀法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法、喷雾法。

10. 观察纳米材料表面形貌最常用的方法有哪几种?

纳米材料常用的形貌分析方法主要有：扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜。 扫描电镜分析可以提供从数纳米到毫米范围内的形貌像，观察视野大，其分辩率一般为6纳米，对于场发射扫描电子显微镜，其空间分辩率可以达到0.5纳米量级。 其提供的信息主要有材料的几何形貌，粉体的分散状态，纳米颗粒大小及分布以及特定形貌区域的元素组成和物相结构。扫描电镜对样品的要求比较低，无论是粉体样品还是大块样品，均可以直接进行形貌观察

透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合纳米粉体材料的分析。其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的形貌，颗粒大小，分布以还可以获得特定区域的元素组成及物相结构信息。透射电镜比较适合纳米粉体样品的形貌分析，但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能透过了。对块体样品的分析，透射电镜一般需要对样品进行减薄处理。

扫描隧道显微镜主要针对一些特殊导电固体样品的形貌分析。可以达到原子量级的分辨率，但仅适合具有导电性的薄膜材料的形貌分析和表面原子结构分布分析，对纳米粉体材料不能分析。

扫描原子力显微镜可以对纳米薄膜进行形貌分析，分辨率可以达到几十纳米，比STM差，但适合导体和非导体样品，不适合纳米粉体的形貌分析。

这四种形貌分析方法各有特点，电镜分析具有更多的优势，但STM和AFM具有可以气氛下进行原位形貌分析的特点。

11. 为什么减小TiO2颗粒的尺寸，可以提高其光催化效果?

溶液中催化剂粒子颗粒越小，单位质量的粒子数就越多，体系的比表面积大，越有利于光催化反应在表面进行,因而反应速率和效率也越高。催化剂粒径的尺寸和比表面积的一一对应直接影响着二氧化钛光催化活性的高低。粒径越小，单位质量的粒子数目越多，比表面积也就越大。

比表面积的大小是决定反应物的吸附量和活性点多少的重要因素。

比表面积越大，吸附反应物的能力就越强，单位面积上的活性点也就越多，发生反应的几率也随之增大，从而提高其光催化活性。

12. 解释金属纳米颗粒几乎都是深色的原因?

金属由于光反射显现各种美丽的特征颜色，金属的纳米微粒光反射能力显著下降，通常可低于1%，由于小尺寸和表面效应使纳米微粒对光吸收表现极强能力。当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或(与)磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象。金属被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。

13.兴致发光是指在一定波长的光照射下,被激发到高能级的电子重新跃入低能级,被空穴捕获而发光的围观过程.纳米材料与常规材料发光谱有很大差别,这是由于①电子跃迁选择定则问题②量子限域效应③缺陷能级的作用④杂质能级的影响。

篇2：纳米材料复习题

纳米科技是指在纳米尺寸（一般为1~100nm，但对于很小的原子和很大的分子的物质往往会突破这个下限和上限）上研究物质的特性和相互作用，同时利用这些特性在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的多学科交叉的科学和技术。

主要研究范畴：纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米医学、纳米加工、纳米器件等。

从狭义和广义两个角度解释纳米材料的基本概念。

在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。

现在，广义的讲，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围（1~100nm）或由它们作为基本单元构成的宏观材料。什么是团簇？

原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于1nm）。什么是C60？

C60分子是由20个六边形环和12个五边形环组成的球形32面体，其中五边形环只与六边形环相邻，而不相互连接；32面体共有60个顶角，每个顶角由一个碳原子占据，这种32面体也可看成是由20面体经截顶后形成的，故又称截顶20面体。什么是碳纳米管？

理想碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。碳纳米管的基本特性有哪些？ ①力学特性。碳纳米管的侧面是由六边形碳环组成的，但在管身弯曲和管端口封顶的半球帽形部位则含有一些五边形和七边形的碳环结构。因为构成这些不同碳环结构的C-C共价键是自然界中最稳定的化学键，所以碳纳米管应该具有非常好的力学性能，其强度接近于C-C键的强度。②电学特性。碳纳米管由于管内流动的电子受到量子限域所致，电子在碳纳米管中通常只能在同一层石墨片中沿着碳纳米管的轴向运动，沿径向的运动将受到很大限制。

③光学性能。碳纳米管的光学性质主要有光学偏振性、光学相关性、发光性能好、对红外辐射的敏感性等。

给出纳米微粒的准确定义？

纳米微粒又称纳米颗粒，或者纳米尘埃，纳米尘末，指纳米量级的微观颗粒。它被定义为至少在一个维度上小于100纳米的颗粒。量子尺寸效应？

金属费米能级附近电子能级在高温或宏观尺寸情况下一般是连续的，但当粒子尺寸下降到某一纳米值时，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，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级而使能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。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；非晶态纳米微粒的表面层附近原子密度减小，声、光、电磁、热力学等物性均会发生变化，这就是所谓的纳米粒子的小尺寸效应，又称体积效应。表面效应？

表面效应又称界面效应，它是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。

制备纳米粒子的整体思路有哪两种？

纳米粒子的制备方法多种多样，一般可归结为两大类，即“以下至上”法，或称构筑法；“以上至下”法，或称粉碎法。

常见的液相法制备纳米粒子有哪几种？

沉淀法、喷雾法、水热法、溶剂挥发分解法、溶胶-凝胶法 为什么液相法是制备纳米材料较为理想的方法？

制备纳米材料的开始状态为液态,它是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类与溶剂配制成溶液,使各元素呈离子或分子状态，采用合适的沉淀剂沉淀或蒸发升华或水解得到纳米颗粒。液相法也是目前实验室和工业广泛采用的纳米材料的制备方法,主要用于氧化物纳米材料的制备。可以在原子分子水平上进行物质装配与控制，更好的控制纳米材料的粒径、形状和组成。

特点﹕设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，但适用范围较窄，主要用于氧化物纳米材料的制备。评价纳米粉体的质量特性主要从哪几个方面？

①粉体纯度②粉体的细度，粒度分布范围，分布越窄越好。③粉体的形状，应用不同，会对粉体的形状有要求

④粉体性能，应用不同，会对如亲水性、覆盖性等不同的指标有要求。在纳米粒子的制备过程中，为了加速形核，促进形核与长大阶段分离，常采用的措施有哪些？ 加入籽晶，产生异质形核作用；降低反应体系的pH值;采用稀的反应溶液，添加络合剂等以提高临界形核浓度C*min；采用变温技术，即形核一定时间后突然改变反应体系的温度，使形核阶段较高的过饱合度迅速降至低于C*min的水平，从而终止形核。

在纳米粒子的液相法制备过程中，为防止粒子发生硬团聚，常采用的措施有哪些？ 防止纳米粒子团聚的方法主要有化学法和高能物理法，消除纳米粒子的团聚的方法主要是机械力分散法。（1）化学分散。①加入反絮凝剂形成双电层。②加入表面活性剂包裹微粒.（2）超声分散（3）机械分散。

采用液相法制取纳米粒子时，对颗粒尺寸产生影响的因素主要有哪些？

反应时间和温度、反应物浓度、表面活性剂的种类、浓度配比、还原剂或者沉淀剂的浓度及加入方式。

采用液相法制取纳米粒子时，影响颗粒形状的因素主要有哪些？ 百度的跟上一个一样，不知道为什么出俩题。纳米陶瓷

所谓纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中晶粒、晶界以及它们之间的结合都处于纳米尺寸水平，包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是纳米级。简述纳米陶瓷的特性

①高强度。陶瓷的性能取决于其微观组织结构，其中晶粒尺寸和气孔率是两个主要的因素，陶瓷强度随气孔率的增加呈指数级下降，同时，强度与晶粒尺寸的平方根成反比，纳米陶瓷中晶粒尺寸与气孔尺寸都是纳米级，因而具有较高的强度与韧性。

②增韧性。传统陶瓷通常表现出很强的脆性，纳米陶瓷由于晶粒小、晶面打，晶面的原子排列混乱，纳米晶粒易在其他晶粒上运动，是纳米陶瓷在受力时易于变形而不呈现脆性。③超塑性。陶瓷的超塑性是由扩散蠕变引起的晶格滑移所致，扩散蠕变速率与扩散系数成正比，与晶粒尺寸的三次方成反比，普通陶瓷只有在很高的温度下才表现出明显的扩散蠕变，而纳米陶瓷的扩散系数提高了3个数量级，晶粒尺寸下降了3个数量级，因而其扩散蠕变速率较高。④烧结特性。纳米材料具有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径及较高的扩散速率，并使得材料的烧结驱动力也随之剧变，这大大加速了整个烧结过程，使得烧结温度大幅度降低，烧结速率大幅度提高。常见纳米陶瓷的烧结技术有哪些？

在纳米陶瓷的制备过程中，无压烧结、热压烧结等传统的烧结方式仍将得到广泛使用。新的纳米陶瓷烧结方式也在不断出现。在加热方式上的发展包括微波烧结、等离子体烧结、等离子活化烧结、放电等离子烧结等。在加压方式上的发展主要有超高压烧结、冲击成型、爆炸烧结等。

热压烧结和微波烧结的特点分别是什么？ 热压烧结：将陶瓷粉体在一定温度和一定压力下进行烧结，称为热压烧结，与无压烧结相比，其烧结温度低得多。通过热压烧结，可制得具有较高致密度的陶瓷基纳米复合材料，并且晶粒无明显长大。

微波烧结：快速升温，快速降温。常用纳米粉体粒度的测试方法有哪些？

纳米粒度分析方法大致可归纳为：筛分法、显微镜法、沉降法、激光衍射法、激光散射法、光子相干光谱法、电子显微镜图像分析法、粒度测量法和质谱法等。什么是丁达尔效应？

当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应。

纳米微粒的光学性质及一些自然现象（如蓝移、金属纳米粉体呈现黑色等）的解释。①变频带强吸收。大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围各种颜色的反射和吸收能力不同。当尺寸减少到纳米级时，各种金属纳米粒子几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。

②蓝移与红移现象。纳米粒子与大块材料相比，吸收带普遍移向短波方向，即蓝移现象。对纳米粒子吸收带蓝移的解释有两个方面：一是量子尺寸效应，由于颗粒尺寸下降能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向。另一种是表面效应，由于纳米粒子颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小，对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明第一近邻和第二近邻的距离变短，键长的缩短导致纳米粒子的键本征振动频率增大，结果使光吸收带移向了高波数。吸收带移向长波方向，红移现象。

③发光现象。纳米粒子的尺寸小到一定值时，可在一定波长的光激发下发光。激光粒度分析法分为哪几类？原理分别是什么？

激光粒度分析法，按照分析粒径的范围，又分为激光衍射法和动态光散射法。

激光衍射发又称小角度激光散射法，应用了全程的米氏散射理论，颗粒在激光束的照射下，其散射光的角度与颗粒的直径成反比关系，而散射光强度随角度的增加呈对数规律衰减。动态光散射技术是指通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。之所以称为“动态”是因为样品中的分子不停地做布朗运动，正是这种运动使散射光产生多普勒频移。动态光散射技术的工作原理可以简述为以下几个步骤：首先根据散射光的变化，即多普勒频移测得溶液中分子的扩散系数D，再由D=KT/6πηr可求出分子的流体动力学半径r，(式中K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，η为溶液的粘滞系数),根据已有的分子半径-分子量模型，就可以算出分子量的大小。激光粒度分析法的特点是什么？

速度快、测量范围广、数据可靠、重现性好、自动化程度高、便于在线测量 什么是粉体的比表面积？测粉体比表面积的标准方法是什么？其原理是什么？

比表面积：单位质量粉体的总表面积，单位常用m2/g，纳米粉体的比表面积在10-200m2/g 球形颗粒的比表面积Sw与其直径d的关系为：

低温氮吸附BET法被认为是测定粉体比表面积的标准。

BET法的原理是物质表面(颗粒外部和内部通孔的表面)在低温下发生物理吸附。测量物理吸附在粉体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算1g粉体的总表面积。

BET低温氮吸附法即是在低温（-195(C）下令样品吸附氮气，并按经验在氮气的相对压力P/P0为0.05~0.35的范围内，测定三组以上的P-V数据，作直线，利用下面关系即可得到Vm。纳米材料晶态的表征方法有哪些？ XRD（X射线衍射）、TEM（透射电子显微镜）

为什么普通光学显微镜无法用于纳米材料显微结构的表征？

光学显微镜测定范围为0.2~150μm，因此光学显微镜适合于亚微米和微米级的测定，并不适合纳米尺寸范围颗粒的测定。巨磁电阻效应 所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。

STM、AFM的基本原理是什么？相比SEM、TEM有哪些优点？

STM的基本原理是利用量子理论中的隧道效应，当金属探针与样品表面间距小到1nm左右时，就会出现隧道效应，电子从一个电极穿过空间势垒到达另一电极形成电流——隧道电流。STM具有原子级的高分辨率，其在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm和0.01nm；可以观察单个原子层的局部表面结构，因此可以直接观察到材料表面的缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附引起的表面重构。另外，STM在成像时对样品呈非破坏性，实验可在真空或大气及溶液中进行。

AFM是利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号。

AFM的分辨率横向可达0.1nm，纵向为0.01nm，不受样品表面导电性的限制，对工作环境和样品制备的要求比电镜要求低得多，不仅可以用于真空、大气，甚至可应用于溶液中。介孔材料及其结构特点？

孔径大于50nm的孔称为大孔，小于2nm的孔称为微孔，孔径为2~50nm的多孔材料称为介孔材料。

介孔材料具有以下特点：（1）长程结构有序（2）孔径分布窄并可在1.5~10nm之间系统调变（3）比表面面积大，可达1000㎡/g（4）孔隙率高（5）表面富含不饱和基团等。惰性气体冷凝法、溶胶-凝胶法制备纳米粉体 惰性气体冷凝法主要过程是在低压的氩、嗐等惰性气体中加热金属，使其蒸发，产生原子雾，经泠凝后形成纳米颗粒。纳米合金可通过同时蒸发数种金属物质得到；纳米氧化物可在蒸发过程中真空室内通以纯氧使之氧化得到。这种方法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。

溶胶-凝胶法其基本步骤是将醇盐溶解于有机溶剂中，通过加入蒸馏水使醇盐水解形成溶胶，溶胶凝胶化处理后得到凝胶，再经干燥和焙烧，即得到超细粉体，目前多数人认为有四个主要参数对溶胶-凝胶化过程有重要影响，即溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和反应时间。纳米薄膜的光学特性（1）蓝移和宽化。（2）光的线性与非线性。光学线性效应是指介质在光波场的作用下，当光强较弱时，介质的电极化强度与光波电场的一次方成正比的现象。物理气相沉淀中，气相沉淀的三个基本过程？（1）气相物质的产生。在蒸发镀膜方法中，是用加热源物质使其蒸发；而在溅射镀膜法中，则是用具有一定能量的粒子轰击靶材，从靶材上击出源物质原子。（2）气相物质的运输。气相物质的运输往往在真空中进行（3）气相物质的沉积。气相物质在基片上的沉积是一个凝聚过程。

磁控溅射法、溶胶凝胶法制备纳米薄膜的原理及过程 磁控溅射是在磁场控制下的产生辉光放电，在溅射室内加上与电场垂直的正交磁场，以磁场来改变电子的运动方向，电子的运动被限制在一定空间内，增加了同工作气体分子的碰撞几率，提高了电子的电离效率。电子经过多次碰撞后，丧失了能量成为“最终电子”进入弱电场区，最后到达阳极时己经是低能电子，不再会使基片过热。被溅射的原子到达衬底表面之后，经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核，晶粒长大后互相联结聚集，最后形成连续状薄膜。

溶胶-凝胶法就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶．凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体。超塑性的定义、超塑性产生的原因

通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩颈与断裂现象。当伸长率＞100％时，即可称为超塑性。

超塑性的产生首先取决于材料的内在条件，如化学成分、晶体结构、显微组织(包括晶粒大小、形状及分布等)及是否具有固态相变(包括同素异晶转变，有序-无序转变及固溶-脱溶变化等)能力。在上述内在条件满足一定要求的情况下，在适当的外在条件(通常指变形条件)下将会产生超塑性。

纳米材料的红外吸收谱发生蓝移和宽化现象的原因？

纳米粒子与大块材料相比，吸收带普遍移向短波方向，即蓝移现象。对纳米粒子吸收带蓝移的解释有两个方面：一是量子尺寸效应，由于颗粒尺寸下降能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向。另一种是表面效应，由于纳米粒子颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小，对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明第一近邻和第二近邻的距离变短，键长的缩短导致纳米粒子的键本征振动频率增大，结果使光吸收带移向了高波数。

大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围各种颜色(波长)的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。纳米氮化硅、SiC及A1203，粉末对红外有一个宽带吸收谱。这是因为纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的，择优的键振动模式，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布，这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。纳米材料的光致发光现象

指在一定波长光照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程。库伦堵塞效应

库仑堵塞能是前一个电子对后一个电子的库仑排斥能，这就导致了对一个小体系的充放电过程，电子不能集体传输，而是一个一个单电子的传输。通常把小体系这种单电子输运行为称为库仑堵塞效应。

XRD方法中，如何由谢乐公式来计算晶粒粒度大小

据X射线衍射理论，在晶粒尺寸小于100nm时，随晶粒尺寸的变小衍射峰宽化变得显著，考虑样品的吸收效应及结构对衍射线型的影响，样品晶粒尺寸可以用Debye-Scherrer公式计算。Scherrer公式：Dhkl=kλ/βcosθ

其中，Dhkl为沿垂直于晶面（hkl）方向的晶粒直径，k为Scherrer常数（通常为0.89），λ为入射X射线波长（Cuka 波长为0.15406nm，Cuka1 波长为0.15418nm。），θ为布拉格衍射角（°），β为衍射峰的半高峰宽（rad）热压烧结 定义：在对置于限定形状的石墨模具中的松散粉末或对粉末压坯加热的同时对其施加单轴压力的烧结过程。

(1)热压法优点：①热压时由于粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化。②由于同时加温、加压，有助于粉末颗粒的接触和扩散、流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑制了晶粒的长大。

③热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织，容易实现晶体的取向效应和控制台有高蒸气压成分纳系统的组成变化，因而容易得到具有良好机械性能、电学性能的产品。

篇3：工程材料复习思考(下)

1 钢的热处理(第6章)

这一章也是本书的重点内容之一。就像上面说的,这一章从成分上说还是和第五章一样只有Fe和C,但是冷却方式多种多样。这一章的框架就两点:一是钢的热处理原理,二是具体的热处理工艺,即一个是原理,一个工艺(原理的应用)。事实上,很多科学问题,主要就是原理和工艺,理解了原理,工艺就很简单,同时工艺过程中由于工程实际情况又会出现一些新变化,这样反过来又会完善原理[2]。

1.1 钢的热处理原理

所有的热处理不管怎么变化,都是加热、保温、冷却三步骤,所以热处理的原理就是要理解钢在加热部分有哪些组织/性能变化,在冷却部分又有哪些组织/性能变化。这里大家要注意常规热处理(除了化学热处理),都是不改变材料成分的,但是由于加热/冷却的方式不一样,材料的性能也就不一样。这如同做米饭,同样的成分(大米和水),但是不同的人采用不同的加热方式/温度,保温不同的时间,不同的冷却方式(如随锅冷却/揭开锅盖冷却/把电饭煲放在水中冷却等)都会使米饭的性能不一样,热处理也是如此,理解了这点,也就理解了热处理的精华。至于加热和冷却部分,各会出现哪些组织/性能变化,书上已有详细的介绍,这里就不重复了。

1.2 工艺部分

工艺部分是原理的具体应用。这一部分大家要掌握一个具体热处理工艺(如退火)的工艺路线→得到什么组织→该组织有什么性能→该工艺一般用在什么情况下。

整体热处理就四把火,即退火、正火、淬火、回火。这几种热处理工艺都遵循加热-保温-冷却三步骤。其中退火和正火好理解,只不过一个是炉冷,一个是空冷。淬火和回火是一对双胞胎,两个同时出现。这里要强调一点,热处理工艺的加热部分一般都是获得细小均匀的奥氏体晶体,但是两种情况例外,一是过共析钢的淬火,加热温度就不是AC3+(30~50)℃,而是AC1+(30~50)℃,一个重要原因就是使用该温度区域加热得到的奥氏体碳含量不至于太高(钢的C一部分跑到Fe3CII中去),从而淬火得到的马氏体碳含量也不太高(淬火就是A→M)。还有一个就是回火,回火都是加热到AC1以下某一温度。

这章还有两个概念要区分:相和组织。学到第六章热处理后,这两个概念就更加容易区分。组织是相的形态情况,如果两个体系相不相同,组织肯定不同,如果相相同,但是相的分布形态不同,组织也不同。比如说,共析钢退火得到的是组织是珠光体(铁素体和渗碳体两相),而淬火得到的则是马氏体(只有马氏体一相,即过饱和固溶体),这两个组织相就不相同,所以组织也就不同了。再比如,共析钢的正火组织是索氏体(铁素体和渗碳体两相),这和退火组织的相相同,均是铁素体和渗碳体两相,但是由于正火得到的氏体中铁素体和渗碳体层片间距更小,及铁素体和渗碳体的分布形态不一样,所以索氏体和珠光体是不同的组织。

从考试的角度说,这一章是重点,尤其是P98页两条曲线。另外,这一章的一些基本概念也很重要。如退火,正火,淬火,回火,淬透性,淬硬性,调质处理,回火马氏体,回火托氏体,回火索氏体等。这些概念不要死记,要确实理解其含义。

2 钢铁材料(第7章)

从这一章开始就是具体的工程材料了。包括后面的有色金属、高分子、陶瓷材料、复合材料、功能材料等。金属材料是主要的工程材料,因此,本章和第八章有色金属是重点。这一章的框架就两个一个是钢,一个铁。

2.1 钢

钢这部分又分两块,一块是合金化元素的影响,一个是工程上常用的钢。

(1)合金化元素的影响:

主要有杂质元素,气体元素,其它合金化元素。这些元素对钢的影响书上有详尽的介绍,用得比较多的主要是对热处理的影响:对钢加热时奥氏体化的影响,对钢冷却时过冷奥氏体转变的影响,对回火的影响;

(2)工程上常用的钢:

这部分知识点比较杂,就是各种钢的分类、牌号及用途等啊,钢的分类大体就三种:结构钢、工具钢和特殊性能刚。钢的牌号用两句话可以概括:①碳含量:结构钢是万分数表示,其它的用千分数表示;②合金化元素均用百分数,除了滚动轴承钢,如GCr15。

2.2 铁

铸铁这部分其实大家从一个问题入手就可以全盘理解了,这就是为什么第五章铁碳相图的白口铸铁在工程上很少使用,而第七章这部分铸铁在工程上能够引用,这是因为第五章铁碳相图的白口铸铁中的C元素是以渗碳体的形式存在,而在第七章铸铁部分的C是以石墨的形式存在的。接着思考,C在什么情况下不以渗碳体而以石墨的形式存在?有两种办法,一是加入石墨化形成元素(即改变成分)使C在铁液中直接以石墨形式析出,二是成分还是第五章的Fe和C,但是长时间高温退火,使形成的渗碳体分解成石墨。事实上,工程上的铸铁都是这样得到的。用第一种方法得到石墨的铸铁有:灰铁、球铁、蠕铁,用第二种方式得到石墨化的铸铁有可锻铸铁。用这种方式来一步一步理解就把知识点很好的掌握了。至于不同的铸铁石墨的形态不同,从而引起的力学性能也不同,书上都有介绍。这里再强调一点,这里面有个类推思想,这就是球墨铸铁的石墨是球状,所以其综合力学性能较好,工程上的“以铁代钢”就是指球墨铸铁,这个思想和前面第六章热处理部分一个知识点想通,调质处理后渗碳体以球状的形态分布在铁素体机体上,所以调质处理后的材料综合性能较好,球墨铸铁也是这个道理。

学到这里,大家对铁应该有比较深入的认识:工业纯铁是含碳量小于0.0218%的铁碳合金(严格的说,化学上的纯铁是不含碳的),咱们常说的铁指的是铸铁,在这本教材里,铸铁有两种:一是第五章只有Fe和C元素,且含碳量大于2.11%的是白口铁,在工程上用的不多;工程上用得较多的就是第七章几种铸铁。

3 有色金属材料(第8~13章)

涉及高分子材料,陶瓷材料,复合材料,功能材料,材料表面技术。

有色金属在工程上用的也是比较多的,主要有Al、Mg、Ti、Cu等。这部分对于大家来说,主要是一些科普知识,了解这些常见有色金属的基本性能和用途。而后面的高分子材料,陶瓷材料,复合材料,功能材料,材料表面技术这几章,实际上每一章涉及到很多知识点,在很多大学里面这其中的每一章都是一个专业,大学四年就是专门学这些的。大家在这几章里,主要是了解,作为科普来了解。如果大家有兴趣的话,可以在网上深入了解。

4 工程材料的选用与发展(第14章)

这部分是本书四大块中的最后一块,也是大家学习的目的和要求。这一章比较综合,把前面三大块都综合起来了。零件要选材,首先要了解这个零件在工况下要满足哪些力学性能(第一大块),然后根据具体情况(使用性能/工艺性能/经济性能)来具体选择那种材料如钢铁材料,有色金属等,这就涉及到本书第三块(具体工程材料)这部分知识,选材后的加工和热处理则要设计到本书的第二大块(材料科学的基本理论和知识)。这一章最好用类比的方式学习,即找一个典型的零件,一步一步分析其选材的过程。熟悉了这个过程,其它零件的选材也可仿效。比如,机床齿轮,要求表面耐磨而心部则要有一定的韧性,可选用45钢(含碳量0.45的亚共析钢),下料后,先锻造成形,锻造后下一步就要进行粗加工,但是粗加工之前应提高其综合力学性能,可采用正火热处理(该工艺同时也使锻造组织更加均匀化),粗加工后应进行热处理为后面的精加工准备,这个热处理要求综合性能较好,因此采用调质处理(淬火+高温回火),精加工后材料基本定型,但是齿轮表面要耐磨,前面调质处理后的零件强硬度不够,因此零件表面还要表面淬火+低温回火,目的是提高表面的耐磨性。这些都做完后,零件做最后一个工序,精磨成品。具体工序为:

下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低温回火→精磨

该零件表面的组织为回火马氏体(淬火+低温回火),心部组织为回火索氏体(调质)。

5 结 语

这本书理论极强,实验性也极强,很多知识点就一句话,看起来很简单,实际上是很多前辈经过多次实验才总结出来的经验和智慧。如位错密度对材料强度的影响曲线,不锈钢的发明,氢脆的发现等。大家实验没到那一步,所以感觉这门课程记忆比较多。实验科学光靠记忆原理是不行的,必须通过实验来验证,验证对了就说明原理正确了,实验验证错了的,反过来又要补充和完善原理,甚至推翻以前的原理而建立新的原理。科学的发展就是这样反复盘旋但最终向前推进的。

从考试的角度说,第五章的铁碳相图,第六章的C曲线,CCT曲线,第十四章的选材这几个部分是重点,其它的都是一些原理、常识、概念性的知识点,如强度,刚度,结晶的条件及过程,加工硬化,冷热变形,几种强化机制,奥氏体,常见钢铁常温下的组织,热处理工艺加热的标准是什么(加热到什么温度)?马氏体,淬透性,淬硬性,调质处理,各种热处理工艺及热处理后的组织,化学热处理的三步骤,铸铁用在什么地方,车床车身、曲轴、刀具等有什么材料做的等。从科学的角度说,这门课程没有重点,任何一个实际的科学问题都涉及到很多知识点。大家在学习的过程中,要不断涉猎科学素材,充实这门课程的内容,从宏观到微观(战略到战术)把这门课程学活。开始学习一种新课程时,会发现越来越难,书是越读越厚,等学到一深度以后就会发现书是越来越简单,越读越薄,这时就可以把书中复杂深刻的内容可以用通俗易懂、简单明了的语言表达出来。另外,还要注意科学的

思维方式,注意这门课程与日常生活、人文科学、哲学等的联系。一门学科,理解到了一定深度后一般都能和日常生活、人文科学、哲学等对上号,很多道理都是相通的。但是,考试一定要通过,这是最基本的要求,否则其它的都是空谈。

参考文献

[1]王章忠.机械工程材料[M].北京:机械工业出版社,2008.

篇4：例谈数学复习课习题材料的选取

[关键词]真实化 简约化 结构化

[中图分类号] G623.5 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2016）23-051

在一次青年教师课堂教学展示活动中，我听了一节六年级复习课，整节课的教学结构合理，思路清晰，理练结合，教学效果不错，也产生了一些想法：课堂中的习题材料非常多，显然都是经过教师精心选择的，但细细琢磨这些习题，是否符合学生的生活实际？是否能引发学生积极主动地思考？是否可以再整合优化？其实，很多教师的复习课中都存在习题材料选取问题，往往都是从众多渠道中大量采用“好题”，结果却给了学生不必要的压力。我想，不妨对这些“好题”稍加处理。

一、以“真实”为基础——化远为近

数学课程标准指出，所选择的学习材料应尽量与学生的生活现实、数学现实和其他学科现实相联系，有利于加深学生对所要学习内容的数学理解。习题也该如此，教师需要提供真实的习題材料，能够引发学生的心灵共鸣的素材才能激发学生的学习兴趣。

如，复习“圆的认识”时，教师在变式练习中呈现了这样一个材料：王大爷想用31.4米的铁丝在自家的后院围一个菜园，要使面积尽量大，该围什么图形呢？面积是多少？就知识技能的角度而言，此题不难，考查学生对周长和面积的掌握程度以及学生能否准确区分周长与面积。然而，从材料的角度而言，此题脱离学生的生活实际，生活中菜园地本就是随意圈成，很多情况下形状是不规则的，显然，该题没有经过精心设计，不符合学生对生活的认知，也就无法让学生产生共鸣。因此，不妨稍作处理：学校有一块空地，想用31.4米的铁丝围成一个尽可能大的花坛。你觉得可以怎样围？这个花坛的周长和面积各是多少？这两个材料看似相似，却有着本质区别。一是现在的学生对田园生活较陌生，对校园的亲切感远远超过菜园地；二是学生自主参与设计，能激发学生的源动力，既能在操作中促进对圆周长和面积的进一步理解，也能真切感受到用数学的方法能解决生活中的实际问题。

二、以“简约”为核心——化多为少

在经历了热闹喧嚣之后，现在的课堂越来越趋向于理性思考，教学趋向于简约化。特级教师华应龙曾这样评价简约教学：这是个由薄到厚再由厚到薄、由多而少再由繁到简、由浅入深再由深入浅出的教学问题，这也是一个返璞归真的话题。简约教学体现在课堂中，方式之一便是选材要“少而精”，所选材料要有典型性、针对性。用材要“单而丰”，巧用材料，努力做到一“材”多用，一“材”多变，一“材”多效。

如，复习“圆柱和圆锥”时，教师可播放一段榨茶油的视频，引导学生分组思考：“你能找到哪些关于圆柱的知识？你能提出关于圆柱的哪些数学问题？我们又该如何解决这样的数学问题呢？”学生的讨论异常热烈，提出了很多有效的数学问题：茶饼的形状是圆柱体的，可以计算它的表面积、侧面积和体积，需要测量圆的周长和圆柱的高，等等。在学生汇报的基础上，教师进行梳理，将圆柱的相关知识点连成一个知识网络，巧妙将“理”与“连”融合在一起，并在此基础上，进一步提升：如果将这一圆柱削成一个最大的圆锥，可以怎样削？有哪些变化？……一个学生熟悉的榨油材料，完美整合了圆柱和圆锥的知识。

三、以“结构”为目的——化零为整

数学知识是一个系统的整体，任何知识都不是孤立存在的。复习课教学时，除了知识梳理环节需要结构化以外，习题材料的呈现也能进一步帮助学生形成整体性的数学“认知框架”。教师要根据复习内容精选习题材料，可以从教材中进行选择，也可以从学生平时的易错题中进行选择，然后将习题材料进行分层分类，形成基本题、变式题、综合题等。

如，复习“圆的认识”时，教师在综合题环节提供了这样一组习题材料：学校为了增加绿化面积，要对原有的一个直径为6米的圆形花坛进行扩建。如果将它的半径增加2米，花坛的面积增加了多少平方米？如果要将它扩建成如图的形状，扩建部分的面积是多少平方米？此题不仅考查学生对圆的半径、直径、面积概念及关系的理解，引导学生对所学的知识进行活学活用，还打通了圆与正方形之间的联系，横向衔接新旧知识，让学生脑中的知识建构更系统化、结构化，形成综合驾驭整体知识的能力。

“观而有选，取而有择，有的放矢，唯真是取”是教育的至高境界。只要我们能在众多优秀的习题材料中学会选取、处理与整合，就能真正使材料为己所用，从而使复习课教学更有效，学生也能从中真正体会数学的魅力所在。

篇5：功能材料复习题

一、名词解释（共21分，每个3分）

1.电导率：电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。

2.铁电性：某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化（其极化方向可以因外电场的反向而反向）晶体的这种性质称为铁电性。

3.居里温度：铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。

4.介电常数：介电常数是衡量电介质储存电荷能力的特征参数。

5.功能材料：是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。

6.超导体临界磁场Hc：超导电性可以被外加磁场所破坏。对于温度为T(T＜Tc)的超导体,当外磁场超过某一数值Hc(T)的时候，超导电性就被破坏了，Hc(T)称为临界磁场。7.正压电效应：压电效应(piezoelectriceffect)是指对材料施加压力,张力或切向力时,发生与应力成比例的介质极化以及在晶体的两端出现正负电荷的现象.这种由于应力诱导而极化,称正压电效应.8.气敏陶瓷：气敏陶瓷对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓度(分压力)作有规则的变化，检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别可达十亿分之一的量级，故有“电子鼻”之称。

9.纳米量子尺寸效应：当纳米粒子的尺寸下降到某一值时,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级;纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级,使得能隙变宽的现象,被称为纳米材料的量子尺寸效应。10.逆压电效应：在晶体上施加电场而引起介质极化时,如果产生了与电场强度成比例的变形或机械应力时,称其为负压电效应.11.高温超导：具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。12.快淬技术：它是将熔化的液态合金急速冷却至室温，制得非晶态或纳米晶态合金。13.燃烧电池：是一种将燃料和氧化剂之间的化学能持续地转变为电能而电极、电解质体系基本保持不变的系统。

14.光生伏特效应：当光量子的能量大于半导体禁带宽度的光照射到结区时，光照产生的电子-空穴对在结电场作用下，电子推向n区，空穴推向p区；电子在n区积累和空穴在p区积累使P-n结两边的电位发生变化，p-n结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光生伏特效应。(二)填空(共30个空)（1）世界上第一块气敏陶瓷是用二氧化锡和氯化钯混合再研得极细，在高温炉中烧结而成的.它颗粒极细，吸附气体能力很强，此外，它又能显半导体性质，随吸附气体多寡，可改变导电率，所以，气敏陶瓷又被称作“电子鼻”。

（2）将超导体冷却到某一临界温度（TC）以下时电阻突然降为零的现象称为超导体的零电阻现象。

3.这种由于形变而产生的电效应，称为压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。

4.制造透明陶瓷的关键是消除气孔和控制晶粒异常长大。

5.常见的功能材料制备方法有溶胶-凝胶法，快淬火快凝技术，复合与杂化 6.功能材料的表征方法有材料组成表征、材料结构表征、材料性能表征。7.电热材料的种类繁多，根据用途主要分为金属型和非金属性两种。8.电热材料就是电流通过导体将放热，利用电流热效应的材料。

9.热敏电阻按其基本性能的不同可分为负温度系数NTC型热敏电阻、正温度系数PTC型热敏电阻、临界温度CTR型热敏电阻三类。

10.热释电系数除与温度有关外，还与晶体所处状态有关。11.气敏元件有多种形式，但广泛使用的是半导体式和接触燃烧式。

12.超导体有3个基本的临界参数分别是临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流IC。13.超导材料的基本物理性质有零电阻现象、完全抗磁性。

14.在超导应用中，一般分为低温超导材料和高温超导材料应用两大方面。

15.物资的磁性来源于原子的磁性，原子的磁性来源于电子的轨道运动及自旋运动，它们都可以产生磁矩。

16.在原子系统中，在外磁场作用下，感生出与磁场方向相反的磁矩现象称为抗磁性。17.铁氧体是将铁的氧化物与其他某些金属氧化物用制造陶瓷的方法制成的非金属磁性材料。

18.从铁氧体的性质和用途来看，可将其分为软磁、永磁、旋磁、矩磁和压磁铁氧体等五大类。

19.有机磁性材料可分为结构型和复合型两大类。

20.黏接磁材的制备通常采用压延、注塑、挤压、压缩成形这四种工艺，其中前三种工艺采用热塑性混炼物，压缩成形则主要采用热固性黏接剂。

21.太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

22.硅基材料太阳能电池按结晶状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三类。

23.按化学电源的工作性质及储存方式，可将化学电池分为：原电池、蓄电池、储备电池和燃料电池。

24.热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。

25.一般情况下智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。26.光功能材料包括光学、光电子学、光子学材料。(三)判断题

(1)光学材料主要是指光介质材料,还有光功能材料,光纤材料是光介质材料，而激光材料是光功能材料。（正确）

(2)按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。主链型液晶大多数为高强度、高模量的材料，侧链型液晶则大多数为功能性材料。（正确）

（3）光化学反应的可表示为光化学反应中起反应的分子数与吸收的光量子数之比,在光化学反应中,量子收率φ值的变化范围极大，大可至上百万，小可到很小的分数。φ≤1时是直接反应；φ＞1时是连锁反应。（正确）

(4)根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。（正确）

（5）激光材料是光介质材料，光纤材料而是光功能材料。（错误）两者互换

（6）在一个原子体系中，在光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在的。是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。（正确）（7）与超导合金材料相比，元素超导体具有塑性好、易于大量生产、成本低等优点。（错误）

（8）与实用高温超导材料相比，低温超导材料的最大优势在于它可能应用于液氮温区。（错误）

（9）铁氧体主要应用于高频技术，例如无线电、电视、自动控制等很多方面。（正确）（10）硬磁铁氧体是铁氧体中发展最早的材料。（错误）（11）永磁铁氧体是六角晶系铁氧体，又称M型铁氧体。（正确）（12）光生伏特效应是光照引起P-N结两端产生电动势的效应。（正确）

（13）化学电源是将物质化学反应所产生的能量直接转化成电能的一种装置。（正确）（14）储氢合金不仅具有安全可靠、储氢能耗低、单位体积储氢密度高等优点，还有将氢气纯化、压缩的功能，是目前最常用的储氢材料。（正确）

1、常用的红外探测器材料有哪些?

红外探测器材料主要指热电材料，可依其运作温度分为三类：(1)碲化铋及其合金，是目前被广为使用于热电致冷器的材料。(2)碲化铅及其合金，是目前被广为使用于热电产生器的材料；(3)硅锗合金，以硅、锗为衬底，制备的大规格碲镉汞薄膜材料，此类材料亦常应用于热电产生器；（4）多色碲镉汞材料，即分子束外延生长的掺杂型多层异质外延薄膜材料；（5）量子阱红外探测器材料，是以GaAs作为量子阱材料，GaAlAs作为量子势垒材料，选择合适的量子阱厚度和势垒材料组分。

2、怎样理解物质分子中无不成对电子时呈抗磁性？

由于原子核外电子环流的作用使物质具有的磁特性。当所产生的磁性作用在与外加磁场相反的方向时产生屏蔽，则称为抗磁性。如物质中存在不配对电子时，则出现顺磁性，而且可超过任何的抗磁性。所以，分子中无不成对电子时，物质呈抗磁性。

3.金属贮氢材料有哪些主要系列，各有哪些特点和应用。①镁系贮氢合金。主要有镁镍、镁铜、镁铁、镁钛等合金。具有贮氢能力大（可达材料自重的5.1%～5.8%）、价廉等优点，缺点是易腐蚀所以寿命短，放氢时需要250℃以上高温。②稀土系贮氢合金。主要是镧镍合金，其吸氢性好，容易活化，在40℃以上放氢速度好，但成本高。③钛系贮氢合金。有钛锰、钛铬、钛镍、钛铁、钛铌、钛锆、钛铜及钛锰氮、钛锰铬、钛锆铬锰等合金。其成本低，吸氢量大，室温下易活化，适于大量应用。④锆系贮氢合金。有锆铬、锆锰等二元合金和锆铬铁锰、锆铬铁镍等多元合金。在高温下（100℃以上）具有很好的贮氢特性，能大量、快速和高效率地吸收和释放氢气，同时具有较低的热含量，适于在高温下使用。⑤铁系贮氢合金。主要有铁钛和铁钛锰等合金。其贮氢性能优良、价格低廉。

4.在介电陶瓷多晶体中，为什么说压电体也是铁电体，热释电体也是压电体。

介电材料，它们是绝缘体，并不存在其中载流子在电场作用下的长程迁移，但仍然有电现象。这种电现象的产生，是因为材料中也存在荷电粒子，尽管这些荷电粒子被束缚在固定的位置上，但可以发生微小移动。这种微小移动起因于材料中束缚的电荷，在电场作用下，正负束缚的电荷重心不再重合，从而引起电极化，如此将电荷作用传递开来。

介电材料的电学性质是通过外界作用，其中包括电场、应力、温度等来实现的，相应形成介电晶体、压电晶体、热释电晶体和铁电晶体，并且依次后者属于前者的大类，其共性是在外力作用下产生极化。

5、什么是功能陶瓷，功能陶瓷的分类主要有哪些？ 答：功能陶瓷是指具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料。其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等。

主要有，电子陶瓷，超导陶瓷，磁性陶瓷，敏感陶瓷，生物陶瓷，光学陶瓷等。

6、什么是超导材料？超导材料的两个基本特征？

答：超导材料：在一定温度以下，材料电阻为零，物体内部失去磁通成为完全抗磁性的物质。

超导材料的两个基本特征：零电阻效应、迈斯纳效应。

7、什么是纳米材料？简述纳米材料的主要制备方法和工艺。

答：纳米材料：通常定义为材料的显微结构中，包括颗粒直径、晶粒大小、晶界、厚度等特征尺寸都处于纳米尺寸水平的材料。（指材料块体中的颗粒、粉体粒度在10-100nm之间，使其某些性质发生突变的材料）

主要制备方法和工艺：气相冷凝法、球磨法、非晶晶化法、溶胶－凝胶法。

8、什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料？

答：正温度系数热电材料：温度升高，材料的电导率增加。这类材料多半时具有半导性的金属氧化物和过渡金属的复合氧化物。

负温度系数热电材料：温度升高，材料的电导率下降。这类材料主要是掺杂半导体陶瓷如镧掺杂钛酸钡，钛酸锶陶瓷等。

9、什么是生物陶瓷材料？它应具有哪些要求？ 答：生物陶瓷材料：用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。

要求：具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形等。

10．简述什么是正压电效应？什么是逆压电效应？

答：当对压电陶瓷施加应力时，压电陶瓷收缩变形，压电陶瓷内部的剩余极化强度减小，瓷体内表面束缚电荷变少，从而在瓷体两个端面产生多余的自由电荷，就会产生放电现象这种由“压”产生“电”的效应叫正压电效应。当对压电陶瓷施加一个沿极化方向的电场时，压电陶瓷的剩余极化强度发生变化，使压电陶瓷发生伸缩变形，这种由 “电”产生“伸缩”的效应叫逆压电效应。

11．烧结型SnO2气敏陶瓷按加热方式不同可分为哪两种类型？各有什么特点？

答：可分为直热式和旁热式两种类型。直热式的特点是制备工艺简单，功耗小，但热容量小，易受环境影响，；旁热式的特点是元件热容量大同时避免了测量回路和加热回路之间的相互影响。

12.分析铁电体与反铁电体二者有何区别；为什么反铁电体可用来制作大功率储能电容器？ 答：二者区别：铁电体是单电滞回线，反铁电体是双电滞回线。当施加电场撤除即E=0时，铁电体还保持较大的剩余极化，而反电体当E=0时极化同时消失。（5分）由于铁电体存在剩余极化，大部分输入的能量被储存在材料中，只有很小一部分释放出来，非铁电体不存在剩余极化，输入能量的绝大部分以电能形式释放出来。

13、什么是梯度功能材料？其主要特征是什么？ 答：梯度功能材料是两种或多种材料复合成结构和组分呈连续梯度变化的一种新型复合材料。

主要特征：（1）材料的结构和组分呈连续梯度变化；（2）材料的内部没有明显的界面；（3）材料的性质也相应呈连续梯度变化

14、简述形状记忆过程。①马氏体的自适应形成

由母相中形成马氏体时，不同取向的马氏体变体的应变在母相中的方向不同。当某一变体在母相中形成时，产生某一方向的应变场，随变体的长大，应变能不断增加，变体的长大越来越困难。为降低应变能，在已形成的变体周围会形成新的变体，新变体的应变方向与已形成的变体的应变场互相抵消或部分抵消。有均匀体积变化，无明显形状改变。②马氏体的再取向

对组织为自适应马氏体的样品施加外力时，在较小的应力作用下，马氏体变体以其应变方向与外加应力相适应而再取向。即变体的应变方向与外加应力方向最接近的变体通过吞并其它应变方向与外加应力不相适应的变体而长大，直至整个样品内的各个不同取向的变体最终转变成一个变体。这时，由母相转变为马氏体所产生的相变应变不再互相抵消，而是沿外加应力方向累积起来，样品显示出宏观形状的变化。卸去应力后，变形保持下来。③马氏体的逆转变

篇6：材料测试方法 复习题

化学成分分析（元素分析）：谱学法：①常规方法（平均成分）：湿化学法、光谱分析法②先进方法（种类、浓度、价态、分布）：电子探针、俄歇电子能谱、光电子能谱、X射线荧光光谱等 晶体结构分析（物相分析）：衍射法：主要包括X射线衍射、电子衍射、中子衍射、射线衍射等；

显微结构分析（显微形貌分析）：显微法：主要包括光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜、场离子显微镜等； 2．X射线与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？（说出三种以上分析方法及原理）3．电子与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？（说出四种以上分析方法及原理）4．什么是（主）共振线、分析线、灵敏线、最后线？

共振线：是指电子在基态与任一激发态之间直接跃迁所产生的谱线。

主共振线：电子在基态与最低激发态之间跃迁所产生的谱线则称为主共振线。灵敏线：原子光谱中最容易产生的谱线，一般主共振线即为灵敏线

最后线：当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。5．原子发射光谱定性分析基本原理和定量分析的依据及定性、定量分析方法。特点：最大特点是可以获得丰富的化学信息，它对样品的损伤是最轻微的，定量也是最好的。

(1)可以分析除H和He以外的所有元素，可以直接得到电子能级结构的信息。(2)它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级，而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，互相干扰少，元素定性的标志性强。(3)是一种无损分析。

(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术。分析所需试样约10g即可，绝对灵敏

度高达10g，样品分析深度约2 nm。

它的缺点是由于X射线不易聚焦，因而照射面积大，不适于微区分析。

XPS中的化学位移作用：由于原子处于不同的化学环境里而引起的结合能位移称为化学位移。原子核附近的电子受核的引力和外层价电子的斥力，当失去价电子而氧化态升高时，电子与原子核的结合能增加，射出的光电子动能减小。化学位移的量值与价电子所处氧化态的程度和数目有关。氧化态愈高，则化学位移愈大。这种化学位移与氧化态有关的现象，在其他化合物中也是存在的，利用这一信息可研究化合物的组成。

13． 俄歇电子能谱分析的原理、应用及特点。原理：原子K层电子被击出，L层电子（L2）向K层跃迁，其能量差ΔE=EK-EL2可能不是以产生一个K系X射线光量子的形式释放，而是被邻近的电子（L2）所吸收，使这个电子受激发而成为自由电子，这就是俄歇效应，这个自由电子就称为俄歇电子。，俄歇电子的能量与参与俄歇过程的三个能级能量有关。定性分析：基本原理：如果样品中有某些元素存在，那么只要在合适的激发条件下，样品就会辐射出这些元素的特征谱线，在感光板的相应位置上就会出现这些谱线。检出某元素是否存在，必须有2条以上不受干扰的最后线与灵敏线。分析方法：常采用摄谱法，通过比较试样光谱与纯物质光谱或铁光谱来确定元素的存在。即标准试样光谱比较法和铁光谱比较法

定量分析：依据：lg I

 b lg

c 

lg

A

据此式可以绘制 lg

I  lg

c

校准曲线，进行定量分析。分析方法：校正曲线法和标准加入法6．

原子吸收光谱的基本原理与分析方法。

基本原理：当入射辐射的能量等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。原子吸收光谱位于紫外区和可见区。分析方法：标准曲线法和标准样加入法7．

红外光谱分析的基本原理、方法及应用。

基本原理：分子的振动具有一些特定的分裂的能级。当用红外光照射物质时，该物质结构中的质点会吸收一部分红外光的能量。引起质点振动能量的跃迁，从而使红外光透过物质时发生了吸收而产生红外吸收光谱。被吸收的特征频率取决于物质的化学成分和内部结构。每一种具有确定化学组成和结构特征的物质，都应具有特征的红外吸收谱图（谱带位置、谱带数目、谱带宽度、谱带强度）等。当化学组成和结构特征不同时，其特征吸收谱图也就发生了变化。方法：根据红外光谱的特征吸收谱图对物质进行分析鉴定工作，按其吸收的强度来测定它们的含量。应用：1）、有机化学领域，无机化合物、矿物的红外鉴定；2）、利用红外光谱可以测定分子的键长、键角大小，并推断分子的立体构型，或根据所得的力常数，间接得知化学键的强弱，也可以从简正振动频率来计算热力学函数等；3）、主要用途：对物质作定性分析和定量分析。8．

拉曼光谱分析的基本原理及应用。什么斯托克斯线和反斯托克斯线？什么是拉曼位移？

基本原理：按照量子理论，光的散射是光量子与分子碰撞的结果；分为：弹性散射和非弹性散射。

弹性散射：光量子与分子不交换能量，因而光量子的能量和频率保持不变。非弹性散射：光量子与分子之间有能量交换。有两种情况：（1）分子处于基态振动能级，与光子碰撞后，从光子中获取能量达到较高的能级。若与此相应的跃迁能级有关的频率是ν1，那么分子从低能级跃到高能级从入射光中得到的能量为hν1，而散射光子的能量要降低到hν0-hν1，频率降低为ν0-ν1。（2）分子处于振动的激发态上，并且在与光子相碰时可以把hν1的能量传给光子，形成一条能量为hν0+hν1和频率为ν0+ν1的谱线。

通常把低于入射光频的散射线ν0-ν1称为斯托克斯线。高于入射光频的散射线ν0+ν1称为反斯托克斯线。ν1称为拉曼位移，拉曼位移的大小取决于分子振动跃迁能级差。9．

X射线荧光光谱定性、定量分析的基本原理，什么是基本体吸收效应？如何消除？

定性分析——根据波长或能量确定成分；定量分析——根据强度确定成分含量。基本体吸收效应：试样的吸收系数与其成分有关，当试样的化学成分变化时，其吸收系数也随之改变。

元素A的荧光X射线强度不但与元素A的含量有关，还与试样内其他元素的种类和含量有关。

吸收包括两部分：一次X射线进入试样时所受的吸收和荧光X射线从试样射出时所受的吸收。

吸收的多少与X射线的波长和试样中各元素的含量、吸收系数及其吸收限有关。采用实验校正法、数学校正法消除10．

波谱仪与能谱仪的展谱原理及特点。11． XPS的分析原理是什么？

XPS的测量原理是建立在Einstein光电效应方程基础上的，光电子动能为：Ec =hv-EB-(-w)式中hv和-w是已知的，Ec可以用能量分析器测出，于是EB就知道了。同种元素的原子，不同能级上的电子EB不同，所以在相同的hv和-w下，同一元素会有不同能量的光电子，在能谱图上，就表现为不止一个谱峰。其中最强而又最易识别的就是主峰，主要用主峰来进行分析。不同元素，元素各支壳层的EB具有特定值，所以用能量分析器分析光电子的Ec，便可得出EB，对材料进行表面分析。12．

XPS的应用及特点，XPS中的化学位移有什么用？

X射线光电子能谱主要应用：分析表面化学元素的组成、化学态及其分布，特别是原子的价态、表面原子的电子密度、能级结构。即元素定性分析（元素以及该元素原子所处的化学状态）、定量分析、化合物结构鉴定、表面分析、深度分布分析

ΔE=EK-EL2-EL2 能量是特定的，与入射X射线波长无关，仅与产生俄歇效应的物质的元素种类有关。

应用：1）材料表面偏析、表面杂质分布、晶界元素分析；2）金属、半导体、复合材料等界面研究；

3）薄膜、多层膜生长机理的研究；4）表面的力学性质（如摩擦、磨损、粘着、断裂等）研究；

5）表面化学过程（如腐蚀、钝化、催化、晶间腐蚀、氢脆、氧化等）研究；6）集成电路掺杂的三维微区分析；7）固体表面吸附、清洁度、沾染物鉴定等。特点：1）作为固体表面分析法，其信息深度取决于俄歇电子逸出深度（电子平均自由程）。对于能量为50eV-2keV范围内的俄歇电子，逸出深度为0.4-2nm，深度分辨率约为l nm，横向分辨率取决于入射束斑大小。2）可分析除H、He以外的各种元素。3）对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵敏度。4）可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。14．

扫描隧道显微镜基本原理及特点、工作方式。

基本原理：量子力学认为：电子波函数ψ向表面传播，遇到边界，一部分被反射（ψR），而另一部分则可透过边界（ψT），从而形成金属表面上的电子云。粒子可以穿过比它能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。尖锐金属探针在样品表面扫描，利用针尖-样品间纳米间隙的量子隧道效应引起隧道电流与间隙大小呈指数关系，获得原子级样品表面形貌特征图象。

特点：1）STM结构简单。2）其实验可在多种环境中进行：如大气、超高真空或液体（包括在绝缘液体和电解液中）。3）工作温度范围较宽，可在mK到1100K范围内变化。这是目前任何一种显微技术都不能同时做到的。4）分辨率高，扫描隧道显微镜在水平和垂直分辨率可以分别达到0.1nm和0.01nm。因此可直接观察到材料表面的单个原子和原子在材料表面上的三维结构图像。5）在观测材料表面结构的同时，可得到材料表面的扫描隧道谱（STS），从而可以研究材料表面化学结构和电子状态。6）不能探测深层信息，无法直接观察绝缘体。工作方式：恒电流模式：扫描时，在偏压不变的情况下，始终保持隧道电流恒定；

恒高模式：始终控制针尖在样品表面某一水平高度上扫描，随样品表面高低起伏，隧道电流不断变化。15．

原子力显微镜工作原理及应用。

工作原理：原子力显微镜是一种类似于扫描隧道显微镜的显微技术，它的仪器构成（机械结构和控制系统）在很大程度上与扫描隧道显微镜相同。如用三维压电扫描器，反馈控制器等。它们的主要不同点是扫描隧道显微镜检测的是针尖和样品间的隧道电流，而原子力显微镜检测的是针尖和样品间的力。

应用：原子力显微镜对所分析样品的导电性无要求，已成为表面科学研究的重要手段，在金属、无机、半导体、电子、高分子等材料中得到了广泛应用。

（一）几十到几百纳米尺度的结构特征研究

（二）原子分辨率下的结构特征研究

（三）在液体环境下成像对材料进行研究

（四）测量、分析表面纳米级力学性能（吸附力、弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力等)

（五）实现对样品表面纳米加工与改性16．

什么是离子探针？离子探针的特点。

离子探针微区分析仪，简称离子探针。在功能方面离子探针与电子探针类似，只是以离子束代替电子束，以质谱仪代替X射线分析器。利用细小的高能（能量为1~20keV）离子束照射在样品表面，激发出正、负离子（二次离子）； 利用质谱仪对这些离子进行分析，测量离子的质荷比（m/e）和强度，确定固体表面所含元素的种类及其含量。

特点：1）可作同位素分析；2）可对几个原子层深度的极薄表层进行成分分析。利用离子束溅射逐层剥离，得到三维的成分信息；3）一次离子束斑直径缩小至微米量级时，可拍摄特定二次离子的扫描图像。并可探测极微量元素（50ppm）；417）可高灵敏度地分析包括氢、锂在内的轻元素，特别是可分析氢。．

场离子显微镜的成像原理。

当成像气体进入容器后，受到自身动能的驱使会有一部分达到阳极附近，在极高的电位梯度作用下气体原子发生极化，即使中性原子的正、负电荷中心分离而成为一个电偶极子。

极化原子被电场加速撞击样品表面，气体原子在针尖表面作连续的非弹性跳动。尽管样品的尖端表面呈半球形，可是由于原子的不可分性使得这一表面实质上是由许多原子平面的台阶所组成，处于台阶边缘的原子总是突出于平均的半球形表面而具有更小的曲率半径，在其附近的场强亦更高。

当弹跳中的极化原子陷入突出原子上方某一距离（约0.4nm）的高场区域时，若气体原子的外层电子能态符合样品中原子的空能级能态，该电子将有较高的几率通过“隧道效应”而穿过表面位垒进入样品，从而使成像气体原子变为正离子——场致电离。

此时，成像气体的离子由于受到电场的加速而径向地射出，当它们撞击观察荧光屏时，即可激发光信号。18．

什么是穆斯堡尔效应？穆斯堡尔谱的应用。无反冲核γ射线发射和共振吸收现象称为穆斯堡尔效应。原子核（发射体）从激发态跃迁到基态，发射出具有能量为 E（能级差）的 γ 光子.这一γ光子在通过同种元素处于基态的原子核（吸收体）时，将被原子核吸收。吸收体中的原子核吸收了γ光子的能量便可跃迁到激发态，这就是原子核的共振吸收。

应用：

（一）分析化学的工具。可用于测定矿石、合金和废物中的总含铁量和总含锡量。

（二）在金属材料研究中的应用。穆斯堡尔核作为试探原子，能获得原子尺度内微观结构的信息，是研究钢的淬火、回火，有序-无序转变、时效析出、固溶体分解等过程的动力学，晶体学和相结构等问题的有效工具。

（三）磁性材料研究。可用于判断各种磁性化合物结构的有效手段。可用于测定反铁磁性的奈尔点、居里点和其它各种类型的磁转变临界点；也可用于测定易磁化轴，研究磁性材料中的非磁性相。

（四）生物学和生物化学的应用。可用于研究包括红血蛋白、肌红蛋白、氧化酶、过氧化酶、铁氧还原蛋白和细胞色素等范围极广的含铁蛋白质的结构和反应机理研究。

（五）地质、考古方面，穆斯堡尔谱学也是一种有用的“指纹”工具。19． 核磁共振的基本原理及共振条件。20． DTA的基本原理，DTA在材料研究中有什么用处？

原理：在程序控制温度下，测量物质与参比物（基准物）的温度差随时间或温度变化。当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使样品温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上得到放热或吸热峰。

用处：

1、凡是在加热（或冷却）过程中，因物理-化学变化而产生热效应的物质，均可利用差热分析法加以研究。合金相图的建立、玻璃及陶瓷相态结构的变化、非晶晶化动力学的研究、凝胶材料烧结进程研究

2、可用于部分化合物的鉴定

3、依据差热分析曲线特征，如各种吸热与放热峰的个数、形状及位置等，可定性分析物质的物理或化学变化过程，还可依据峰面积半定量地测定反应热。21． 影响差热曲线形态的因素主要有哪些？

（一）实验条件的影响1．升温速率的影响。程序升温速率主要影响DTA曲线的峰位和峰形，升温速率越大，峰位越向高温方向迁移以及峰形越陡。2．气氛的影响

3．参比物的影响

（二）仪器因素的影响。仪器因素是指与热分析仪有关的影响因素，主要包括：加热炉的结构与尺寸、坩埚材料与形状、热电偶性能及位置等。

（三）样品的影响1．样品用量的影响。通常用量不宜过多，因为过多会使样品内部传热慢、温度梯度大，导致峰形扩大和分辨率下降。2．样品形状及装填的影响。样品形状不同所得热效应的峰的面积不同，以采用小颗粒样品为好，通常样品应磨细过筛并在坩埚中装填均匀。3．样品的热历史的影响。许多材料往往由于热历史的不同面产生不同的晶型或相态，以致对DTA曲线有较大的影响 22． DSC的基本原理及应用。

DSC（差示扫描量热法）是在程序控制温度下，测量输入给样品和参比物的功率差与温度之间关系的一种热分析方法。

应用：差示扫描量热法与差热分析法的应用功能有许多相同之处，但由于DSC克服了DTA以ΔT间接表达物质热效应的缺陷，分辨率高、灵敏度高等优点，因而能定量测定多种热力学和动力学参数，且可进行晶体微细结构分析等工作。样品焓变的测定、样品比热的测定、研究合金的有序—无序转变、23． 相干散射与非相干散射及对衍射的贡献。24． 光电效应、荧光辐射、俄歇效应，荧光产率与俄歇电子产率。

光电效应：在外界光的作用下，物体（主要指固体）中的原子吸收光子的能量，使其某一层的电子摆脱其所受的束缚，在物体中运动，直到这些电子到达表面。如果能量足够、方向合适，便可离开物体的表面而逸出，成为光电子。

荧光辐射：处于激发态的原子，要通过电子跃迁向较低的能态转化，同时辐射出被照物质的特征x射线，这种由入射x射线激发出的特征x射线，称为二次特征x射线（荧光x射线）此种辐射又称为荧光辐射

俄歇效应：原子K层电子被击出，L层电子（L2）向K层跃迁，其能量差ΔE=EK-EL2可能不是以产生一个K系X射线光量子的形式释放，而是被邻近的电子（L2）所吸收，使这个电子受激发而成为自由电子，这就是俄歇效应