兰州大学803材料科学基础真题

feng逸安 · 发表于 2014-7-9 11:59

一、简答题
1、用波尔模型解释氢原子模型，并解释波尔模型的缺陷是什么
答：波尔原子模型假设电子在分立的电子轨道上绕原子核旋转，任一个电子的位置都可用轨道来定义。另一个重要的量子力学原理规定，电子的能量是量子化的，就是说，电子只允许有某些特定的能量值。
后来发现波尔模型有明显的局限性，他不能解释有些与电子有关的现象，波动力学模型解决了这些问题。波动力学模型中，把电子看作既具有类似波的特性，又具有类似粒子的特性，这个模型不在把电子作为在分立轨道上运动的粒子来处理，而把电子的位置看成电子在核外不同地方出现的几率。
2、解释热塑性塑料韧性变形时的分子结构变化。
答：变形前两个折叠片晶和片晶之间的非晶材料；变形初始阶段，非晶区域内的分子链伸出，沿着载荷方向互相滑移，片晶仅仅移动；然后片晶翻转，使得折叠链沿着拉伸轴排列；进一步形变，片晶分裂，碎片之间通过分子链任然相连；碎片和连接链都沿着拉伸方向取向。
3、解释替换扩散与间隙扩散机制。
答：空位扩散机制包含原子从正常晶格位置向相邻空晶位或空位换位。间隙扩散包含原子从间隙位置向相邻空隙位置的迁移。
4、解释并画出下列两种材料的能带图，指出受主与施主能级，a)P-型半导体 b)n-型半导体。

5、解释孪晶与孪晶界，并说明机械孪晶与退火孪晶的区别。
答：孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面（即特定取向关系）构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为"孪晶"，此公共晶面就称孪晶面。机械孪晶与退火孪晶的区别：首先，两个的形成条件不同，一个是在机械力作用下产生，一个是在退火热处理时候产生。其次产生的晶体结构不同，人们在典型的FCC晶体结构的金属中发现退火孪晶，而在BCC和HCP金属中观察到机械孪晶。
6、在工程中，工程师在检测桥梁或混凝土结构时候时，发现有裂纹会在裂纹尖端打一个小孔，什么作用（为什么）?
答：裂纹尖端打一个小孔，其作用是在裂纹尖端产生一个压应力使裂纹收紧，阻止裂纹的进一步扩展。
7、磁性的产生有什么方式，为什么会有铁磁性和亚铁磁性
答：运动的带电粒子产生磁力。铁磁性是一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象。铁磁性的原理可由两个量子力学描述的现象成功的预测：自旋和泡利不相容原理。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。当施加外磁场后，其磁化强度随外磁场的变化与铁磁性物质相似。亚铁磁性与反铁磁性具有相同的物理本质，只是亚铁磁体中反平行的自旋磁矩大小不等，因而存在部分抵消不尽的自发磁矩，类似于铁磁体。铁氧体大都是亚铁磁体。
8、说明LASER来源哪里？laser的工作原理。
答：LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 激光器，受激辐射式光频放大器。组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，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”。
二、计算题与设计题;1-5各10分，6题20分
1、FCC固溶体最大间隙位置是在（1/2,0,0）（0,1/2,0）（0,0,1/2）处，计算间隙大小。
解：已知FCC固溶体最大间隙位置是在（1/2,0,0）（0,1/2,0）（0,0,1/2）处，可知最大间隙是八面体间隙。根据公式：
r = = = 0.414R
2、乙烯分子量15000，求聚合度
解：已知  = 15000g/mol， = 2（12.01g/mol）+ 4（1.01g/mol）= 28.06 g/mol
则  nn  =    =    =  535

3、电容V=1500，Q=4X10-5c， l = 2 X10-2（a）求真空填充时的电容板面积（b）中间填氧化铝时（介电常数9）的电容板的面积
解：根据公式C = ε0  = A = = 60.26 m2
C =εrε0  = A = = 6.70 m2
4、一个ZnS掺杂材料带隙能1.4ev，问在什么条件下能发生跃迁λ
解：这些伴随吸收的激发只有在光子能量大于ZnS掺杂材料带隙能1.4ev时才能发生，也就是说，
hν＞ Eg 或
则 λ ＜  = = 885 nm
5、计算FCC晶体中（a）晶胞中的原子个数，晶格a（b）原子相关数（c）原子尺寸（d）堆垛因子数
解：在FCC晶包中，含有4个原子。相关数为12，
4R =  a  所以  R =
AFP = = = 0.74

6、一复合材料，用硼纤维作成的6360-Al，其中硼纤维直径d=12.5mm，在其外面刷一层钨W后直径是107mm。基体体积分数占49% ，纤维体积分数占51%。在受轴向拉伸应力时，等应力条件下，该复合材料拉伸模量是多少，（其中硼纤维拉伸模量为170GPa，基体拉伸模量40.1GPa ，钨的拉伸模量470GPa）
解：