《材料物理性能》测试题汇总byb.docx

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1、材料物物理性能能测试试题1、利用用热膨胀胀曲线确确定组织织转变临临界点通通常采取取的两种种方法是是：、2、列举举三种你你所知道道的热分分析方法法：、3、磁各各向异性性一般包包括、等。4、热电电效应包包括效应应、效应应、效应应，半导导体制冷冷利用的的是效应应。5、产生生非线性性光学现现象的三三个条件件是、。6、激光光材料由由和组成，前前者的主主要作用用是为后后者提供供一个合合适的晶晶格场。7、压电电功能材材料一般般利用压压电材料料的功能能、功能能、功能能、功能能或功能能。8、拉伸伸时弹性性比功的的计算式式为，从从该式看看，提高高弹性比比功的途途径有二二：或，作为为减振或或储能元元件，应应具有弹弹

2、性比功功。9、粘着着磨损的的形貌特特征是，磨磨粒磨损损的形貌貌特征是是。10、材材料在恒恒变形的的条件下下，随着着时间的的延长，弹弹性应力力逐渐的的现象称称为应力力松弛，材材料抵抗抗应力松松弛的能能力称为为。1、导温温系数反反映的是是温度变变化过程程中材料料各部分分温度趋趋于一致致的能力力。 （）2、只有有在高温温且材料料透明、半半透明时时，才有有必要考考虑光子子热导的的贡献。 （）3、原子子磁距不不为零的的必要条条件是存存在未排排满的电电子层。 （ ）4、量子子自由电电子理论论和能带带理论均均认为电电子随能能量的分分布服从从FD分分布。（ ）5、由于于晶格热热振动的的加剧，金金属和半半导体的

3、的电阻率率均随温温度的升升高而增增大。（ ）6、直流流电位差差计法和和四点探探针法测测量电阻率率均可以以消除接接触电阻阻的影响响。（ ）7、由于于严格的的对应关关系，材材料的发发射光谱谱等于其其吸收光光谱。（）8、 凡凡是铁电电体一定定同时具具备压电电效应和和热释电电效应。 （ ）9、硬度度数值的的物理意意义取决决于所采采用的硬硬度实验验方法。（）10、对对于高温温力学性性能，所所谓温度度高低仅仅具有相相对的意意义。 （ ）1、关于于材料热热容的影影响因素素，下列列说法中中不正确确的是 （ ） A 热热容是一一个与温温度相关关的物理理量，因因此需要要用微分分来精确确定义。BB 实验验证明，高高

4、温下化化合物的的热容可可由柯普普定律描描述。C 德拜拜热容模模型已经经能够精精确描述述材料热热容随温温度的变变化。DD材料热热容与温温度的精精确关系系一般由由实验来来确定。2、 关关于热膨膨胀，下下列说法法中不正正确的是是 （ ）A 各向向同性材材料的体体膨胀系系数是线线膨胀系系数的三三倍。 B 各各向异性性材料的的体膨胀胀系数等等于三个个晶轴方方向热膨膨胀系数数的加和和。C 热膨膨胀的微微观机理理是由于于温度升升高，点点缺陷密密度增高高引起晶晶格膨胀胀。D 由于本本质相同同，热膨膨胀与热热容随温温度变化化的趋势势相同。3、下面面列举的的磁性中中属于强强磁性的的是 （ ）A 顺磁磁性 B 亚铁

5、磁磁性 C反铁铁磁性 D抗磁磁性4、关于于影响材材料铁磁磁性的因因素，下下列说法法中正确确的是 （ ）A 温度度升高使使得MSS、BR、HC均降低低。 BB 温度度升高使使得MSS、BR降低，HHC升高。C 冷塑塑性变形形使得 DD 冷塑塑性变形形使得5、下面面哪种效效应不属属于半导导体敏感感效应。 （ ）A 磁敏敏效应 B 热热敏效应应 CC巴克豪豪森效应应 D压敏敏效应6、关于于影响材材料导电电性的因因素，下下列说法法中正确确的是 （ ）A 由由于晶格格振动加加剧散射射增大，金金属和半半导体电电阻率均均随温度度上升而而升高。B 冷冷塑性变变形对金金属电阻阻率的影影响没有有一定规规律。C “

6、热塑性性变形退火态态的电阻阻率”的电阻阻率高于于“热塑性性变形淬火态态”D 一般般情况下下，固溶溶体的电电阻率高高于组元元的电阻阻率。7、下面面哪种器器件利用用了压电电材料的的热释电电功能（ ） A 电电控光闸闸 B 红外探探测器 CC铁电显显示器件件 D晶体体振荡器器8、下关关于铁磁磁性和铁铁电性，下下面说法法中不正正确的是是 （ ）A都以存存在畴结结构为必必要条件件 B 都都存在矫矫顽场 C都以存存在畴结结构为充充分条件件 D 都都存在居居里点 9、下列列硬度实实验方法法中不属属于静载载压入法法的是 （ ）A 布氏氏硬度 B肖氏氏硬度 CC 洛氏氏硬度 D显微微硬度10、关关于高温温蠕变性

7、性能，下下列说法法中不正正确的是是 （ ）A 蠕变变发生的的机理与与应力水水平无关关。 B粗粗化晶粒粒是提高高钢持久久强度的的途径之之一。C 松弛弛稳定性性可以评评价材料料的高温温预紧能能力。 D 蠕蠕变的热热激活能能与材料料的化学学成分有有关。四、简答答题（每每题6分，共共30分）：1、以杜杜隆珀珀替定律律为例，简简要回答答热容模模型的推推导步骤骤。2、直接接交换作作用是如如何解释释自发磁磁化现象象的？3、什么么是霍耳耳效应，简要回答其在电学性能中的应用。4、如何何理解反反射系数数和折射射率的关关系？5、以BBaTiiO3晶体为为例，简简要说明明热运动动引起的的自发极极化。铁磁性材材料的技技

8、术磁化化过程分分为哪几几个阶段段，请用用简图表表示并用用文字简简单说明明各阶段段的含义义，指出出如何从从该图求求得自发发磁化强强度。压电体：某些电电介质施施加机械械力而引引起它们们内部正正负电荷荷中心相相对位移移，产生生极化，从从而导致致介质两两端表面面内出现现符号相相反的束束缚电荷荷。在一一定应力力范围内内，机械械力与电电荷呈线线性可逆逆关系这这类物质质导体：在在外电场场的作用用下，大大量共有有化电子子很易获获得能量量，集体体定向流流动形成成电流的的物体半导体：能带结结构的满满带与空空带之间间也是禁禁带，但但是禁带带很窄，导导电性能能介于导导体和半半导体之之间的物物体绝缘体：在外电电场的作作

9、用下，共共有化电电子很难难接受外外电场的的能量，难以导通电流的物体热电效应应：当材材料存在在电位差差时会产产生电流流，存在在温度差差时会产产生热流流的这种种现象电光效应应：铁电电体的极极化能随随E而改改变，因因而晶体体的折射射率也将将随E改改变，这这种由外外电场引引起晶体体折射率率的变化化一般吸收收：在光光学材料料中，石石英对所所有可见见光几乎乎都透明明的，在在紫外波波段也有有很好的的透光性性能，且且吸收系系数不变变的这种种现象选择吸收收: 对对于波长长范围为为3.555.0mm的红外外光却是是不透明明的，且且吸收系系数随波波长剧烈烈变化的的这种现现象发光效率率：发光光体把受受激发时时吸收的的

10、能量转转换为光光能的能能力受激辐射射：当一一个能量量满足hhv=EE2-EE1的光光子趋近近高能级级E2的的原子时时，入射射的光子子诱导高高能级原原子发射射一个和和自己性性质完全全相同的的光子的的过程因瓦效应应：将与与因瓦反反常相关关联的其其它物理理特性的的反常行行为简答题电介质导导电的概概念、详详细类别别、来源源。概念：并并不是所所有的电电介质都都是理想想的绝缘缘体，在在外电场场作用下下，介质质中都会会有一个个很小的的电流类别：一一类是源源于晶体体点阵中中基本离离子的运运动，称称为离子子固有电电导或本本征电导导，这种种电导是是热缺陷陷形成的的，即是是由离子子自身随随着热运运动的加加剧而离离开

11、晶格格点阵形形成。另另一类是是源于结结合力较较弱的杂杂质离子子的运动动造成的的，称为为杂质电电导来源（导导电方式式）：电电子与空空穴（电电子电导导）；移移动额正正负离子子电导（离离子电导导）。对对于离子子电导，必必须需要要指出的的是：在在较低场场强下，存存在离子子电导；在高场场强下，呈呈现电子子电导。硬磁材料料与软磁磁材料各各自的特特点与区区别。软磁材料料：磁滞滞回线瘦瘦长，高、 Ms高、 Hc小、 Mr低，如如变压器器铁芯，常常用材料料如工业业纯铁、硅硅铁、铁铁镍合金金、铁钴钴合金等等。硬磁（永永磁）材材料：磁磁滞回线线短粗，低、 Hc与 Mr高，常用材料如铁氧体、铝镍、稀土钴、稀土镍合金等

12、，80年代发展的Nd-Fe-B系合金Mr/MMs接近近于1的矩形形回线材材料即矩矩磁材料料是理想想的磁记记录材料料。请简要回回答热电电性的三三个基本本热电效效应。电滞回线线的各个个物理量量的名称称和物理理意义。极化强度度P，外外加电场场E，饱饱和极化化强度PPs，剩剩余极化化强度PPr，矫矫顽电场场强度EEc磁滞回线线的各个个物理量量的名称称和物理理意义。Hs称为为使磁化化强度达达到饱和和时的磁磁场强度度，饱和和磁感应应强度BBs，Ms称为为饱和磁磁化强度度，Mrr称为剩剩余磁化化强度，要要使M降至0，必须须施加一一反向磁磁场HHc， Hc称为为磁矫顽顽力，请基于磁磁化率给给物质磁磁性分类类，

13、并说说明各类类的物质质磁化难难以程度度。简要回答答物质磁磁性的来来源任何物质质由原子子组成，原原子又有有带正电电的原子子核（核核子）和和带负电电的电子子构成。核核子和电电子本身身都在做做自旋运运动，电电子又沿沿一定轨轨道绕核核子做循循规运动动。它们们的这些些运动形形成闭合合电流，从从而产生生磁矩。材料磁性性的本源源是：材材料内部部电子的的循规运运动和自自旋运动动。为什么自自发磁化化要分很很多的磁磁畴。交换能力力图使整整个晶体体自发磁磁化至饱饱和，磁磁化方向向沿着晶晶体易磁磁化方向向，就使使交换能能和各向向异性能能都达到到最小值值。但必必然在端端面处产产生磁极极，形成成退磁化化场，增增加了退退磁

14、场能能，从而而将破坏坏已形成成的自发发磁化，相相互作用用的结果果使大磁磁畴分割割为小磁磁畴，即即减少退退磁能是是分畴的的基本动动力。分分畴后退退磁能虽虽减小，但但增加了了畴壁能能，使得得不能无无限制分分畴。当当畴壁能能与退磁磁能之和和最小时时，分畴畴停止。（局局部的退退磁场作作用下，出出现三角角形畴（副副畴，塞塞漏畴），与与主磁畴畴路闭合合，减少少了退磁磁能，但但增加各各向异性性能、磁磁弹性能能）正常情况况下，为为什么半半导体材材料的电电阻随着着温度的的升高而而降低。载流子密密度正常情况况下，为为什么金金属的电电导率随随着温度度的升高高而降低低。金属材料料随温度度升高，离离子热振振动的振振幅增

15、大大，电子子就愈易易受到散散射，可可认为与温度度成正比比，则也与温温度成正正比。影响金属属导电性性的因素素有哪些些。为什么金金属化合合物的导导电性要要低于单单一金属属，请基基于电离离势能方方面的差差异进行行简要说说明。（1）晶晶体点阵阵畸变；（2）杂杂质对理理想晶体体的破坏坏；（33）影响响了能带带结构，移移动费米米面及电电子能态态密度和和有效电电导电子子数；（44）影响响了弹性性常数。过过渡金属属与贵金金属两组组元固溶溶时：电电阻异常常高，原原因它们们的价电电子可以以转移到到过渡金金属的尚尚未被填填满的dd-或ff-壳层层中，从从而使有有效电导导的电子子数目减减少。原原子键合合的方式式发生了

16、了变化，其其中至少少一部分分由金属属键变为为共价键键获离子子键，使使导电电电子减少少。超导体为为什么具具有完全全的抗磁磁性。这是由于于外磁场场在试样样表面感感应产生生一个感感应电流流，此电电流由于于所经路路径电阻阻为0，故故它所产产生的附附加磁场场总是与与外磁场场大小相相等，方方向相反反，因而而使超导导体内的的合成磁磁场为零零。由于于此感应应电流能能将外磁磁场从超超导体内内挤出，故故称抗磁磁感应电电流，又又因其能能起着屏屏蔽磁场场的作用用，又称称屏蔽电电流。简述本证证硅的导导电机理理。导电机理理：在热热、光等等外界条条件的影影响下，满满带上的的价电子子获得足足够的能能量，跃跃过禁带带跃迁至至空

17、带而而成为自自由电子子，同时时在满带带中留下下电子空空穴，自自由电子子和电子子空穴在在外加电电场的作作用下定定向移动动形成电电流。简述硅中中掺杂硼硼的导电电机理（要要有示意意图）在本征半半导体中中，掺入入3价元素素的杂质质（硼，铝铝，镓，铟铟），就就可以使使晶体中中空穴浓浓度大大大增加。因因为3价元素素的原子子只有33个价电电子，当当它顶替替晶格中中的一个个4价元素素原子，并并与周围围的4个硅（或或锗）原原子组成成4个共价价键时，缺缺少一个个价电子子，形成成一个空空位。因因为，33价元素素形成的的空位能能级非常常靠近价价带顶的的能量，在在价电子子共有化化运动中中，相邻邻的原子子上的价价电子就就

18、很容易易来填补补这个空空位（较较跃迁至至禁带以以上的空空带容易易的多），从从而产生生一个空空穴。所所以每一一个三价价杂质元元素的原原子都能能接受一一个价电电子，而而在价带带中产生生一个空空穴。简述硅中中掺杂砷砷的导电电机理（要要有示意意图）本征半导导体中掺掺入5价元素素（磷，砷砷，锑）就就可使晶晶体中的的自由电电子的浓浓度极大大地增加加。因为为5价元素素的原子子有5个价电电子，当当它顶替替晶格中中的一个个4价元素素的原子子时，余余下了11个价电电子变成成多余的的，此电电子的能能级非常常靠近导导带底，非非常容易易进入导导带成为为自由电电子，因因而导带带中的自自由电子子较本征征半导体体显著增增多，

19、导导电性能能大幅度度提高。 简述介质质损耗的的几种形形式及造造成这几几种损耗耗的原因因。介质损耗耗形式：1）电导导（或漏漏导）损损耗 实实际使用用的电介介质都不不是理想想的绝缘缘体，都都或多或或少地存存在一些些弱联系系带电离离子或空空穴，在在E 作作用下产产生漏导导电流，发发热，产产生损耗耗。 低场强下下，存在在离子电电导（本本征电导导和杂质质电导）；高场强强下，电电子电导导。2）极化化损耗 一一方面：极化过过程中离离子要在在E作用用下克服服热运动动消耗能能量，引引起损耗耗。另一方面面：松弛弛极化建建立时间间较长，极极化跟不不上外EE的变化化（特别别是交流流频率较较高时），所所造成的的电矩往往

20、往滞后后于E，即即E达最最大时，极极化引起起的极化化电荷未未达最大大，当EE开始减减小时，极极化仍继继续增至至最大值值后才开开始减小小，当EE为0时时，极化化尚未完完全消除除，当外外E反向向时，极极板上遗遗留的部部分电荷荷中和了了电源对对极板充充电的部部分电荷荷，并以以热的形形式散发发，产生生损耗。3）电离离损耗 又称游游离损耗耗，是气气体引起起的，含含气孔的的固体电电介质，外外E大于于气体电电离所需需的E时时，气体体发生电电离吸收收能量，造造成损耗耗。 剩余极化化的形成成过程。铁电畴在在外电场场作用下下，总是是要趋于于与外电电场方向向一致，这这称为电电畴的“转向”。实际际上电畴畴运动是是通过

21、在在外电场场作用下下新畴的的出现、发发展以及及畴壁的的移动来来实现的的，而且且由于转转向时引引起较大大内应力力，所以以这种转转向不稳稳定。当当外加电电场撤去去后，则则有小部部分电畴畴偏离极极化方向向，恢复复原位，而而大部分分电畴则则停留在在新转向向的极化化方向上上，这叫叫剩余极极化。铁电畴转转向过程程，包括括在畴壁壁附近的的作用过过程。在外电场场的推动动下，电电畴会随随外电场场方向出出现转向向运动。其其运动过过程分为为新畴成成核、发发展和畴畴壁移动动来实现现。畴：反反向电场场（边边沿，缺缺陷处即即成核）新新畴尖劈状状的新畴畴向前端端发展（因因畴前移移速度快快几个 数量级级）,畴不产产生应力力（

22、因自自发极化化反平行行），一一般需耗耗较大电电场能。畴畴：对于于畴的“转向”虽然也也产生针针状电畴畴，但是是主要是是通过畴的侧侧向运动动来实现现。但因因晶轴的的长缩方方向不一一致，而而产生应应力并引引起近邻邻晶胞承承受压力力。为什么铁铁电单晶晶剩余极极化值比比铁电陶陶瓷高。实际的铁铁电体中中，必然然同时存存在畴和畴，并并且相互互影响，相相互牵制制。尤其其多晶陶陶瓷中杂杂质，缺缺陷，晶晶粒间界界，空间间电荷的的存在将将给电畴畴的转向向带来电电的或机机械应力力方面的的影响，故故铁电陶陶瓷在外外电场作作用下的的定向移移动率，通通常比铁铁电单晶晶的定向向率低的的多压电体产产生压电电效应的的机制是是什么

23、,请简要要画出压压电效应应的机理理示意图图。因为机械械作用（应应力与应应变）引引起了晶晶体介质质的极化化，从而而导致介介质两端端表面内内出现符符号相反反的束缚缚电荷。综合题引起电介介质击穿穿的形式式及其对对应物理理机制。击穿形式式： 1）电电击穿 是一一电过程程，仅有有电子参参与。过过程：强强电场作作用下，少少数能量量高的“自由电电子”，沿反反电场方方向运动动，形成成电流（漏漏电流），其其运动过过程中不不断碰撞撞介质内内的离子子，并将将其部分分能量传传递给离离子。当当外电压压足够高高时， “自由电电子”速度超超过某一一临界值值，就使使被撞击击的离子子电离出出一些新新电子，即即成为“次级电电子”

24、，原自自由电子子与次级级电子又又从电场场中获得得能量而而加速，又又撞击出出三级电电子，这这样连锁锁反应，造造成大量量自由电电子，形形成“电子潮潮”，使贯贯串介质质的电流流迅速增增大，导导致介质质击穿。2）热击击穿 绝缘缘材料在在电场作作用下出出现各种种消耗，部部分电能能转换为为热能，外外电压足足够高时时，产生生的热量量大于散散发热量量，温度度升高，产产生热量量进一步步增加，这这样恶性性循环，使使材料不不断升温温，超过过一定限限度，介介质被烧烧裂，熔熔融等，丧丧失绝缘缘能力，称称介质的的“热击穿穿”。3）化学学击穿 长期期运行在在高温、潮潮湿、高高压或腐腐蚀性气气体环境境中的绝绝缘材料料，内部部

25、发生电电解、腐腐蚀、氧氧化、还还原、气气孔中气气体电离离等不可可逆的化化学过程程，经一一定时间间，材料料老化，丧丧失绝缘缘性能，导导致击穿穿。如氧氧化物还还原出金金属离子子。超导现象象的物理理机制是是什么。超导现象象产生的的原因是是超导体体中的电电子在超超导态时时，电子子间存在在着特殊殊的吸引引力，而而不是正正常态时时的静电电斥力。这这种吸引引力使电电子双双双结成电电子对。它它是超导导态电子子与晶格格点阵间间相互作作用产生生的结果果。使动动量和自自旋方向向相反的的两个电电子ell、e22结成了了电子对对，称为为库柏电电子对请阐明PP2099页图44.199的物理理特征。、可见光光中波长长最短的

26、的是紫光光，波长长最长的的是红光光：、所以，Eg1.8eV的半导体材料，是不透明的，因为所有可见光都可以通过激发价带电子向导带转移而被吸收。、Eg=1.883.11的非金金属材料料，是带带色透明明的，因因为只有有部分可可见光通通过激发发价带电电子向导导带转移移而被材材料吸收收。铁磁性物物质产生生铁磁性性的充分分条件及及自发磁磁化的物物理机制制。铁磁性产产生的充充分条件件：原子子内部要要有未填填满的电电子壳层层（或说说存在固固有磁矩矩），且且A具有有较大的的正值（或或说可发发生自发发磁化）。前前者是指指原子的的本征磁磁矩，后后者指的的是要有有一定的的晶体点点阵结构构。机理理：据键键合理论论，原子

27、子相互接接近形成成分子时时，电子子云要相相互重叠叠，电子子要相互互交换位位置。对对过渡族族金属，原原子的33d与44s态能能量接近近，它们们电子云云重叠时时引起了了3d、44S态电电子的交交换。交交换所产产生的静静电作用用力称为为交换力力，交换换力的作作用迫使使相邻原原子的自自旋磁矩矩产生有有序的排排列。因因交换作作用而产产生的附附加能量量称为交交换能：金属半半导体接接触时，请请基于逸逸出功大大小阐述述接触电电效应。假定金属属的逸出出功MM大于半半导体的的逸出功功 SS ，当当形成MMS结时时，半导导体中的的电子会会向金属属中扩散散，使金金属表面面带负电电，半导导体表面面带正电电，能带带发生移

28、移动，形形成新的的费米能能而达到到平衡，不不在有静静电子的的流动，形形成了接接触电位位差，VVMS = (M - S)/e. 并在在接触界界面出现现一个由由半导体体指向金金属的内内电场，阻阻碍载流流子的继继续扩散散。也形形成了耗耗尽层，能能带向上上弯曲，在在金属与与半导体体两侧形形成势垒垒高度稍稍有不同同的肖特特基势垒垒。这种种MS结具具有整流流作用。当当M 2/33D时时，线性性关系已已足够正正确，即即在室温温和更高高一些温温度都可可写成：T= 0(11+T)，为电阻阻温度系系数。在低温下下决定于于“电子-电子”散射的的电阻可可能占优优势，这这是由于于在此低低温下决决定于声声子散射射的电阻阻大大减减弱的缘缘故（低低温下晶晶格振动动大大减减弱），这这时的电电阻与温温度的平平方成正正比，即即电-电T22，普通通非过渡渡金属的的电阻与与温度的的关系示示于右图图。即：存在在如下关关系：1电电声 T（TD）2电电声 T55（TD）3电电电 T22（T22K）说明物质质的抗磁磁性、顺顺磁性、铁铁磁性、反反铁磁性性及亚铁铁磁性之之间的异异同点？答：在五五种磁性性物质中中，只有有抗磁性性物质没没有永久久性的离离子（或或原子）磁磁矩，其其他四种种都有永