材料科學(xué)與實(shí)驗(yàn)問答題

材料科學(xué)與實(shí)驗(yàn)問答題

實(shí)驗(yàn)1思考題1、如何根據(jù)聚合物材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線來判斷材料的性能？（1）材料硬而脆：在較大應(yīng)力作用下，材料僅發(fā)生較小的應(yīng)變，并在屈服點(diǎn)之前發(fā)生斷裂，具有高的模量和抗張強(qiáng)度，但受力呈脆性斷裂，沖擊強(qiáng)度較差。

（2）材料硬而強(qiáng)：在較大應(yīng)力作用下，材料發(fā)生較小的應(yīng)變，在屈服點(diǎn)附近斷裂，具高模量和抗張強(qiáng)度。

（4）材料軟而韌：模量低，屈服強(qiáng)度低，斷裂伸長率大，斷裂強(qiáng)度較高，可用于要求形變較大的材料。

（3）材料硬而韌：具高模量和抗張強(qiáng)度，斷裂伸長率較大，材料受力時(shí)，屬韌性斷裂。

以上三種聚合物由于強(qiáng)度較大，適于用做工程塑料。

（5）材料軟而弱：模量低，屈服強(qiáng)度低，中等斷裂伸長率。如未硫化的天然橡膠。

（6）材料弱而脆：一般為低聚物，不能直接用做材料。2、在拉伸實(shí)驗(yàn)中，如何測定模量？彈性模量就是應(yīng)力與應(yīng)變的比值，也就是拉伸實(shí)驗(yàn)得到的曲線中彈性部分直線的斜率3、拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率會(huì)隨拉伸速度的改變而變化嗎？為什么？拉伸速度越快，斷裂伸長率越小，拉伸強(qiáng)度越大。數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，測試時(shí)間短，實(shí)驗(yàn)誤差大拉伸速度越慢，斷裂伸長率越大，拉伸強(qiáng)度越小。數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，測試時(shí)間長，實(shí)驗(yàn)誤差小因?yàn)槔焖俣仍娇欤叻肿硬牧蟽?nèi)部分子還來不及改變自己分子鏈結(jié)構(gòu)來適用拉伸就已經(jīng)超過了整個(gè)材料的屈服，所以容易被拉斷伸長率變小，但是這個(gè)時(shí)候同時(shí)被拉斷的分子有很多，所以強(qiáng)度大。而速度慢的時(shí)候內(nèi)部分子有時(shí)間通過改變分子鍵價(jià)結(jié)構(gòu)來適用這個(gè)拉力，所以伸長率變大；整個(gè)過程屈服的作用就不那么明顯，所以強(qiáng)度變小。4、結(jié)晶聚合物（如POM)與無定形聚合物（如PS)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線有何不同？塑料與橡膠呢？晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)，經(jīng)歷了五個(gè)階段。除了E和σt都較大外，其主要特點(diǎn)是細(xì)頸化和冷拉。所謂“細(xì)頸化”是指試樣在一處或幾處薄弱環(huán)節(jié)首先變細(xì)，此后細(xì)頸部分不斷擴(kuò)展，非細(xì)頸部分逐漸縮短，直至整個(gè)試樣變細(xì)為止。這一階段應(yīng)力不變，應(yīng)變可達(dá)500％以上。由于是在較低溫度下出現(xiàn)的不均勻拉伸（注：玻璃態(tài)聚合物試樣在拉伸時(shí)橫截面是均勻收縮的），所以又稱為“冷拉”。

細(xì)頸化和冷拉的產(chǎn)生原因是結(jié)晶形態(tài)的變化，在彈性形變階段球晶只是發(fā)生仿射形變（即球晶的伸長率與試樣伸長率相同）成為橢球形，繼而在球晶的薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生破壞，組成球晶的晶片被拉出來，分子鏈發(fā)生重排，取向和再結(jié)晶成纖維狀晶。這一階段如同毛線從線團(tuán)中不斷被抽出，無需多少力，所以應(yīng)力維持不變。2.影響介電常數(shù)的因素有哪些？測試過程中應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？（實(shí)驗(yàn)三電容器陶瓷制備、介電特性測試與分析周昌榮）元件的電容C,電極面積A和電極間的距離t;測試過程中應(yīng)注意測試片的正負(fù)極，極化電壓，極化時(shí)間，及測量時(shí)的安全性，測量完每一片后要將高壓直流電源關(guān)閉后方可拿出來，LCRmeter測量儀的示數(shù)注意單位。3、濺射法制備導(dǎo)電氧化物薄膜及性能評價(jià)（1）沉積薄膜之前，基片為什么要進(jìn)行清洗？①、光學(xué)鍍膜一般都要求外觀良好，比如說1mm，0.5mm，甚至0.1mm的膜下臟污，脫膜，都會(huì)被判定為次品。②、薄膜與玻璃結(jié)合力強(qiáng)弱直接與玻璃表面的干凈程度有關(guān)系。③、如不加清洗，在鍍膜前看不到的臟污，會(huì)在鍍膜后成為顏色不均勻現(xiàn)象。在很多情況下都是不合格的。(2)ITO薄膜沉積過程為什么要通入氧氣？

1、氧氣是ITO薄膜制備反應(yīng)的反應(yīng)物2、在薄膜制備過程中氧分壓高低會(huì)影響ITO薄膜的導(dǎo)電率。3、無氧條件下薄膜以非晶態(tài)結(jié)構(gòu)為主，通入氧氣后出現(xiàn)晶化。4、濺射過程通入適量的氧氣可以減少ITO薄膜中氧空位等缺陷，薄膜密度提高，介電常數(shù)增大，電學(xué)性能提高。(3)濺射氣壓對ITO薄膜的導(dǎo)電性和可見光透過性有何影響？1、當(dāng)氧分壓過低時(shí)生成氧化物InO和SnO薄膜結(jié)晶較差，微觀結(jié)構(gòu)無序，且存在iang位錯(cuò)和缺陷，從而使薄膜的電阻率增大；2、當(dāng)氧分壓較大（＞15%）時(shí)，ITO薄膜的透過性顯著增大，因?yàn)镮n和Sn原子能充分氧化生成透明氧化物In2O3和SnO2；3、但是太大的氧流量會(huì)使Sn形成高價(jià)不透明氧化物Sn3O4，4、磁控濺射制備ITO薄膜的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氧負(fù)離子，氧負(fù)離子在電場的作用下以一定的粒子能量會(huì)轟擊到所沉積的ITO薄膜表面，使ITO薄膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和晶體狀態(tài)造成結(jié)構(gòu)缺陷。濺射的電壓越大，氧負(fù)離子轟擊膜層表面的能量也越大，那么造成這種結(jié)構(gòu)缺陷的幾率就越大，產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)缺陷也越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致了ITO薄膜的電阻率上升。5當(dāng)濺射氣壓較高時(shí)(達(dá)1.2Pa),薄膜的導(dǎo)電性和透光率均很差,因這時(shí)Ar+濺射出的靶原子動(dòng)能較小,且靶原子飛向基底時(shí)遭到氣體分子和等離子體散射的幾率大,使沉積到基底上的原子能量較小,降低了高價(jià)銦錫氧化物的反應(yīng)活性,并影響了薄膜的結(jié)晶程度。隨著P的逐漸降低,至0.45Pa時(shí)薄膜電阻率達(dá)到最低值,至0.35Pa時(shí)透光率增到最大值。這是因?yàn)樵诖诉^程中,Ar+受到的散射較小,從靶上濺射出的原子動(dòng)能較大,同時(shí),由于氣體稀薄,飛向基底的原子平均自由程和反應(yīng)活性均較大,氧離子能夠和濺射到基底的金屬原子進(jìn)行充分反應(yīng),易形成高價(jià)銦錫氧化物,并形成帶有氧空位和摻雜錫的ITO膜,使薄膜導(dǎo)電性達(dá)到最好;隨之結(jié)晶性也達(dá)最好,導(dǎo)致薄膜具有較高的透光率。再繼續(xù)降低P,電阻率將迅速增大,因這時(shí)有更充分的氧化反應(yīng),將造成氧空位的急劇下降和摻雜錫的氧化,使電阻率迅速增大。在P降至0.35Pa以下時(shí),因ITO膜層結(jié)晶性很好,致使透光率很高,透光率僅在很小范圍內(nèi)有一點(diǎn)波動(dòng)。（4）基片加熱溫度與ITO薄膜晶型的關(guān)系。隨著基片溫度的上升,N逐漸增加,Θ不斷降低,而Λ則先增加后減小,在基片溫度為200℃時(shí)為極大值.所有樣品在可見光區(qū)的平均光學(xué)透過率都大于80%,薄膜的折射率和消光系數(shù)從擬合透射光譜數(shù)據(jù)獲得;在1500nm光學(xué)波長處,折射率隨載流子濃度的增加而減小,較好符合線性關(guān)系;消光系數(shù)隨載流子濃度的增大而增加。（接近該問題）（5）`ITO薄膜光電性能與應(yīng)用的關(guān)系。ITO薄膜良好的透明性和導(dǎo)電性的利用。將ITO薄膜鍍在玻璃上制成的ITO膜透明導(dǎo)電玻璃是液晶顯示器(LCD)的主要材料,目前已廣泛使用于電子表、游戲機(jī)、計(jì)算器、通訊設(shè)備、檢測儀器,辦公室自動(dòng)化設(shè)備,便攜個(gè)人電腦、電子記事本、翻譯機(jī)、錄相機(jī)、壁掛電視等等,因?yàn)樗哂斜≥p如紙,畫面精美、低電壓、低功耗的特點(diǎn)。LCD將超過RCT(電子顯象管)成為顯示器的主流產(chǎn)品。其用于平面顯示還有電致發(fā)光顯示、電致彩色顯示。IT0膜作為太陽能電池一個(gè)重要組成部分,已得到應(yīng)用,不論ITO-nip型、ITO-pin型,肖特基型或異質(zhì)結(jié)構(gòu)型,均鍍有一層IT0膜作為減反射層和透明電極。制作透明指觸式控制板,顯示和操作鍵重合,可進(jìn)行人機(jī)對話輸入。ITO薄膜對光波的選擇性和發(fā)熱性的利用。ITO薄膜用于寒冷地區(qū)和高層建筑的視窗,將使熱量保存在一封閉的空間里而起到熱屏蔽作用,也可以用于熱的季節(jié),使外界熱量難以輻射入室內(nèi),同時(shí)從陽光中得到最大的好處。使建筑物內(nèi)暖氣、冷氣和照明等能耗減少50%以上,日本、美國和西歐都投入大量人力、財(cái)力開發(fā)這種玻璃(EC玻璃)。ITO薄膜作為透明發(fā)熱體用在汽車、火車、飛機(jī)風(fēng)檔玻璃,飛船眩窗,坦克激光測距儀、機(jī)載光學(xué)偵察儀,潛望鏡觀察窗等,不僅起隔熱降溫作用,而且通電后可除冰霜,因此多年來得到了廣泛地應(yīng)用。近年來,冷凍冷藏陳列柜市場迅速發(fā)展,其門均采用了ITO膜,具有防結(jié)露和反紅外功能(可節(jié)能40%左右),可代替雙層隔熱玻璃。還可以用作烹調(diào)用加熱板的發(fā)熱體、喉鏡、低壓鈉燈等。4、（1）懸浮熔煉冷坩堝的最大特點(diǎn)在于熔料的懸浮，因此要求金屬在熔化時(shí)已有足夠的懸浮力，那麼對于要熔煉的金屬有什麼要求？保證金屬液的化學(xué)成分和材質(zhì)性能;②保證金屬液有足夠的溫度(過熱)③保證金屬液的數(shù)量(質(zhì)量);④保證低能耗、低成本;⑤保證低噪聲、低污染

（2）原料什麼形狀最好？熔煉時(shí)如何放置？對于粉狀原料煉制前應(yīng)如何處理？原料最好是球形；在熔煉時(shí)放置樣品要避免觸碰實(shí)驗(yàn)儀器壁，放在真空罩下，確保真空狀態(tài)，同時(shí)保護(hù)氣體確保充上，壓力適應(yīng)就可以了；如果是粉末狀原料首先可以通過必要的物理處理或者化學(xué)處理固定，其次可以把粉末狀原料放在特殊的裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，最后以上方法不行可以直接放在試驗(yàn)儀器上實(shí)驗(yàn)。5、實(shí)驗(yàn)7XRD測試晶體結(jié)構(gòu)與精修姚青榮：

（1）如何對多相樣品的定量分析。X射線衍射物相定量分析有內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法、絕熱法、增量法、無標(biāo)樣法、基體沖洗法和全譜擬合法等常規(guī)分析方法。內(nèi)標(biāo)法、絕熱法和增量法等都需要在待測樣品中加入?yún)⒖紭?biāo)相并繪制工作曲線,如果樣品含有的物相較多,譜線復(fù)雜,再加入?yún)⒖紭?biāo)相時(shí)會(huì)進(jìn)一步增加譜線的重疊機(jī)會(huì),給定量分析帶來困難。以內(nèi)標(biāo)法為例：設(shè)樣品由N個(gè)物相組成，采用衍射儀測定時(shí)，由Alexander和HIug導(dǎo)出的N相中第J相的衍射強(qiáng)度公式為:（1）式中:IJ—試樣中J相衍射峰的積分強(qiáng)度;KJ—強(qiáng)度表達(dá)式中與試樣的種類、數(shù)量均無關(guān)的常數(shù)項(xiàng);VJ—試樣中J相所占的體積百分?jǐn)?shù);u—試樣的平均吸收系數(shù)。（1）式就是x射線衍射物相定量分析的基本方程。該式說明試樣中J相的衍射強(qiáng)度IJ和J相所占體積百分?jǐn)?shù)VJ，成正比，和樣品的平均吸收系數(shù)u成反。（2）晶體結(jié)構(gòu)精修好壞與那些因數(shù)有關(guān)及如何改善。晶體結(jié)構(gòu)精修的步驟是對Fo-Fc圖的精密檢驗(yàn)有助于提出新原子，除去“問題”原子。只要找到了所有的非氫原子，原子就可以進(jìn)行各項(xiàng)異性精修。只要模型各向異性化了，氫原子的位置就能確定或計(jì)算得出。影響因數(shù)電子密度圖各向異性位移參數(shù)特殊位置強(qiáng)制模型參數(shù)限制幾何限制等。要改善這些問題，首先是樣品要按照要求制備，最好制備成晶體，這樣所確定的結(jié)構(gòu)是整個(gè)晶體范圍內(nèi)空間上的平均效果以及整個(gè)數(shù)據(jù)采集時(shí)段）范圍內(nèi)時(shí)間上的平均效果；其次晶體內(nèi)的熱運(yùn)動(dòng)也可能引起很大的ADP，室溫下樣品中的離子巨大的橢球既可解釋為無序，又可解釋為劇烈的原子運(yùn)動(dòng)，最好恒定在一個(gè)溫度；然后溫度越高，鍵長表現(xiàn)得越短，即使晶胞同向是增大。這種現(xiàn)象的原因就是振動(dòng)。特別是端基原子，它們甚至表現(xiàn)出環(huán)形的運(yùn)動(dòng)。在各向異性精修中，這種運(yùn)動(dòng)被擬合成中心在環(huán)內(nèi)而原子處于其外圍的橢球。維持在一個(gè)很定狀態(tài)；最后勁量避免氫原子的影響。實(shí)驗(yàn)6思考題1、為什么要進(jìn)行化學(xué)鍍鎳？化學(xué)鍍鎳具有鍍層均勻，結(jié)合力強(qiáng)，鍍層硬度高，耐磨性能及耐腐蝕性能好，鍍液較穩(wěn)定，維護(hù)方便等許多優(yōu)點(diǎn)。目前已在航天航空、汽車、化工、石油、天然氣、機(jī)械、紡織、食品、軍事、電子和計(jì)算機(jī)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。2、化學(xué)鍍鎳工藝主要包含哪些內(nèi)容？合理地選擇添加劑，包括光亮劑、鍍液穩(wěn)定劑、增速劑、潤濕劑等，適宜的施鍍工藝，如pH值、沉積速度、施鍍溫度和裝載量等條件，可以使鍍層更加致密，耐蝕性提高。6材料電光轉(zhuǎn)換效率以及發(fā)光性能的表征與評價(jià)張小文分析影響亮度、色度和發(fā)光光譜測試的因素主要有哪些？其外觀、操作方法及價(jià)格也跟密度計(jì)相近，由于儀器自身器件及原理方面存在一定的誤差，使顏色測量值的絕對精度不夠理想，另外就是工作環(huán)境的溫度。亮度、色度、發(fā)光光譜測量在生活中有哪些實(shí)際應(yīng)用？LED,光學(xué)儀器，手機(jī)和電視機(jī)的顯示屏等。舉例：實(shí)際生活中亮度為1cd/m2和300cd/m2的實(shí)例。亮度1cd/m2生活中用的手電筒；亮度300cd/m2有液晶的電視機(jī)顯示屏。彩電的RGB三基色的色坐標(biāo)值一般為多少？RGB