一、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有 光，电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚 合度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示 为增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高 分子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金 属的导电特性，并因此获得2000年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释
东北大学继续教育学院 材料科学导论复习题 一、选择填空，在给出的a、b、c、d选项中选择一或多个你认为最合适的答案， 使得题目中给出描述完整准确。 1、材料的性质是在元器件或设备实现预期的使用性能而得到利用的。即材料的使用性能取决于（ b ）。 a 材料的组成 b 材料的基本性能 c 材料的结构 d 材料的合成与加工工艺 2、钢铁、有色金属、玻璃、陶瓷、高分子材料等的原材料多数来自（ d ）、为矿物资源，形成于亿万年之前，是不可再生的资源。因此，在材料生产中必须节省资源、节约能源、回收再生。 a 工业 b 农业 c 材料加工行业 d 采掘工业 3、高分子材料、金属材料和无机非金属材料，不论其形状大小如何，其宏观性能都是由（ b ）。 a 它的化学成分所决定的 b其化学组成和组织结构决定的。 c 其加工工艺过程所决定的 d其使用环境所决定的 4、如果使用温度是室温，就可以优先考虑高分子材料，因为在相同密度的材料中它们是 b、d 的。 a 最容易得到 b最便宜 c 最常见 d 加工最方便 5、根据其性能及用途的不同，可将陶瓷材料分为（ a、c ）和两大类。 a 结构材料用陶瓷 b特种陶瓷 c功能陶瓷 d 传统陶瓷 6、金属材料与无机非金属材料成型加工时由于工艺条件的不同也会造成制品性能的差异。因此，材料的（ a、d ）的总和决定了制品性能。 a 内在性能 b成型加工 c附加性能 d 成型加工所赋予的附加性能 7、材料的化学性能是指材料抵抗各种介质作用的能力。它包括溶蚀性、耐腐蚀性、抗渗
入性、抗氧化性等，可归结为材料的（ c ）。 a 有效性 b 实用性 c 稳定性 d 可用性 8、切削物体或对物体进行塑性变形加工的工具材料可分为高碳钢、高速钢、超硬质合金、金刚石等材料,其中可列入超硬质材料范畴的是（ c、d ）。 a高碳钢 b高速钢 c超硬质合金 d金刚石 9、纳米材料通常定义为材料的显微结构中，包括（ a、b、c、d ）等特征尺度都处于纳米尺寸水平的材料，通常由直径为纳米数量级的粒子压缩而成。 a 颗粒直径 b 晶粒大小 c 晶界 d 厚度 10、天然矿物原料一般杂质较多，价格较低；而人工合成原料（ a、b ）。此外，对环境的影响也是选用原材料时必须考虑的因素之一。 a 纯度较高 b价格也较高 c难以得到 d 以上所有 11、电化学腐蚀必须要有一个阴极与一个阳极。在纯金属中（ a ）或（ b ）可以构成阴极。 a 晶界 b 晶粒 c 环境的介质 d 更小的不均匀物种 12、腐蚀一旦发生，材料或制品就会（ d ）；所以腐蚀是材料设计和选择时不得不考虑的重要因素。 a大受影响 b性能显著下降 c服务寿命缩短 d 以上所有 13、晶体的宏观形貌可以是（ d ）。 a一维的 b 二维的 c 三维的 d 上述所有 14、范德华键是永远存在于分子间或分子内非键结合的力，是一种（ a ）。
材料科学导论 Introduction of Materials Science 课程代码：01110610 学分：1.5 总学时：32学时讲课学时：28学时 实验学时：4 学时课程性质：专业基础课 适用专业：材料物理、材料化学 先修课程：高等数学（上、下）、工程化学、物理化学B、工程力学B，08100011/08100021/ 08100200/ 08110422/ 08100192 开课学期：第五学期其他：学位课 一、课程性质及作用 本课程是材料物理与化学专业的专业基础课，是研究材料的化学成分、加工过程与其组织、结构变化与性能之间关系、原理及其变化规律的一门学科。本课程从材料内部的微观结构出发，研究材料微观原子键合、聚集行为，晶体结构特点，以及不完整晶体的缺陷类型及其规律特性（位错），具体到材料类领域主要的概念、结论和规律。让学生理解并掌握不同原子键合原理、特点，理解空间点阵、晶胞等晶体学基础概念，理解典型金属晶体结构及其参数，在此基础上，了解离子晶体、共价键晶体、晶态高分子的典型结构特点；主要讨论并理解基体缺陷的类型、产生、运动及其相互作用，了解其对于晶体组织和性能有关影响。为学习后续专业课程奠定坚实的理论基础。 二、本课程与其它有关课程的联系 学习本课程前，学生应先修先修高等数学（上、下）、工程化学、物理化学B、工程力学B等基础课，并安排一次认识实习、金工实习，以增加感性认识。学生通过对本课程的学习，将为学习扩散与相变，材料物理性能，材料化学等其他专业课程打下坚实的基础。 三、课程内容及课时安排 绪论(2学时) 材料在国民经济中的地位和作用； 工程材料及其分类； 材料科学的研究内容与任务； 学习本课程的目的和方法。 第一章原子结构与键合(4学时) 1、原子结构 物质的组成、原子的结构、原子的电子结构、元素周期表 2、原子间的键合 金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键 第二章固体结构(14学时) 1、晶体学基础 晶体的特性、空间点阵和晶胞、晶体、晶系与布拉菲格子、晶面指数和晶向指数、
材料科学导论习题解答 材料科学导论作业 第一章材料科学概论 1. 氧化铝既牢固又坚硬而且耐磨，为什么不用来制造榔头？ [答] 因为Al2O3的耐震性不佳，且脆性较高，不适合做榔头的材料。 2. 将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅-锡焊料、橡胶、纸杯 [答] 金属有黄铜、铅-锡焊料、镁合金。 陶瓷有氯化钠、碳化硅。 聚合物有环氧树脂、橡胶、沥青、纸杯。 复合材料有混凝土、玻璃钢。 3. 下列用品选材时，哪些力学性能和物理性能具有特别重要性：汽车曲柄轴、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏 [答] 汽车曲柄轴的疲劳寿命最为重要。 电灯泡灯丝的熔点需高，其发光性能要强。 剪刀的刀刃的硬度要强。 汽车挡风玻璃的光的穿透性要强。 电视机荧光屏光学的颜色及其他穿透性各种光学特性极重要。 4. 什么是纳米材料？纳米材料有哪些效应？请举例说明。 [答] 通常把粒子尺寸小于0.1μm（10nm）的颗粒称为纳米材料 纳米材料有以下效应： ⑴ 小尺寸效应 ⑵ 表面效应 ⑶ 量子尺寸效应 ⑷ 宏观量子隧道效应
举例略 第二章原子结构 1. 原子序数为12的Mg有三个同位素：78.70%的Mg原子有12个中子，10.13%的Mg 原子有13个中子，11.17%的Mg原子有14个中子，计算Mg的原子量。 [答] M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(12+14) = 24.3247 g/m ol 2. 试计算原子N壳层内的最大电子数，若K、L、M和N壳层中所有的能级都被填满，试确定该原子的原子序数。 [答] N壳层内最大电子数为2×42 = 32。但考虑能级交错：N壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14，该原子的原子数 为70。 (本题目书上原解：N壳层中电子最多有2+6+10+14 = 32个，K、L、M、N壳 层中电子共有2+8+18+32 = 60个，故原子序数为60。) 3. 试计算原子O壳层内的最大电子数，并定出K、L、M、N和Q壳层中所有能级都被 填满时的原子序数。 [答] O壳层内最大电子数为2×52 = 50。但考虑能级交错：O壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为： 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d105g18， 该原子的原子数为130。 (本题目书上原解：O壳层中电子最多有2+6+10+14+18 = 50个，K、L、M、 N、O壳层中电子共有2+8+18+32+50 = 110个，故原子序数为110。) 4. 试说明四种原子结合力并举例说明。 [答] 金属键：由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。其基本特点是电子的共有化，无饱和性，无方向性。例如：Hg、Al、Fe、W。离子键：金 属原子将最外层家电子给予非金属原子成为带正电的正离子，非金属原子得到价电子后成 为带负电的负离子，正负离子依靠静电引力结合在一起。其基本特点是以离子而不是以原 子为结合单元。大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，例如：NaCl、MgO。
材料科学导论课后习题答案 第一章材料科学概论 1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造榔头？ 答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。 2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类： 黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合材料：混泥土、玻璃钢 3.下列用品选材时，哪些性能特别重要？ 答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度； 电灯泡灯丝：熔点高，耐高温，电阻大； 剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性； 汽车挡风玻璃：透光性，硬度； 电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。 第二章材料结构的基础知识 1.下列电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金
属？ (1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 (2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (3) 1s2 2s2 2p5 (4) 1s2 2s2 2p6 3s2 (5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 (6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱族：(6)；碱土族：(4)；过渡金属：(1),(5) 2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内？ 答：稀土族元素的电子在填满6s态后，先依次填入远离外壳层的4f、5d层，在此过程中，由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化，这些元素具有几乎相同的化学性质，故处于周期表的同一空格内。 3.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键？ 答：氢键本质上与范德华键一样，是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子（或原子团）之间的结合所形成的物理键。当氢原子与一个电负性很强的原子（或原子团）X结合成分子时，氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢变成一个裸露的质子，对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力，与Y之间形成氢键。 4.为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高？
同济复试材料导论资料 22.材料表征 1、分析方法综述 SEM的优点: (一)能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm ×80mm×50mm。 (二)样品制备过程简单，不用切成薄片。 (三)样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。 (四)景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。 (五)图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。 (六)电子束对样品的损伤与污染程度较小。 (七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。 SEM的缺点： ①异常反差。由于荷电效应，二次电子发射受到不规则影响，造成图像一部分异常亮，另一部分变暗。 ②图像畸形。由于静电场作用使电子束被不规则地偏转，结果造成图像畸变或出现阶段差。 ③图像漂移。由于静电场作用使电子束不规则偏移引起图像的漂移。 ④亮点与亮线。带电样品常常发生不规则放电，结果图像中出现不规则的亮点和亮线。 TEM：由于电子的德布罗意波长非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构。透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更薄的超薄切片，通常为50～100nm。所以用透射电子显微镜观察时的样品需要处理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。对于液体样品，通常是挂预处理过的铜网上进行观察。 原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM），一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。优点：AFM提供真正的三维表面图。同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。缺点：成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。 XRD：可以做定性，定量分析。即可以分析合金里面的相成分和含量,可以测定晶格参数,可以测定结构方向、含量，可以测定材料的内应力，材料晶体的大小等等。 一般主要是用来分析合金里面的相成分和含量。 热重分析：在实际的材料分析中经常与其他分析方法连用，进行综合热分析，全面准确分析材料。影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面：仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素等等。热重分析法可以研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；研究物质的热稳定性、分解过程、脱水、解离、氧化、还原、成份的定量分析、添加剂与填充剂影响、水份与挥发物、反应动力学等化学现象。 质谱（MS）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。 红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用，无机、有机、高分子化合物都可检测。此外，红外光谱还具有测试迅速，操作方便，重复性好，灵敏度高，试样用量少，仪器结构简单等特点，因此，它已成为现代结构化学和分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱在高聚物的构型、构象、力学性质的研究以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域也有广泛的应用。 2.X射线分析 ①X射线光电子能谱：由于它可以更准确地测量原子的内层电子束缚能及其化学位移，所以它不但为化学研究提供分子结构和原子价态方面的信息，还能为电子材料研究提供各种化合物的元素组成和含量、化学状态、分子结构、化学键方面的信息。它在分析电子材料时，不但可提供总体方面的化学信息，还能给出表面、微小区域和深度分布方面的信息。另外，因为入射到样品表面的X射线束是一种光子束，所以对样品的破坏性非常小。这一点对分析有机材料和高分子材料非常有利。 ②X射线荧光法：用放射性同位素作激发源，照射待测样品，使受激元素产生二次特征X射线（即荧光），使用X射线荧光仪测量并记录样品中待测元素的特征X射线照射量率，从而确定样品的成分和目标元素含量的方法。方法操作简单，速度快，可以原位测量。 ③X射线衍射分析：建立在X射线与晶体物质相遇时能发生衍射现象的基础上的一种分析方法。应用这种方法可进行物相定性分
让学英语成为乐趣 对任何科目的学习而言，有一套科学合理的学习方法学习起来将事半功倍。 入学，班级中就成立了英语学习小组，将英语角设到班级中来，大家经常晚上到小五四广场把大家分成几个组，用英语讨论一些最近的热点问题，还把一些经典的相声用英语来进行表演。为让大家共同进步，班委们还商量在班级中开展英语学习一帮一活动——比如有些男生不喜欢学习英语，班委就安排一个学习英语好的女生与他结成帮扶对子，大家一起学习英语。下半年，他们率先在班级中成立了英语俱乐部，如今英语俱乐部已经成长为学院学生会的主要社团并为整个学院全体同学的英语学习服务。 为让大家养成好的英语学习习惯，他们在班级中坚持开展英语晨读活动，每天早上6点半，在其他同学上课之前，班级全体同学集中找一个教室进行晨读，班主任和班委同学对晨读情况进行定期检查。早读的材料都是英语俱乐部收集的疯狂英语的例句和美文，每次考试的范文和班级中同学写的好的作文也让大家去朗读和背诵。有一个同学起初不愿意早起和大家一起晨读，他担心起早了太困，班委了解后就与他谈心，辅导员有时候也叫他到办公室一起学习英语，大家都鼓励他可以先尝试一段时间与同学们一起晨读学英语，效果不好再想其他办法，经过动员，他抱着试试看的态度加入了晨读的队伍，慢慢地他发现原来每天早起一点晨读学习英语也是很有乐趣的，原来的那种怕困也逐渐转变为晨读后一天的头脑很清醒，他逐渐喜欢上了与大家在一起学习的那种氛围。 为提高大家的英语写作水平，他们在班级中坚持开展每周每人写一篇英语作文，选题来自历年英语四级考试真题。批改作文一般都是辅导员或者班主任，有时候
班主任也找水平高的研究生去帮着批，或者多找几个班级中学英语好的同学互相批改。然后班委找一个时间把修改意见反馈给大家。开始班委对大家写作文并没有硬性要求，后来尝试了几次后大家就发现了这种做法的好处，慢慢地每周写一篇作文就成了大家的自觉行为，无形中大家的水平也不断提高。材料学院的班主任都非常关心大家的英语学习，在最近学校组织的一次模拟考试中，有几个同学没有报名，考试时就没有试卷，班主任了解后就出钱给他们买了卷子。为让大家了解每个人的学习效果，班委每周都安排进行一次英语摸底考试，考试题库都是由学院英语俱乐部统一购买的全真英语试题和大家反映好的题库。辅导员和班主任每次考试也都到场，他们把大家错的题收集起来利用班会等时间给大家集中讲解。 在不断的学习过程中，班委们深刻意识到：要想通过英语四级考试，没有一定的单词量的积累是绝对不行的。背单词时考虑到有些同学自觉意识不强，为督促他们背单词，班委把班级同学分成几个学习小组，规定每周大家一起学习三个单元大约120个左右的单词量，然后组长对每个同学进行提问，加深印象。从大一开始他们就利用每次班会结束时听写英语单词，正在上研究生的辅导员熊克思也与大家一起听写，并经常组织一些四六级考试的经验交流会。为锻炼大家的听力能力，他们还凑钱买了音响和放音设备，在睡觉之前在宿舍放历年的真题听力磁带，一直放到停电，早上来了电听力马上就接着放，大家互相调侃——我们这真是在英语听力中入睡，在英语听力中起床。如今听力录音已经成了大家的作息铃声。他们努力的效果是很明显的， 浓厚的英语学习氛围的营造 好的学习方法是取得好成绩的关键，另外这与材料学院多年来狠抓学风建也有着十分重要的关系。该学院始终以英语学习作为学风建设的重点长抓不懈。经过分析，
材料科学导论（A）卷答案 一、选择填空 1、（d） 2、（a） 3、（b） 4、（c） 5、（d） 6、（a，d） 7、（d） 8、（a，b） 9、（d） 10、（b） 二、判断对错题 1、（R） 2、（R） 3、（F） 4、（F） 5、（R） 6、（R） 7、（F） 8、（F） 9、（R） 10、（R） 三、填空题 1、（立体变化的） 2、（复合化功能化智能化低维化） 3、（94），（72） 4、（材料本身的结构） 5、（3000），（200），（100） 6、（螺杆或柱塞） 7、（重金属、轻金属、贵金属和稀有金属） 8、（便于成型或组装） 9、（绝缘材料） 10、（温度） 四、简答及名词解释 1、简述包装材料及其分类。 现代包装种类很多，根据包装分类的角度不同，可形成多样化的分类方法。如按内外层次分有内包装和外包装；按包装功能分有防水包装、防潮包装、防霉包装、防辐射包装、防盔包装、防伪包装等；按流通中的作用分有工业包装、商业包装和消费包装等。这里以包装
所用材料不同来叙述材料在包装工业中的作用。 包装材料是指用于制造包装容器和包装运输、包装装潢、包装印刷等有关材料和包装辅助材料的总称。根据包装所用材料的不同，可分为纸质包装，如纸板包装、瓦楞纸包装；木质包装，如木箱包装、木桶包装；玻璃包装；陶瓷包装：金属包装；塑料包装，如塑料薄膜包装、塑料容器包装，以及复合材料包装等。 2、复合材料的结构物特征与类别 复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相起粘结、保护增强相并把外加载荷造成的应力传递到增强相上去的作用。基体相可以由金属、树脂、陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大；增强相是主要承载相，并起着提高强度(或韧性)的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状、片状等。工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。 复合材料通常有如下几种分类方法。按基体材料类型可分为：树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类；按增强体类型可分为：颗粒增强型、纤维增强型和板状复合材料三大类。 按用途可分为：结构复合材料与功能复合材料两大类。结构复合材料指以承受载荷为主要目的，作为承力结构使用的复合材料。功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。以增强纤维类型分：碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、复合纤维复合材料。 3、简述智能材料原理与种类 智能材料系指对环境可感知响应，并且有功能发现能力的新材料。它是在原子、分子水平上进行材料控制、在不同层次上赋予自检测(传感功能)、自判断、自结论(处理功能)和自指令、自执行(执行功能)所设计出的新材料。它是受集成电路启迪并且仿照生物体所具有的功能而设计的三维组件模式的融合型材料，使无生命的材料变得似乎有了“感知”和“知觉”。众所周知，生命实际上是蛋白质的存在形式，细胞为生体材料的基础，而细胞本身就有传感、处理和执行三种功能，故它可以作为智能材料的蓝本。从这一角度出发，智能材料也可叫仿生智能材料。 仿生智能材料主要有金属系、无机非金属系和高分子系智能材料。 4、、简述包装用塑料材料与种类 包装用塑料材料受到众多限制，目前用于包装的塑料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA，俗称尼龙)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，俗
2018-2019学年第一学期期末试卷 课程名称：材料科学导论 闭卷 B 卷 120 分钟 一、 名词解释（中文作答，每小题3分，共15分） 1. Substitutional solid solution 2. Concentration gradient 3. Plastic deformation 4. Slip system 5. Fatigue life 二、简答题（共45分） 2 . If the Mg 2+ substitutes for Ce 4+, what kind of vacancies would you expect to form? How many of the vacancies are created for every Mg 2+ added? (b) How to differentiate the edge, screw, and mixed dislocations motion? (10分)
2. (a) How to differentiate deformation mechanism of slip and twinning? (b) Describe in your own words the solid solution strengthening mechanism. Be sure to explain how dislocations are involved in the strengthening techniques? (10分) 3. (a) Why are ceramic materials generally harder yet more brittle than metals? (b) For polymer material, what do mechanical properties of materials mainly include? (10分) 三、看图题（每题10分，共40分） (1)Which is the more stable, the pearlitic or the spheroiditic microstructure? Why? (2)Compare fine (or coarse) pearlite, bainite and martensite with respect to (a)heat treatment,and (b) microstructure.
第1 章原子结构与键合 决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，原子集合体的形貌特征等。 物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。 1.1 原子结构 1.1.1 物质的组成 一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。 分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。分子的体积很小，如H2O分子的直径约为0.2 nm。而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。 分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，原子是化学变化中的最小微粒。量子力学中，原子并不是物质的最小微粒。它具有复杂结构。原子结构直接影响原子间的结合方式。 1.1.2 原子的结构 原子由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成。原子的体积很小，原子直径约为10–10 m 数量级，原子核直径为10–15 m 数量级。原子的质量主要在原子核内。每个质子和中子的质量大致为1.67×10–24 g，电子的质量约为9.11×10–28 g，为质子的1/1836。原子呈电中性。原子核带正电（质子带正电，中子不带电），电子带负电（1.6022×10–19 C），电子和质子数目相等。原子核与电子的结合力为静电力。 1.1.3 原子的电子结构 电子云：电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围。 电子既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性。电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。能量低的，通常在离核近的区域（壳层）运动；能量高的，通常在离核远的区域运动。 原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来确定： （1）主量子数n 决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层，只限于正整数1，2，3，4，……量子壳层用一个大写英文字母表示。 n = 1为最低能级量子壳层，最靠近核的轨道，K壳层，n = 2，3，4等依次为L，M，N壳层等。 （2）轨道角动量量子数l 给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层），与电子运动的角动量有关，取值为0，1，2，……，n-1。 钠原子结构中K、L和M量子壳层的电子分布 n = 2，有两个轨道角动量量子数l2 = 0 和l2 = 1，即L壳层中，根据电子能量差别，还包含有两个电子亚层。常用小写的英文字母来标注对应于轨道角动量量子数l i的电子能级（亚层）： l i：0 1 2 3 4 能级：s p d f g 在同一量子壳层里，亚层电子的能量是按s，p，d，f，g的次序递增的。不同电子亚层的电子云形状不同，如s亚层的电子云是以原子核为中心的球状，p亚层的电子云是纺锤形…… （3）磁量子数m i 给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。每个l i下的磁量子数的总数为2l i + 1。对于l i = 2 的
一章 1. 氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造鎯头？ 答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。 2. 将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类： 黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯。 答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料陶瓷：碳化硅 聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯复合材料：混泥土、玻璃钢 3. 下列用品选材时，哪些性能特别重要？ 汽车曲柄、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏。 答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度； 电灯泡灯丝：熔点，耐高温，电阻大； 剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性； 汽车挡风玻璃：透光性，硬度； 电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。 4. 概述材料科学的发展史，谈谈你的认识和体会。 5 五大基础材料是什么？各有哪些特点？ 答：五大基础材料是金属、陶瓷、高分子材料、复合材料和半导体材料。 金属：强度高、延展性好、导电导热，但不透明、易腐蚀。 陶瓷：硬度高、耐高温、绝缘、隔热，但是脆性大、难加工。 高分子材料：质轻、绝缘、易成型，但强度低、耐温性差。 复合材料：比强度比模量高、性能可设计，但界面较弱。 半导体材料：导电性介于导体与绝缘体之间，化学纯度和表面加工精度高，但性能易受成分、尺寸、加工等因素的影响。 6. 什么叫材料科学？什么叫材料科学与工程？它们是如何产生的？二者的主要区别是什么？ 答：材料科学是研究材料的组成、结构与性能之间关系的一门学科。它是从化学的角度，研究材料的化学组成与原子结构、原子结合键及其微观结构的相互关系。从晶体学和固体物理学的角度，分析和研究材料的组织形态、微结构、内部缺陷与性质和性能的相互关系。 材料科学与工程是研究有关材料的组成、结构、制备工艺与其性质和性能以及它们之
材料科学导论考试题答案 1、答： （1）P 往往选择h ν’的更多能量都在可观光范围内的材料。因为当Hg 蒸汽分子从激发态回到基态时释放的光子能量hv 必须大于或等于P 从基态到激发态的能量，并且P 从激发态回到基态时，释放出的光子必须在可见光的范围内才可以。 （2）荧光涂料涂布在荧光灯管的内侧更有效。因为外侧的Hg 蒸汽分子从激发态回到基态时释放的光子不一定全部透过灯管被P 分子吸收，所以会造成荧光灯光的发光效率低于在内侧时的发光效率。 （3）电子在在飞行过程与灯管中的汞蒸汽分子发生碰撞，导致汞蒸汽分子激发，迁移到其更高的能量状态处于激发状态的汞分子（Hg*）极不稳定，会自发返回到其底能量的能级状态（基态），此时其激发态的能量将以光子h ν的方式释放，即，转换为光子，但是由于汞蒸汽分子的能级结构的原因，此时发生的光子处在紫外光谱区域，是我们肉眼看不到的辐射能量。汞蒸汽分子发射的紫外波长的光子被灯管内壁的荧光材料P 吸收，荧光材料被激发到其激发态P*；也是不稳定的高能量状态，将自发回到其基态，激发态的能量将以辐射另外一个光子h ν’的形式释放。h ν’一定小于h ν，即，h ν’光子的波长一定比h ν长，有可能在可见光区域。没有荧光涂层的灯管发出的光子处在紫外光谱区域，肉眼看不到。也就是说，我们人眼可以感受到荧光涂层的光子发出的光谱，因为光子发出的光谱处在可见光的范围内。Hg 蒸汽分子从不稳定的激发态回到基态时释放的光子能量hv 大于P 从激发态回到基态时释放出的光子能量h ν’，而后者的波长大于前者。 2、答： （1）300 nm 。因为在300 nm 处的吸光度最高。 （2）在吸光光谱的右侧，因为波长越长，能量越低，发光消耗了一部分能量，所以在吸光光谱的右侧。 （3）从图中我们可以看出，分子A 的截止波长为450 nm ，所以分子A 的光学能隙为： ()()()eV 76.21042.410450/10310626.6199834=?=?????==---J m s m s J hc E g λ 3、答： （1）随着浓度C 的增加，分子可能发生了聚集，导致分子吸收光子的总面积变小。摩尔消光系数降低，所以ABS~C 的关系偏离直线关系。 （2）随着浓度C 的增加，该溶液的摩尔消光系数减小了。因为如果分子没有聚
书名: 一、 1、 按化学成碳量 5%）、 10%）。 2、 （1 点、 （2 弯 的比 断裂或起层，即认为冷弯性能合格。 冷弯试验试件的弯曲处会产生不均匀塑性变形，能在一定程度上揭示钢材是否存在内部组织的不均匀、内应力。夹杂物、未熔合和微裂纹等缺陷。因此，冷弯性能也能反映钢材的冶炼质量和焊接质量。 （3）冲击韧性 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准时间的弯曲冲击韧性试验确定的。试验以摆锤打击刻槽的时间，于刻槽处将期打断。以时间打断时说吸收的能量作为钢材的冲击韧性值，以Kv表示： Kv=GH1-GH2 （4）硬度 钢材的硬度是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。
（5）耐疲劳性 在交变应力作用下的结构构件，钢材往往在应力远低于抗拉强度时发生断裂，这种现象沉稳钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验中，时间在交变应力作用下，于规定的周期基数内部发生断裂所能承受的最大应力。 3、钢材的冷加工强化及时效强化、热处理和焊接 （1）钢材的冷加工强化及时效强化 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使产生塑性变形，从而提高屈服强度，称为冷加工强化。产生加工强化的原因是：钢材在冷加工时晶格缺陷增多，晶格畸变，对位错运动的阻力增大，因而屈服强度提高，塑性和韧性降低。由于冷加工时产生的内应力，故冷加工钢材的弹性模量有所下降。 （2 （3 焊件 4、 （1 （2 5、 （1）建筑钢材的主要钢种 碳素结构钢 低合金高强度结构钢 （2）常用建筑钢材 ①钢筋： 热轧光圆钢筋 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 预应力混凝土用钢棒 预应力混凝土用钢丝与钢绞线
复旦大学材料科学系 2013～2014学年第一学期期末考试试卷 □√A 卷 □B 卷 课程名称：_ 材料科学导论____ 课程代码: MATE130034.01 开课院系：__ 材料科学系 ______ _ 考试形式：开卷/√闭卷/课程论文/ 姓 名： 学 号： 专 业： 1. 五大基础材料是什么？请概要叙述它们各自的特性及优缺点？（10分） 2. 简要说明如下金属材料缩写符号及其主要元素的含量（10分） 25、20R 、50Si2Mn 、9Mn2V 、T8A 、Q245、0Cr18Ni9Ti 、QT400-18、304，316L 3. 试解释下列常用塑料的名称： PP 、PVC 、PB 、PA66、PET 、EP 、PC 、PMMA 、PI 、HDPE ？（10分） 4． 写出原子序数为25的元素的电子排列方式，指出其在元素周期表中的位置及名称，并 用四个量子数表示出此元素的每个电子的运动状态。（10分） 5.（1）试在立方晶胞中，各自画出以下三个晶面和三个晶向的示意图：（5分） （1 1 0），（1 2 3），（2 0 1）, [1 1 1]，[1 2 0]，[1 0 1] （2）设立方晶胞参数为a ，试分别求出上述三个晶面的晶面间距并比较大小 (5分）。 6. 现有体心立方Cr 金属材料，需要添加C 元素进行间歇改性，提高其强度。假设其晶格常数为a ，试分别用图表示晶胞内八面体、四面体的间歇位置（4分），并计算每个晶胞内八面体、四面体的间歇数(4分)及其八面体、四面体的间歇半径（2分）。 7. 什么是相界？简述相界的分类？试问纯铁有没有相界？为什么？（10分） （ 装 订 线 内 不 要 答 题 ）
学习材料科学导论课的感悟 对于材料科学与工程专业的一名大一学生来说，我很荣欣地可以在成都工业学院学习《材料科学学科导论》这一门课程。因为《材料科学学科导论》是学习材料科学与工程这个专业的学生最先接触的一门专业知识课。它可以让学习这个专业的学生首先在整体上对这个专业有一个初步的认识。并在此基础上，激发学生的学习热情。另外，在这门课程中，它可以让学生了解这个专业的研究领域和研究方向，从而可以让学生知道自己在今后的学习和工作中，所要面对的环境。因此，学校所开设的《材料科学学科导论》这一门课程对学生的影响是不言而喻的。 我学习这一门课程已经有很长一段时间，而现在已经结束。回顾这过去了的与这门相触的时间，现在想起来觉得：的确不是很多。但这是在这短暂的时间中，我却学到了很多，——从之前的知之甚少到现在的有所了解。 在此之前，我对材料科学与工程这个专业的学习，以及将来要面临的就业等问题不是很清楚，甚至于还产生了一丝的担忧。在第一次课中，老师介绍了本专业的相关知识。同时，他也告诉了大家一些关于在大学中如何给自己定位、如何安排学习与休息、如何规划自己的大学等与我们密切相关的内容。老师的讲解生动形象，听得我聚精会神，激发了我对本专业学习的好奇与热情，同时也让我对今后我的大学生涯有了一个初步的认识。 在此之后的每一个周都会有一节导论课。老师们在每一节导论课上所讲授的内容都令我大开眼界、大饱眼福。不论是过渡金属拓扑密堆积相成机理研究、材料表面处理，还是之后的材料设计与计算，或高分子材料及其改性等，都让我对这个专业有了更加广阔的认识。尤其是老师对于高分子材料及其改性这一节的讲
解，让我明白了看似简单的塑料也有那么多的种类、那么多的作用、那么多的功能、那么渊源的历史；关于3D打印的相关讲解，也让我知道了现在这个崭新的打印方式；关于镁与镁合金的讲解，也加深了我对镁这种金属的认识；同时，对于材料设计与计算的学习，也让我明白了计算机在这个领域内举足轻重的作用。 不管怎么说，这门课程犹如一座灯塔，为我们这些即将涉足于这个专业的学生指明了学习的方向，让我们有方向、有目标地去学习这个领域内的相关知识；另外，通过这门课程的学习，也让我具备了一定的专业知识，让我知道了材料的种类、材料的研究领域和材料的研究方法等；同时，也通过这门课程的学习，我对材料科学与工程这个专业有了一个整体的感性认识，为我今后的学习打下了基础；其次，通过这门课程的学习，也拓宽了我的视野，让我明白这个世界不是我原来想象的那样，它要比这精彩得多、复杂得多。 通过《材料科学学科导论》的学习，我明白了许多、体会了许多、感悟了许多。我相信：这门课程犹如一盏明灯，闪耀在这盏明灯中的那一团耀眼的明光，将指引着我前进的方向。 感谢成都工业学院，给予了我这样的机会！
《材料科学导论》复习题 第一章 1、重要概念 【结构材料】是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。 【功能材料】是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。 【结合键】指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。 【离子键】正负离子间的静电作用。 【共价键】同号电荷聚集在两个原子之间，形成共用电子对。 【金属键】在金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。 【氢键】 【强健(一次键)】 【弱键(二次键)】 【对称性】若一个物体（或晶体图形）当对其施行某种规律的动作以后，它仍然能够恢复原状（即其中点、线、面都与原始的点、线、面完全重合）时，就把该物体（图形）所具有的这 种特性称之为“对称性”。 【有序无序转变】 【对称破缺】原来具有较高对称性的系统出现不对称因素，其对称程度自发降低的现象。 2、问答题 ○1离子键及其晶体特点 答：键合特点：无饱和性、方向性不明显、配位数大、强键（一次键）离子键材料的性能特点：高熔点、高硬度、低塑性、绝缘性能好 ○2共价键及其晶体特点 答：键合特点：方向性明显，配位数小，密度小，有饱和性 ○3金属键及其晶体特点 答：键合特点：无方向性无饱和性，强键 金属键材料性能特点：良好的导电性及导热性、正的电阻温度系数、良好的强度及塑性、特有的金属光泽、密度比较大。 ○4有序无序转变方式 ○5为什么高熔点的元素具有强的一次键和低的线膨胀系数？ ○6下图为A、B两种材料的键能曲线，请比较两种材料线膨胀系数的大小，简要说明理由。
A 1．提拉法生长晶体需要满足的基本条件 1.晶体（晶体加掺质）要到融化而不分解； 2.晶体不得与坩埚或存在气氛起化学反应； 3.晶体的熔点必须低于坩埚熔点； 4.必须使单晶的提拉速度与炉内的温度梯度相匹配。 2．固相反应通常包含的步骤 1．固体界面如原子或离子的跨过界面的扩散； 2．原子规模的化学反应； 3．新相成核； 4．通过固体的输运及新相的长大。 3. 透明陶瓷对粉料的基本要求 (1)具有较高的纯度和分散性； (2)具有较高的烧结活性； (3)颗粒比较均匀并呈球形； (4)不能凝聚，随时间的推移也不会出现新相。 4. 烧结过程中促使出现二次再结晶(异常晶粒生长)现象的主要因素 （1）原始粉料的尺寸分布太广; (2) 素坯烧结时发生不均匀的致密化;
(3) 在原始粉料中掺入了不适当的外加剂或烧结时气氛不适当; (4) 第二相与晶界的分离; (5) 过高的烧结温度与过长的烧结时间; (6) 晶界的本征特性。 B 1、（i）感生电极化强度P的基频和倍频成分： 频率为零的直流成分，频率为ω的基频成分和频率为2ω的倍频成分（二次谐波信号）; (ii) 非线性光学的用途： 激光的强光控制(全光开关、光限幅)、 脉冲压缩(调Q与锁模)、 频率转换(倍频、和频、四波混频)、 激光光谱(超精细结构分析)、 消畸变传输(光学位相共轭)、 光孤子通信、 数字光计算、 非线性光存储(光折变光存储、双光子光存储)
2、频率转换晶体：三硼酸锂(LiB3O5)晶体，简称LBO晶体； KDP\KBBF 磷酸二氢钾(KH2PO4)型晶体，简称KDP型晶体。 电光晶体：铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、磷酸钛氧钾(KTP)。 光折变晶体：钛酸钡(BaTiO3)、铌酸钾(KN)。SBN,PBN 压电晶体：KN,KT 热释电晶体：钽酸锂(LiTaO3,LT)、钛酸铅(PbTiO3, PT)。PT,TGS 3、目前比较认可的半导体分类是： 元素半导体，二元化合物半导体，三元化合物半导体，固熔体半导体，非晶态半导体，有机半导体。 已有的激活离子大致可归纳为如下几类： (1)三价稀土激活离子(镧系元素加上Sc 和Y 称为稀土元素)，最常用也是最重要的激活离子； (2)二价稀土激活离子； (3)过渡金属激活离子； (4)锕系元素激活离子。 4、具有18种可能具有二阶非线性光学效应的点群，其中 11种单轴晶晶类(只有一个高次轴)： 3, 4,?4, 6,?6, 32, 3m, ?42m, 4mm,?6m2, 6mm