2017同济821材料科学基础

2015同济大学821材料科学基础真题回忆整理版一，名词解释（6分/个，30分）固溶体和化合物点缺陷和位错特征x射线（？）时温等效原理范德华键和氢键1.共聚合和共聚物（？）二，判断题（2分/个，20分）1.热胀冷缩就是受热膨胀受冷收缩，那么物质的热膨胀系数都是正的；2.位错都可以滑移攀移3.SEM的衬度有二次衬度、背散射、质厚衬度4.金属导电是因为有自由运动的电子，不导电是因为没有5.晶体都透明，非晶体都不透明6.7.8.9.10.三，简答（8选6，10分/个，60分）1.推倒布拉格方程，并讨论其在x射线衍射分析和电子选区衍射中的应用；（推导出布拉格方程，并说明其在XRD、TEM选区电子衍射中的应用）2.试述影响高分子结晶的结构因素；3.画出三种金属晶体结构图，以及体心和面心立方堆积的110，100，111晶面的排列图；4.试从分子运动角度分析高分子材料的力学状态；5.试一材料为例，分析其宏观微观结构，并说出可以采用的材料分析方法和仪器（对一种材料进行宏观和微观的结构表征）6.金属和半导体本征电导率随温度的变化情况7.分析晶子学说和无规则网络学说的异同点，并说明为什么SiO2和B2O3能做网络形成体，而CaO和Na2O只能做网络调整体（玻璃的两个学说；为什么sio2 B2O3可以作为玻璃形成剂；而Na20为助溶剂）8.氢键、范德华键的区别，如何影响材料的性能的四，论述题（20/个，40分）1.试举两个相变的例子分析相变是如何影响材料的性能，以及用什么研究方法可以对相变的过程进行分析研究（举例两种相变的种类，应用，以及如何影响性能的；如何分析相变过程）2.为什么陶瓷材料和混凝土有很大的脆性？而高分子和金属有很好的韧性和塑性？试述如何提高材料的韧性以及塑性和强度（如何对材料进行增韧、增强）。

821材料科学基础大纲详解本课程主要考察考生对材料科学的基础理论和专业知识的掌握程度，以及运用这些理论和知识解决实际问题的能力。

同时还将考察考生对常规材料表征技术的掌握程度和应用能力。

考查的知识要点包括以下内容:(1)材料及材料科学的含义:材料及材料的基本要素和相互之间的关系、材料的结构层次及材料结构与性能的关系、材料选择的基本原理;(2)材料的原子结构与分子结构:原子结构、原子间的键合、材料的化学组成和结构对性能的影响、高分子链的近程结构与远程结构:(3)固体材料结构基础:晶体的基本特性、晶体的结构特征(空间点阵和晶胞、晶向指数和晶面指数)、配位数和配位多面体、金属的晶体结构、离子晶体结构、共价晶体结构、高分子凝聚态结构(晶态结构、非晶态结构、取向结构)、非晶态的形成及结构特征、固体材料能带结构的基础知识(导体、半导体、绝缘体)及与性能之间的关系;(4)晶体的结构缺陷:缺陷分类、点缺陷的形成、位错的基本类型和特征、晶体结构缺陷对材料性能的影响;(5)材料的相结构与相变:相的定义、相结构、固溶体的概念及特点、相变的定义、相变的分类(按结构分类、按热力学分类、按相变方式分类、按原子迁移特征分类)、结晶的基本规律与条件:热力学条件、动力学条件(成核-长大机理);(6)高分子材料中的分子链运动:高分子链的内旋转及柔顺性的本质和影响因素，高分子材料的三种力学状态(玻璃态、高弹态及粘流态)、玻璃化转变温度;(7)金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的结构特征、性能特点及其应用分析;(8)常规材料表征技术及应用:XRD、TEM、SEM、IR、DSC的工作原理、影响这些表征技术的主要因素及在材料研究中的应用。


考试题型: 专业术语或基本概念的解释、简答题、论述或辨析题、综合分析题等。

2020年821同济大学材料科学基础真题
简答题（7*10）
1、从相结构的角度分析，化合物、晶体、固溶体和混合物之间的区别
2、试分析水泥或陶瓷材料的显微组织，以及显微组织对材料和性能的影响
3、分析红外光谱影响吸收谱带的因素，为什么不用水做溶剂
4、分析X射线、红外、紫外所吸收的能级以及所能收集的微观信息
5、晶体缺陷，可以用什么仪器（研究方法）分析观察
6、聚合物高弹态中分子运动的特点，可以说熵弹性吗？为什么
7、X射线能够使物质发出什么样的物理信号，并计算面间距
分析题（4*15）
1、NACL CSCL CAF2 为例，分析结晶学定律对晶体结构的影响，各自的具体晶体结构，并画出晶体结构图
2、电子显微镜比光学显微镜的分辨率高的原因？电子束在材料上产生哪些信号？扫描电镜中那些信号可以进行形貌分析，分辨率的大小？
3、金属材料的四大强化机制及其检测方法
4、高分子的应力松弛现象，举例分析分子内部的运动怎么防止或减少
综合题（20）
金属、陶瓷、高分子、混凝土，选择分析其组成结构性能效能？对其组成结构性能的试验方法。

同济大学材料学院材料学专业——2007年真题及解析科目一：代码：821 科目名称：材料研究方法北京万学教育科技有限公司考试年份：2007招生专业：材料学研究方向：01高性能水泥基材料02智能材料03新型建筑材料04生态环境材料05无机功能材料06高分子功能材料07高分子材料改性08生物医用材料09金属功能材料10纳米材料11材料体系分析与建模方法一、真题1．电子束轰击到固体样品表面会产生哪些主要物理信号？研究材料的表面形貌一般收集哪种物理信号？并说明其衬度原理研究材料表面元素分原布状况应收集哪些信息，并收明其衬度理。

2．简述DSC的种类和定量热分析原理，举例说明其在材料研究领域的应用。

3．请详述电子衍射和X射线衍射的异同点。

4．请说述电子探针中波谱的原理和应用，并简述波谱与能谱在应用方面的异同。

5．写出布拉格方程，分析物质产生X衍射的充要条件，简述X射线粉末衍射物相鉴定过程。

请说明样品制备对物相鉴定的影响。

6．简述特征X射线的产生，性质和应用。

7．简述红外光谱用于分子结构分析的基础，说明其应用。

8．采用何种手段可以研究高分子材料的结晶。

9．聚合物的填充改性及共混是高分子材料改的常用手段，如何研究无机填充材料在高聚物基体中的分布情况？如何研究共混物中各相的形态？第 1 页共10 页10．核磁共振谱中不同质子产生不同化学位移的根本原因是什么？化学位移的主要影响因素有哪些？核磁共振谱中的信号强度可以提供何种信息？11．请详细描述金相试样的制备过程，并画出碳马氏体和高碳马氏体的组织示意图，解释其区别。

12．举例说明透射电镜在金属材料研究方面的应用，说明其原理。

13．制备金属材料透射电子显微镜试样时一般采用双喷法制样，请详述其原理。

14．请详述多晶，非晶，纳米晶体材料在透射电子显微镜选区稍微图像中的区别。

15．拟定方案，解决玻璃体内夹杂物的鉴定。

16．采用合适的现代技术表征法分析硅酸盐水泥水化进程，请简要评述你给出的方法。

2012年同济大学材料科学基础真题
1、阐述几种使用物理原理的仪器的分析方法。

2、如何利用偏光显微镜鉴别非晶体、一轴晶体和二轴晶体。

3、布拉格方程的物理意义是什么，有分析方法中哪些具体的应用。

4、X衍射仪的原理和应用，怎样利用X衍射区分晶体与非晶体。

5、阐述透射电镜的衬度原理和样品的制备方法，并说明透射电镜的应用上有哪些局限。

6、扫描电镜与透射电镜的原理有什么区别。

7、差热分析的基础原理是什么，具体有什么应用。

8、怎样利用热分析技术判断陶瓷烧结过程中的烧结、脱水，晶想型转变。

（P248-249）
9、红外光谱的特征基团，有什么应用。

10、水泥水化过程中水化产物物象的分析方法。

11、红外光谱的特征基团频率有哪些，并举例说明基团频率位移的影响因素。

（大概是这样。

）
12、画出乙醇的质谱图，并且利用它说明质谱图可以给出的信息，说明质谱的化学位移影响因素。

13、怎样去分析金属中的第二相弥散相。

14、利用所学物理表征和化学分析的知识，结合所学专业，阐述材料分析中物理表征和化学分析的过程。

（所用表征方法不少于两种）。

绪论1. 材料和材料科学的定义：材料：具有在特定条件下使用要求的形态和物理状态的物质（不包含燃料、化工原料或产品、食品和药品）。

材料科学：研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律的一门学科。

材料科学的内涵：核心问题是材料的组织结构与性能以及两者之间的关系。

2. 材料科学与工程的四要素模型及四要素之间的关系：材料的成分与结构是影响其各种性质的直接因素，加工过程通过改变材料的成分与结构从而影响其性质。

例如铁碳合金，不含碳时，即纯铁，延展性好但强度低；含碳量较低时，称之为钢，钢中含碳量增加，强度硬度上升，但塑性韧性下降。

由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石,也有着不同的性能。

结构与成分是材料研究的核心，性质是落脚点，根据材料的性质可以确定其使用效能，例如金属具有刚性和硬度，可做结构材料。

材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状,而且是控制材料成分和结构的必要手段。

如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能,冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。

3. 材料结构层次与材料结构和性能的关系：①原子结构②结合键内部结构③原子排列方式（晶体、非晶体）④显微组织⑤宏观组织（肉眼可见）讨论结构对性能的影响关系：①原子结构②结合键③原子排列方式④显微组织和缺陷 Eg.1 结合键受到原子结构影响，易失去电子的元素形成金属键，结合键为金属键，导致原子趋于紧密堆积，电子共有化使得受力形变时金属键不至于破坏，故而有很好的延展性。

Eg.2 组织是指金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶粒大小、方向、形状、排列方式等组成关系的组成物。

如铁素体和珠光体。

材料热处理加工导致组织结构变化，其力学性能也有所差异。

4. 材料选择的基本原理①性能使用性原则：根据工作环境条件，按照材料的性能指标来选择相应的适用材料。

②失效性选择原则：对服役后失效的材料进行失效原因、解决对策分析，选择新的适用材料。

一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。

晶格能:：在0k时1mol离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体内部的结构基元抽象成几何点，将实际晶体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体单位基元点阵：把晶体内部的原子、离子或原子集团等结构抽象成几何的点平行六面体：空间格子中的最小单位基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c和轴角α，β，γ统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：△X≥1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7≤△X＜1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：△X＜0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。

五，写出单型三方柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的对称性。

三方柱晶面指数(0 0 0 1)(0 0 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 1 0)(1 0 0)(0 1 0)(1 0 0)(0 0 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数（0 0 0 1）（0 0 0 1）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0 ）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0）对称型 L46L27PC六，写出立方体中六个晶面指数（0 0 1）（0 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）七，在六方晶体中标出晶面（0 0 0 1）（2 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 2 0）（1 2 1 0）的位置（0 0 0 1）面opqrst（2 1 1 0）面o’s’so（1 0 1 0）面tss’t’（1 1 2 0）面trr’t’（1 2 1 0）面qss’q’1，原子半径：分子内部原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的势力范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=3√3/2*a2*1.6a原子体积=4π/3（a2/2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：①伯格斯矢量与刃型位错垂直②刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错③在刃型位错的周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场④位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：①伯格斯矢量与刃型位错平行②螺旋位错分为左旋和右旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错③螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几个原子宽度的线缺陷。