材料科学与实验问答题

实验1思考题1、如何根据聚合物材料的应力一应变曲线来判断材料的性能？（1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。（2）材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度。（4）材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。（3）材料硬而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。以上三种聚合物由于强度较大，适于用做工程塑料。（5）材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。（6）材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。2、在拉伸实验中，如何测定模量？弹性模量就是应力与应变的比值，也就是拉伸实验得到的曲线中弹性部分直线的斜率3、拉伸强度与断裂伸长率会随拉伸速度的改变而变化吗？为什么？拉伸速度越快，断裂伸长率越小，拉伸强度越大。数据不稳定，测试时间短，实验误差大拉伸速度越慢，断裂伸长率越大，拉伸强度越小。数据相对稳定，测试时间长，实验误差小因为拉伸速度越快，高分子材料内部分子还来不及改变自己分子链结构来适用拉伸就已经超过了整个材料的屈服，所以容易被拉断伸长率变小，但是这个时候同时被拉断的分子有很多，所以强度大。而速度慢的时候内部分子有时间通过改变分子键价结构来适用这个拉力，所以伸长率变大；整个过程屈服的作用就不那么明显，所以强度变小。4、结晶聚合物（如POM)与无定形聚合物（如PS)的应力一应变曲线有何不同？塑料与橡胶呢？晶态聚合物拉伸时，经历了五个阶段。除了E和σt都较大外，其主要特点是细颈化和冷拉。所谓“细颈化”是指试样在一处或几处薄弱环节首先变细，此后细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至整个试样变细为止。这一阶段应力不变，应变可达500％以上。由于是在较低温度下出现的不均匀拉伸（注：玻璃态聚合物试样在拉伸时横截面是均匀收缩的），所以又称为“冷拉”。细颈化和冷拉的产生原因是结晶形态的变化，在弹性形变阶段球晶只是发生仿射形变（即球晶的伸长率与试样伸长率相同）成为椭球形，继而在球晶的薄弱环节处发生破坏，组成球晶的晶片被拉出来，分子链发生重排，取向和再结晶成纤维状晶。这一阶段如同毛线从线团中不断被抽出，无需多少力，所以应力维持不变。2.影响介电常数的因素有哪些？测试过程中应注意哪些事项？（实验三电容器陶瓷制备、介电特性测试与分析周昌荣）元件的电容C,电极面积A和电极间的距离t;测试过程中应注意测试片的正负极，极化电压，极化时间，及测量时的安全性，测量完每一片后要将高压直流电源关闭后方可拿出来，LCRmeter测量仪的示数注意单位。3、溅射法制备导电氧化物薄膜及性能评价（1）沉积薄膜之前，基片为什么要进行清洗？①、光学镀膜一般都要求外观良好，比如说1mm，0.5mm，甚至0.1mm的膜下脏污，脱膜，都会被判定为次品。②、薄膜与玻璃结合力强弱直接与玻璃表面的干净程度有关系。③、如不加清洗，在镀膜前看不到的脏污，会在镀膜后成为颜色不均匀现象。在很多情况下都是不合格的。(2)ITO薄膜沉积过程为什么要通入氧气？1、氧气是ITO薄膜制备反应的反应物2、在薄膜制备过程中氧分压高低会影响ITO薄膜的导电率。3、无氧条件下薄膜以非晶态结构为主，通入氧气后出现晶化。4、溅射过程通入适量的氧气可以减少ITO薄膜中氧空位等缺陷，薄膜密度提高，介电常数增大，电学性能提高。(3)溅射气压对ITO薄膜的导电性和可见光透过性有何影响？1、当氧分压过低时生成氧化物InO和SnO薄膜结晶较差，微观结构无序，且存在iang位错和缺陷，从而使薄膜的电阻率增大；2、当氧分压较大（＞15%）时，ITO薄膜的透过性显著增大，因为In和Sn原子能充分氧化生成透明氧化物In2O3和SnO2；3、但是太大的氧流量会使Sn形成高价不透明氧化物Sn3O4，4、磁控溅射制备ITO薄膜的过程中，会产生大量的氧负离子，氧负离子在电场的作用下以一定的粒子能量会轰击到所沉积的ITO薄膜表面，使ITO薄膜的结晶结构和晶体状态造成结构缺陷。溅射的电压越大，氧负离子轰击膜层表面的能量也越大，那么造成这种结构缺陷的几率就越大，产生晶体结构缺陷也越严重，从而导致了ITO薄膜的电阻率上升。5当溅射气压较高时(达1.2Pa),薄膜的导电性和透光率均很差,因这时Ar+溅射出的靶原子动能较小,且靶原子飞向基底时遭到气体分子和等离子体散射的几率大,使沉积到基底上的原子能量较小,降低了高价铟锡氧化物的反应活性,并影响了薄膜的结晶程度。随着P的逐渐降低,至0.45Pa时薄膜电阻率达到最低值,至0.35Pa时透光率增到最大值。这是因为在此过程中,Ar+受到的散射较小,从靶上溅射出的原子动能较大,同时,由于气体稀薄,飞向基底的原子平均自由程和反应活性均较大,氧离子能够和溅射到基底的金属原子进行充分反应,易形成高价铟锡氧化物,并形成带有氧空位和掺杂锡的ITO膜,使薄膜导电性达到最好;随之结晶性也达最好,导致薄膜具有较高的透光率。再继续降低P,电阻率将迅速增大,因这时有更充分的氧化反应,将造成氧空位的急剧下降和掺杂锡的氧化,使电阻率迅速增大。在P降至0.35Pa以下时,因ITO膜层结晶性很好,致使透光率很高,透光率仅在很小范围内有一点波动。（4）基片加热温度与ITO薄膜晶型的关系。随着基片温度的上升,N逐渐增加,Θ不断降低,而Λ则先增加后减小,在基片温度为200℃时为极大值.所有样品在可见光区的平均光学透过率都大于80%,薄膜的折射率和消光系数从拟合透射光谱数据获得;在1500nm光学波长处,折射率随载流子浓度的增加而减小,较好符合线性关系;消光系数随载流子浓度的增大而增加。（接近该问题）（5）`ITO薄膜光电性能与应用的关系。ITO薄膜良好的透明性和导电性的利用。将ITO薄膜镀在玻璃上制成的ITO膜透明导电玻璃是液晶显示器(LCD)的主要材料,目前已广泛使用于电子表、游戏机、计算器、通讯设备、检测仪器,办公室自动化设备,便携个人电脑、电子记事本、翻译机、录相机、壁挂电视等等,因为它具有薄轻如纸,画面精美、低电压、低功耗的特点。LCD将超过RCT(电子显象管)成为显示器的主流产品。其用于平面显示还有电致发光显示、电致彩色显示。IT0膜作为太阳能电池一个重要组成部分,已得到应用,不论ITO-nip型、ITO-pin型,肖特基型或异质结构型,均镀有一层IT0膜作为减反射层和透明电极。制作透明指触式控制板,显示和操作键重合,可进行人机对话输入。ITO薄膜对光波的选择性和发热性的利用。ITO薄膜用于寒冷地区和高层建筑的视窗,将使热量保存在一封闭的空间里而起到热屏蔽作用,也可以用于热的季节,使外界热量难以辐射入室内,同时从阳光中得到最大的好处。使建筑物内暖气、冷气和照明等能耗减少50%以上,日本、美国和西欧都投入大量人力、财力开发这种玻璃(EC玻璃)。ITO薄膜作为透明发热体用在汽车、火车、飞机风档玻璃,飞船眩窗,坦克激光测距仪、机载光学侦察仪,潜望镜观察窗等,不仅起隔热降温作用,而且通电后可除冰霜,因此多年来得到了广泛地应用。近年来,冷冻冷藏陈列柜市场迅速发展,其门均采用了ITO膜,具有防结露和反红外功能(可节能40%左右),可代替双层隔热玻璃。还可以用作烹调用加热板的发热体、喉镜、低压钠灯等。4、（1）悬浮熔炼冷坩埚的最大特点在于熔料的悬浮，因此要求金属在熔化时已有足够的悬浮力，那麽对于要熔炼的金属有什麽要求？①保证金属液的化学成分和材质性能;②保证金属液有足够的温度(过热)③保证金属液的数量(质量);④保证低能耗、低成本;⑤保证低噪声、低污染（2）原料什麽形状最好？熔炼时如何放置？对于粉状原料炼制前应如何处理？原料最好是球形；在熔炼时放置样品要避免触碰实验仪器壁，放在真空罩下，确保真空状态，同时保护气体确保充上，压力适应就可以了；如果是粉末状原料首先可以通过必要的物理处理或者化学处理固定，其次可以把粉末状原料放在特殊的装置中进行试验，最后以上方法不行可以直接放在试验仪器上实验。5、实验7XRD测试晶体结构与精修姚青荣：（1）如何对多相样品的定量分析。X射线衍射物相定量分析有内标法、外标法、绝热法、增量法、无标样法、基体冲洗法和全谱拟合法等常规分析方法。内标法、绝热法和增量法等都需要在待测样品中加入参考标相并绘制工作曲线,如果样品含有的物相较多,谱线复杂,再加入参考标相时会进一步增加谱线的重叠机会,给定量分析带来困难。以内标法为例：设样品由N个物相组成，采用衍射仪测定时，由Alexander和HIug导出的N相中第J相的衍射强度公式为:uVKIJJJ（1）式中:IJ—试样中J相衍射峰的积分强度;KJ—强度表达式中与试样的种类、数量均无关的常数项;VJ—试样中J相所占的体积百分数;u—试样的平均吸收系数。（1）式就是x射线衍射物相定量分析的基本方程。该式说明试样中J相的衍射强度IJ和J相所占体积百分数VJ，成正比，和样品的平均吸收系数u成反。（2）晶体结构精修好坏与那些因数有关及如何改善。晶体结构精修的步骤是对Fo-Fc图的精密检验有助于提出新原子，除去“问题”原子。只要找到了所有的非氢原子，原子就可以进行各项异性精修。只要模型各向异性化了，氢原子的位置就能确定或计算得出。影响因数电子密度图各向异性位移参数特殊位置强制模型参数限制几何限制等。要改善这些问题，首先是样品要按照要求制备，最好制备成晶体，这样所确定的结构是整个晶体范围内空间上的平均效果以及整个数据采集时段）范围内时间上的平均效果；其次晶体内的热运动也可能引起很大的ADP，室温下样品中的离子巨大的椭球既可解释为无序，又可解释为剧烈的原子运动，最好恒定在一个温度；然后温度越高，键长表现得越短，即使晶胞同向是增大。这种现象的原因就是振动。特别是端基原子，它们甚至表现出环形的运动。在各向异性精修中，这种运动被拟合成中心在环内而原子处于其外围的椭球。维持在一个很定状态；最后劲量避免氢原子的影响。实验6思考题1、为什么要进行化学镀镍？化学镀镍具有镀层均匀，结合力强，镀层硬度高，耐磨性能及耐腐蚀性能好，镀液较稳定，维护方便等许多优点。目前已在航天航空、汽车、化工、石油、天然气、机械、纺织、食品、军事、电子和计算机等行业得到广泛应用。2、化学镀镍工艺主要包含哪些内容？合理地选择添加剂，包括光亮剂、镀液稳定剂、增速剂、润湿剂等，适宜的施镀工艺，如pH值、沉积速度、施镀温度和装载量等条件，可以使镀层更加致密，耐蚀性提高。6材料电光转换效率以及发光性能的表征与评价张小文⑴分析影响亮度、色度和发光光谱测试的因素主要有哪些？其外观、操作方法及价格也跟密度计相近，由于仪器自身器件及原理方面存在一定的误差，使颜色测量值的绝对精度不够理想，另外就是工作环境的温度。⑵亮度、色度、发光光谱测量在生活中有哪些实际应用？LED,光学仪器，手机和电视机的显示屏等。⑶举例：实际生活中亮度为1cd/m2和300cd/m2的实例。亮度1cd/m2生活中用的手电筒；亮度300cd/m2有液晶的电视机显示屏。⑷彩电的RGB三基色的色坐标值一般为多少？RGB的坐标值对彩电的显示效果有何影响？三基色屏分为全彩色(fullcolor),由红色，黄绿色(波长570nm)，蓝色构成及真彩色(naturecolor),由红色，纯绿色(波长525nm),蓝色构成。⑸如何根据光谱图计算出发光体的发光亮度面A的法线为N，为N与AB的夹角，该面A在AB方向的正投影面积为dS·cos。因此向B方向的亮度可由下式求得：cosdsIL。⑹如何根据光谱图计算出发光体的色度（色坐标）颜色的三刺激值：由CIE(国际照明委员会)推荐，其计算公式为：xSRKXxSRKYxSRKZ带入相应的数值和方向即可算出。