功能材料概论复习资料
第三章 超导材料
一 .概念
1. 超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。
2. 在绝对零度下，处于能隙下边缘以下的各能态全被占据，而能隙上边缘以上的各能态全空着。这种
状态就是超导基态。
3. 引进声子的概念后，可将声子看成一种准粒子，它像真实粒子一样和电子发生相互作用。通常把电
子与晶格点阵的相互作用，称为电子-声子相互作用。
4. 产生临界磁场的电流，即超导态允许流动的最大电流，称为临界电流。
5. 在处理与热振动能量相关的一类问题时，往往把晶格点阵的集体振动，等效成若干个不同频率的互
相独立的简正振动的叠加。而每一种频率的简正振动的能量都是量子化的，其能量量子称为声子。
6. 只要两个电子之间有净的吸引作用，不管这种作用多么微弱，它们都能形成束缚态，两个电子的总
能量将低于2EF。此时，这种吸引作用有可能超过电子之间的库仑排斥作用，而表现为净的相互吸引作用，这样的两个电子被称为库柏电子对。
7. 库柏对有一定的尺寸，反映了组成库柏对的两个电子，不像两个正常电于那样，完全互不相关的独
立运动，而是存在着一种关联性．库柏对的尺寸正是这种关联效应的空间尺度．称为BCS相于长度。 8. 对处于超导态的超导体施加一个磁场，当磁场强度高于HC时，磁力线将穿人超导体，超导态被破坏。
一般把可以破坏超导态的最小磁场强度称为临界磁场。
二 .填空
1. （电子）与（晶格点阵之间）的相互作用，可能是导致超导电性产生的根源。 2. 超导体的三个临界参数为：（临界温度）、（临界磁场）（临界电流）。
3. 超导材料按其化学组成可分为：（元素超导体）、（合金超导体）、（化合物超导体）。 三 .简答
1.请简述第一类超导体与第二类超导体的区别
HC0 为0K时的临界磁场。当T＝TC时，＝0;随温度的降低，HC增加，至0K时达到最大值HC0。HC与材料性质也有关系，上述在临界磁场以下显示超导性，超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。
与第一类超导体相反，第二类超导体有两个临界磁场。一个是下临界磁场(HC1)另一个是上临界磁场(Hc2)。下临界磁场值较小，上临界磁场比下临界磁场高一个数最级，而且，大部分第二类超导体的上临界磁场
(q)就
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比第一类超导体的临界磁场要高得多。在温度低于Hc条件下，外磁场小于HC时，第二类超导体与第一类超导体相同，处于完全抗磁性状态。当外磁场介于Hc1与Hc2之间时，第二类超导体处于超导态与正常态的混合状态，磁场部分进入超导体内部 2.请列举超导材料的应用。 （一）开发新能源
1．超导受控热核反应堆 2超导磁流体发电 （二）节能方面 I．超导输电
2．超导发电机和电动机 3．超导变压器
（三）超导磁悬浮列车 （四）超导贮能 （五）研究领域 （六）其他应用
第四章 贮氢合金
一 .概念
滞后：金属氢化物在吸氢与释氢时，虽在同一温度，但压力不同，这种现象称为滞后。 二 .填空
1. 氢化物氢贮运装置分两类：（固定式）和（移动式）。 2. 氢能源开发中的难题是（制氢工艺）和（氢的贮存）。
3. 金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向反应，（吸氢、放热）；逆向反应，（释氢、吸热）。 4. 改变（温度）与（压力）条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸释氢功能。 5. 作为贮氢材料，滞后越（小）越好。
6.（机械合金化技术）应用于贮氢合金的制备，是改善贮氢合金性能的有效途径。
三.简答
1.请简述金属的贮氢原理，并写出简单的反应式。
许多金属(或合金)可固溶氢气形成含氢的固溶体(MHx)，固溶体的溶解度[H]M与其平衡氢压P H2的平方根成正比。在一定温度和压力条件下，固溶相(MHx)与氢反应生成金属氢化物．反应式如下
式中MHy是金属氢化物，
其与氢起化学反应生成金属氢化物来贮氢的。 2.非晶态贮氢合金的优点
为生成热。贮氢合金正是靠
非晶态贮氨合金比同组份的晶态合金在相同的温度和氢压下有更大的贮氢量；具有较高的耐磨性；即使经过几百次吸、放氢循环也不致破碎；吸氢后体积膨胀小。但非晶态贮氢合金往往由于吸氢过程中的放热而晶化。
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3.机械合金化技术应用于贮氢合金的制备的优缺点
机械合金化技术应用于贮氢合金的制备，是改善贮氢合金性能的有效途径。该技术成本低、工艺简单、生产周期短；制备的贮氢合金具有贮氢量大、活化容易、吸释氢速度快、电催化活性好等优点。美中不足的是用MA制备贮氢合金尚处于实验室研究阶段，理论模型，工艺参数，工艺条件还有待于进一步优化。 4.作为氢化物电极的贮氢合金必须满足的基本要求：
(1)在碱性电解质溶液中良好的化学稳定性；(2)高的阴极贮氢容量；(3)合适的室温平台压力；(4)良好的电催化活性和抗阴极氧化能力；(5)良好的电极反应动力学特性。
5.贮氢合金在应用时存在的主要问题：
贮氢能力低；对气体杂质的高度敏感性；初始活化困难；氢化物在空气中自燃；反复吸释氢时氢化物产生岐化。
6.简述贮氢合金的应用 1）作为贮运氢气的容器 2）氢能汽车 3）分离、回收氢 4）制取高纯度氢气 5）氢气静压机 6）氢化物电极
第五章 形状记忆合金
一 .概念
1. 有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时，对母相有记忆效应；当从相再次冷却为马氏体时，
还回复原马氏体的形状，这种现象称为双向形状记忆效应，又称可逆形状记忆效应。
2. 具有马氏体逆转变，且Ms与As相差很小的合金，将其冷却到Ms点以下，马氏体晶核随温度下降逐渐
长大，温度回升时马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小，这种马氏体叫热弹性马氏体。 3. 在Ms以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，形成的马氏体叫应力诱发马氏体。 4. 有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏
体消失，这种马氏体叫应力弹性马氏体。
5. 应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，当除去应力时，这种附加应变也随之消失，这种现
象称为超弹性(伪弹性)。 二 .填空
1. 根据马氏体相变的定义，在相变过程中，只要形成单变体马氏体并排除其他阻力，材料经过（马氏
体相变）及其逆相变，就会表现出（形状记忆效应）。
2. 己发现的形状记忆舍金种类很多，可以分为（镍-钛系）、（铜系）、（铁系）合金三大类。
3. 每片马氏体形成时都伴有形状的变化。这种合金在单向外力作用下，其中马氏体顺应力方向发生再
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取向，即造成马氏体的（择优取向）。
4. （Shockley不全位错）的可逆移动是形状恢复的关键。
5. 通常的形状记忆合金根据马氏体与母相的晶体学关系，共有（六）个这样的片群，形成（24）种马
氏体变体
6. 应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，去除应力后，马氏体消失，应变也随之回复，这种
现象称为（伪弹性）或超弹性。
7. 母相（γ）奥氏体为（面心立方）结构，ε马氏体为密排六方结构。
8. 形状记忆合金材料的应用主要体现在（工程应用）、（医学应用）和（智能应用）三个方面 三 .简答
1.简述形状记忆的三种形式 形状记忆效应有三种形式。
第一种称为单向形状记忆效应，即将母相冷却或加应力．使之发生马氏体相变，然后使马氏体发生塑性变形，改变其形状，再重新加热到As以上，马氏体发生逆转变，温度升至Af点，马氏体完全消失，材料完全恢复母相形状。一般没有特殊说明，形状记忆效应都是指这种单向形状记忆效应。
有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时，对母相有记忆效应；当从相再次冷却为马氏体时，还回复原马氏体的形状，这种现象称为双向形状记忆效应，又称可逆形状记忆效应。
第三种情况是在Ti-Ni合金系中发现的，在冷热循环过程中，形状回复到与母体完全相反的形状，称为全方位形状记忆效应。
2.铁基形状记忆合金具有良好的记忆效应的前提条件是：
（1）合金母相为单一奥氏体，并存在一定数量的层错；（2）尽可能低的层错能，使Schockley不全位错容易扩展及收缩，以减少应力诱发马氏体相变时的阻力；（3）相当的母相强度，以抑制应力诱发相变时产生永久位移；（4）较低的铁磁-反铁磁转变温度（TN）以消除奥氏体稳定化对应力诱发γ→ε相变时的阻碍。
3.形状记忆合金作紧固件、连接件较其他材料有许多优势
(1)夹紧力大，接触密封可靠．避免了由于焊接而产生的冶金缺陷；(2)适于不易焊接的接头；(3)金属与塑料等不同材料可以通过这种连接件连成一体；(4)安装时不需要熟练的技术。 4.简述形状记忆合金的应用
1）工程上的应用：作各种结构件，加紧固件、连接件、密封垫等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些与温度有关的传感及自动控制
2）医学上使用：移植材料、在生物体内部作固定折断骨架的销、进行内固定接骨的接骨板、假肢的连接、矫正脊柱弯曲的矫正板、人工心脏
3）智能应用：自调节和控制装置，如各种智能、仿生机械、牙齿矫正线、眼镜片固定丝、汽车的保险杠
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和易撞伤部位
四 .论述
1.形状记忆原理
一些学者曾根据早期的形状记忆材料的特征，提出产生形状记忆效应的条件是：(1)马氏体相变是热弹性的；(2)马氏体点阵的不变切变为孪生，即亚结构为孪晶；(3)母相和马氏体均为有序结构。但随着对形状记忆材料研究的不断深入，发现不完全具备上述三个条件的合金（如Fe-Mn-Si合金，其马氏体相变时半热弹性的，且母相无序）也可以显示形状记忆效应。后来又发现不仅某些合金，陶瓷材料、高分子材料中也存在形状记忆效应，其机理亦与金属材料不同。所以许多学者强调，根据马氏体相变的定义，在相变过程中，只要形成单变体马氏体并排除其他阻力，材料经过马氏体相变及其逆相变，就会表现出形状记忆效应。
我们知道，马氏体相变是一种非扩散型转变，母相向马氏体转变，可理解为原子排列面的切应变。由于剪切形变方向不同，而产生结构相同，位向不同的马氏体—马氏体变体。
每片马氏体形成时都伴有形状的变化。这种合金在单向外力作用下，其中马氏体顺应力方向发生再取向，即造成马氏体的择优取向。当大部分或全部的马氏体都采取一个取向时，整个材料在宏观上表现为形变。对于应力诱发马氏体，生成的马氏体沿外力方向择优取向，在相变同时，材料发生明显变形，上述的24个马氏体变体可以变成同一取向的单晶马氏体。将变形马氏体加热到As点以上，马氏体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低。转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一个位向——母相原来的位向。尤其当母相为长程有序时，更是如此。当自适应马氏体片群中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位向的母相倾向更大。逆转变完成后，便完全回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢复。
第六章 非晶态合金
一 .概念
1. 非晶态合金俗称“金属玻璃”。以极高速度使熔融状态的合金冷却，凝固后的合金结构呈玻璃态。 2. 拓扑无序模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混乱和随机性，强调结构的无序性，而把短
程有序看作是无规堆积时附带产生的结果。
3. 溅射法是在真空中，通过在电场中加速的氩离子轰击阴极(合金材料制成)，使被激发的物质脱离母
材而沉积在用液氮冷却的基板表面上形成非晶态薄膜。 4. 将液体金属或合金急冷获得非晶态的方法统称为液体急冷法。 二 .填空
5. 非晶态在结构上与液体相似，原子排列是（短程有序）的。
6. 非晶态合金俗称“（金属玻璃）”。以极高速度使熔融状态的合金冷却，凝固后的合金结构呈（玻璃态）。 7. 非晶态结构的另一个基本特征是热力学的不稳定性，存在向晶态转化的趋势，即（原子趋于规则排
列）。
8. 通常在理论上把非晶态材料中原子的排列情况模型化，其模型归纳起来可分两大类。一类是（不连
续模型），如微晶模型，聚集团模型；另一类是（连续模）型，如连续无规网络模型，硬球无规密堆模型等。
9. 拓扑无序模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的（混乱和随机性）。 10.拓扑无序模型有多种形式，主要有（无序密堆硬球）模型和（随机网络）模 型。
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11.金属玻璃在磁性材料方面的应用主要是作为变压器材料、（磁头材料）、磁屏 蔽材料、（磁致伸缩材料）及磁泡材料等。 三.简答
1.列举非晶材料的制备方法
（1）真空蒸发法（2）溅射法（3）化学气相沉积法(CVD)（4）液体急冷法 2.简述溅射法及此方法制备非晶态材料的优缺点。
溅射法是在真空中，通过在电场中加速的氩离子轰击阴极(合金材料制成)，使被激发的物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上形成非晶态薄膜。这种方法的优点是制得的薄膜较蒸发膜致密，与基扳的粘附性也较好。缺点是由于真空度较低(1.33-0.133Pa)，因此容易混入气体杂质,而且基体温度在溅射过程中可能升高,适于制备晶化温度较高的非晶态材料。
溅射法在非晶态半导体、非晶态磁性材料的制备中应用较多，近年发展的等离子溅射及磁控溅射，沉积速率大大提高，可制备厚膜。 3.简述非晶态的结构特点
非晶态在结构上与液体相似，原子排列是短程有序的；从总体结构上看是长程无序的，宏观上可将其看作均匀、各向同性的。非晶态结构的另一个基本特征是热力学的不稳定性，存在向晶态转化的趋势，即原子趋于规则排列。
4. 简述非晶态形成的判据
目前的判据主要有结构判据和动力学判据。结构判据是根据原子的几何排列，原子间的键合状态，及原子尺寸等参数来预测玻璃态是否易于形成；动力学判据考虑冷却速度和结晶动力学之间的关系，即需要多高的冷却速度才能阻止形核及核长大。 四 .论述
1.非晶态合金的主要特性及应用（表状或文字描述）
主要特征 高强度、高韧性 高电阻率、低温度系数 高导磁率、低矫顽力 高磁感、低损耗 高耐蚀性 恒体积、恒弹性 超导电性 高磁致伸缩 高磁能积 低居里点 实际应用材料 结构加强材料 高电阻材料、精密电阻合金材料 磁分离、磁屏蔽、磁头、磁芯材料 功率变压器、磁芯材料 刀具材料、电极材料、表面保持材料 不胀钢材料、恒弹性合金材料 超导材料 应变仪、延迟线、磁致伸缩振子材料 永磁薄膜材料 磁温敏感、磁热贮存、复写材料 word格式-可编辑-感谢下载支持 低熔点、柔软性 大的霍尔效应 垂直各向异性 钎焊材料 霍尔元件 泡畴器件材料 (1) .力学性能 表6-4列出了几种非晶态材料的机械性能指标。由表中可以看出，非晶态材料具有极高的强度和硬度，其强度远超过晶态的高强度钢。表中σf/E的值是衡量一种材料达到理论强度的程度，一般金属晶体材料，σf/E≈1/500，而非晶态合金约为1／50，材料的强度利用率大大高于晶态金属：此外，非晶态材料的疲劳强度亦很高，钴基非晶态合金可达121200MPa；非晶态合金的延伸率一般较低，如表6-4，但其韧性很好，压缩变形时．压缩率可达40％，轧制率可达50％以上而不产生裂纹；弯曲时可以弯至很小曲率半径而不折断。非晶态合金变形和断裂的主要特征是不均匀变形，变形集中在局部的滑移带内，使得在拉伸时由于局部变形量过大而断裂，所以延伸率很低，但同时其他区域几乎没有发生变形。在改变应力状态的情况下，可以达到高的变形率(如压缩)。
非晶态合金的高强度、高硬度和高韧性可以被利用制做轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的增强纤维；用非晶态合金制成的刀具，如保安刀片，已投入市场。另一方面，利用非晶态合金的机械性能随电学量或磁学量的变化，可制做各种元器件，如用铁基或镍基晶态合金可制做压力传感器的敏感元件。
从总体上看，非晶态合金制备简单，由液相一次成型，避免了普通金属材料生产过程中的铸、锻、压、拉等复杂工序，且原材料本身并不昂贵，生产过程中的边角废料也可全部收回，所以生产成本可望大大降低。但非晶态合金的比强度及弹性模量与其他材料比还不够理想，就目前生产情况看，产品形状的局限性也较大，这些都限制了它的应用。 (2)软磁特性
非晶态合金由于其结构上的特点——无序结构，不存在磁晶各向异性，因而易于磁化；而且没有位错、晶界等晶体缺陷，故磁导率、饱和磁感应强度高；矫顽力低、损耗小，是理想的软磁材料。目前比较成熟非晶态软磁合金主要有铁基，铁-镍基和钴基三大类，表6-6列出其成分及性能，同时，可与晶态软磁合金的相关性能数据作比较。
金属玻璃在磁性材料方面的应用主要是作为变压器材料、磁头材料、磁屏蔽材料、磁致伸缩材料及磁泡材料等。 (3)耐蚀性能
晶态金属材料中，耐蚀性较好的是不锈钢。但不锈钢在含有侵蚀性离子(如卤素离子)的溶液中，一般要发生点腐蚀和晶间腐蚀。非晶态合金在中性盐溶液和酸性溶液中的耐蚀性要比不锈钢好得多。如表6-7，在FeCl3溶液中非晶态合金的耐蚀性明显好于不锈钢。
非晶态合金的耐蚀性主要是由于生产过程中的快冷，导致扩散来不及进行，所以不存在第二相，组织均匀；其无序结构中不存在晶界，位错等缺陷；非晶态合金本身活性很高，能够在表面迅速形成均匀的钝化膜，阻止内部进一步腐蚀。目前对耐蚀性能研究较多的是铁基、镍基、钴基非晶态合金，其中大都含有铬。如Fe70Cr10P13C7，Ni-Cr-P13C7等。利用非晶态合金的耐蚀性，用其制造耐腐蚀管道、电池的电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化工用的催化剂、污水处理系统中的零件等都已达到实用阶段。 (4)其它性能及应用
非晶态材料在室温电阻率较高，比一般晶态合金高2-3倍，而且电阻率与温度之间的关系也与晶态合金不同，变化比较复杂，多数非晶态合金具有负的电阻温度系数，如图6-12。
非晶态合金还具有良好的催化特性，如用Fe20Ni60B20作为CO氢化反应的催化剂。
从50年代开始，人们就发现非晶态金属及合金具有超导电性。1975年以后，用液体急冷法制备了多种具有超导电性的非晶态合金，为超导材料的研究开辟了新的领域。从发展上看，非晶态超导材料良好的韧性及加工性能应引起人们足够的重视。
第七章 磁性材料
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一. 概念
1. 硬磁材料：也称为永磁材料，是指材料被外磁场磁化以后，去掉外磁场仍然保持着较强剩磁的材料。 2. 铁磁性材料在磁场中被磁化时，沿外磁场方向其尺寸会发生微小变化，这种现象叫做磁致伸缩。 3. 由磁场引起材料电阻发生变化的现象称为磁电阻（MR）效应。 4. 巨磁化强度材料也称为高磁化强度材料，是指饱和磁化强度高于传统的Fe和Fe-Co软磁合金的材料。
二.填空
1. 从应用方面考虑，磁性材料可分为（软磁材料）、（硬磁材料）、（磁记录材料）及一些特殊用途的磁
性材料等
2. 软磁材料的种类很多，大致可分为（金属软磁材料）及（软磁铁氧体）。 3. 影响纯铁磁性能的因素有多种，包括晶粒的结晶轴对磁化方向的取向关系，（纯铁中的杂质），晶粒
大小，金属的塑性变形，加工过程中的（内应力）等等。 4. 评价永磁材料性能好的几个重要指标是：（剩余磁感应强度Br）、（矫顽力Hc）（最大磁能积(BH)max）、
以及（凸起系数η）。
5. 目前磁记录的模式可分为（水平(纵向)）磁记录，（垂直磁记录）及（杂化磁记录）三种。 6. 磁记录方式可分为（模拟）和（数字）记录两大类 三．简答
1.简述软磁材料的特点及应用
软磁材料的磁滞回线细长，磁导率高，矫顽力低，铁芯损耗低，容易磁化，也容易去磁；在通讯技术与电力技术中应用广泛，可用来制造电感元件，如变压器、继电器、电磁铁、电机的铁心等等 2.铁铝合金同其它金属软磁合金相比，具有什么特点？
(1)电阻率高；(2)高的硬度和耐磨性；(3)比重小，可减轻铁芯自重；(4)对应力不敏感，从环境对软磁合金影响的角度来看，软磁合金对应力最为敏感，铁铝合金是例外；(5)时效，材料在使用时，随时间及环境温度的变化，磁性能发生变化；(6)温度稳定性，可采用低温退火后淬火处理、也可以在50-150℃下保温10-20h——人工时效来改善其温度稳定性。 3.对磁头材料的基本性能要求？
(1)高的磁导率 希望铁芯材料有较大的起始磁导串和最大磁导率μm，以便提高写入和读出信号的质量。 (2)高的饱和磁感应强度Bs 为了提高记录密度，减少录音失真，要求材料具有高的Bs。 (3)低的Br和Hc 磁记录过程中，Br高会使记录的可靠性降低。
(4)高的电阻率和耐磨性 提高材料的电阻可以减小磁头损耗，改善铁芯频率响应特性。高的耐磨性可以增加磁头的寿命和工作的稳定性。
4.对制做记录介质的磁性材料(磁粉及磁性薄膜)要求？
(1)剩余磁感应强度Br高；(2)矫顽力Hc适当的高；(3)磁滞回线接近矩形，Hc附近的磁导率尽量高；(4)磁层均匀，厚度适当，记录密度越高，磁层愈薄；(5)磁性粒子的尺寸均匀，呈单畴状态；(6)磁致伸缩小，不产生明显的加压退磁效应；(7)基本磁特性的温度系数小，不产生明显的加热退磁效应；(8)磁粉粒子易分散，在磁场作用下容易取向排列，不形成磁路闭合的粒子集团。 四.论述
1.论述磁记录原理
目前磁记录的模式可分为水平(纵向)磁记录，垂直磁记录及杂化磁记录三种。不管哪种模式，磁记录系统包括以下几个基本单元：换能器、存贮介质、传送介质装置以及相匹配的电子线路。
磁头是电磁转换器件，即上面所说的换能器。其基本功能是与磁记录介质构成磁性回路，对信息进行加工，包括记录、重放和消磁。信号的磁记录是以铁磁物质的磁滞现象为基础，电信号使磁头的缝隙产生磁场，磁记录介质(如磁带)以恒定的速度相对磁头运动，磁头的缝隙对着介质，见图7-8。记录信号时，磁头线圈中通人信号电流，就会在缝隙产生磁场溢出，如果磁带与磁头的相对速度保持不变，则剩磁沿着介质长度方向上的变化规律完全反应信号的变化规律。换句话说，磁头缝隙的磁场使磁记录介质不同的位置产生不同方向和大小的剩余磁化强度，记录了被记录的电信号。如果已记录信号的磁带重新接近一重放磁头，通过拾波线圈感生出磁通，则磁通大小与磁带中磁化强度成比例。
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图7-9 纵向记录示意图
第八章 半导体材料
一 .概念
1. 由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体
性质的化合物称为化合物半导体材料。
2. 半导体异质结、超晶格和量子阱材料统称为半导体微结构材料。 3. 由两种不同半导体材料所组成的结，称为异质结。
4. 两种或两种以上不同材料的薄层周期性地交替生长，构成超晶格。 5. 当两个同样的异质结背对背接起来，构成一个量子阱。
6. 在超晶格结构中，如果超晶格的重复单元是由不同半导体材料的薄膜堆垛而成，则称为组分超晶格。 7. 掺杂超晶格是在同一种半导体中，用交替地改变掺杂类型的方法做成的新型人造周期性半导体结构
的材料
8. 势垒足够厚，足够高时，相邻阱中的电子波函数不发生交叠，这种结构材料中的电子行为如同单个
阱中电子行为的简单总和，这种材料称为多量子阱材料。
9. 分子束外延是指组成化合物的各元素通过加热方式，以原子束或分子束形式喷射在加热的衬底表面
经表面扩散和物理化学反应，形成化合物晶体薄膜的过程。
10. 光电子材料是应用于光电子技术的材料总称，是指具有光子和电子的产生、转换和传输功能的材料。 11. 半导体陶瓷是指导电性能介于导电陶瓷和绝像介质陶瓷之间的一类材料 二 .填空
1. 硅和锗都具有（金刚石）结构，化学键为（共价键）。 2. 原子排列（短程有序、长程无序）的半导体成为非晶态半导体
3. 非晶态硅薄膜的主要用途是作（太阳能电池），即直接将太阳能转换为电能的器件。
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4. 有机半导体分为（有机分子晶体）、（有机分子络合物）和高分子聚合物
5. 砷化镓膜材料主要通过外延技术制备。主要外延方法有（气相）外延、液相外延和（气束）外延。 6. 锗硅合金有（无定形）、（结晶形）和超晶格三种。
7. 结晶形锗硅合金的制备方法有（直拉法）、水平法、热分解法和（热压法） 8. （半导体异质结）、（超晶格）和（量子阱）材料统称为半导体微结构材料 三 .简答
1.砷化镓单晶的主要制备方法
一种是在石英管密封系统中装有砷源，通过调节砷源温度来控制系统中的砷压。这种方法包括水平舟区熔法、定向结晶法、温度梯度法、磁拉法和浮区熔炼法等。另一种是将熔体用某种液体覆盖，并在压力大于砷化镓离解压的气氛中合成拉晶，称为液体封闭直拉法。 2.简述超晶格的种类
组分超晶格 掺杂超晶格 多维超晶格 应变超晶格 3.简述非晶硅的特性
(1)在可见光谱区域内具有高的光吸收系数和光电导特性；(2)非晶硅薄膜的沉积生长温度低(180-250℃)，能耗低，成本少；(3)非晶硅可形成禁带宽度各不相同的多种非晶合金，而且每种非晶合金的禁带宽度还可用调节成分的方法，在一定范围内进行调节，以满足各种器件的需要；(4)非晶硅及其合金可用掺杂的方法使之成为n型或P型，有利于器件的制造。 4.请从能带角度区分量子阱和超晶格
当势垒足够厚，足够高时，相邻阱中的电子波函数不发生交叠，这种结构材料中的电子行为如同单个阱中电子行为的简单总和，这种材料称为多量子阱材料。
如势垒比较薄，高度比较低时，由于隧道共振效应，使阱中的电子隧道穿越势垒，势阱中的分立电子能级形成具有一定宽度的子能带，这种材料称为超晶格。 四 .论述
1.论述非晶态半导体的能带模型。
(1)电子在周期性势场中运动的本征波函数是布洛赫波：
波函数是布洛赫波．这意味着电子在晶体各个原胞中出现的几率是相同的，即电子可以在整个晶体内运动，称为共有化运动。
(2)晶体中电子态的能量本征值分成一系列能带，对晶态半导体最重要的是导带和价带，导带和价带之间存在着禁带。在能带中电子能级是非常密集的，形成准连续分布。
(3)晶态半导体中的缺陷，如杂质、空位、位错等，往往在禁带中引入缺陷能级，它们表示电子的束缚态。
第十章 光学材料
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一 .概念
1. 激光：受激发射产生的光就是激光。
2. 光纤：是用高透明电介质材料制成的非常细(外径约为125-200μm)的低损耗导光纤维，它不仅具有
束缚和传输从红外到可见光区域内的光的功能，而且也具有传感功能
3. 发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转换为特征辐射的现象。 4. 半导体材料在外电场作用下，出现发光现象，称为场致发光。
5. 材料受光照射着色，停止光照时，又可逆地退色，这一特性称为材料的光色现象。 6. 非线性光学材料是在强光或其他外场(电场、磁场、应变场等)作用下能产生非线性光学效应的材料，
强光或其他外场对晶体作用时，能引起材料的非线性极化响应，导致光的频率、强度、偏振态及传播方向的改变。
7. 把这种具有光学各向异性、流动性的液体称为液晶。 二.填空
1. 光学材料主要是（光介质材料），是传输光线的材料
2. 能量发射可以有两种途径:一是原子无规则地转变到低能态，称为（自发发射）；二是一个具有能量
等于两能级间能量差的光子与处于高能态的原子作用，使原子转变到低能态同时产生第二个光子，这一过程称为（受激发射），受激发射产生的光就是（激光）。
3. 产生激光作用的必要条件是使原子或分子系统的两个能级之间实现（粒子数反转）。 4. 光纤本身由（纤芯）和（包层）构成
5. 按光纤芯折射率分布不同可分为：（阶跃型）光纤和（梯度型）光纤两大类
6. 按光纤传播光波的模数来分，则有（多模光纤）、单模光纤两大类。从传感的角度来分，可以分为（传
输光纤）和功能光纤。
7. 多模光纤的传输频率主要受到（模式色散）的限制，所以传输的信息量不可能很高。 8. 晶体光纤可分为单晶与多晶两类。单晶光纤的制造方法主要有（导模法）和（浮区溶融法）。 9. 发光的三个特征是（颜色）、（强度）和（发光持续时间）。
10. 在高速电子的轰击下，发光屏的温度将要上升，而当温度上升到一定值后发光的亮度将下降，这种
现象为（温度淬灭）。
11. 液晶的结构按分子排列方式的不同，可以分为三种类型（近晶型）、（向列型）、（胆甾型）。 12. 在显示应用中，液晶材料主要物理参数有（相变温度）、（粘度）、介电常数、折射率和弹性常数等。 三 .简答
1.简述引起激光振荡的三个条件
(1)利用电流注入的少数载流子复合时放出的能量必须以高效率变换为光。 (2)在引起反转分布时要注入足够浓度的载流子。 (3)有谐振器(空腔)。
2 .简述红外线与可见光不同之处 (1)红外线对人的肉眼是不可见的；
(2)在大气层中，对红外波段存在着一系列吸收很低的“透明窗”。 这些特点导致了红外线在军事、工程技术和生物医学上的许多实际应用。 3.光色材料用于全息存储具有哪些特点？
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(1)存储信息可方便地擦除，并能重复进行信息的擦写；(2)具有体积存储功能，利用参考光束的入射角度选择性，可在一个晶体中存储多个全息固；(3)可以实现无损读出，只要读出时的温度低于存储时的使用温度。
4.非线性光学晶体应具有哪些性质？ (1)晶体的非线性光学系数大； (2)透光波段宽，透明度高；
(3)晶体内能够实现相位匹配，具有高的光转换效率； (4)晶体具有较高的抗光损伤阙值；
(5)晶体的物理化学性能好，硬度大、不潮解； (6)可生长光学质量均匀的、大尺寸晶体； (7)易加工、成本低。 5.简述液晶的效应
(1)温度效应 (2）电光效应 (3）光生伏特效应 (4）超声效应 (5）理化效应
6.简述液晶的应用
由于液晶在光学特性上显示出明显的各向异性，可以改变光的偏振方向，可以制成光导液晶光阀，光调制器、光通信用光路转换开关等液晶器件。另外，液晶作为存储元件、光控器件与激光器结合，可控制激光的振幅、相位、频率和激光辐射的偏振态，可传输能量。
液晶在电子学方面可用于液晶电子光快门、微温传感器、压力传感器等方面。液晶显示器是液晶在电子学方面的重要应用，已用于各种计量仪器，家用电器、电子计算器、手表、计算机等方面。 液晶在生命科学方面也有重要应用，有关生物液晶的研究工作已取得了丰硕的成果。用液晶的结构和原理，解释包括人、动物、植物和微生物在内的广泛的生命现象，也取得成功。各种各样的假说、推论不断出现，他们都把生物膜所特有的功能与液晶特性相结合，来探索生命科学的奥秘及生物液晶的特殊功能。
四 .论述
1.论述光在光纤中的传输原理
如果有一束光投射到折射率分别为n1和n2的两种媒质界面上时，（设n1〉n2），入射光将分为反射光和折射光。入射角θ1与折射角θ2之间服从光的折射定律
由上式可知，当入射角θ1逐渐增大时，折射角θ2也相应增大。当θ1=sin n2 / n1时，折射角θ=π/2，这时入射光线全部返回到原来的介质中去，这种现象叫光的全反射。此时的入射角θ1=sin n2 / n1叫做临界角。在光纤中，光的传送就是利用光的全反射原理，当入射进光纤芯子今的光与光纤轴线的交角小于一定值时，光线在界面上发生全反射。这时，光将在光纤的芯子中沿锯齿状路径曲折前进，但不会穿出包层，这样就完全避免了光在传输过程中的折射损耗 2.液晶材料物理性能
液晶分子几何形状、极性官能团位置和极性大小、苯环面向及分子之间相互作用等因素决定了液晶物理性能和各向异性，区域内液晶分子平均取向用指向矢表示。在显示应用中，液晶材料主要物理参数有相变温度、粘度、介电常数、折射率和弹性常数等。 (1)相变温度
对热致性液晶，相变温度确定液晶态存在的温度范围和各相存在的范围，用差热分析和偏光显微镜方法测量液晶相变温度。单体液晶很难满足显示需要的很宽温度范围，常采用多组分液晶混合配方实现
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宽温度液晶。 (2)粘度
粘度与液晶响应速度关系密切，粘度大小与温度有关。粘度具有各向异性，向列液晶粘度在指向矢方向小，近晶液晶粘度在分子层平行方向小。 (3)介电常数
介电常数是液晶材料的主要电学性能参数。液晶介电各向异性参数分别为：分子长轴方向介电常数ε∥，垂直方向介电常数ε⊥，各向异性值△ε=ε∥-ε⊥。当ε∥>ε⊥时，为正向液晶，反之，为负向液晶。 (4)折射率
2
在光频率作用下液晶分子电极化引起的介电常数ε∞和折射率n之间的关系为ε∞=n。折射率同样各向异性。
液晶具有折射率的各向异性，从而得到许多有价值的光学特性：（1）使入射光前进方向的偏振状态向分子长轴的方向偏转；（2）能改变入射光的偏振状态（线偏振、椭圆偏振、圆偏振）或改变偏振光的振动方向；（3）使入射的左旋、右旋偏振光产生相应得反射或透射。 (5)弹性常数
在向列液晶情况下，分子沿着指向矢方向平移，不产生形变恢复力。但破坏分子取向有序时，出现指向矢空间不均匀性，使体系自由能增加，产生指向矢形变恢复能。用液晶弹性理论描述液晶宏观物理现象，需要引入液晶弹性变形参数。弹性形变分为展曲形变、扭曲形变及弯曲形变。向列液晶弹性形变能低，在外场作用下液晶容易形变，液晶显示功耗小。
第十一章 精细功能陶瓷
一 .概念
1. 相对于这种用天然无机物烧结的传统陶瓷，以精制的高纯天然无机物或人工合成无机化合物为原料，
采用精密控制的制造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特性能的高功能陶瓷称为新型陶瓷或精细陶瓷。
2. 带电粒子在电场下作微小位移的性质称为介电性。
3. 晶格上为非极性原子或分子，在电性上完全中性的，称为各向同性介电体。 4. 用于人体组织和器官的修复并代行其功能的人造材料称为生物材料或生物医学材料。 二. 填空
1. 精细陶瓷按其使用性能可分为（精细结构陶瓷）和（精细功能陶瓷）两大类 2. 离子在晶体中扩散是通过（取代晶格空位）的方式进行的。 3. 在晶体的32种对称点群中，有（11）种具有对称中心 4. 带电粒子在电场下作微小位移的性质称为（介电性）
5. 一般介电陶瓷材料在电场下产生的极化可分为四种，即（电子极化）、离子极化、（偶极子趋向极化）
和空间电荷极化。
6. 铁氧体分为（软磁铁氧体）和（硬磁铁氧体）两种。 三 .简答
1.气敏陶瓷与湿敏陶瓷的差别
与气敏陶瓷的敏感机理相比，湿敏陶瓷有其相似之处，但也存在明显的差别。首先，两者都属表面作用
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过程，这是相同的；其次，气敏要研究多种气体的作用，而湿敏则着重于水分子的附着，似乎比较简单，其实未必其然。因为气敏大多是表面反应过程，属于化学吸附，只用电子电导便足以说明问题。但在感湿过程中，既有化学吸附，又有物理吸附；既要考虑电子过程，也不能忽视离子电导，在某些场合下，离子电导还可能起主导作用。
2.高温超导体在结构和物性方面具有哪些特征？
(1)晶体结构具有很强的低维特点，三个晶格常数往往相差3-4倍；(2)输运系数(电导率、热导率等)具有明显的各向异性；(3)磁场穿透深度远大于相干长度，是第二类超导体；(4)载流子浓度低，且多为空穴型导电；(5)同位素效应不显著；(6)迈斯纳效应不完全；(7)隧道实验表明能隙存在，且为库柏型配对。 四 .论述
1.生物材料的必要条件
生物学条件：(1)生物相容性好，对机体无免疫排异反应，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合，具有生物活性；(2)对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变和致病作用；(3)无溶血、凝血反应。
化学条件：(1)在体内长期稳定，不分解、不变质；(2)耐侵蚀，不产生有害降解产物：3)不产生吸水膨润、软化变质等变化。
力学条件：(1)具有足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等；(2)具有适当的弹性模量和硬度；（3）耐疲劳、摩擦、有润滑性能。
其他：（1）具有良好的孔隙度、体液及软硬组织易于长入；（2）易加工成型，使用操作方便；（3）热稳定性好，高温消毒不变质。 2.生物陶瓷的特点
首先，由于它是在高温下烧结而成，其结构含着键强很大的离子键和共价键，所以它不仅具有良好的机械强度、硬度，而且在体内难溶解，不易腐蚀变质，热稳定性好，便于加热消毒，耐磨性能好，不易产生疲劳现象，满足种植学的要求。其次，陶瓷的组成范围比较宽，可用根据实际应用的要求设计组成，控制性能变化。第三，陶瓷成型容易，可用根据使用要求，制成各种形态和尺寸，如颗粒型、柱形、管形；致密型或多孔型，也可以制成骨螺钉、骨夹板；制成牙根、关节、长骨、颌骨、颅骨等。第四，通常认为陶瓷烧结后很难加工，但是随着加工装备及技术的进步，现在陶瓷的切削、研磨、抛光等已是成熟的工艺。近年来又发现了可以用普通金属加工机床进行车、铣、刨、钻孔等的“可切削性生物陶瓷”，利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性，制成了铸造玻璃陶瓷。用这种陶瓷制作的人工牙冠，不仅强度好，而且色泽与天然牙相似。
第十二章 纳米材料
一.概念
1.小尺寸效应当超微粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特
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征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件特技破坏，声、光、电磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸效应，称为小尺寸效应。
2.当微粒尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级出现由准连续变为离散的现象。当能级间距大于热能、磁能、电能或超导态的凝聚能时，纳米微粒会呈现一系列与宏观物体截然不同的反差特性，称之为量子尺寸效应。 二 .填空
1.当小颗粒尺寸进入纳米量级时，其本身和由它构成的纳米固体主要具有以下三个方面的效应：（小尺寸效应）、表面与界面效应和量子尺寸效应。 三． 简答
1.纳米材料结构大致可以分为几类？
(1)零维的原子团簇和纳米微粒；(2)一维调制的纳米单层或多层薄膜； (3)二维调制的纳米纤维结构；(4)三维调制得纳米相材料。 2.简述溶胶-凝胶工艺路线及优点
（1）溶解和前驱体反应；（2）凝胶成型；（3）干燥；（4）烧结得到致密物质。
溶胶-凝胶法的优点是工艺简单、所得物质纯度高，通过烧结可以得到致密陶瓷。溶胶-凝胶法能够制备气孔相连接的多孔纳米材料，在复合材料的设计和制备方面发挥重要作用。 四 .论述
1.论述纳米材料的特性 （一）小尺寸效应
当超微粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件特技破坏，声、光、电磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸效应，称为小尺寸效应。
(1)力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈现脆性，而由纳米微粒制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。纳米微粒制成的固体材料具有大的界面，界面原子排列相当混乱。原子在外力变形条件下容易迁移，从而表现出优良的韧性和延展性。
(2)热学性质 固体物质在粗晶粒尺寸时，有固定的熔点，超微化后，熔点降低。如块状金的熔点为1064；当颗粒尺寸减到10nm时，降低为1037℃；2nm时，变为327℃。银的熔点为690℃，超细银熔点变为100℃，银超细粉制成的导电浆料可在低温下烧结。
(3)光学性质 所有金属纳米微粒均为黑色，尺寸越小，色彩越黑。银白色的铂变为铂黑，铬变为镍黑等。这表明金属纳米微粒对光的反射率很低，一般低于1%。大约几纳米厚度即可消光，利用此特性可制作高效光热、光电转换材料，将太阳能转化为热能和电能，也可作为红外敏感材料和隐身材料。
(4)磁性 纳米微粒的磁性与体材料不同，见表12-1。纳米材料具有很高的磁化率和矫顽力，具有低饱和磁化磁矩和低磁滞损耗。20nm纯铁纳米微粒的矫顽力是大块铁的1000倍，但当尺寸再减小时（6nm），其矫顽力反而下降到零，表现出超顺磁性。 （二）表面和界面效应
纳米微粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面急剧变大，引起表面原子数迅速增加。例如，粒径为10nm时，比表面积为90m／g；粒径为5nm时，比表面积为180m
2
2
2
／g；粒径小到2nm时，比表面积猛增到459m／g。这样高的比表面积，使处于表面的原子数越来越多，大大增强了纳米微粒的活性。例如，金属的纳米微粒在空气中会燃烧，无机材料的纳米微粒暴露在大气中会吸附气体，并与气体进行反应。
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表面微粒的活性不仅引起微粒表面原子输运和构型的变化，而且也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。 （三）量子尺寸效应
当微粒尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级出现由准连续变为离散的现象。当能级间距大于热能、磁能、电能或超导态的凝聚能时，纳米微粒会呈现一系列与宏观物体截然不同的反差特性，称之为量子尺寸效应。如导电的金属在制成超微粒时可以变成半导体或绝缘体，磁矩的大小与微粒中电子是奇数还是偶数有关，比热会发生反差变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，催化活性与原子数目有奇妙的关系，多一个原子活性很高，少一个原子活性很低，这些是量子尺寸效应的客观表现。 2.论述纳米材料制备方法
(1)惰性气体淀积法 当金属晶粒尺寸为纳米量级时，由于具有很高的表面能，极容易氧化，所以制备技术中必须采取惰性气体(如He，Ar)保护。在蒸发系统中进行制备，将原始材料在约1KPa的惰性气氛中蒸发，蒸发出来的原子与He原子相互碰撞，降低了动能，在温度处于77K的冷阱上淀积下来，形成尺寸为数纳米的疏松粉末。
(2)还原法 用金属元素的酸溶液，以柠檬酸钠为还原剂迅速混合溶液，并还原成具有纳米尺寸的金属颗粒，形成悬浮液，为了防止纳米微粒的长大，加入分散剂，最后去除水分，就得到含有超微细金属颗粒构成的纳米薄膜材料。
(3)化学气相淀积法 射频等离子体技术采用频率为10-20MHz的射频场，以H2稀释的SiH4为气源，在射频电磁场作用下，使SiH4经过离解、激发、电离以及表面反应等过程，在衬底表面生长成纳米硅薄膜。
采用激光增强等离子体技术，在激光作用下分解高度稀释的SiH4气体，产生等离子体，然后淀积生长纳米薄膜。 (4)溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶技术是制备纳米结构材料的特殊工艺。溶胶-凝胶方法用一种或多种醇盐的均匀溶液作原料，醇盐是制备氧化硅、氧化铝、氧化钙及氧化锆的有机金属前驱体，可用一种催化剂来启动化学反应并控制pH值。
溶胶-凝胶工艺路线：（1）溶解和前驱体反应；（2）凝胶成型；（3）干燥；（4）烧结得到致密物质。
溶胶-凝胶法的优点是工艺简单、所得物质纯度高，通过烧结可以得到致密陶瓷。溶胶-凝胶法能够制备气孔相连接的多孔纳米材料，在复合材料的设计和制备方面发挥重要作用。 (5)球磨法
球磨工艺目的是减小微粒尺寸、固态合金化、混合以及改变微粒形状。主要方法包括滚转、摩擦磨、振动磨和平面磨。
球磨的动能是它的质量和速度的函数，致密的材料使用陶瓷球，在连续严重塑性形变中，位错密度增加，在一定的临界位错密度下松弛为小角度亚晶，晶格畸变减小，粉末微粒的内部结构连续地细化到纳米尺寸。
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第十三章 功能转换材料
一 .概念
1.当对α石英晶体在某些特定方向上加力时，在力方向的垂直平面上出现正、负束缚电荷，这种现象称为压电效应。
2.有些晶体可以因温度变化而引起晶体表面电荷，这一现象称为热释电效应。 3.物质在受到光照后，往往会引发其某些电性质的变化，这一现象称为光电效应。 4.物质在受到光照射作用时，其电导率产生变化的现象，称为光电导效应。
5.如果光照射到半导体的p-n结上，则在p-n结两端会出现电势差，p区为正极，n区为负极。这一电势差可以用高内阻的电压表测量出来，这种效应称为光生伏特效应。
6.当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，产生了光电子发射效应。
7.在用不同导体构成的闭合电路中，若使其结合部出现温度差，则在此闭合电路中将有热电流流过，或产生热电势，此现象称为热电效应。
8.物质的光学特性受电场影响而发生变化的现象统称为电光效应。
9.置于磁场中的物体，受磁场影响后其光学特性发生变化的现象称为磁光效应。 10.声波作用于某些物质之后，该物质光学特性发生改变，称为声光效应。 二． 填空
1.光电效应主要有（光电导效应）、（光生伏特效应）和光电子发射效应三种。通常压电参数测量用的样品或实际应用的压电器件，主要利用压电晶片的（谐振效应）。 2.声光材料可以分为（玻璃）和（晶体）材料两大类
三.论述
压电材料的应用
水声换能器是压电材料的一项重要应用。压电材料水声换能器是利用正、逆压电效应以发射声波或接收声波来完成水下观察、通讯和探测工作。
压电材料在超声技术中的应用十分广泛。其中有利用压电材料的逆压电效应，在高驱动电场下产生高强度超声波，并以此作为动力应用在如超声清洗、超声乳化、超声焊接、超声打孔、超声粉碎、超声分散等装置上的机电换能器等方面。压电材料作超声换能器，具有结构简单、使用方便、灵敏度高、选择性好、易与电源匹配、耐振动冲击、稳定性良好及小型轻便等优点。
利用压电材料的正压电效应，可将机械能转换成电能，它产生的电压很高，因此高电压发生器是压电材料最早开拓的应用之一。其中应用较多的有：压电点火器、引燃引爆装置、压电开关和小型电源等。 压电材料以其优良的机电性能、高的化学稳定性制成电声器件，如拾音器、扬声器、蜂鸣器等。另外，压电材料还可应用在压力计、流量计、计数器等仪表中。
第十七章 功能薄膜材料
一. 概念
1.把待镀的基片置于高真空室内，通过加热使蒸发材料气化(或升华)而淀积到某一温度基片的表面上，
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从而形成一层薄膜，这一工艺过程称为真空蒸镀法。
2.用高能粒子(大多数是由电场加速的正离子)撞击固体表面，在与固体表面的原子或分子进行能量或动量交换后，从固体表面飞出原子或分子的现象称为溅射。溅射出来的物质淀积到基片表面形成薄膜的方法称为溅射镀膜法。
3.铁磁体中加有磁场时，电阻率正比于磁场强度的平方，称为正常磁阻效应。
4.铁磁体中加有磁场时，电阻率会随磁化强度的不同而变化，这种现象为异常磁阻效应。
5.一般情况下，一个铁磁体总要分成很多小区域，在同一个小区域中磁化矢量方向是相同的，这样的小区域称为磁畴。 二 .填空
1.根据引起气体放电的机理不同，可形成不同的溅射镀膜方法，主要有（直流）溅射、（高频）溅射、反应溅射、磁控溅射等方法。
2.在玻璃衬底上制备透明导电膜的方法有：（喷雾法）、涂覆法、浸渍法、化学气相沉淀法、真空蒸发法、溅射法等。
3.离子交换膜的种类繁多，主要有（异相膜）、半均相膜、复合膜等。
三. 简答
1.采用蒸发形成薄膜的过程包括的物理阶段
(1)采用蒸发或升华把被淀积的材料转变为气态；(2)原子(分子)从蒸发源转移到基片上；(3)这些粒子淀积在基片上；(4)在基片表面上粒子重新排列或它们的键发生变化。 2.导电薄膜按其成分可分为？
(1)低熔点单元素导电薄膜；(2)复合导电薄膜；(3)多晶硅薄膜；(4)高熔点金属薄膜；(5)金属硅化物导电薄膜；(6)透明导电薄膜。 3.优质的离子交换膜应具备的特牲。
(1)离子迁移数高，即离子选择透过性好；(2)膜电阻低；(3)机械强度大；(4)化学性能稳定，抗药品性良好，抗膜面污染性好；(5)因自由扩散引起的盐类及水的迁移小；(6)使用寿命长；(7)使用中尺寸稳定性好；(8)容易保养和使用；(9)膜的成本低。
四. 论述
论述离子镀膜技术的原理，并加以图示。
离子镀膜技术是60年代发展起来的一种镀膜方法，它是真空蒸发与溅射相结合的新工艺，即利用真空蒸发来作薄膜，用溅射作用来清洁基片表面。因此，它是在辉光放电中的蒸发法，离子镀膜装置如图17-4所示。
从蒸发源蒸发出来的粒子通过辉光放电的等离子区时，其中的一部分被电离成为正离子，通过扩散和电场作用，高速打到基片表面，另外大部分为处于激发态的中性蒸发粒子，在惯性作用下到达基片表面，堆积成薄膜，这一程称为离子镀膜，为了有利于膜的形成，必须满足沉积率大于溅射速率的条件，这可通过控制蒸发速率和充氦压强来实现。
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离子镀膜的主要优点是基片表面和膜面洁净，不受沾污。由于基片受到高能粒子的轰击，温度较高，因此对基片不用辐射加热就能提高表面区域的扩散和化学反应速度，并具有互溶性。 (四)问答题(共3题)
(1)简述材料的性能与功能的区别
材料的性能（performance）：材料对与外部各种刺激（水、外力、热、光、电、磁、化学品等 ）的抵抗。通常称耐水性、耐热性、透光性、耐化学品性等。 材料的功能(function)：当对材料输入“信号”（能量）时会发生质和量的变化，其中任何一种变化有输出作用。（如光致聚合、离子交换、氧化还原、能量转换（压电、磁转换成热、光）等）。
（2）试按能级生成理论解释半导体气敏陶瓷的导电机理
半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触粒界势垒理论。(通过阻值变化来实现敏感探测) 按能级生成理论，当SnO2、ZnO等N型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入N型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低，增大电子形成电流的能力 ，使陶瓷电阻值下降；当N型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给予半导体，并以负离子形式与半导体相吸， 而进入N型半导体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增大。
接触粒界势垒理论则依据多晶半导体能带模型，在多晶界面存在势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值变化。 （3）与其它太阳能电池相比，非晶硅太阳电池具有哪些独特的优势？
（1）材料和制造工艺成本低。这是因为衬底材料，如玻璃、不锈钢、塑料等，价格低廉。
硅薄膜仅有数千埃厚度，昂责的纯硅材料用量很少。制作工艺为低温工艺（100一300℃），生产的耗电量小／能量回收时间短。
（2）易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合制作持大面积无结构缺陷的a-Si合金薄膜；只需改变气相成分或者气体流量便可实现PIN结以及相应的迭层结构；生产可全流程自动化。
（3）品种多，用途广。薄膜的a-Si太阳电池易于实现集成化。器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高，适合作制作室内用的
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低功耗电源，如手表电池、计算器电池等。由于a一Si膜的硅网结构力学性能结实。适合在柔性的衬底上制作轻型的大“电池。灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合户用屋顶电站的安装。 (5) 简述近晶型液晶和向列型液晶的特点 近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类。在这类液晶中，棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。 在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列，但重心排列则是无序的。在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最\\好的一种。
（10）晶体碲镉汞是一种连续固溶体半导体,是目前最重要的红光探测器件材料，请从结构上分析碲镉汞作为探测器 材料的优势和缺点
碲镉汞(MCT) 是一种连续固溶体半导体,是目前最重要的红光探测器件材料,它由碲,镉,汞三种元素组成, 化学计量式为Hg1-xCdxTe,物理性质随组份X可连续地从金属性变为半导性,其禁带宽度从HgTe的负值过渡到CdTe的正值,可随意改变材料的能隙宽度,X=0.17时为0eV,X=1时为1.6eV,为直接跃迁型半导体.是继硅,砷化镓之后第三代半导体中最有前途和应用最广泛的光电子材料之一。 碲镉汞探测器 1959年，英国Lawson等首先制成可变带隙Hg1－xCdxTe固溶体合金，提供了红外探测器设计空前的自由度。 碲镉汞有三大优势： 1）本征激发、高的吸收系数和高的量子效率(可超过80％)且有高的探测率； 2）其最吸引人的特性是改变Hg、Cd配比调节响应波段，可以工作在各个红外光谱区段并获得最佳性能。而且晶格参数几乎恒定不变，对制备复合禁带异质结结构新器件特别重要 3）同样的响应波段，工作温度较高，可工作的温度范围也较宽。 4)介电常数小等有利于探测器性能。
晶体碲镉汞材料的缺点： (1) 高Hg压使大直径晶体生长困难，晶格结构完整性差； (2) 重复生产成品率低。薄膜材料的困难在于难以获得理想的CdZnTe衬底材料。 优质碲镉汞材料制备困难、均匀性差、器件工艺特殊，成品率低，因而成本高一直是困扰碲镉汞的主要障碍。但迄今还没有一种新材料能超过碲镉汞的优点。为满足军事应用更高的性能要求，碲镉汞仍然是首选探测器。 （11）请分析钕钇铝石榴石激光晶体(YAG:Nd3+)的结构，成分以及在军工，民用领域的应用 激光工作物质是Y3Al5O12作为基质，Nd3+作为激发离子。ＹＡＧ激光使用Nd-Yal:Garnet 石榴石，石榴石为红色.钇铝石榴石是人工合成的单晶，它是由三氧化二钇和三氧化铝按一定比例组成的。如在钇铝石榴石晶体中掺入少量的三氧化二钕，这就相当于往刚玉中掺入少量的三氧化二铬一样，Nd3+在一定位置上取代了Y3+，Nd3+成为激活离子。 利用长晶技术，YAG棒可做得相当大，裁切均匀部份用为激光棒。 YAG激光器是一种固体激光器，其产生激光的波长为1064nm，属于红外光频段，其特点是振荡效率高、输出功率大、而且非常稳定，是目前技术最成熟，应用范围最广,综合性能最优良的一种四能
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级固体激光器。 灯泵浦YAG激光器采用氪灯作为能量来源（激励源），Nd:YAG作为产生激光的介质（工作物质），激励源发出的特定波长的光可以促使工作物质发生能级跃迁（属于四能级系统），从而释放出激光，将释放的激光能量放大后，就可以形成可对材料进行加工的激光束。 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）广泛用于工业、医疗、科研、通讯和军事等领域。其主要优点是：激光阈值低、增益高、效率高、损耗低，以及优良的物理、化学、光学特性，这些特性使Nd:YAG适合用于各种工作模式的激光器，例如脉冲、连续、调Q、倍频、锁模等固体激光器 ＹＡＧ具有良好的力学、热学和光学性能。军用激光测距仪和制导用激光器都采用钕钇铝石榴石激光器。这种激光器也是唯一能在常温下连续工作，且有较大功率的固体激光器。
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