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自主整理资料 qq877466156中国科学技术大学2010年硕士学位研究生入学考试试题参考答案（材料科学基础）一、单项选择题1、C *玻璃淬火时表面降温快先定型，之后内部继续冷却并收缩因而牵拉着表面使表面受到压应力。2、B *裂纹拓展时释放弹性应变能用来形成新的裂纹表面，所以当然要大于表面能了（详见清华版材料物理性能p33#以下用“清物”代表此书）3、B4、B *体积膨胀是由于非简谐振动引起的不对称力使质点平衡位置移动，质点平均距离增大，简谐振动不引起体积膨胀。（详见清物p97）5、B6、B *常见物质硬度比较：金刚石SiCAl2O3SiO2。7、B 8、A9、B10、B *热导率受化学组成等因素的影响，质点原子质量越小，密度越小，杨氏模量E越大，德拜温度高，热导率大，Be原子质量比Zr小，所以BeO热导率大。（详见清物p113、p116）11、B12、C *根据公式=（）m，敏感系数m越小，屈服应力越小，越容易屈服。13、C 14、C 15、C *抗热应力损伤因子R=E22(1-)。E：弹性模量，：表面能。16、B *柔度=P，：形变量，P：载荷，柔度大即同样载荷下更容易变形，单向压缩要比扭转难变形因而柔度小。（见清物p50）17、B 18、B *相同体积的材料，气孔率高的密度小、质量小、热容小。19、C *表面热传递系数小热量不易散失，则材料表面与内部温度均匀，热稳定性好。20、B二、三、 （1） X 射线衍射实验，电子显微分析。（2） L1、L2 、L4、P。（3） 金刚石立方晶体结构， 石墨晶体六边形层状结构， 石墨烯单原子层二维晶体结构， C60。（4） 立方、 面心立方结构、 6/6。四、 （1）不可以（2）II型TiO2的密度大， 根据Clapeyron(克拉贝龙)方程：dpdT=HTVm，从II型TiO2到金红石，两相共存线的斜率 dpdT 0 V0 金红石五、 （1）1840， 是 （2）多晶转变：L 1727 共晶转变：L1670TiO2+Al2TiO5（3）当两者形成固溶体时， 由于Al2O3中的原子加入到TiO2， 使TiO2得晶体结构遭到破坏， 晶格内发生点阵畸变，导致体系能量增大，稳定性降低，熔点降低。（4）Al2O3TiO2 2AlTi+V0+3Oo*关于缺陷平衡方程式的书写，建议参考武汉理工版材科基p97-99，p149-159六、（1）Al2O3与TiO2液相区分界线，LSiO2+Al2O3（2）三元共晶点。（3）Al2O3 *由Mul的化学式Al6Si2O13得，其中Al2O3与SiO2的比为3:2，故Mul成分点与Al2O3和SiO2点的距离比为2:3，(成分点距哪点越近，那个点代表的成分就越多)。七、（1）根据Griffith微裂纹理论，实际材料中存在微裂纹，当受到应力时，这些微裂纹处会产生应力集中导致裂纹扩展，因而材料断裂强要低于理论断裂强度。 （2）强度提高措施：微晶，提高密度和纯度，对材料预加应力，各种增韧。八、（1）根据公式：Cx，t=MDtexp(-X24Dt) lnC=MDt-X24Dt 由题：-14Dt=-1 4Dt=1 D=14t=4.1710-5m/s （2）根据公式：D=P =DP=8.3410 九、*详见北工大版材料科学基础p85-86。十、 1、多晶硅（太阳能电池材料），制备：气相沉积法（用SiH4+H2制膜） 2、Li2Mn2O4（锂电极材料），制备：固相法（Li2CO3与MnO2按1:4混合，分段加热焙烧） 中国科学技术大学2011年硕士学位研究生入学考试试题参考答案（材料科学基础）一、判断题1、F *人工制备的准晶体有五次对称轴。2、F *石墨晶体层与层之间由范德华力连接。3、F4、F *氢气可穿过（粒子半径超小）。5、T6、F7、F *主要通过晶格振动导热。8、F9、T10、T二、名词解释1、晶格滑移：晶体的一部分相对于另一部分发生的平移滑动。2、霍尔效应：沿式样x轴方向通入电流，Z轴方向加一磁场，那么在Y轴方向将产生一电场，这一现象称为霍尔效应。3、铁电体：在一定温度范围内含有能自发极化，并且极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。4、反铁磁性：指由于交换作用为负值，电子自旋反向平行排列，在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁距是同向排列，在不同晶格中，电子磁距反向排列，两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体磁化率接近于0。5、热稳定性：指材料承受温度急剧变化而不致破坏的能力。三、1、1）2710、28992）Css、Tss、Mss3）1-CaZr4O9，2-Ca6Zr19O14，O-CaZrO3，C-CaZrO34）C-CaZrO3O-CaZrO35）共晶反应，LC-CaZrO3+CaOss6）包析反应，产物是2-Ca6Zr19O147）在 1140-1236， 将 CaO 与 ZrO2按照质量比 2:8 混合均匀，升温到 1236以上，保温，然后缓慢降温到 1236， 1200 以后快速降温， 防止1-CaZr4O9 分解。8） x mol，CaOZrO2CaZr+Oo+Vo x mol x mol 2、*作点阵示意图即找出整个结构中占据相同位置且具有相同环境的点。（详见北工大版材科基p25）3、4、答：利用多晶多相陶瓷的某些成分在不同温度的相变， 达到增韧德效果， 统称为相变增韧。（1） 在裂尖相变引起的体积膨胀造成的应力本身就有闭合裂尖的作用。（2） 裂尖的断裂能量有一部分被用于诱发相变了。（3） 裂纹尖端区的膨胀受到周围基体材料的反作用， 因此颗粒受到压应力， 当裂尖扩展到颗粒上时， 这种压应力对裂尖的扩展也有阻碍作用。5、要点一： Co1-xO 中 Co 的扩散为空位机制，Co1-xO中Co空位缺陷浓度VCo 越高， Co 的扩散系数越大。要点二：根据Co1-xO的非化学计量缺陷反应12O2g=Oo+VCo+2hK=OoVCoh2pO21/2Oo基本为常数（*因为量比较大所以反应对它的影响小），又由电中性条件VCo=2h。于是VCopO21/6要点三： 所以， Co1XO 中 Co 的扩散系数 D 随气氛氧分压得升高而增大。6、要点一： 在无其他应力场影响的条件， 物质扩散的驱动力是化学位（ 或化学势） 梯度， 即物质扩散总沿着化学位降低的方向进行。要点二：假定物质i沿 x方向扩散，x除 i的浓度为 Ci，则 i沿 x方向的扩散通量，Ji=-CiBiix式中Bi为物质 i 的迁移率， 即单位扩散驱动力作用下物质 i 粒子的迁移速率；ix 为物质 i在沿 x 方向的化学势梯度。要点三： 物质 i 的化学势：i=i0+RTlnai=i0+RTln(iCi) 所以，Ji=-BiRTlnixCi-BiRTCix=-BiRT(1+lnilnCi)Cix要点四： 所以， 当(1+lnilnCi)0时，发生下坡扩散；当(1+lnilnCi)n玻璃（结构疏松的n小）11)F *吸收光越多颜色越深，所以应该是由灰变黑。（见清物p139）12)T 13)T *折射率n14)T 15)T *半导体的禁带较宽，需要能量更强、频率更高的紫外光才能激发。（详见清物p138）二、名词解释（每小题3分，共15分）1、压电效应：某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。2、热释电性：一些晶体可以由于温度作用而使其电极化强度发生变化，称为热释电性。3、菲克第二定律：Ct=D2Cx2 （D不随浓度变化，适用于非稳态扩散）4、点阵能：在0K时，将互相远离的气态正、负离子结合成1mol离子晶体时所放出的能量。点阵能也称为晶格能。5、区域熔融：根据固液平衡原理，利用熔融-固化过程以去除杂质的方法。三、填空题（每空1分，共15分）【1】、【2】：空位机制、间隙机制和填隙机制中的任何2种均可。【3】立方；【4】面心立方；【5】-【8】：（000）（12 12 0）（12 0 12）（0 12 12），【9】-【12】：（12 0 0）（0 12 0）（0 0 12）（12 12 12）；【13】立方紧密（或ABCABC或A1）；【14】八面体；【15】面心立方。四、 问答题（总分 40 分）1、（7分）*见2011年第三、6题。2、（8分）*见2011年第三、5题。3、（15分）答：零电阻效应（2分），Meissner效应（完全抗磁性）（2分），和Josephson效应（1分）；测量电阻-温度曲线以验证零电阻效应（5分），测量磁化率-温度曲线以证明Meissner效应（5分）。4、（画出每个晶面给 2 分）五、相图题（共45分）1、（15分）参考答案（各5分）（1）不可以，只有当氧分压大于1.7大气压是，才能够稳定存在。（2）PbO2的相对密度大，根据Clapeyron(克拉贝龙)方程：dpdT=HTVm，从II型PbO2到Pb12O19，两相共存线的斜率 dpdT 0 V0 Pb12O19（3）不可以，当PbO2与Pb3O4共加热时，会生成Pb12O19。2、（30分）参考答案（1）（5分）相与相，共2各固相，相（约540-740），相（约740-840）。（2）（10分）575-610，将SiO3与PbO按照摩尔比3:2混合均匀，升温到610以上，保温，然后缓慢降温到610以下，600以后快速降温，防止3Bi2O3:2PbO分解。（3）（15分）先后经过液相、液相+二相区、+二相区、+6:1二相区、6:1+3：2二相区、6:1+4:5二相区。725，包晶反应：L+=690，共析反应：=+6Bi2O3:PbO610，包析反应：+6Bi2O3:PbO=3Bi2O3:2PbO575，共析反应：3Bi2O3:2PbO=6Bi2O3:PbO4Bi2O3:5PbO六、*见2010年第十题。中国科学技术大学2013年硕士学位研究生入学考试试题参考答案（材料科学基础）一、单项选择题（共30分，每题2分）1.C2.C3.B4.C *倍频晶体具有光学倍频效应，即使光的波长变短频率提高。5.C *玻璃是介稳态的，含有过剩的内能，有通过析晶降低内能的倾向。晶化后的玻璃由于晶界的散射和反射，透光率降低。（可参考北工大材科基p68及清物p141-143）6.A7.A8.B *高温超导，即超导的临界转变温度在液氮温度（77K）以上。9.B *滑移所需的力更小，更容易进行。10.B 11.B12.B13.B14.B15.B 二、判断题（共10分）1.F *NaCl晶胞中有4个Na和4个Cl。（见北工大材科基p51）2.T *离子性制不同原子间电子的得失性质，离子的电负性差越大，键的离子性越强。3.F *金属单质的传导性需要用能带理论解释。（见北工大材科基p20）4.T *离子极化后电子云较多的分布在正负离子之间，增加了键的共价性，随着离子极化的加强，离子键也向共价键过渡。一般晶体共价成分增加时溶解度降低，如：AgFAgClAgBrAgI。5.T *金属键无饱合性。三、解：立方晶系，立方体心1个，2个r=34a=2.27A=2MNaa3=0.899gcm3体心立方（A2），h+k+l=奇数时消光，因此前3条谱线的衍射指标为110，200，211。*对于面心立方（A1）结构，hkl全为奇或全为偶时消光。四、（1）A：冰III、冰I、和液相三相共存B：气相C：冰I和液相（2）熔化：500atmr/r15% 无限固溶体15%r/r30% 间隙化合物，升华：0.004atm。五、*可先根据离子半径差来判断是有限固溶体还是无限固溶体，由此MgO-NiO为无限固溶对应匀晶相图a，MgO-CaO为有限固溶对应有一定固溶度的共晶相图b。（见北工大材科基p56）第二步，根据熔点：MgONiOCaO，判断每个相图中左右端点的物质。（见清物p129）答：（1）MgO-NiO二元相图是a，MgO-CaO二元相图是b（4分）（2）A是MgO，B是NiO，C是MgO，D是CaO（6分）（3）MgO-CaO相图（图b）：TT1，液相（1分）；T-T1，相（D固溶体）开始从液相中生成，结晶开始（1分）；T2TT1，相与固相平衡，两相共存，相中CaO含量随温度降低而升高（1分）；T=T2，L=+(C固溶体)，共晶反应（低共熔反应）、液相耗尽（3分）；TT2，液相L;T=T3，结晶开始，开始生成固溶体（1分）；T3TT4，结晶过程不断进行（1分），Tc（2）。比较金属棒（1）和（2）的组成，金属棒（1）位三元合金材料（Fe-0.4%C-4.0%Si），而（2）中没有Si，所以，c（1）c（2）缘于（1）中Si的存在导致C化学势升高，或合金元素Si使C的活度增大，使之扩散速率增大。七、（15分）1、材料具有完全抗磁性特征的零电阻导电行为成为超导电性。2、材料可自发磁化，在磁场下显示强磁性且当外磁场移去后仍保留较高磁性的特性叫软磁性。3、材料承受温度急剧变化而不致破坏的能力。4、物质既具有波动特征也具有粒子特征的现象叫波粒二象性。5、应变对应力的延时性响应，即应变落后于应力非弹性的现象。八、（15分）晶体中只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电本征半导体的价带和导带之间隔着一个禁带，在绝对零度下，无外界能量，价带中的电子不可能跃迁到导带中去。如果存在外界作用（如热、光辐射），则价带中的电子获得能量，可能跃迁到导带中去，这样，不仅在导带中出现了导电子，而且在价带中出现了电子留下的空穴。在外电场的作用下，导带中的电子和价带中的空穴可成为载流子，形成电导。（Si）P型半导体：在半导体硅中掺入三价元素，可得到P型半导体，这类元素有三个价电子，与硅形成共价键就少了一个电子，或者说出现了受主能级。此能级距价带很近，能容纳有价带 激发上来的电子，在夹带中留下了空穴。因此，价带中的电子易被激发到受主能级。在外电场的作用下，价带的空穴导电和本征导电机制形成P型半导体的电导。（MgO、NiO）举出至少1例材料实例。=中国科学技术大学2015年硕士学位研究生入学考试试题参考答案（材料科学基础）一、判断题1F 2F3F 4T5F6T7F8T9F10F11T *低温时热容主要取决于声子热容，按T趋于012T13T14T15F *石英玻璃的小，故热稳定性系数R=f(1-)E比较大，稳定性好二、填空题1. 定向 电子 离子2. 霍尔 电解3. 完全 临界转变温度 临界电场强度 临界电流密度4. 电子极化 离子极化 偶极子转向极化5. 铁磁性 顺磁性 抗磁性三（1）石墨 *在规定温度，标准压力p下，稳定单质生成1mol物质时自由能的变化就是该物质的标准摩尔生成自由能G，G越小其能量越低，稳定单质的G=0，能量最低。（2）同压、惰性气氛下，加热至相同温度，质量损失越小越稳定或者质量损失相同要求温度越高越稳定。四、（1）根据相图，显然是不可靠的，由日常可知，在常压，273.16k时，水是固体状态，大概为相图中O点位置，零下20度时由相图可知水为固体状态，所以陈光标的行为是不可靠的。（2）需要很大的压力（作一条垂直直线与冰水分界线相交的压力点。）（3）既要受到低温的折磨又要受到高压的冲击，可能会引发很多身体上的问题。五、*参考武汉理工版材科基p309（1）M1HKM2LA, F=2 ILA+C, F=1 KL+CD+A, F=0包共晶转变LA+D, F=1ELA+D+B, F=0三元共晶转变 六、E=E0(1-1.9P+0.9P2),P为气孔率大小七、参考教材八、参考教科书P140九、2016年考研的题目变成列举你所知道的碳的同素异形体，并大概叙说其性能。所以可能以后的最后一题都会改变，自己要多注意细节的积累。红 黄 紫 xl中国科学技术大学2016年硕士学位研究生入学考试试题参考答案（材料科学基础）一 判断题1、F2、T3、F4、T *其它条件一定，釉层厚度越大应力越小。5、T *裂纹拓展时释放的弹性应变能要大于新产生表面的表面能，裂纹生长才能进行。6、F7、T8、F *莫氏硬度是通过两种材料谁能在谁表面产生划痕来比较的，布氏、洛氏、维氏硬度是通过压痕面积的大小来确定材料硬度。（清物p79-81）9、T10、F二 名词解释1、晶格滑移：晶体的一部分相对于另一部分发生的平移滑动。2、霍尔效应：沿式样 x 轴方向通入电流 I，Z 轴方向加一磁场，那么在 Y 轴方向将产生一 电场，这一现象称为霍尔效应。3、介点强度：介电强度是材料抗高电压而不产生介电击穿能力的量度4、铁电体：在一定温度范围内含有能自发极化，并且极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。5、反铁磁性：指由于交换作用为负值，电子自旋反向平行排列，在同一子晶格中有自发磁 化强度，电子磁距是同向排列，在不同晶格中，电子磁距反向排列，大小相同，使整个晶体的M为0。6、热稳定性：指材料承受温度急剧变化而不致破坏的能力。7、磁致收缩：铁磁物质磁化时，沿磁场方向发生长度的缩短的现象。赛（西）贝克：温差电 应用：测温度，温差发电帕尔贴： 电温差 制冷8、塞贝克效应：指在两种不同导电材料构成的闭合回路中，当两个接点温度不同时，回路中产生的电势使热能转变为电能的一种现象。*注意相关的概念三 简述题1*见清华版材料物理性能p22磁光效应是指强磁场对光和物质的相互作用的影响法拉第效应 塞曼效应 科顿-穆顿效应3见2012年四、34间隙 填隙 空位5公式见课本条件：第一：稳态扩散 浓度不随时间变化第二：非稳态扩散 D不随浓度变化四 见2011年五 不同意。因为热力学第二定律说：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响或者不可逆热力过程中熵的激增总是大于0。出现生物与空调制冷及晶体生长一样是局部熵减少，系统熵增加。生物生长都要能量，消耗有序能或者低熵能源（如食物），产生无序能。六 1见北工大版材科基p542MgO:面心立方。O2-做面心立方堆积，Mg2+填入全部的八面体间隙（参考氯化钠结构）Al2O3：密排六方（hcp）O2-做六方紧密堆积，Al3+填入2/3的八面体间隙3见武汉理工版材科基固相反应部分七 见2011年八 不会九 石墨 金刚石 石墨烯 碳纳米管 富勒烯等结构：二维薄膜状结构性质：高强度柔韧性，透明且吸光率高，导电性好应用：1、代替硅制作处理器 2、新能源电池 3、感光元件石墨烯结构：一维管状结构性质：力学性能好，硬度高，导电导热性好应用：1、储氢容器 2、制作高强度的复合材料 3、制成透明导电薄膜碳纳米管版权所有 请不要外传