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1. 材料科学与工程的定义，特点，地位和作用。材料科学与工程是一门应用基础科学，它既要探讨材料的普遍规律，又有很强的针对性。材料科学研究往往通过具体材料的研究找出带有普遍性的规律，进而促进材料的发展和推广使用。材料科学与工程的特点：(1)材料科学是多学科交叉的新兴学科。(2)材料科学与工程技术有不可分割的关系。材料科学是研究材料的组织结构与性能的关系，从而发展新材料，并合理有效地使用材料；但是材料要能商品化，要经过一定经济合理的工艺流程才能制成，这就是材料工程。(3)材料科学与工程有很强的应用目的和明确的应用背景，这和材料物理有重要区别。地位和作用：在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用，人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。材料与能源、信息一道被公认为现代文明的三大基础支柱。材料的发展创新是先导社会的先导，现代工业和现代农业发展的基础，也是国防现代化的保证。材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的物质基础，同时也改变着人们在社会活动中的实践方式和思维方式。由此极大地推动了社会进步。材料科学与工程在机电、能源、建筑、激光、红外、环境保护、通讯等各个技术领域中已获得一系列重要的具体应用。2. 材料的定义及其分类。(1)材料是由一种化学物质为主要成分，并添加一定的助剂作为次要成分所组成的，可以在一定温度和压力下使之熔融，并在模具中塑制成一定形状(在某些特定的场合，也包括通过溶液、乳液、溶胶凝胶等等形成的成型)，冷却后在室温下能保持既定形状，并可在一定条件下使用的制品，其生产过程必须实现最高的生产率，最低的原材料成本和消耗，最少地产生废物和环境污染物，并且其废弃物可以回收再利用。(2)材料的分类：按组成、结构特点进行分类：分为金属材料，无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。从其发展过程上，可分为传统材料和新型材料，其实，两者并无严格区别，它们是互相依存，互相促进，互相转化，互相替代的关系。传统材料的特征为：需求量大，生产规模大，但环境污染严重；而新型材料是建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上，以材料的优异性能、高品质、高稳定性参与竞争，属高薪技术的一部分。新型材料的特征是：投资强度较高，更新换代快，风险性大，知识和技术密集程度高，一旦成功，回报率也较高，且不以规模取胜。从其使用性能分类：分为结构材料和功能材料。结构材料则主要利用材料力学性能；而功能材料主要利用材料物理和化学性能。按用途进行分类：分为航空航天材料、信息材料、电子材料、能源材料、生物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、农用材料、日用品及办公用品材料。(3)各自特点：高分子材料：是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。金属材料：有金属元素或以金属元素为主形成的，并具有一般金属特性的材料称为金属材料。无机非金属材料：传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类，其主要化学组成均为硅酸盐类物质。复合材料：是由有机高分子、无机非金属或金属与几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多相固体材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具有的性能。3. 结合自己所学专业，叙述二个本专业的研究热点问题。答：比如隐身材料的吸收一定范围电磁波的研究(1) 高性能纳米结构材料的合成对纳米结构的金属和合金重点放在大幅度提高材料的强度和硬度，利用纳米颗粒小尺寸效应所造成的无位错密度区域使其达到高硬度、高强度。纳米结构铜或银的块体材料的硬度比常规材料高50倍，屈服强度高12倍；对纳米陶瓷材料，着重提高断裂韧性，降低脆性，纳米结构碳化硅的断裂韧性比常规材料提高100倍，n-ZrO2+Al2O3,n-SiO2+Al2O3的复合材料,断裂韧性比常规材料提高4-5倍，原因是这类纳米陶瓷庞大体积百分数的界面提供了高扩散的通道，扩散蠕变大大改善了界面的脆性。(2)纳米添加使传统材料改性高居里点、低电阻的PTC陶瓷材料，添加少量纳米二氧化铣可以降低烧结温度，致密速度快，减少Pb的挥发量，大大改善了PTC陶瓷的性能；纳米材料添加到塑料中使其抗老化能力增强，寿命提高。添加到橡胶可以提高介电和耐磨特性；纳米材料添加到其它材料中都可以根据需要，选择适当的材料和添加量达到材料改性的目的，应用前景广阔。4. 材料工业与能源、环境之间的关系。材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。在某种意义上，材料产业依托的就是资源；同时使用资源的每一步都要消耗能源。就材料的生产过程而言，从资源和环境的角度分析，在原料的采矿、提取、制备、生产加工、运输、使用和废弃的过程中，要消耗大量的资源和能源，并排放出大量的废气、废水和废渣，污染人类生存的环境，并带来其他的环境影响，如全球温室效应，臭氧层破坏，光、电磁、噪声和放射性污染等。从能源、资源消耗和造成环境污染的根源分析，材料及其制品的生产是造成能源短缺、资源过渡消耗乃至枯竭的主要原因之一。在大量消耗有限矿产资源的同时，材料的生产和使用也给人类赖以生存的生态环境带来了严重的负担。目前我国资源主要矛盾表现在资源供给不能满足经济发展的需求。一方面，我国的经济规模已居世界前列，发展的速度令人瞩目，对资源的需求已达到前所未有的程度。另一方面，现有资源的利用效率不高，资源浪费严重。矿产资源的开发总回收率只有30%-50%，比发达国家平均低20%左右。“高投入、低效率、高污染”问题，在我国资源开发和利用中仍然存在。由此看来，为了解决材料工业与能源、环境之间的关系，必须改造设备，提高资源的利用率和回收率，减少对资源的消耗，但我觉得这是只是治标不治本。研究和使用节约资源和能源，减少环境污染，便于资源回收和再利用的环境材料，必将成为21世纪全人类的共识。5. 目前，用于材料的合成与制备有许多新方法，请你列举二种方法并加以较详细说明。答：(1)磁控溅射是上世纪70年代迅速发展起来的新型溅射技术,目前已应用于工业生产.主要用于制备膜。磁控溅射是在阴极靶面上建立了一个环状磁靶以使二次电子跳跃式，地沿着环状磁场转圈，离子轰击靶面所产生的二次电子在阴极暗区被电场加速之后飞向阳极。磁控溅射所采用的环形磁场对二次电子的控制更加严密。磁控溅射的优点：与二级溅射相比，其镀膜速率提高了一个数量级，且镀膜时基片温度低、损伤小。磁控溅射的主要缺点：磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材，就会导致整块靶材报废，以致靶材的利用率低，一般低于40%。(2)等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)PECVD是用等离子体技术使反应气体进行化学反应后，在基底上生成固体薄膜的方法。近二三十年来，PECVD法进展相当快，在半导体工业中，这种技术已成为大规模集成电路干式生产工艺中的重要环节。PECVD薄膜反应室主要有平板电容型和无极射频感应线圈式两种。平板型又可分为直流、射频、微波电源三种。PECVD薄膜的性质不仅与沉积方式有关，还取决于沉积工艺参数。这些工艺参数包括：电源功率、反应室几何形状与尺寸、负偏压、离子能量、基材温度、真空泵抽气速率、反应室气体压力以及工作气体的比例等。仔细控制工艺参数，才能得到性能良好的薄膜。与基于热化学的CVD相比，PECVD的优点：沉积温度低，从而基板不发生相变或变形，而且成膜质量高。(3)微波烧结利用微波电磁场中材料的介质损耗，使陶瓷材料整体加热到烧结温度而实现致密化的方法。由于微波加热利用了陶瓷本身的介电损耗发热，所以陶瓷既是热源,又是被加热体，整个微波装置只有陶瓷制品处于高温，而其余部分仍处于常温状态。可以通过改进电磁场的均匀性、改善材料的介电性能和导热性能、以及采用保温材料保护烧结等方法来保证烧结温度的均匀性，以及解决局部过热问题。微波烧结的应用：已成功制备了ZrO2或Al2O3纳米陶瓷。6. 结合你拟报的研究方向，提出一个研究课题并列出主要研究内容？我的本科毕业设计论文为水泥粉煤灰稳定基层材料的设计与研究。选题的目的和意义：高速公路路面基层是直接位于沥青面层下、用高质量材料铺筑的主要承重层或直接位于水泥混凝土面板下、用高质量材料铺筑的一层。基层可以是一层或两层，可以是一种或两种材料。目前，我国用于基层建设的材料主要是二灰稳定粒料和水泥稳定粒料。水泥稳定粒料具有承载力高，水稳性和冰冻稳定性好，具有较强的抗冲刷能力，与下封层有较好的粘结力，施工方便等优点，但也存在收缩性大，易产生裂缝等缺陷。而基层一旦开裂，不仅影响到基层的整体性和承载能力，而且反射到沥青砼面层，出现反射裂缝并可导致沥青路面结构破坏。二灰稳定粒料具有后期强度高，收缩系数小，板体性好，水稳性、抗冻性较好，且能大量利用工业废料（粉煤灰），经济性好等优点。但同时也存在早期强度低，施工进度受到限制，表面松散起灰，不利于层间结合，耐冲刷性一般，影响耐久性等缺点。本文将通过不同的设计方法设计出水泥粉煤灰稳定粒料这一基层材料的最佳配合比，并且研究原材料的基本品质对于这一基层材料强度性能的影响，同时对比研究了几种不同稳定材料（特别是水泥石灰粉煤灰稳定材料）技术、经济、环境性能。为水泥粉煤灰稳定粒料这一基层材料的应用提供了基础与应用，对我国高速公路的建设和固体废弃物的综合利用将起到很到的推进作用。主要研究内容包括四个方面，水泥粉煤灰稳定粒料路面基层材料的配合比设计；原材料品质对该种路面基层材料强度性能的影响；几种路面基层材料的性能比较；水泥粉煤灰路面基层材料在工程上的应用。7. 介绍一种现代测试技术方法，并举例说明其可分析的内容？答：一、电子探针 EPMA 一般采用两个磁透镜聚焦，使入射电子束的直径缩小到一微米以下，打到试样由光学显微镜预先选好的待测点线面上，使这里的各种元素激发产生相应的特征x射线谱，经晶体展谱后由探测系统接收，从特征x射线谱的波长及强度可以测定待测点的元素及含量。电子探针对微区、微粒和微量的成分具有分析元素范围广，灵敏度高，准确快速和不损耗试样等特点。可以做定性、定量分析。因此，可用于各个领域。(1)冶金学 在冶炼和热处理过程中，材料出现的大量显微现象，如析出相、晶面偏析、夹杂物等，用电子探针可以对它们进行直接分析，而不必把分析物从基体中取出来。(2)地质和矿物学 电子探针在地质矿物学中的应用也非常广泛，可用来分析颗粒较细的岩相组成和结构。(3)其他方面 电子探针常用来研究半导体以及分析空气中的微粒物质。电子探针不损耗样品，所以在考古中也发挥很关键的作用。此外，在生物和医学上也得到广泛应用。二、差热分析差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(T)随温度或时间的变化关系。在DTA试验中，样品温度的变化是由于相转变或反应的热效应引起的。影响差热分析的主要因素：1.气氛和压力的选择。2.升温速率的选择。3.试样的预处理及用量：一般尽可能减少用量，最多大至毫克。样品的颗粒度在100目-200目左右。4.参比物的选择：常用-三氧化二铝(Al2O3)或煅烧过的氧化镁（MgO）或石英砂作参比物。5.纸速的选择。差热分析主要应用于高聚物的研究：1.测定高聚物的玻璃化转变。2.高聚物在空气和惰性气体中的受热情况。3.研究高聚物中单体含量对Tg的影响。4.共聚物结构的研究。5.研究纤维的拉伸取向等等。测熔点测相变温度。
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