北京科技大学冶金院《功能材料》课程学习提纲 答案.docVIP

《功能材料》课程学习提纲 晶体结构中配位数的概念，配位数与离子半径的关系。请画出钙钛矿（CaTiO3）中Ti-O多面体，并说明Ti的配位数。 配位数：一个原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目称为原子（或离子）的配位数，用CN来表示。晶体结构中正、负离子的配位数的大小由结构中正、负离子半径的比值来决定，根据几何关系可以计算出正离子配位数与正、负离子半径比之间的关系，其值列于表1-4。因此，如果知道了晶体结构是由何种离子构成的，则从r＋/r－比值就可以确定正离子的配位数及其配位多面体的结构。 配位数6 晶体结构共分为哪七大晶系？各晶系有何基本对称性？ 晶系：特征对称元素 三斜：无或反演中心 单斜：唯一的2次轴或镜面 正交：三个相互垂直的2次旋转轴或反轴。 三方：唯一的3次旋转轴或反轴。 四方：唯一的4次旋转轴或反轴。 六方：唯一的6次旋转轴或反轴。 立方：沿晶胞体对角线的四个3次旋转轴或反轴 气敏陶瓷的作用原理是什么？指出SnO2、ZnO、(-Fe2O3、ZrO2各能检测何种气体。 半导体表面吸附气体分子时，半导体的电导率将随半导体类型和气体分子种类的不同而变化。 SnO2系气敏元件对于可燃性气体，例如H2、CO、甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族气体等具有同样程度的灵敏度，因而SnO2气敏元件对不同气体的选择性就较差。 ZnO气敏元件对异丁烷、丙烷、乙烷等碳氢化合物有较高灵敏度，碳氢化合物中碳元素数目越大灵敏度越高。 γ－Fe2O3对丙烷气体较灵敏，但对甲烷就不灵敏。 ZrO2检测丙烯醛气体。 热敏陶瓷定义及用途，按照电阻率随温度变化特性可分为哪几类并简要说明电阻率随温度变化特性。 热敏陶瓷是一类电阻率、磁性、介电性等性质随温度发生明显变化的材料。 主要用于制造温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件--热敏电阻。 ①电阻随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。 ②电阻随温度的升高而减小的热敏电阻称为负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻； ③电阻在某特定温度范围内急剧变化的热敏电阻，简称为CTR临界温度热敏电阻。 什么是正压电效应、逆压电效应？电致伸缩作用与压电效应之间区别。举例一种压电陶瓷及其应用。 正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。 逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。 后者是机械能转变为电能，前者是电能转变为机械能。 应用一：压电打火机 HYPERLINK /view/1612750.htm煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。所以压电打火机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。 应用二：超声波换能器 适用于用于超声波焊接设备以及超声波清洗设备，主要采用大功率发射型压电陶瓷制作，超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波换能器作为能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗很少的一部分功率。 以SiO2为例，从晶体结构角度说明产生压电性的原理。 压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移，当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不在保持对称就会出现净极化，并将伴随产生一个电场，这个电场就表现为压电效应。 压电效应，是由其内部结构决定的，例如：组成石英晶体的硅离子Si4+和氧离子O2-在Z平面投影，如图(a)。为讨论方便，将这些硅、氧离子等效为图(b)中正六边形排列，图中“＋”代表Si4+，“－”代表2O2-。 什么是铁电体？如何理解自发极化，与晶体结构有什么联系?铁电体作为铁电存 储器应用的原理。 具有自发极化强度，自发极化强度能在外加电场下反转。 按照其对称性，晶体可分为7大晶系，32种点群，其中有20种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩可因弹性形变而改变，因而具有压电性并称为压电体。在压电体中具有唯一极轴（又称为自发极化轴）的10种点群可出现自发极化，即在无外电场存在的情况下也存在电极化。它们因受热产生电荷，故称为热释电体。在这些极性晶体中，因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁电体。因此，凡是铁电体必然是热释电体，而热释电体也必然是压电体。 原理：FRAM利用HYPERLINK /view/1244088.htm铁电晶体