2023年材料学院复试笔试题目。
适用专业：材料学、材料物理与化学、材料加工工程。
1、简述材料科学与工程的定义、材料的分类以及材料在国民经济建设中的地位和作用。
答：材料科学与工程就是研究材料的组成，结构，制备工艺流程与材料用途关系的知识及应用。它是一门应用基础科学，它既要**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。
2)材料的分类：①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。
②从其发展过程上，可分为传统材料和新型材料，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；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。
③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。
④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：①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。
分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。②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。
一般具有金属光泽，具有良好的导电性，导热性，延展性及塑性；具有良好的强度和韧性，熔点较高。③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。
具有高熔点，高强度，高硬度；耐腐蚀，耐磨损，抗氧化等，以及宽广的导电性，隔热性，透光性；良好的铁电性，铁磁性，压电性。④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。
比重小，比模量和比强度大；具有优良的化学稳定性，自润滑；耐热，耐疲劳，耐蠕变，电绝缘性好等特点。
地位和作用：①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。②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进社会的先导，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。
2、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。
3）燃料电池。
近二，三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，要求开发利用新的清洁再生能源。 燃料电池由于具有能量转化率高，对环境污染小等优点受到世界各国的普遍重视。
燃料电池是一种将所提供燃料的化学能直接变换为电能的高效能量转换装置； 是既水力，火力，核力后的第四类发电技术。
其特点有： 1.由于化学能直接转化为电能，与普通发电方式相比，避免了能量形式的变化不受卡诺循环限制， 能量转化效率高。
2.环保。 废气如sox,nox,co2等的排放量极低。
此外，由于电池中无运动部件，工作时非常安静。3.电池的本题的负荷反应性能好，可靠性高。
4）碳纳米管
是一种具有特殊结构的一维量子材料(径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级). 它主要由六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离。
作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学，电学性能：
1力学性能其密度只有钢的1/6,结构与高分子材料相似，但抗拉强度极大，弹性模量达1tpa,用其增强的塑料力学性能优良且抗疲劳，抗蠕变，形变小，滑动性能好。
2电学性能利用其结构中空的特点，可作为制造某些纳米尺度金属导线的模具。 有些管径的碳纳米管是性能优于石墨材料的良好导体，另一些管径可能是半导体。
3导热性能其拥有非常大的长径比，因而其沿长度方向的热交换性能很高，垂直方向热交换性能较低，故其可制成高各向异性热传导材料。
3、简述你所熟悉的几种有关材料的测试技术，并写出其中一种测试技术的原理及解析方法。
1、微米尺度形貌观察：光学显微镜、扫描电子显微镜sem
2、纳米尺度形貌观察：扫描电子显微镜sem、原子力显微镜afm、
扫描隧道显微镜stm、透射电镜tem
3、结构测定：拉曼光谱、低能电子衍射leed、红外光谱分析ir、x射线衍射xrd、核磁共振波普nmr
4、化学成分分析：电子探针epma、俄歇电子能谱aes、x射线光电子能谱分析xps
4、针对你拟选报的研究方向，做一个三年的研究计划。
一年级，主要目标是学习好各门基础课程，因为以后的学习和工作需要基础理论知识的支持。多补充前沿知识，正确且能够较为全面的了解新的知识，关注水泥混凝土学界的前沿动态。多读著作，期刊，**。
弄清楚自己所缺乏的知识，抓紧时间补充；另一个要求是不放弃学习英语，努力把英语提升到新的高度。在此期间，多和导师沟通；并进一步熟悉实验室里的情况。有可能的话，尽早的进入到实验室进行学习和工作。
二年级。经过一年的学习之后，明确自己的研究方向，研究选题并进行**材料的收集与开题的写作，进一步深入了解该领域的知识及相关产业状况，定出号的**框架。在此之间，尽自己努力，在导师的帮助下写出2篇**发表。
尽可能争取更多的机会到建筑工地或工厂进行实地学习和演练。
三年级，主要是完成自己的**写作和**答辩。还有一方面就是择业思考。在这一年中，争取努力完成导师交给我的任务。
在做好自己的本分学习和工作之余，多到实地进行实践和考察，进一步夯实在经济的所学知识和技术。
总之，要珍惜自己的三年研究生时光，学有所成。在校期间，多听专家的讲座，了解实时动态，要时刻具有危机意思，使自己的研究生生涯更加丰富，更加充实。
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。
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。
1. 根据你拟选报的研究方向，写一份课题研究计划。
水泥粉煤灰稳定基材的设计与研究。
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。
背景：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。
研究目标：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。
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