材料设计复习资料小学学案

《材料设计复习资料小学学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料设计复习资料小学学案（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、或者受力的情况下分子间可以相互移动，因此线型高聚物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成。（2）通过将单电子的性质假设为是原子和其他价电子在均匀势场中的处理，得到有着固定V分布（势分布）的液态和固态三者之间的相互转变。图中的粗黑箭头表示物态之间的平衡转变。但考虑到非晶态本身是非平衡态，因Tg、Tm、溶解性、粘度、粘附性等。远程结构（小分子没有，大分子独有）：赋予高分子链柔性，致使聚读书之法,在循序而渐进,熟读而精思材料现代设计理论与方法绪论1、 材料设计的研究范围答：成分，性质，合成与制备，效能（使用性能），环境影响（气氛、温度、受 力状态）、组织结构、理论（材料设计与工艺设计）2

2、、材料设计研究的主要内容有哪些？答：通过理论与计算预报新材料的组分、结构和性能；通过理论设计来“订 做”具有特定性能的新材料。具体内容包括合金设计、新化合物和新物相预报、 超晶粒和杂化材料设计、复合材料设计、陶瓷材料设计、高分子材料设计。3、 材料设计的层次有哪些？答：按研究对象的空间尺度不同分为三个层次。微观设计层次：空间尺度1nm，电子、原子、分子层次的设计连续模型层次（介观）：空间尺寸1um，组织结构层次的设计，将材料看成连续 介质工程设计层次（宏观）：空间尺寸对应于宏观材料，涉及大块材料加工和使用性 能的设计。4、 材料设计的途径有哪些？答： 第一性原理（能带理论）、计算机模拟技术（数

3、值算法）、 知识库与数 据库技术（相图数据库）、材料设计专家系统（人工智能）5. 现代材料科学研究四要素材料组成、结构、制备工艺，材料性能和用途材料电子理论1、材料的现代设计理论答： 现代电子理论、 现代化学键理论、分子动力学理论分子可以溶解;交联的高分子不溶解,在交联度不大的情况下溶胀,不熔融的热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分进行温度、湿度、气氛和压力控制。读书之法,在上的运动。（5）结晶。后3个阶段统称为结晶阶段。1水热法的基本特点答：过程是在压力与气氛可以控制的过程中，非共价相互作用力影响将会得到更广泛的利用。这些大量的微弱的相互作用力的协同作用的结果最终决定读书之法,在循序而渐进,熟读

4、而精思2、原子结合成晶体的化学键（键合类型）答：离子键、共价键、范德华键、金属键3、自由电子： 金属晶体中处于自由运动状态的电子4、自由电子理论的两大思路：答：（ 1 ）在假设自由电子在金属晶体中的恒定势场下运动基础上建立了薛 定谔方程，并将电子从能量空间转向波数空间（ K空间）考虑，建立了 K空间理 论（在 K空间中， K 等价于动量，因此一个电子的动能，以及取 V0= 0 为这个 电子能带底时的总能量随 K 2 而增加，到最大费米能其中容纳了所有的自由电子，在每个状态中包含 2 个自旋相反的电子。式中 KF 是 费米波数， n 为单位体积内的自由电子数。 （2 ）通过将单电子的性质假设为是

5、原子和其他价电子在均匀势场中的处理，得 到有着固定 V分布（势分布） 的单电子薛定谔方程， 将电子的运动状态从一个多 体问题转化成单体来处理， 把每个电子视为独立粒子， 整个晶体构成一个独立粒 子系统。从而， 将一个不可能求解的多电子的薛定谔真实方程简化，得到了求解。5、近自由电子近似： 依据能带理论， 可以认为固体内部电子不再束缚在单个原 子周围，而是在整个固体内部运动， 仅仅受到离子实势场的微扰。近自由电子近 似应用范围有限，只对碱金属适用，这一类晶体的费米面近似为球形。6、晶体中电子的 E-K 曲线：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，只在短程有序，而长程无序，这类物质

6、的状态叫非程；最后要作统计性的处理；（关于建立随机模型，因问题而异）马尔科夫（Markov）过程答：在应用M：新型无机非金属材料(氧化物、氮化物、碳化物)等，也叫先进陶瓷和高技术陶瓷。包括结构陶瓷、功能陶瓷。但还很难保证在凝胶中仅有少数几个晶核成长，因此在一般情况下，生长线度为厘米级以上的晶体，除针状晶体外读书之法,在循序而渐进,熟读而精思图（a）自由电子近似曲线；图（b）在 K = n/2a 附近不同于图（a），其他部分与自由电子模型完全相 同。7、布里渊区： 当 K = n/2a 时，电子产生布拉格反射，从而出现能隙，导致将 K 空间分为区的概念， 这些区称为布里渊区。 布里渊区理论是描述

7、能带结构的模型 。8、第二布里渊区答：在波矢空间中取某一倒易阵点为原点，作所有倒易点阵矢量的垂直平分 面， 这些面波矢空间划分为一系列的区域： 其中最靠近原点的一组面所围的闭合 区称为第一布里渊区； 在第一布里渊区之外， 由于一组平面所包围的波矢区叫第 二布里渊区；9、合金相的琼斯理论答： 在有高价电子的 Cu、 Ag、 Au 的合金中，在某些特殊的电子浓度存在一些合 金相。相边界（fcc ）出现在电子浓度（每个原子的自由电子）为 1.4 ，相（fcc ） 出现在 1.5 。最适宜的合金成分是布里渊区刚好填满； 否则费米能增加。蒙特卡罗方法1、蒙特卡罗方法的基本思想封闭系统中进行的。生长温度比

8、之熔态和熔盐等方法低得多。生长区基本上处在恒温和等浓度状态，且温梯很组分、结构与性能，或“定做”具有特定性能或使用目的的新型陶瓷材料。陶瓷设计的内容陶瓷产生脆性的主要原现的频率；（2）当所要求解的问题是某个随机变量的期望值：通过某种“试验”的方法，得到这个随机变数的平变增韧、第二相增韧、晶须增韧、纤维增韧目的：第一章单晶材料的制备单晶生长的平衡体系主要有哪些？答：固0读书之法,在循序而渐进,熟读而精思答： （ 1 ）当所要求解的问题是某种事件出现的概率：通过某种“试验”的方法， 得到这种事件出现的频率； （2 ）当所要求解的问题是某个随机变量的期望值：通过某种“试验”的方法， 得到这个随机变数

9、的平均值；（3 ）蒙特卡罗方法求解问题 ：首先要建立一个随机模型；然后要制造一系列的随机数用以模拟这个过程；最后要作统计性的处理；（关于建立随机模型，因问题而异）2、马尔科夫（ Markov）过程答： 在应用 M-C模拟现实的系统时， 所有算法都是基于 Markov 过程。 在此过程 中，若设时刻 t0 具有动力学变量 q0，在其后时刻 t 具有某一动力学变量取值的 概率与在 t0 时刻之前此系统经由怎样的状态没有任何关系。Markov 过程作为随机游动过程，它在游走中任一阶段的行为都不被先前游 动过程的历史所限制， 即区域内的点可以多次被访问。也就是说，在 t0 时刻以前的经历全部缩并为所谓

10、的“在时刻t 0 具有动力学变量组 q ”的单一信息。就 Markov 过程而言，新的状态仅由现在的状态决定； 而非 Markov 过程， 新 的状态还直接依赖于过去的状态。对于由多个粒子、 多个自由度组成的一般力学系统， 若可以不考虑部分自由 度（即施加约束条件），而只着眼于其他部分自由度的处理， 则所观测系统的演 化可作为像 Markov 过程之类的简单过程来描述。即舍去现实系统的微观运动的详细信息，并由引入作用于动力学变量的某种 随机的更新而得到 Markov 过程。将舍去的详细信息作为随机变量更新过程来处理。3、蒙特卡罗方法的特点（ 8 点）答： 优点：收敛速度与问题维数无关； 受问题

11、的条件限制的影响小；程序 结构简单、 占用内存单元较少； 误差容易确定；具有同时计算多个方案多个未知，再缓慢地提拉。降低坩塥温度，不断提拉，使籽晶直径变大(即放肩阶段）。当坩塥温度达到恒定时，晶体直采用金属有机物前驱体，通过分子簇的缩聚形成无机聚合物溶胶的方式，这种溶胶也叫化学胶绪论材料的合成：是是指在应用时主要利用其力学性能的材料。主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨熟读而精思专题一合金设计的方法有哪些？答：统计学法、定量组织学方法、热力学方法、金属物理学方法合金设读书之法,在循序而渐进,熟读而精思量的能力。缺点： 收敛速度慢； 误差具有概率性； 进行模拟的前提是各

12、输入变量是相互 独立的。分子动力学基础1、分子动力学概念：是一门结合物理， 数学和化学, 研究处于原子、 分子状态的 固体或液体的微观动力学特性的科学， 一种计算机模拟实验方法， 是研究凝聚态 系统的有力工具。2、分子动力学模拟的基本原理答： 建立一个粒子系统来模拟所研究的微观现象， 系统中各粒子之间的相互作 用根据量子力学来确定。对符合经典牛顿力学规律的大量粒子系统，通过粒子动力学方程组的数值 求解，决定各粒子在相空间的运动规律和轨迹。然后按照统计物理原理得出该系统相应的宏观物理特性。3、分子动力学理论特点答：能有效进行微观动态过程分析；计算的空间尺度可达到 10-9 m；计算的时间尺度可达

13、到 10-15 s ；可以通过分子动力学理论建立起宏观与微观之间的桥梁。4、分子动力学理论存在的主要问题答：真实所含微观粒子数量巨大，一般高达 1023 数量级； 对具有枝链和环状结构等结构形式复杂的柔性分子的模拟计算还很困难;符合热力学极限的宏观系统由几千万亿亿个分子或原子组成（ 一般高达 1023 数量级） ，所含微观粒子数量巨大。实际计算中，分子动力学方法受到有 限观测时间和有限系统尺寸的限制。由于受计算机运算速度和内存空间的限制， 计算机模拟允许的微观体系尺寸要比热力学极限小很多。需要的沉积物而其中副产品保留在气相中排出或易于分离;整个操作较易于控制。功能陶瓷的合成与制备陶瓷：模拟单元

14、施加周期性边界条件。典型势函数：答:(1)偶对势函数；（2）Lennard-Jones(LJ,在循序而渐进,熟读而精思量的能力。缺点：收敛速度慢；误差具有概率性；进行模拟的前提是各输入变量是相是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。结构陶瓷读书之法,在循序而渐进,熟读而精思克服这一困难的办法： 是对所选定的模拟单元施加周期性边界条件。5、典型势函数 ： 答:(1) 偶对势函数；（2）Lennard-Jones(LJ) 势；(3).Stillinger-Weber 作用势；（4 ）硬球势6、分子动力学模拟计算的求解方法答：以一个一维谐振子为例，其经典哈密顿量为一步法 有了初始条件 x(0) 、p(0) ，就可以一步一步地使用前一时刻的坐标、动量值确定下一时刻的坐标、动量值 。两步法 所得的坐标和动量的递推公式分别为：的合金成分是布里渊区刚好填满；否则费米能增加。蒙特卡罗方法蒙特卡罗方法的基本思想读书之法,在循序而渐采用金属有机物前驱体，通过分子簇的缩聚形成无机聚合物溶胶的方式，这种溶胶也叫化学胶绪论材料的合成：是理答：建立一个粒子系统来模拟所研究的微