材料研究方法 - 图文

2y = 9.3022x - 55.68831468 MPa0lnln(1/(1-S))? = 377 MPa-1-2-3320 MPa-45.05.56.06.57.0ln?

纵坐标lnln(1/(1-S))，S为承载的负荷， lnσ为平均强度，S↑, σ↑，其斜率为韦伯系数 在一定的破坏几率下，当破坏强度为一定时，平均强度与韦伯系数存在如下关系：韦伯系数越高所需平均强度就越低,但提高稳定性！!

PS:在进行产品设计时，如何提高产品质量的稳定性对提高产品的盈利至关重要！如果通过质量管理能够使产品的韦伯系数维持在一个高位，就可以选用具有较低强度的低廉材质而不影响产品的寿命。

这是一种新产品设计的理念，符合当今低碳经济的潮流。所以，在现代企业管理中质量至上并不是要用最好的材料，而是要创造出最稳定的生产工艺，这才是我们材料工作者的使命！

5、 材料的服役特性曲线分几个阶段？说明各阶段的特征。

产品在服役过程中随时间的推移其故障一般可分为三大类，初期故障、偶发故障和磨耗故障。 初期故障：通过简单的全数的初期检验来去除不合格产品。 偶发故障：通过故障率试验，确认故障率是否小于设计标准，提高产品稳定性来减少偶发故障。 磨耗故障：通过寿命试验(耐久性试验)来测得，产品的最终寿命，避免造成故障发生。

三条规律：

（1） 温度一定时，材料的寿命与承载的负荷呈直线关系，当承载负荷低时材料表现出高的耐久寿命，随着承载负荷提高其耐久寿命降低。

（2）承载的负荷一定时，材料的寿命（对数）与温度的倒数呈直线关系，当使用温度越低，耐久寿命越长。

（3） 材料或产品随着其使用期限的增加会发生疲劳，从而使其性能降低。因此，在产品结构设计中要考虑安全系数！

材料的电性能（导电、介电）

1 、四探针法测电导率的原理？σ=1/ρ 答：其测量范围为10~10Ω*cm 优点：测量时材料是非破坏性的。

距离探针r处电流密度为J=

I2?r2-34

E?J

I?2?r2J?E/?可得距离探针r处的电场强度E为E=ρ由微分欧姆定律

由于E=－dV/dr，且r→∞时，V→0，则在距离探针r处的电势V为 V?I?

半导体内各点的电势应为四探针在该点形成的电势的矢量和（右图）。推导得：

??V23I?2?(1r12?1r24?1r13?1r34)?12?r?CV23I

其中

C?2?(1r12?1r24?1r13?1r34)?1，C为探针系数，单位为cm。

r12、r24、r13、r34分别为相应探针间的距离。

若四探针在同一平面的同一直线上，其间距分别为S1、S2、S3，且S1=S2=S3=S时，则

??V23I?2?(1S1?1S1?S2?1S2?S3?1S3)?1?V23I2?S 这就是常见的直流等间距四探针法测电阻率的公式。

2 、测量液体电介质介电常数的原理?

频率法：测试装置示意图如下；

所用电极为两个电容量不等、并联在一起的空气电容，电极在空气中电容分别为C01和C02。介电常数测试仪内部的电感L和被测试电容C构成LC振荡回路。振荡频率为

其中C0为电容器两极板为空气介质时的电容；C分为测量引线及测量系统等引起的分布电容之和；电感L一定，k为常数，频率仅随电容C的变化而变化；当电极在空气中分别接入电容C01，C02，相应振荡频率为f01，f02；有：

则有： C02?C01?kf2202

?k22

电极在液体中时，相应有

f01εr(C02?C01)?k22 221f2?1f1得液体介电常数： εr?22f2?k22f1

1f02?1f013 、电化学测试中，3电极体系是什么？它和2电极体系的区别？如何将3电极体系变成2电极？

答：3电极指工作电极、参比电极、辅助电极。

工作电极：研究反应在该电极上发生；

参比电极：指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，为测量过程提供一个稳定的电极电位。该电极上基本无电流通过，用于测定工作电极（相对于参比电极）的电极电势；

辅助电极：又称对电极，与工作电极构成回路，使工作电极电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。

与2电极区别：2电极体系只有工作电极和辅助电极，无参比电极。3电极体系因为参比电极的作用能够精确的控制电势差，减少误差。另外，2电极法操作简单，比较适用于恒电流沉积。3电极稍微复杂，但适于恒电位，恒电流，循环伏安，脉冲等等各种电化学沉积。

3电极体系变成2电极：将参比电极（RE）与辅助电极（CE）连接起来，三电极体系就变成2电极体系了。

4 、循环伏安法测试原理？

CV（Cyclic voltammetry），线性扫描的一种，三电极体系；在工作电极上施加一线性扫描电压，以恒定扫速扫描，从起始电势E0开始扫描到终止电势E1后，再回扫到起始电势，记录得到相应的电流-电势（i-E）曲线，如图。

若电极反应为O＋e

R，反应前溶液中只含有反应粒子O，且O、R在溶

0液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势? 平 正得多的起始电势?i处开始作正向扫描，电流响应曲线则如图所示。

当电极电势逐渐负移到 附近时，O开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就0平增加。当O的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值Ipc，然后电流逐渐下降。当电

?势达到?r后，又改为反向扫描。

随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大，在电势接近并通过 时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线”。

5 、如何利用电化学方法测有机物的HOMO/LUMO能级?

HOMO已占有电子能级最高轨道；LUMO未占有电子能级最低轨道

由于有机物的特性和电极还原反应较复杂。一般通过测定有机物的氧化电位EHOMO能级。再结合光谱或能谱法测得的带隙Eg， 间接计算出LUMO能级。

OX

，推算

有机半导体能带图中电离势Ip、电子亲合势EA、起始氧化电位EOX、起始还原电位Ered以及HOMO能级、LUMO能级的关系示于图1