安徽大學(xué)2025年材料科學(xué)(功能材料)專業(yè)綜合能力綜合素質(zhì)試題及答案1.單項(xiàng)選擇（每題2分，共20分）1.1下列哪一種缺陷對(duì)功能陶瓷的介電損耗貢獻(xiàn)最大A.位錯(cuò)??B.空位??C.晶界??D.孿晶答案：C1.2在鈣鈦礦型氧化物ABO?中，若A位離子半徑增大而B位不變，則容忍因子t的變化趨勢(shì)為A.增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：A1.3用于制備柔性顯示器的透明導(dǎo)電薄膜，其最優(yōu)方塊電阻Rs與可見光透過率T550的一般工業(yè)門檻為A.Rs<10Ω/□,T550>95%??B.Rs<100Ω/□,T550>85%C.Rs<300Ω/□,T550>80%??D.Rs<1kΩ/□,T550>70%答案：B1.4下列哪種表征手段可直接獲得鐵電薄膜的翻轉(zhuǎn)電流密度JE回線A.PE回線儀??B.壓電力顯微鏡??C.電化學(xué)阻抗譜??D.脈沖極化法答案：D1.5對(duì)于VO?薄膜，其金屬絕緣體相變伴隨的主要光學(xué)變化是A.可見區(qū)透過率突變??B.紅外區(qū)透過率突變??C.紫外吸收邊移動(dòng)??D.熒光強(qiáng)度突變答案：B1.6在LiFePO?正極材料中，提高電子導(dǎo)電率最常用的體相摻雜元素是A.Mg??B.Ti??C.Nb??D.C答案：C1.7下列哪種高分子最適合用作固態(tài)鋰金屬電池的柔性電解質(zhì)骨架A.PVDFHFP??B.PEO??C.PAN??D.PTFE答案：B1.8對(duì)于二維材料MoS?，從1T到2H相的轉(zhuǎn)變屬于A.金屬半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變??B.磁性相變??C.鐵電相變??D.拓?fù)湎嘧兇鸢福篈1.9在熱電優(yōu)值ZT的表達(dá)式ZT=S2σT/κ中，κ包含A.電子熱導(dǎo)??B.晶格熱導(dǎo)??C.電子+晶格熱導(dǎo)??D.輻射熱導(dǎo)答案：C1.10下列哪種工藝可在低溫下實(shí)現(xiàn)Al?O?薄膜的原子層沉積并保證<2nm粗糙度A.熱ALD（TMA/H?O,250°C）??B.PEALD（TMA/O?plasma,120°C）C.LPCVD（AlCl?/H?O,500°C）??D.Solgelspincoating,300°C答案：B2.多項(xiàng)選擇（每題3分，共15分；多選少選均不得分）2.1下列哪些因素會(huì)同時(shí)提高壓電陶瓷的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm并降低介電損耗tanδA.晶粒長(zhǎng)大??B.氧空位減少??C.晶界玻璃相減少??D.疇壁釘扎增強(qiáng)答案：B、C、D2.2關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池濕度穩(wěn)定性，以下說法正確的有A.甲脒陽離子比甲胺陽離子疏水性強(qiáng)??B.二維RuddlesdenPopper結(jié)構(gòu)可阻擋水分子C.添加PCBM層可抑制離子遷移??D.采用SpiroOMeTAD空穴傳輸層需添加LiTFSI吸濕答案：A、B、C2.3下列哪些表征手段可在原位條件下同時(shí)獲得應(yīng)力應(yīng)變與電輸運(yùn)信息A.微拉伸臺(tái)+四探針??B.納米壓痕+CSAFM??C.同步輻射XRD+源表??D.Raman+源表答案：A、C2.4對(duì)于Fe?O?納米顆粒的超順磁性，以下描述正確的有A.無矯頑場(chǎng)??B.飽和磁化強(qiáng)度隨粒徑減小線性下降C.阻塞溫度TB與粒徑V成正比??D.可用NeelArrhenius方程描述弛豫時(shí)間答案：A、C、D2.5下列哪些策略可同時(shí)提升聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率與鋰遷移數(shù)A.引入單離子導(dǎo)體磺化嵌段共聚物??B.添加LLZO納米線形成連續(xù)通道C.增塑劑丁二腈過量>50wt%??D.紫外光交聯(lián)降低結(jié)晶度答案：A、B、D3.填空題（每空1分，共20分）3.1在尖晶石型LiMn?O?中，Mn3?:Mn??=________時(shí)理論容量達(dá)148mAhg?1。答案：1:13.2對(duì)于Ba?.?Sr?.?TiO?薄膜，其居里溫度Tc隨厚度減小而________（升高/降低）。答案：降低3.3二維材料WSe?的間接帶隙約為________eV。答案：1.23.4采用DebyeScherer公式估算晶粒尺寸時(shí)，若CuKα?波長(zhǎng)λ=0.15406nm，衍射峰半高寬β=0.5°，則晶粒尺寸D≈________nm。答案：163.5在電化學(xué)阻抗譜中，Warburg阻抗斜率為________。答案：45°3.6對(duì)于VO?薄膜，其相變潛熱約為________Jg?1。答案：453.7熱電材料Bi?Te?的晶體結(jié)構(gòu)屬于________晶系。答案：三方3.8鈣鈦礦太陽能電池中，常用________作為電子傳輸層，其導(dǎo)帶邊約為4.0eV。答案：TiO?3.9在柔性電子中，聚酰亞胺的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg約為________°C。答案：3603.10對(duì)于FeCo基軟磁薄膜，其飽和磁致伸縮系數(shù)λs約為________ppm。答案：703.11采用溶膠凝膠法制備SiO?薄膜時(shí)，常用前驅(qū)體為________。答案：TEOS3.12在PLD生長(zhǎng)過程中，激光能量密度>________Jcm?2時(shí)易出現(xiàn)液滴。答案：33.13對(duì)于GaN基LED，常用________作為緩沖層減小晶格失配。答案：AlN3.14在固態(tài)核磁中，?Li的拉莫爾頻率（400MHz譜儀）約為________MHz。答案：155.53.15用于OER的IrO?催化劑，其過電位在10mAcm?2時(shí)約為________mV。答案：2803.16對(duì)于PMNPT單晶，其壓電常數(shù)d??最高可達(dá)________pCN?1。答案：28003.17在ALD工藝中，一個(gè)完整的TMA/H?O循環(huán)通常需要________s。答案：23.18用于柔性傳感器的CNT薄膜，其最大拉伸應(yīng)變可達(dá)________%。答案：1003.19在量子點(diǎn)LED中，CdSe/ZnS核殼結(jié)構(gòu)的熒光半高寬約為________nm。答案：203.20對(duì)于LiS電池，常用________添加劑抑制多硫化物穿梭。答案：LiNO?4.簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）4.1簡(jiǎn)述壓電陶瓷中“硬性摻雜”與“軟性摻雜”對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)的影響機(jī)制，并各舉一例元素。答案：硬性摻雜指高價(jià)離子（如Nb??取代Ti??）引入A位或B位后產(chǎn)生正電中心，捕獲電子，形成缺陷偶極子，釘扎疇壁，使Qm升高，tanδ降低。軟性摻雜指低價(jià)離子（如La3?取代Ba2?）引入負(fù)電中心，捕獲空穴，削弱疇壁釘扎，使介電常數(shù)增大，Qm降低。4.2說明鈣鈦礦太陽能電池中離子遷移的兩種主要路徑及其對(duì)JV滯后的影響。答案：路徑1：沿晶界遷移的I?/MA?空位，形成離子電流；路徑2：穿過晶格的I?間隙，激活能<0.6eV。遷移離子在界面處積累，改變內(nèi)建電場(chǎng)，導(dǎo)致正反掃JV曲線錯(cuò)位，表現(xiàn)為滯后。4.3給出提高聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率的三種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并說明原理。方案1：嵌段共聚物PEObPST，微相分離形成連續(xù)無定型區(qū)，降低Tg；方案2：引入磺化側(cè)鏈實(shí)現(xiàn)單離子傳導(dǎo)，提高t?；方案3：添加LLZO納米線構(gòu)建3D連續(xù)快離子通道，界面空間電荷層降低遷移勢(shì)壘。4.4解釋VO?薄膜中金屬絕緣體相變的光學(xué)開關(guān)原理，并給出一種降低相變閾值的應(yīng)力調(diào)控方法。答案：相變時(shí)d//軌道電子離域化，等離子頻率ωp從0.5eV躍至2eV，紅外透過率驟降。通過在c藍(lán)寶石上外延生長(zhǎng)VO?，利用面內(nèi)壓應(yīng)力1.5%，使d//軌道重疊增加，相變溫度降低~8°C。4.5比較熱電材料中納米化與全尺度分級(jí)結(jié)構(gòu)兩種策略對(duì)κ和σ的影響差異。答案：納米化（<100nm）強(qiáng)烈散射中長(zhǎng)波聲子，κ下降30%，但晶界散射電子使σ下降20%；全尺度分級(jí)（0.110μm）在寬頻散射聲子同時(shí)保持高遷移率，σ僅降5%，κ降40%，ZT提升更顯著。5.計(jì)算/分析題（共55分）5.1（10分）已知某BaTiO?陶瓷的介電常數(shù)εr=1600，損耗tanδ=0.02，工作電場(chǎng)E=1kVcm?1，頻率f=1kHz，求單位體積發(fā)熱功率P（Wcm?3）。答案：P=2πfε?εrtanδE2=2π×103×8.85×10?12×1600×0.02×(10?)2=1.78×10?2Wcm?3。5.2（15分）LiFePO?正極的鋰擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定：薄膜厚度L=50nm，電流階躍I=100μAcm?2，平臺(tái)電壓ΔE=25mV，延遲時(shí)間τ=25s，利用GalvanostaticIntermittentTitration求DLi。答案：DLi=(IL2)/(ΔE·τ·F·c)，其中c=0.022molcm?3，F(xiàn)=96485Cmol?1，代入得DLi=1.2×10?12cm2s?1。5.3（15分）熱電腿設(shè)計(jì)：Bi?Te?腿長(zhǎng)h=2mm，截面積A=1mm2，熱端Th=400K，冷端Tc=300K，ZT=1.0，求最大輸出功率Pmax及對(duì)應(yīng)電流Iopt。答案：Pmax=(S2ΔT2)/(4R)，S=200μVK?1，R=ρh/A，ρ=1×10??Ωm，得R=0.02Ω，Pmax=12.5mW；Iopt=SΔT/(2R)=0.5A。5.4（15分）柔性O(shè)LED封裝：要求水蒸氣透過率WVTR<10??gm?2day?1，現(xiàn)有100nmAl?O?/50nmZnO納米層壓膜，已知Al?O?單層WVTR=5×10?3gm?2day?1，ZnO=1×10?2gm?2day?1，求需疊層周期數(shù)n。答案：1/WVTRtotal=n(1/WAl?O?+1/WZnO)，解得n≥200，即400層Al?O?+200層ZnO，總厚600nm。6.綜合設(shè)計(jì)題（30分）6設(shè)計(jì)一種可在40°C至80°C循環(huán)工作的柔性自供電應(yīng)變傳感器，要求：1）拉伸>50%；2）輸出電壓>1V@1%應(yīng)變；3）彎曲半徑<5mm無性能衰減。給出材料體系、結(jié)構(gòu)示意圖、制備流程、性能驗(yàn)證方案。答案：材料體系：1）壓電層：0.5μmPVDFTrFE（75/25）靜電紡絲納米纖維，經(jīng)135°C退火提高β相含量至85%；2）電極：AgNWs（直徑50nm，長(zhǎng)度20μm）噴涂成網(wǎng)絡(luò)，方阻<20Ω/□；3）封裝：paryleneC2μm，WVTR<0.1gm?2day?1；4）基底：3μmPI，Tg>350°C。結(jié)構(gòu)：三明治“AgNWs/PVDFTrFE/AgNWs”波紋褶皺結(jié)構(gòu)，預(yù)拉伸50%后釋放形成波長(zhǎng)200μm、振幅50μm的褶皺，實(shí)現(xiàn)<5mm彎曲。制備流程：1）在硅片上旋涂PI前驅(qū)體，亞胺化；2）轉(zhuǎn)移AgNWs，80°C熱壓；3）靜電紡絲PVDF