2026年新材料制備與性能研究材料科學(xué)專業(yè)競(jìng)賽參考題目一、選擇題（每題2分，共20題）說(shuō)明：本部分主要考察考生對(duì)新材料制備基礎(chǔ)理論、性能測(cè)試方法及行業(yè)前沿技術(shù)的掌握程度。1.下列哪種材料屬于金屬基復(fù)合材料？A.玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）B.碳纖維增強(qiáng)鈦合金C.聚酰亞胺薄膜D.石墨烯氣凝膠2.制備高性能陶瓷材料時(shí)，以下哪種工藝能有效降低燒結(jié)溫度并提高致密度？A.氣相沉積法B.等離子噴霧熔融法C.溶膠-凝膠法D.冷壓成型法3.在半導(dǎo)體材料硅的制備過(guò)程中，以下哪種摻雜方法能顯著提高其導(dǎo)電性？A.離子注入B.氧化工藝C.化學(xué)氣相沉積D.高溫退火4.以下哪種材料常用于制備耐高溫軸承？A.鋁合金6061B.高碳鋼GCr15C.二元鎂合金AZ91D.碳化鎢硬質(zhì)合金5.制備納米材料時(shí)，以下哪種方法屬于物理法？A.溶膠-凝膠法B.水熱合成法C.機(jī)械研磨法D.原位聚合法6.下列哪種測(cè)試方法主要用于評(píng)估材料的疲勞性能？A.X射線衍射（XRD）B.掃描電子顯微鏡（SEM）C.疲勞試驗(yàn)機(jī)D.壓力傳感器校準(zhǔn)7.制備鋰離子電池正極材料時(shí)，以下哪種元素能顯著提高其容量和循環(huán)壽命？A.鎂（Mg）B.鋁（Al）C.鈷（Co）D.鈦（Ti）8.以下哪種材料制備技術(shù)屬于3D打印中的選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)？A.熔融沉積成型（FDM）B.電子束熔煉（EBM）C.光固化成型（SLA）D.冷壓成型（PIM）9.在評(píng)估材料的熱穩(wěn)定性時(shí)，以下哪種測(cè)試方法最常用？A.拉伸試驗(yàn)機(jī)B.熱重分析（TGA）C.壓力傳感器校準(zhǔn)D.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）10.制備高熵合金時(shí)，以下哪種元素比例設(shè)計(jì)能顯著提高其綜合性能？A.鎳（Ni）：50%，鉻（Cr）：25%，鉬（Mo）：15%，鎢（W）：10%B.鐵（Fe）：60%，鈷（Co）：20%，鎳（Ni）：20%C.鈦（Ti）：70%，鋁（Al）：30%D.錳（Mn）：40%，硅（Si）：30%，銅（Cu）：30%二、填空題（每空1分，共10空）說(shuō)明：本部分考察考生對(duì)新材料制備工藝、性能測(cè)試原理及行業(yè)應(yīng)用的理解。1.制備石墨烯材料時(shí)，常用的機(jī)械剝離法是由______教授團(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)的。2.高溫合金的制備通常需要采用______等工藝以降低脆性并提高高溫性能。3.制備納米晶材料時(shí)，通過(guò)______可以細(xì)化晶粒并提高材料的強(qiáng)度。4.評(píng)估材料抗氧化性能時(shí)，常用的測(cè)試方法包括______和______。5.二元鎂合金AZ91的制備過(guò)程中，添加稀土元素______能有效改善其腐蝕性能。6.制備鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，硅基材料因其______而備受關(guān)注。7.3D打印技術(shù)中，選擇性激光燒結(jié)（SLM）主要用于制備______材料。8.評(píng)估材料力學(xué)性能時(shí)，______是衡量其韌性的重要指標(biāo)。9.制備高性能陶瓷材料時(shí)，常采用______工藝以減少燒結(jié)缺陷。10.高熵合金的制備需要精確控制______和______，以確保成分均勻性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共6題）說(shuō)明：本部分考察考生對(duì)新材料制備原理、性能測(cè)試方法及行業(yè)應(yīng)用的綜合分析能力。1.簡(jiǎn)述溶膠-凝膠法制備陶瓷材料的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。2.解釋機(jī)械研磨法制備納米材料的基本原理及適用范圍。3.比較鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰（LiFePO4）和三元鋰（LiNiCoMnO2）的優(yōu)缺點(diǎn)。4.闡述3D打印技術(shù)中選擇性激光熔融（SLM）的工藝流程及其關(guān)鍵技術(shù)。5.分析高溫合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及制備難點(diǎn)。6.解釋高熵合金的“無(wú)序”成分設(shè)計(jì)對(duì)其性能的影響。四、論述題（每題10分，共2題）說(shuō)明：本部分考察考生對(duì)新材料制備與性能研究的深入理解及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的把握。1.結(jié)合我國(guó)新能源材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，論述鋰離子電池正極材料的研發(fā)方向及挑戰(zhàn)。2.分析高熵合金在輕量化、耐腐蝕等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，并探討其制備工藝的優(yōu)化路徑。五、計(jì)算題（每題10分，共2題）說(shuō)明：本部分考察考生對(duì)材料性能測(cè)試數(shù)據(jù)的處理及計(jì)算能力。1.某材料在拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下：當(dāng)應(yīng)變?yōu)?.02時(shí)，應(yīng)力為300MPa。請(qǐng)計(jì)算該材料的彈性模量（假設(shè)在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力-應(yīng)變呈線性關(guān)系）。2.某陶瓷材料的熱重分析（TGA）數(shù)據(jù)顯示，在500℃時(shí)質(zhì)量損失率為10%。假設(shè)該材料初始質(zhì)量為100g，請(qǐng)計(jì)算其在此溫度下的分解速率（質(zhì)量損失率/℃）。答案與解析一、選擇題答案1.B2.B3.A4.D5.C6.C7.C8.B9.B10.A解析：1.碳纖維增強(qiáng)鈦合金屬于金屬基復(fù)合材料，其他選項(xiàng)均為聚合物基或非金屬基材料。2.等離子噴霧熔融法能有效降低燒結(jié)溫度并提高致密度，適用于制備高性能陶瓷材料。3.離子注入能顯著提高硅的導(dǎo)電性，其他方法主要改變表面形貌或化學(xué)性質(zhì)。4.碳化鎢硬質(zhì)合金耐高溫、耐磨損，常用于制備軸承。5.機(jī)械研磨法屬于物理法，其他方法均為濕化學(xué)或化學(xué)合成方法。6.疲勞試驗(yàn)機(jī)用于評(píng)估材料的疲勞性能，其他方法主要用于結(jié)構(gòu)表征或成分分析。7.鈷（Co）能顯著提高鋰離子電池正極材料的容量和循環(huán)壽命。8.選擇性激光熔融（SLM）屬于3D打印技術(shù)中的增材制造方法，其他選項(xiàng)為不同工藝類型。9.熱重分析（TGA）用于評(píng)估材料的熱穩(wěn)定性，其他方法主要用于力學(xué)或電學(xué)性能測(cè)試。10.高熵合金的成分設(shè)計(jì)以“無(wú)序”為特點(diǎn)，選項(xiàng)A的元素比例更符合高熵合金的制備原則。二、填空題答案1.謝赫特曼（AlexZettl）2.真空電弧熔煉、電子束熔煉3.高能球磨4.高溫氧化實(shí)驗(yàn)、差示掃描量熱法（DSC）5.鎳（Ni）6.高比表面積、高鋰離子嵌入容量7.金屬或合金8.屈服強(qiáng)度9.等離子濺射沉積10.成分比例、制備溫度解析：1.石墨烯的機(jī)械剝離法由美國(guó)科學(xué)家AlexZettl團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)。2.高溫合金常采用真空電弧熔煉或電子束熔煉以避免氧化。3.高能球磨能細(xì)化晶粒，提高材料的強(qiáng)度和韌性。4.高溫氧化實(shí)驗(yàn)和DSC可用于評(píng)估材料的抗氧化性能。5.添加鎳（Ni）能有效改善鎂合金的腐蝕性能。6.硅基材料因高比表面積和高鋰離子嵌入容量而備受關(guān)注。7.SLM主要用于制備金屬或合金材料。8.屈服強(qiáng)度是衡量材料韌性的重要指標(biāo)。9.等離子濺射沉積能減少燒結(jié)缺陷，提高陶瓷材料的致密度。10.高熵合金的制備需要精確控制成分比例和制備溫度，以確保性能穩(wěn)定。三、簡(jiǎn)答題答案1.溶膠-凝膠法制備陶瓷材料的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)：原理：通過(guò)金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽的水解和縮聚反應(yīng)，形成溶膠（膠體狀），再經(jīng)過(guò)干燥和燒結(jié)得到陶瓷材料。優(yōu)點(diǎn)：低溫合成、均勻性好、成分可控、適用范圍廣。缺點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、易產(chǎn)生揮發(fā)物、燒結(jié)溫度較高。2.機(jī)械研磨法制備納米材料的原理及適用范圍：原理：通過(guò)高能球磨將塊狀材料破碎成納米級(jí)顆粒，再通過(guò)熱處理或化學(xué)處理進(jìn)一步細(xì)化。適用范圍：適用于脆性材料、難熔金屬或合金的納米化制備。3.磷酸鐵鋰（LiFePO4）和三元鋰（LiNiCoMnO2）的優(yōu)缺點(diǎn)：LiFePO4：成本低、安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，但容量較低（170-200mAh/g）。LiNiCoMnO2：容量高（250-300mAh/g），但成本較高、安全性較差、循環(huán)壽命較短。4.選擇性激光熔融（SLM）的工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)：工藝流程：粉末鋪層→激光掃描熔融→成型→后處理。關(guān)鍵技術(shù)：激光功率控制、掃描速度、粉末質(zhì)量、冷卻系統(tǒng)。5.高溫合金的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及制備難點(diǎn)：優(yōu)勢(shì)：耐高溫、耐腐蝕、抗蠕變，適用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)。難點(diǎn)：成分復(fù)雜、制備工藝要求高、成本昂貴。6.高熵合金的“無(wú)序”成分設(shè)計(jì)對(duì)其性能的影響：無(wú)序成分設(shè)計(jì)能抑制脆性相的形成，提高材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性及抗腐蝕性。四、論述題答案1.鋰離子電池正極材料的研發(fā)方向及挑戰(zhàn)：研發(fā)方向：高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性、低成本。挑戰(zhàn)：材料穩(wěn)定性、鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)、成本控制。2.高熵合金的應(yīng)用前景及制備工藝優(yōu)化路徑：應(yīng)用前景：輕量化、耐腐蝕、耐磨損，適用于航空航天、汽車等領(lǐng)域。優(yōu)化路徑：優(yōu)化成分比例、改進(jìn)制備工藝（如激光熔覆、等