CÂU HỎI HƯỚNG DẪN HỌC VÀ BÀI TẬP MÔN “CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU” I – CÁC KHÁI NIỆM 1 Khái niệm về vật liệu Vật liệu là gì ? Thế nào là khoa học về vật liệu ? Công nghệ vật liệu? Các loại vật liệu kim lo[.]
CÂU HỎI HƯỚNG DẪN HỌC VÀ BÀI TẬP MÔN “CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU” I – CÁC KHÁI NIỆM Khái niệm vật liệu: Vật liệu ? Thế khoa học vật liệu ? Công nghệ vật liệu? Các loại vật liệu kim loại, gốm, polymer, composite? Hiểu vật liệu dân dụng, vật liệu kỹ thuật, vật liệu công nghệ cao (Hightech), vật liệu tiên tiến (advanced materials), vật liệu nano? Cấu trúc vi mô, vĩ mô Trật tự xa, trật tự gần? Đặc trưng cấu trúc tinh thể polymer? Phân biệt chất rắn, chất lỏng, chất khí? Thế chất rắn tinh thể? Phân biệt đơn tinh thể đa tinh thể? Chất rắn vô định hình? Tinh thể lỏng? Đặc trưng chất lỏng? Lỏng lạnh? II – CẤU TRÚC TINH THỂ HÌNH HỌC TINH THỂ: Khái niệm chất điểm? Định nghĩa tinh thể? Vơ định hình? Các phép đối xứng? Lớp đối xứng? Thế tuần hoàn? Đối xứng mà khơng tuần hồn gì? Ơ mạng sở gì? Những tham số đặc trưng ô sở? Thế ô mạng Brave? Kể tên bảy hệ tinh thể (theo Brave)? Đặc tính dạng mạng sở (theo Brave) Cách tính số ngun tử thuộc mạng sở (ô nguyên thủy, tâm khối, tâm mặt tâm đáy) Cách xác định tọa độ điểm hệ lập phương? Trong hệ lục giác? Ký hiệu vector phương? Họ mặt mạng? Ý nghĩa việc xác định vector phương? Thế số Miller? Cách xác định số Miller hệ lập phương lục giác? Phương trình Wulf – Bragg? Ý nghĩa phân tích cấu trúc? HĨA HỌC TINH THỂ: Thế bán kính nguyên tử? bán kính ion? Cách tính bán kính nguyên tử ion? Nguyên lý Goldsmith xếp sít chặt? Tính hệ số lấp đầy khơng gian cấu trúc lập phương tâm mặt? lập phương tâm khối? lục giác sít chặt? Mật độ (sắp xếp) nguyên tử mạng tinh thể? Lỗ trống (hay lỗ hổng) cấu trúc: Tại gọi lỗ trống tứ diện? bát diện? Số lượng loại ô mạng lập phương? Lục giác sít chặt? Số phối trí gì? Thế đa diện phối trí? Ảnh hưởng tỷ lệ bán kính (cation với anion) tới đa diện phối trí? Phân biệt đa diện phối trí với mạng sở? Kiểu cấu trúc gì? Kiểu cấu trúc kim loại? Các kiểu cấu trúc cacbon? Tại cacbon kim loại có kiểu cấu trúc khác nhau, phần tử cấu trúc bán kính? Nguyên tắc hình thành hợp chất AB, AB 2, AB3 A2B3 Các hợp chất đặc trưng kiểu cấu trúc? Kiểu cấu trúc hợp chất ba ABxOy? Tại đặc trưng cấu trúc lập phương hợp chất ba perovskite spinel? Sẽ khơng có kiểu cấu trúc đặc trưng hợp chất bốn cấu tử? 10 Cấu trúc hỗn hợp SiC? Cấu trúc tinh thể polymer? CNT? 11 Biểu diễn cấu trúc tinh thể đa diễn phối trí Các nguyên lý Paoling đa diện phối trí Các hợp chất silicate theo tứ diện [SiO4]4- 12 Biến đổi thù hình gì? Hiện tượng giả bền? Biến đổi đơn biến, đa biến? Biến đổi bậc một, bậc hai, biến đổi theo vi phân hàm lượng Gibbs? Biến đổi martensite? Nhớ hình? 13 Các dạng thù hình sắt? hợp kim FeC, SiO 2? Giải thích tồn dạng bền điều kiện nhiệt động khác Ứng dụng 14 Các sai sót xấu trúc tinh thể: điểm, đường, mặt, khối Sai sót Frenkel, Sotky với cấu trúc kim loại, ceramic? Chứng minh tồn sai sót điểm nhiệt độ T ≠ 15 Ảnh hưởng sai sót cấu trúc tới tinh chất vật lý tinh thể: Tính khối lượng riêng (giải thích trường hợp ngoại lệ), độ cứng HÓA LÝ TINH THỂ: Nhiệt động học kết tinh: Cơ chế kết tinh Sự tạo mầm kết tinh (thế mầm? Kích thước “chuẩn”?) Sơ đồ Tamman chế kết tinh? Tạo mầm phát triển mầm? Sự khác biệt kết tinh từ đồng thể dị thể? Ứng dụng công nghệ đúc tạo glassceramics? Kết tinh từ pha lỏng nóng chảy từ pha thủy tinh? Động học kết tinh: Phương trình động học Avrami? Biểu đồ TTT ứng dụng? III – CHẤT RẮN VÔ ĐỊNH HÌNH Khái niệm chất rắn vơ định hình Phân biệt chất rắn, chất lỏng theo độ nhớt Nhiệt độ đóng rắn (nhiệt độ tạo thủy tinh (T g) Khái niệm lỏng lạnh Tốc độ tới hạn chất để kết tinh, không kết tinh Các dạng cấu trúc polymer (tạo mạch, biến tính) Biểu đồ lượng chuyển trạng thái vơ định hình – chảy lỏng Dấu hiệu nhiệt – vật lý phân biệt tinh thể vơ định hình Định nghĩa trạng thái thủy tinh Các giả thiết cấu trúc thủy tinh (1.Cấu trúc vi tinh; 2.Cấu trúc polymer; 3.Cấu trúc khơng gian Zachariasen) Giải thích số tính chất thủy tinh theo giả thiết cấu trúc (khoảng biến mềm, mật độ) IV – BIỂU ĐỒ PHA VÀ ỨNG DỤNG Các khái niệm bản: Hệ, pha, cấu tử Cân pha, chuyển pha Hệ cấu tử Sự khuếch tán chất rắn Cơ chế chuyển chất khuếch tán Phương trình Nerst – Einstein Phương trình Fick I, Fick II Các ví dụ Dịng khuếch tán tinh thể Các yếu tố ảnh hưởng tới dòng khuếch tán Một số ứng dụng: + Khuếch tán ô trống tượng kết khối (sintering) + Nhiệt luyện thép (thấm C, N) Kết khuếch tán: Dung dịch rắn hợp chất hóa học (hợp chất trung gian) Các loại dung dịch rắn (thế, lẫn, trống) Phân biệt dung dịch rắn dung dịch thực Phân biệt dung dịch rắn hợp chất hóa học Một số dạng dung dịch rắn đặc biệt: Dung dịch rắn tỷ lượng, pha xen kẽ, pha Laves, pha xích ma?? Khái niệm biểu đồ pha (bản đồ biến đổi pha cân theo thông số nhiệt động Hệ ngưng tụ thường không xét áp suất, P = const) Cách biểu diễn biểu đồ pha hệ hai cấu tử, đường biểu diễn pha lỏng, pha rắn, cách tính thành phần tỷ lệ cân bằng, qui tắc địn bẩy 10 Các dạng biểu đồ pha điển hình: +Tạo hỗn hợp học Sự kết tinh (cùng tinh) Cách tính thành phần lỏng/rắn Cách tính thành phần pha lỏng cân +Dung dịch rắn tan lẫn có hạn, vô hạn (ở trạng thái lỏng, trạng thái rắn) +Hệ có biến đổi thù hình, tạo nhũ tương… +Hệ tạo hợp chất hóa học Hợp chất bị phân hủy nhiệt độ 11 Một số ví dụ điển hình: Hệ Fe – C (phân biệt thép, gang theo thành phần Các vùng thành phần đặc trưng) 12 Một số ví dụ điển hình: Hệ SiO2 – Al2O3 13 Biểu đồ pha hệ ba cấu tử: Hệ tạo hỗn hợp học Hệ tạo hợp chất hai, hợp chất ba 14 Hệ ba cấu tử Nguyên tắc xét trình kết tinh hệ ba cấu tử 15.Hệ nhiều ba cấu tử ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU Khái niệm loại lực tác dụng lên vật liệu (kéo, nén, uốn, ma sát, trượt, độ cứng, xung va đập…) Biến dạng đàn hồi, đàn hồi trễ, biến dạng dẻo, chảy nhớt, dão, phá hủy Đường cong ứng suất – biến dạng kéo Cách xác định E, giới hạn đàn hồi, giới hạn bền kéo, phá hủy biểu đồ ứng suất (F/A) – biến dạng Hệ số Poisson ví dụ Trượt đơn tinh thể Mặt trượt, hệ trượt Song tinh biến dạng dẻo Lý thuyết lệch mạng biến dạng dẻo Hóa bền biến dạng Thay đổi sau biến dạng Thải bền Hồi phục Tái kết tinh hay kết tinh lại BIến dạng nóng Siêu dẻo Độ nhớt chảy nhớt 10.Hiện tượng giả đàn hồi – dẻo (Hiệu ứng biến hình) 11.Phá hủy dẻo dòn Hiện tượng bề mặt 12.Biến đổi vi cấu trúc chịu lực Lý thuyết Griffite 13.Dão mỏi Dão thứ sinh 14.Đặc điểm biến dạng phá hủy vật liệu kim loại, ceramics, polymer TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 1.Bản chất điện từ ánh sáng Tương tác sóng điện từ với vật liệu (nguyên tử + electron) Bước sóng vùng nhìn thấy Sự hấp thụ sóng ánh sáng Khái niệm màu Cách đo màu (biểu đồ L – a – b) Màu đơn sắc tạo màu 3.Tương tác sóng ánh sáng với vật liệu Khái niệm phản xạ, hệ số phản xạ Khái niệm hấp thụ Khái niệm truyền qua (định luật Lambert) Khái niệm xạ (phát xạ) Vật liệu liên kết phân tử: Không có tương tác với electron, hấp thụ phân tử, liên kết 5.Giải thích tính chất quang kim loại (ánh kim, màu tối) 6.Màu chất bán dẫn 7.Sự hấp thụ electron vật liệu vô phi kim, thủy tinh Bản chất chiết suất 8.Phản xạ lớp màng Nguyên lý tạo màng chống phản xạ, lớp phủ có chiều dày ¼ bước sóng tới Những ứng dụng pin mặt trời, loại kính quang học Hiện tượng phản xạ toàn phần ứng dụng sợi quang dẫn thủy tinh SiO2 tinh khiết 10 Sự phân tán ánh sáng Giải thích tượng nhiễu xạ truyền sáng chất rắn 11 Hiện tượng huỳnh quang Nguyên lý đèn huỳnh quang 12 Nguyên lý đèn LED LASER