decuongmonthi co so khoa hoc vat lieu 2016

decuongmonthi co so khoa hoc vat lieu 2016 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất c...

VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP VỀ GIẢN ĐỒ PHA VÍ DỤ A. Xét hợp kim 40% Si – 60% Al (% khối lượng) tại 700 o C trên giản đồ 1. Xác định % khối lượng pha lỏng L và pha rắn β (gần đúng) a) 25% L và 75% β b) 20% L và 80% β c) 75% L và 25% β d) 80% L và 20% β % Khối lượng pha lỏng L = %L = MB/AB = 6/8 = 75 % % Khối lượng pha rắn β = %β = MA /AB = 2/8 = 25% 2. Xác định thành phần pha lỏng của trường hợp trên a) 20% Si và 80% Al b) 25% Si và 75% Al c) 80% Si và 20% Al d) 75% Si và 25% Al Từ điểm A hạ đường thẳng vuông góc với trục hoành. Thành phần pha lỏng L là 20% Si và 80 % Al. 3. Xác định khối lượng tổ chức cùng tinh a) 12,6% b) 31,4% c) 68,6% d) 88,8% Tại điểm N tách ra lỏng L (tổ chức cùng tinh tại điểm I) và rắn β (điểm J) % khối lượng của tổ chức cùng tinh tại điểm I: 1 %L E = (99,83-40)/(99,83-12,6) = 68,6 % 4. Xác định bậc tự do của hợp kim trên tại 700 o C a) -1 b) 0 c) 1 d) 2 C: số cấu tử = 2 P: số pha = 2 = lỏng L + rắn β F = 2 – 2 + 1 = 1 5. Phản ứng cùng tinh trên giản đồ ở 577 o C là a) L 12,6%Si → α 1,65%Si + β 99,83%Si b) L 12,6%Si → (α 1,65%Si + β 99,83%Si ) c) L 12,6%Si → [α 1,65%Si + β 99,83%Si ] d) L 12,6%Si → (α 40%Si + β 60%Si ) 6. Bản chất pha α a) Dung dịch rắn xen kẽ b) Dung dịch rắn thay thế c) Pha trung gian d) Pha liên kết kim loại B. Cho giản đồ pha hệ Sn – Pb như sau 7. Xét hợp kim 46% Sn –54% Pb. Ở 44 o C hệ tồn tại ở dạng pha a) L + α b) L c) α + β d) L + β Điểm A: α + β 8. Xét hợp kim 77% Sn –23% Pb. Ở 190 o C hệ tồn tại ở dạng pha 2 a) L + α b) L c) α + β d) L + β Điểm B: L + β 9. Xét hợp kim 25% Sn –75% Pb. Ở 200 o C dạng pha tồn tại và thành phần của nó là a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb c) α = 17 % Sn - 83 % Pb; β = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb d) α = 18,3 % Sn – 81,7 % Pb; β = 97,8 % Sn – 2,2 % Pb Điểm C: L + α, với α 17 % Sn; L = 55.7 % Sn 10. Xét hợp kim 40% Sn –60% Pb. Ở 150 o C tỷ lệ khối lượng các pha sẽ là a) 66 % α + 34 % β b) 34 % α + 66 % β c) 10 % α + 90 % β d) 2 % α + 98 % β Điểm D: %66 1098 4098 % = − − =α , % β = 34 % 11. Hợp kim tạo thành từ 1,25 kg Sn và 14 kg Pb ở 200 o C sẽ có các pha và thành phần a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn - 44.3 % Pb 68,6% b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb c) α = 17 % Sn - 83 % Pb; β = 55.7 % Sn - 44.3 % Pb d) α với C α = 8,2 % Sn – 91,8 % Pb %8,912,8100Pb% %2,8 1425,1 25,1 Sn% =−= = + = Điểm E, 100% α với C α = 8,2 % Sn – 91,8 % Pb 12. Xét hợp kim 15% Sn –85% Pb. Ở 100 o C dạng pha tồn tại và thành phần của nó là a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb 68,6% 3 b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb c) α = 5 % Sn - 95 % Pb; β = 98 % Sn – 2 % Pb d) α = 18,3 % Sn – 81,7 % Pb; β = 97,8 % Sn – 2,2 % Pb Điểm F: α và β, α = 5 % Sn; β = 98 % Sn C. Cho giản đồ pha hệ Cu– Ag như sau 13. Cho hợp kim 60 % Cu – 40 % Ag a) Xét quá trình nguội của hợp kim này b) Vẽ sơ đồ hình thành cấu trúc trong quá trình kết tinh ở trạng thái cân bằng c) Xác định thành phần khối lượng của tổ chức cùng tinh và của các pha α, β trong hợp kim ở nhiệt độ 779 o C khi nguội (đã chuyển biến cùng tinh) Giải: c) %1,50 0,89,71 0,840 )%( = − − =β+α α sơ cấp là %9,49%1,50%100% =−=α α trong cùng tinh là %6,11%1,50x 0,82,91 9,712,91 % = − − =α % α = α sơ cấp + α trong cùng tinh = 49,9 + 11,6 = 61,5 % % β = 100 % - 61,5 % = 38,5 % Cách 2: Phần khối lượng của tổ chức cùng tinh W e bằng với phần khối lượng của pha lỏng W L %1,50 0,89,71 0,840 QP P WW Le = − − = + == Phần khối lượng của α sơ cấp, W α %9,49 0,89,71 409,71 QP Q W ' = − − = + = α Phần khối lượng của pha α tổng, W α (cả α sơ cấp và α cùng tinh) 4 %5,61 0,82,91 402,91 RQP RQ W = − − = ++ + = α %5,38 0,82,91 0,840 RQP P W = − − = ++ = β 14. Vẽ tổ chức tế vi của các pha sau đây trong giản đồ hợp kim Cu-Ag a) 40 % kl Ag ở 900 o C, 780 o C, 778 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƢƠNG MÔN THI CƠ SỞ TUYỂN SINH SĐH NĂM 2016 Ban hành theo QĐ số 3466/QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH ngày 08 – 12 – 2015 Hiệu Trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Môn thi sở: CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU Ngành đào tạo Thạc sĩ: KỸ THUẬT VẬT LIỆU (60520309) I NỘI DUNG 1) Cấu tạo nguyên tử liên kết chất rắn 1.1 Cấu tạo nguyên tử 1.2 Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn 1.3 Sắp xếp nguyên tử vật rắn: Không trật tự hoàn toàn, Trật tự lý tưởng, Chất lỏng vật rắn vô định hình 1.4 Quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu 2) Các khái niệm mạng tinh thể 2.1 Mạng tinh thể, ô sở 2.2 Các phép đối xứng bản, 2.3 Bảy hệ tinh thể 14 ô mạng Bravais 2.4 Ký hiệu phương, mặt tinh thể theo Miller 2.5 Ký hiệu phương, mặt tinh thể theo Miller-Bravais hệ sáu phương 2.6 Cách xác định cấu trúc tinh thể 2.7 Đơn tinh thể đa tinh thể 3) Một số cấu trúc điển hình vật rắn 3.1 Cấu trúc tinh thể vật rắn có liên kết kim loại - lập phương tâm khối ( lptk, A2 ) - lập phương tâm mặt ( lptm, A1 ) - lục giác xếp chặt ( spxc, A3 ) 3.2 Trạng thái tinh thể vô định hình vật liệu vô - Trạng thái tinh thể - Trạng thái vô định hình - Mạng tinh thể vật rắn có liên kết đồng hóa trị: kim cương, graphit, sợi carbon fulleren - Mạng tinh thể vật rắn có liên kết ion: MX, MX2 ( M2X), MmNnXp 3.3 Cấu tạo Polymer - Phân tử Polymer, cấu trúc phân tử, khối lượng phân tử, hình thái cấu tạo - Sự kết tinh Polymer : Polymer bán tinh thể , mô hình polymer tinh thể 4) Khuyết tật tinh thể - Khuyết tật điểm - Khuyết tật đường - Khuyết tật mặt khuyết tật khối - Ảnh hưởng khuyết tật đến tính chất vật liệu 5) Quá trình khuếch tán - Định luật Fick I hệ số khuếch tán - Định luật Fick II - Cơ chế khuếch tán - Một số ví dụ khuếch tán công nghệ vật liệu 6) Giản đồ pha chất pha - Các khái niệm - Bản chất pha : Dung dịch rắn, pha điện tử, pha xen kẽ, pha laves, hợp chất hóa học - Quy tắc pha, cân pha - Các loại giản đồ pha + Hệ cấu tử + Hệ cấu tử - Quy tắc đòn bẩy xác định tỷ lệ pha  Hòa tan vô hạn trạng thái lỏng, hòa tan vô hạn trạng thái rắn tạo dung dịch rắn  Hòa tan vô hạn trạng thái lỏng, không hòa tan vào trạng thái rắn, tạo hổn hợp tinh (eutectic)  Hòa tan vô hạn trạng thái lỏng, hòa tan có giới hạn trạng thái rắn, tạo hổn hợp (eutectic)  Hòa tan vô hạn trạng thái lỏng, hòa tan có giới hạn trạng thái rắn, tạo nên pha trung gian (pha điện tử, hợp chất hóa học…)  Hòa tan vô hạn trạng thái lỏng, hòa tan có giới hạn trạng thái rắn, có phản ứng bao tinh 7) Quá trình chuyển pha - Giới thiệu - Nhiệt động học trình chuyển pha - Qúa trình tạo mầm: mầm tự sinh, mầm ký sinh - Qúa trình phát triển mầm - Ðộng học trình chuyển pha 8) Cơ tính vật liệu - Ứng suất, biến dạng, đường cong ứng suất - biến dạng - Biến dạng đàn hồi - Biến dạng dẻo - Các dạng phá hủy vật liệu, chế phá hủy - Đặc điểm biến dạng phá hủy vật liệu vô - Đặc điểm biến dạng phá hủy vật liệu chất dẻo - Các phương pháp kiểm tra tính vật liệu 9) Tính chất điện - Phân loại vật liệu theo cấu trúc miền lượng điện tử - Tính dẫn điện có liên quan đến cấu trúc vùng lượng điện tử liên kết nguyên tử - Bán dẫn tinh khiết, bán dẫn tạp chất - Điện môi: số điện môi, phân cực điện môi,các dạng phân cực điện môi, phụ thuộc số điện môi vào tần số, độ bền điện môi 10) Tính chất từ - Các khái niệm - Thuận từ, nghịch từ, sắt từ, phản sắt từ - Domain chu trình từ trễ - Một số ứng dụng vật liệu từ 11) Tính chất quang học - Bức xạ điện từ - Tương tác ánh sáng với vật rắn - Tương tác xạ điện từ với nguyên tử điện tử : phân cực điện tử , chuyển dời điện tử - Tính chất quang học kim loại - Tính chất quang học vật rắn phi kim: khúc xạ, phản xạ,hấp thụ truyền qua 12) Tính chất nhiệt - Nhiệt dung - Giãn nở nhiệt - Dẫn nhiệt - Ứng suất nhiệt II TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH: [1] Lê Công Dưỡng,Vật liệu học, NXB Khoa Học - Kỹ Thuật, Hà Nội, 1997 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP TÍNH CHẤT CƠ BẢNG CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ: 1N/m 2 = 1Pa 1N/mm 2 = 10 6 N/m 2 = 10 6 Pa = 1MPa 1 GPa = 10 9 Pa 1 in = 0,0254m 1ft = 0,3048m 1lb (pound)= 0,454 kg 1 psi = 0,703 g/mm 2 1lbf = 4,45N 1kgf = 9,81 N 1lbf/in 2 (psi) = 6894,76 Pa 1eV = 1,602.10 -12 erg = 0,386.10 -19 cal q = 1,6.10 -19 Coulomb = 4,803.10 -16 ( erg.cm) 1/2 0 F =1,8 ( 0 C) + 32 0 C = 9 5 [ ( 0 F) – 32 0 ] PHẦN VÍ DỤ 1) Chi tiết nào có ứng suất lớn hơn: a) Thanh nhôm ( 0,97 in x 1,21 in) chịu tải 16.750 lb. b) Thanh thép ( đường kính 0,505 in) chịu tải 10.800 lb. Giải: Đơn vị: in.in pound = psi a) )21,1)(97,0( 750.16 = 14.300 psi b) = π 2 )505,0)(4/( 800.10 54.000 psi 2) Thanh đồng có chiều dài 2 in, sau khi biến dạng chiều dài là 2,27 in. Tính độ biến dạng. Giải: Đơn vị: % in in in inin == − Độ biến dạng 135,0 00,2 00,227,2 = − =ε in / in = 13,5 % 3) Mođum đàn hồi của thép thường dùng là 29.500.000 psi. Tính độ giãn dài một sợi thép có đường kính 0,1 in, chiều dài 10 ft, chịu tải 1000 lb ? Giải: Mođum đàn hồi = daïng bieán suaát öùng [ psi = ] in/in in/lb 2 1ft = 12 in, 10ft = 120 in 29.500.000 = ε π 2 )1,0)(4/(1000 ⇒ ε = 0,0043 in / in Độ giãn dài = 0,0043 x 120 = 0,52 in 4) Một dây đồng có ứng suất danh nghĩa tại điểm đứt là 43.000 psi và độ giảm diện tích mặt cắt là 77%. Tính: a) Ứng suất thực tại điểm đứt. b) Độ biến dạng thực ở điểm đứt ( Biết vi phân biến dạng l dl d =ε ) Giải σ r = o A F F: Tải trọng lúc mẫu bị đứt Ao: Tiết diện ban đầu trước khi kéo → σ r danh nghĩa. Nếu lấy diện tích mặt cắt lúc đứt để tính σ r → σ r thực 1 a) 0 A F = 43.000 psi F = 43.000 A 0 →== − = psi000.187 23,0 000.43 A)77,01( F A F 0r thực b) d l dl =ε ε r = 0 r l l l l ln l dl r 0 = ∫ mà A 0 l 0 = Arlr ( Mẫu kéo có thể tích = const) 0 0 r 0 r A)77,01( A ln A A ln − ==ε = 1,47 hoặc 147% 5) Xét 3 mẫu hình trụ, đường kính 10 mm, chiều dài 1m. Một mẫu là: Al (E = 70 GPa), mẫu 2 là Al 2 O 3 ( E = 380 GPa), mẫu 3 là polystyren ( E = 3,1 GPa). Tác dụng lực 2000N dọc theo trục của các mẫu. Giả sử biến dạng là đàn hồi, tính độ giãn dài các mẫu. Giải: ∆l = ε x l o = ( σ / E) x l o = [(F /Ao) / E] x l o = ( Fl o / A o ) / E ∆l = [ ( 2000N) ( 1.0 m) / ((π/4) ( 0,01 m) 2 ) ] / E = 25,5 MPa. m / E ⇒ ∆l ( Al) = 0,36 mm, ∆l ( Al 2 O 3 ) = 0,067 mm, ∆l ( PS) = 8,2 mm. 6) Mẫu thép hình trụ chịu ứng suất 100 MPa. Trước khi biến dạng mẫu có đường kính 10 mm, chiều dài 40 mm. Sau khi biến dạng, đường kính là 9,9986 mm và chiều dài là 40,019 mm. Giả sử mẫu vẫn còn đàn hồi, tính mođun đàn hồi E, mođum trượt G và hệ số Poisson ν. Giải: ε z = ∆l / l 0 = ( 40,019 – 40) / 40 = 4,75.10 -4 ε x = ∆d / d 0 = ( 9,9986 – 10) / 10 = - 1,4.10 -4 ν = - (ε x / ε z ) = - ( - 1,4.10 -4 ) / (4,75.10 -4 ) = 0,295 E = σ / ε z = 100 MPa / 4,75.10 -4 = 210 GPa G = E / [ 2 (1 + ν) ] = 210 / [ 2 ( 1 + 0,295) ] = 81,1 GPa 7) Độ cứng Brinell của một loại thép hợp kim là 355. Tính đường kính của vết lõm trên thép nếu dùng tải 2000 kg Giải: BHN = (2P) / [ π D ( D - 22 dD − ) ] 355 = (2) (2000) / [ 10π (10 - 22 d10 − ) ] ⇒ d = 2,65 mm 8) Giả sử độ bền đứt của thép hợp kim Ti là 44 MPa m và một vết nứt dạng đồng xu có đường kính 1,6 cm nằm ở tâm một bản phẳng trong phép thử kéo. Tính ứng suất cho phép tối đa mà không bị đứt. Biết độ bền chảy của vật liệu là 900 MPa, bề dày bản phẳng là 5 cm. Giải: Đối với vết nứt dạng đồng xu thì cường độ ứng suất tính theo: K = 2σ π/a 2a: bề dày vết nứt Khi đứt: K = K Ic : độ bền đứt K Ic = 2σ π/a ⇒ σ = (K Ic / 2) a/π = ( 44 MPa m / 2) m008,0/π = 436 MPa 2 Để có thể sử dụng giá trị K Ic , phải kiểm tra xem bề dày mẫu có lớn hơn bề dày tới hạn hay không? B = 2,5 (K Ic /σ ch ) 2 = 2,5 [( 44 MPa m / 900 MPa ] 2 = 0,006m. bề dày bản = 5 cm > B = 0,006 m ⇒ sử dụng được giá trị K Ic 9) Một loại thép có độ bền V D V BI TP TNH CHT IN Tớnh cht ca Si v Ge Tớnh cht Si Ge S nguyờn t (s th t) 14 32 Khi lng ngt 28,1 72,6 Khi lng riờng, g /cm 3 2,33 5,32 S nguyờn t / cm 3 5,0.10 22 4,4.10 22 Cu trỳc tinh th Kim cng Kim cng Hng s mng, aAo 5,43 5,66 Eg, eV ( 300 0 K) 1,1 0,72 ni, cm 3 (300 0 K) 1,5.10 10 2,5.10 13 in tr sut, .cm (300 0 K) 230.000 45 à n , cm 2 / Vs (300 0 K) 1300 3800 à p , cm 2 / Vs (300 0 K) 500 1800 PHN V D 1) 550 o C dn in ca NaCl rn c xem nh l do s chuyn dch ca cỏc cation vỡ r(Na + ) < R(Cl - ). Tớnh chuyn dch ca Na + nu dn in l 2.10 -6 -1 cm -1 . Gii: = nqà n = sụỷ cụ oõ sụỷ cụ oõ mangchaỏt Soỏ /cm]10).81,198,0(2[ /Na4 cm )Na( 3383 + + + = = 2,3.10 22 ion/cm 3 à = )10.3,2)(10.6,1( 10.2 qn 2219 6 = = 5,5.10 -10 cm 2 /Vs 2) Mt bỏn dn Si cha 0,00001% nguyờn t Al v cú in tr sut 2,45 . .cm. a) Tớnh s l/cm 3 . Bit d(Si) = 2,4 g/cm 3 , M(Si) = 28,1 g/mol. b) Tớnh chuyn dch ca l. Gii: a) C 1 ngt Al s to ra 1 l T 0,00001% Al c 10 7 ngt Si cú 1 ngt Al cú 1l S ngt Si/cm 3 = mol/g1,28 mol/ngt10.02,6xcm/g4,2 M ANxd 233 ửỷ = = 5,13.10 22 ngt Si/cm 3 S l/cm 3 = 5,13.10 22 /10 7 = 5,13.10 15 c) à = Vs cm 500 )10.13,5)(10.6,1)(45,2( 1 qn 1 2 1519 == 3) Tớnh phn e húa tr trong Si c hot húa vo min dn 300K. Bit 300K, Si cú = 2,3.10 5 .cm, à n = 1300 cm 2 /Vs, à p = 500 cm 2 /Vs. Gii: Vi bỏn dn nguyờn cht: = )(nq 1 pn à+à= 1 S e dn/cm 3 = n = 51,1 )(q 1 pn = à+à .10 10 e dn/cm 3 tỡm phn húa tr c kớch thớch nhit i t min húa tr ti min dn, ta cn bit s e cú trong min húa tr khi min ny cũn y ( nhit rt thp) Si cú cu hỡnh 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Cú 4 e húa tr/ngt Si. Si cú cu trỳc kim cng ( 8 ngt/ụ c s) cú 4 x 8 = 32 e húa tr/ụ c s a Si = 5,43A o Th tớch ụ c s l (5,43.10 -8 ) 3 cm 3 S e húa tr/cm 3 = e10.2 )10.43,5( 32 Th 23 38 == sụ cụ /oõ tớch eồ sụỷ cụ /oõ trũ hoựae Soỏ húa tr/cm 3 Phn e húa tr c dn vo min dn: 13 310 323 10.32,1 cm/10.51,1 cm/10.2 = C 1,32.10 13 e húa tr thỡ mi cú 1 e i vo min dn T s ny rt thp cn cú ph gia cú nhiu e hn vo min dn. 4) i vi kim loi, in tr sur s tng khi tng nhit . T 0 = hoc ( o o = T To) : H s nhit o : in tr sur To = 0 o C in tr sut ca Cu tng 0,4% khi nhit tng 1 o C. Hi nhit no thỡ in tr sut ca Cu gp ụi in tr sut 0 o C Gii: 0 = 0,004, T = 1 = 1o 0 C004,0 1 004,0 T / == T )TT( o o o = )0T( 2 2 o oo o = = 1 = T T = C250 C004,0 11 o 1o == PHN BI TP 1) Tungsten cú d = 18,8 g/cm 3 , M = 184. Nng e t do l 1,23. 10 23 /cm 3 . Tớnh s e t do trờn 1 nguyờn t. ỏp s: 2 2) Bit Ge nguyờn cht cú à n = 3900 cm 2 /Vs, à p = 1900 cm 2 /Vs. Tớnh phn dn in ca Ge do dn e v do dn l. ỏp s: Phn do dn e = 0,67 v do dn l 0,33. 3) Tỡm nhit Ge cú dn in = 2 dn in 20 o C, bit E g = 0,72 eV, k = 1,38.10 -16 erg/K, 1eV = 1,6.10 -12 erg v s ph thuc dn vo nhit theo cụng thc: = o e -Eg/2kT o : hng s. ỏp s: 35 0 C 2 4) Bán dẫn loại p có E A = 0,1 eV. Ở nhiệt độ 20 o C số lỗ dẫn của tạp chất/cm 3 lớn hơn rất nhiều so với số lỗ dẫn của nguyên chất/cm 3 . Độ dẫn điện của bán dẫn này ở 20 o C là 10 Ω -1 cm -1 . Tính độ dẫn điện ở 0 o C, biết k = 8,61.10 -5 eV.K -1 . Đáp số: 7,48 Ω -1 cm -1 . 5) Độ dẫn điện của Si nguyên chất là 5.10 -6 Ω -1 cm -1 ở 50 o C a) Tính nồng độ của lỗ và nồng độ của e dẫn trong Si ở 50 o C, biết µ n = 1300 cm 2 /Vs, và µ p = 500 cm 2/ Vs). Đáp số: n = p = n i = p i = 1,74.10 10 /cm 3 b) Tính phần e dẫn/e hóa trị trong Si ở 50 o C. Biết d Si = 2,4 g/cm 3 , M Si = 28,1. Đáp số: 8,5.10 -14 6) Si có tỉ trọng 2,4 g/cm 3 . 1) Tính số nguyên tử Si/cm 3 . Đáp số: 5.10 22 ngtử/cm 3 2) Thêm P vào Si để tạo bán dẫn loại n có độ dẫn điện 1Ω -1 cm -1 và µ n = 1700 cm 2 /Vs. Tính số e dẫn/cm 3 . Đáp số: 3,68.10 15 e dẫn/cm 3 3) Tính số nguyên tử Si để tạo ra 1 e dẫn. 4) Si có mạng tinh thể giống kim cương với a = 5,42 A o . Tính thể tích chứa 1 e dẫn. 5) Tính số ô cơ sở chứa 1 e dẫn. 7) Ge có điện trở suất 2 Ω.cm, p = 1,9.10 15 lỗ/cm 3 a) Tính độ chuyển dịch của lỗ. Đáp số: Câu 1: Nếu bán kính nguyên tử Al 0.143nm, tính thể tích ô sở lập phương Giải: Nhôm có cấu trúc FCC theo bảng 3.1 Thể tích ô sở tính theo PT 3.4 Ta có 16 √2 16 0.143 10 √2 6.62 10 *Phụ lục bảng 3.1 phương trình 3.4 Bảng 3.1 Bán kính nguyên tử cấu trúc tinh thể 16 kim loại Câu 2: Tính thông số mạng a nguyên tử có cấu trúc lập phương tâm khối (LP thể tâm:BCC) Giải Ô cở sở BCC Xét tam giác NOP có (NP)2 = a2 + a2 = 2a2 Xét tam giác NPQ có (NQ)2 = (QP)2 + (NP)2 Do NQ = 4R, với R bán kính NT, QP = a nên (4R)2 = a2 + 2a2 hay /√3 Page of 35 Câu 3: Cho hệ lục giác xếp chặt (HCP), chúng minh c/a = 1.633 Giải: Hệ HCP biểu diễn sau: Xét tứ diện JKLM, nguyên tử vị trí M nằm đỉnh đáy ô sở (OCS) nên MH = c/2 Do NT J, K M tiếp xúc với nên JM = JK = 2R = a với R bán kính NT Từ tam giác JHM có (JM)2 = (JH)2 + (MH)2 hay a2 = (JH)2 + (c/2)2 Xét tam giác JKL có vào a, ta có / √ /√3 Thay giá trị JH 1.633 suy √ 30 Câu 4: Chứng minh mật độ thể tích (hệ sốxếp chặt - atomic packing factor or APF) hệ LGXC (HCP) 0.74 Giải: HCP có nguyên tử/ô sở hình Nên Thể tích ô sở (OCS) VC diện tích đáy x chiều cao c, Với diện tích đáy = 3* diện tích hình thoi ACDE Diện tích ACDE = CD*BC, CD = a = 2R Diện tích đáy (AREA) = * CD * BC = * 2R * √3 √ √ 30 1.633 √3 Do √3 Page of 35 , diện tích đáy (AREA) tính sau: 1.633 1.633 nên 12√3 1.633 Nên Hệ số xếp chặt 0.74 √ Câu 6: Sắt có cấu trúc LPTK (LP thể tâm BCC), bán kính nguyên tử(NT) 0.124 nm khối lượng nguyên tử (KLNT) 55.85g/mol Tính so sánh KLR lý thuyết Fe Giải: Từ PT 3.5, Cấu trúc BCC có n = NT/OCS thễ tích OCS √ √ √ , 7.90 / Giá trị đo 7.87 g/cm3 Phụ lục PT 3.5 Câu 7: Tính bán kính NT Iridium, biết Ir có cấu trúc FCC, KLR 22.4 g/cm3, KLNT 192.2 g/mol Giải: Ir có cấu trúc FCC, n = NT/OCS thể tích OCS 16 √2 16 22.4 16 √2, ta có 192.2 6.022 10 √2 , thay vào ta √ 1.36 10 0.136 Câu 8: Tìm tỉ lệ cation/anion nhỏ số phối trí (SPT) 4? Giải: SPT 4, có cấu trúc tứ diện hình Do NT vị trí A, B tiếp xúc, vậy: /√2 Ta có Từ tam giác ABF, ta có , 2 Page of 35 /√2và nên √2 suy Do ta có 2 √ Quy tỉ lệ / √ ta thu 0.225 Vậy tỉ lệ cation/anion nhỏ số phối trí (SPT) 0.225 Câu 9: Tính tỉ lệ bán kính cation/anion nhỏ SPT 6? Dùng cấu trúc NaCl làm ví dụ, biết NaCl có cấu trúc FCC Giải: Cấu trúc NaCl, LPTD SPT 6, bố trí nguyên tử hình trên, từ tam giác FGH ta có: , ta có giác vuông với Cuối thu √ Do tam giác FGH tam dẫn đến √ 0.414 Vậy tỉ lệ cation/anion nhỏ số phối trí (SPT) 0.414 Câu 10: Tìm tỉ lệ bán kính cation/anion nhỏ SPT 8? Giải: NT có SPT bố trí hình dưới, có cạnh OCS 2rA Ta có ta có 2 Cuối thu được: √3 dẫn đến 2 √2 Từ tam giác xy-cạnh OCS √2 1=0.732 Vậy tỉ lệ cation/anion nhỏ số phối trí (SPT) 0.732 Page of 35 √3 Câu 11: Dựa vào bảng 1, bảng 2, bảng dự đoán cấu trúc tinh thể (a) CsI; (b) NiO; (c) KI và(d) NiS Giải: Bảng 2: SPT cấu trúc không gian theo tỉ lệ rC/rA (a) Đối với CsI, tra bảng 1, ta có 0.773 Dựa vào bảng 2, tra SPT Cs+ 8, kết hợp bảng dự đoán cấu trúc CsI CsCl (Cesium Chloride) (b) Đối với NiO, tra bảng 1, ta có 0.493 Dựa vào bảng 2, tra SPT Ni2+ 6, kết hợp bảng dự đoán cấu trúc NiO NaCl (c) Đối với KI, tra bảng 1, ta có K I 0.627 Dựa vào bảng 2, tra SPT 6, kết hợp bảng dự đoán cấu trúc NaCl (d) Đối với NiS, tra bảng 1, ta có S 0.375 Dựa vào bảng 2, tra SPT 4, kết hợp bảng dự đoán cấu trúc Page of 35 Zinc blende Câu 12: Oxít nhôm corundum (Al2O3) có cấu trúc LGXC (HCP) Hãy vẽ cấu trúc Câu 13: Tính KLR FeO biết FeO có cấu trúc NaCl Giải: , FeO có cấu trúc kiểu NaCl, có n =4, dựa vào bảng tính thể tích KLR FeO tính PT OCS Do KLR 2 0.077 OCS ρ OCS 0.140 0.0817 8.17 10 5.84 Câu 14: MgO có cấu trúc muối ăn, KLR 3.58g/cm3 Xác định thông số mạng từ (a) PT lý thuyết (b) Sử dụng liệu với bảng 12.3 Giải: biết KLR MgO lả 3.58 g/cm3 tính (a) Từ PT / , KLNT Mg Oxi 24.31 16 g/mol, ta có a (b) có 0.072 cấu 16.00 4.21 x 10 6.022 x 10 3.58 MgO 24.31 OCS trúc 0.140 muối ăn NaCl nên 0.424 * Phụ lục bảng 1: Bán kính ion anion có SPT Page of 35 2 0.421 , từ bảng 12.3 ta có Câu 15: Tính KLR lý thuyết kim cương, biết MÔN HỌC CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU TS Lê Văn Thăng Khoa Công nghệ Vật liệu Đại học Bách Khoa Đại học Quốc Gia TPHCM ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC Số tín chỉ: (3,1,6) bao gồm 60 LT + BT+TT Đánh giá: KT kỳ (bài tập lớn + bai tập nhỏ + đọc tham khảo) + presentation (TN) 50%, Thi cuối kỳ 50% Nội dung: cung cấp kiến thức khoa học vật liệu: thiết lập mối quan hệ thành phần, cấu tạo nguyên tử (hoặc phân tử), cấu trúc vi mô tính chất vĩ mô vật liệu Tài liệu tham khảo: [1] Lê Công Dưỡng,Vật liệu học NXB Khoa Học - Kỹ Thuật, Hà Nội, 1997 [2] Lawrence H Van Vlack, Elements of Material Science & Engineering, 6th edition, Addition - Wesley, Massachusetts, USA, 1989 [3] William D Callister, Jr., Material Science & Engineering - An introduction, 6th edition, John Wiley & Son Inc., New York, USA, 2003 [4] J.P Schaffer et al., The Science and Design of Engineering Materials, Irwin, USA, 1995 [5] W.Kurz, J.P Mercier, K.Zambelli, Introduction la science des matériaux, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse, 1987 Nội dung chi tiết Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học Chương 3: Các khái niệm mạng tinh thể Chương 4: Cấu trúc kim loại hợp kim Chương 5: Cấu trúc vật liệu ceramic Chương 6: Cấu trúc vật liệu polyme Chương 7: Vật liệu composit Chương 8: Khuyết tật tinh thể Chương 9: Quá trình khuếch tán Chương 10: Giản đồ pha chuyển pha Chương 11: Cơ tính vật liệu Chương 12: Lý tính vật liệu: tính chất điện, tính chất từ Đề thuyết trình LIGHT EMITTING ORGANIC DIODES (OLEDS) LIGHT-EMITTING-DIODE (LED) CARBON NANOTUBE MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES SINGLE-WALLED PIEZOELECTRIC MATERIALS PIEZOMAGNETISM MATERIALS LỚP VẬT LIỆU PHỦ TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI ĐỂ TĂNG CỨNG VẬT LIỆU TiO2 SỢI CÁP QUANG 10 VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT 11 CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELL 12 PIN NHIÊN LIỆU 13 PIN MẶT TRỜI TRÊN CƠ SỞ TIO Đề thuyết trình 14 VẬT LIỆU NHỚ HÌNH (Shape Memory Material) 15 POLYMER CONDUCTIVE (Polymer DẪN điện) 16 MEMS 17 SILICON NANO WIRE – NANOFIBER 18 FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOY 19 DIELECTRIC CURE MONITORING OF POLYMERS 20 “SMART” CORROSION PROTECTIVE COATINGS 21 PIEZOELECTRICITY IN POLYMERS 22 SUPERCONDUCTIVE MATERIALS 23 LIPID MEMBRANES ON HIGHLY ORDERED POROUS ALUMINA SUBSTRATES 24 GRAPHENE MATERIALS CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Trạng thái vật lý vật chất 1.1.1 Trật tự trật tự • Vật chất tồn bốn trạng thái: rắn, lỏng, khí plasma • Trạng thái vật lý chất xác định cân lượng liên kết (mang nguyên tử lại gần nhau), Elk lượng nhiệt (đẩy nguyên tử xa nhau), Enh • Năng lượng nhiệt sinh dao động liên tục nguyên tử • Enh = kT với T nhiệt độ [0K], k số Boltzmann = 1,38 x 10-23 J/0K • Năng lượng liên kết lượng để phân ly hệ thành nguyên tố cấu thành ≡ lượng để hóa hệ, gần Elk = const (T) • Lực liên kết nguyên tử mạnh Elk lớn: kim loại, gốm; ngược lại trường hợp khí hiếm, phân tử khí, phân tử hữu • Từ Enh = kT Elk = const, có thể: - Giải thích thay đổi trạng thái vật chất theo nhiệt độ - Khi T0 ↑, Enh ↑ cấu trúc trật tự theo R: trật tự hoàn toàn → L: trung gian → K: trật tự hoàn toàn Đặc trưng trạng thái Đặc trưng Chuyển động Rắn Dao động Lỏng Khí Tịnh tiến, quay, Tịnh tiến, quay, dao động dao động Khoảng cách Bé, cỡ kích thước Tăng lên cỡ Khá lớn so với hạt hạt kích thước hạt kích thước hạt Quan hệ Enh Elk Enh < Elk Hình dạng Enh ≈ Elk Enh > Elk Hình dạng thể Có thể tích Không tích, tích bảo toàn hình hình dạng dạng • Trong số trường hợp, ranh giới phân biệt trạng thái rắn lỏng không rõ ràng • Hiện nay, người ta thường dùng khái niệm độ nhớt để phân biệt chất trạng thái rắn ... trình phát triển mầm - Ðộng học trình chuyển pha 8) Cơ tính vật liệu - Ứng suất, biến dạng, đường cong ứng suất - biến dạng - Biến dạng đàn hồi - Biến dạng dẻo - Các dạng phá hủy vật liệu, chế phá... nhiệt - Dẫn nhiệt - Ứng suất nhiệt II TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH: [1] Lê Công Dưỡng,Vật liệu học, NXB Khoa Học - Kỹ Thuật, Hà Nội, 1997