1、1、 什么是熱力學(xué)？動(dòng)力學(xué)？熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象中物質(zhì)系統(tǒng)在平衡時(shí)的性質(zhì)和建立能量的平衡關(guān)系，以及狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)與外界相互作用（包括能量傳遞和轉(zhuǎn)換）的學(xué)科。工程熱力學(xué)是熱力學(xué)最先發(fā)展的一個(gè)分支，它主要研究熱能與機(jī)械能和其他能量之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及其應(yīng)用，是機(jī)械工程的重要基礎(chǔ)學(xué)科之一。熱力學(xué)（thermodynamics）是自然科學(xué)的一個(gè)分支，主要研究熱量和功之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。熱力學(xué)是研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)以及與準(zhǔn)平衡態(tài)，以及狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)與外界相互作用（包括能量傳遞和轉(zhuǎn)換）的物理、化學(xué)過程的學(xué)科。熱力學(xué)適用于許多科學(xué)領(lǐng)域和工程領(lǐng)域，如發(fā)動(dòng)機(jī)，相變，化學(xué)反應(yīng)，甚至黑洞等等。熱力學(xué)，全稱熱動(dòng)力學(xué)，

2、是研究熱現(xiàn)象中物態(tài)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的學(xué)科；它著重研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)以及與準(zhǔn)平衡態(tài)的物理、化學(xué)過程。熱力學(xué)是熱學(xué)理論的一個(gè)方面。熱力學(xué)主要是從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，它揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時(shí)遵從的宏觀規(guī)律。熱力學(xué)是總結(jié)物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象而得到的熱學(xué)理論，不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的相互作用。因此它是一種唯象的宏觀理論，具有高度的可靠性和普遍性。熱力學(xué)三定律是熱力學(xué)的基本理論。熱力學(xué)定律* 熱力學(xué)第零定律：說明熱平衡和溫度的關(guān)系。* 熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律的一種特殊形式在一個(gè)封閉系統(tǒng)里，所有種類的能量，形式可以轉(zhuǎn)化，但既不能憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失。* 熱力學(xué)第二

3、定律：孤立系統(tǒng)熵(失序)不會(huì)減少簡言之，熱不能自發(fā)的從冷處轉(zhuǎn)到熱處，任何高溫的物體在不受熱的情況下，都會(huì)逐漸冷卻。* 熱力學(xué)第三定律：不可能以有限程序達(dá)到絕對(duì)零度換句話說，絕對(duì)零度永遠(yuǎn)不可能達(dá)到。動(dòng)力學(xué)（Dynamics）是經(jīng)典力學(xué)的一門分支，主要研究運(yùn)動(dòng)的變化與造成這變化的各種因素。換句話說，動(dòng)力學(xué)主要研究的是力對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的影響。運(yùn)動(dòng)學(xué)則是純粹描述物體的運(yùn)動(dòng)，完全不考慮導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的因素。 更仔細(xì)地說，動(dòng)力學(xué)研究由于力的作用，物理系統(tǒng)怎樣隨著時(shí)間的演進(jìn)而改變。動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)定律是艾薩克·牛頓提出的牛頓運(yùn)動(dòng)定律。對(duì)于任意物理系統(tǒng)，只要知道其作用力的性質(zhì)，引用牛頓運(yùn)動(dòng)定律，就可以研究這作用

4、力對(duì)于這物理系統(tǒng)的影響。 在經(jīng)典電磁學(xué)里，物理系統(tǒng)的動(dòng)力狀況涉及了經(jīng)典力學(xué)與電磁學(xué)，需要使用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、麥克斯韋方程、洛倫茲力方程來描述。自20世紀(jì)以來，動(dòng)力學(xué)又常被人們理解為側(cè)重于工程技術(shù)應(yīng)用方面的一個(gè)力學(xué)分支。動(dòng)力學(xué)是機(jī)械工程與航空工程的基礎(chǔ)課程。動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容包括質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)、剛體動(dòng)力學(xué)、達(dá)朗貝爾原理等。以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展出來的應(yīng)用學(xué)科有天體力學(xué)、振動(dòng)理論、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論，陀螺力學(xué)、外彈道學(xué)、變質(zhì)量力學(xué)，以及正在發(fā)展中的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、晶體動(dòng)力學(xué)等。2. 材料熱力學(xué)是從能量角度研究材料，試舉出和你研究領(lǐng)域相近的兩種應(yīng)用熱力學(xué)理論來研究材料的例子。1. Nb表面合金化對(duì)

5、Ti6Al4V腐蝕行為的影響，鈦合金具有比強(qiáng)度高等特性,是適合于航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用的先進(jìn)材料.然而未加處理的鈦合金通常存在耐磨性差及高溫易氧化等問題,無法滿足應(yīng)用要求.此外,鈦合金在大氣、海水等一般環(huán)境下具有較強(qiáng)的耐蝕性,但是在一些特殊介質(zhì)里,如還原性酸中容易受到腐蝕.為了解決上述問題,適當(dāng)?shù)谋砻娓男蕴幚硎鞘直匾?因此鈦合金表面改性技術(shù)近年來成為材料科學(xué)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一.鈦合金中加入鈮元素可顯著提高耐蝕性及高溫抗氧性能.Ti-45 Nb就是一種新型耐蝕鈦合金采用雙輝技術(shù)在Ti6Al4V合金表面進(jìn)行Nb表面合金化處理,形成具有類似Ti45 Nb成分的表面Ti-Nb合金層,提高其抗蝕性及高溫抗

6、氧化性能,同時(shí)又保留了基體材料比強(qiáng)度高的特性.基體Ti6Al4V和Ti-Nb合金層在5%H2SO4溶液中電化學(xué)腐蝕極化曲線如圖4所示.由圖4可以看出Ti-Nb合金層較基體Ti6Al4V自腐蝕電位提高約400mV,從電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)角度表明Ti-Nb合金層抗腐蝕能力提高了.由陽極極化曲線看出,兩者趨勢是一樣的,都發(fā)生了鈍化.圖5是基體Ti6Al4V和Ti-Nb合金層在5%HCl溶液中電化學(xué)腐蝕極化曲線.由圖可以看出Ti-Nb合金層較基體Ti6Al4V自腐蝕電位提高約60 mV,從熱力學(xué)角度表明抗腐蝕能力提高了.基體Ti6Al4V和Ti-Nb合金層陽極極化曲線基本相似,均表現(xiàn)為電流密度隨著電位的升

7、高而增大,它沒有發(fā)生鈍化現(xiàn)象,始終處于活性溶解區(qū)由圖6可以看出Ti-Nb合金層在315%NaCl溶液中較基體Ti6Al4V自腐蝕電位提高約160 mV,表明Nb表面合金化后增加了Ti6Al4V熱力學(xué)穩(wěn)定性,耐蝕性提高.由Ti6Al4V陽極極化曲線看出,電流密度隨著電位的升高而增大,也就是說它沒有發(fā)生鈍化現(xiàn)象,始終處于活性溶解區(qū);由Ti-Nb合金層陽極極化曲線可以看出,在0121 V0139 V左右發(fā)生鈍化,在電位達(dá)113 V之后,發(fā)生二次鈍化,說明Ti-Nb合金層在3. 5%NaCl水溶液中出現(xiàn)鈍化膜破裂后自修復(fù)的現(xiàn)象。結(jié)論：電化學(xué)腐蝕研究表明:在5% H2SO4、5% HCl、3.5%NaC

8、l溶液中Ti-Nb合金層較基體Ti6Al4V抗腐蝕能力有一定的提高。2.分析法基于溶液電化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)分析方法。電化學(xué)分析法是由德國化學(xué)家C.溫克勒爾在19世紀(jì)首先引入分析領(lǐng)域的，儀器分析法始于1922年捷克化學(xué)家 J.海洛夫斯基建立極譜法 。電化學(xué)分析法的基礎(chǔ)是在電化學(xué)池中所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)池由電解質(zhì)溶液和浸入其中的兩個(gè)電極組成，兩電極用外電路接通。在兩個(gè)電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，電子通過連接兩電極的外電路從一個(gè)電極流到另一個(gè)電極。根據(jù)溶液的電化學(xué)性質(zhì)（如電極電位、電流、電導(dǎo)、電量等）與被測物質(zhì)的化學(xué)或物理性質(zhì)（ 如電解質(zhì)溶液的化學(xué)組成 、濃度、氧化態(tài)與還原態(tài)的比率等）之間的關(guān)系，將被

9、測定物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)化為一種電學(xué)參量加以測量。根據(jù)國際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)倡議，電化學(xué)分析法分為三大類：既不涉及雙電層，也不涉及電極反應(yīng)，包括電導(dǎo)分析法、高頻滴定法等。涉及雙電層，但不涉及電極反應(yīng)，例如通過測量表面張力或非法拉第阻抗而測定濃度的分析方法。涉及電極反應(yīng)，又分為兩類：一類是電解電流為0，如電位滴定；另一類是電解電流不等于0，包括計(jì)時(shí)電位法、計(jì)時(shí)電流法、陽極溶出法、交流極譜法、單掃描極譜法、方波極譜法、示波極譜法、庫侖分析法等。 3.金屬的防腐蝕問題，大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕問題。根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，依靠外部電流的流入改變金屬的電位，從而降低金屬腐蝕速度的一種材料保護(hù)技術(shù)。按照金屬

10、電位變動(dòng)的趨向，電化學(xué)保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽極保護(hù)兩類。陰極保護(hù)。通過降低金屬電位而達(dá)到保護(hù)目的的，稱為陰極保護(hù)。根據(jù)保護(hù)電流的來源，陰極保護(hù)有外加電流法和犧牲陽極法。外加電流法是由外部直流電源提供保護(hù)電流，電源的負(fù)極連接保護(hù)對(duì)象，正極連接輔助陽極，通過電解質(zhì)環(huán)境構(gòu)成電流回路。犧牲陽極法是依靠電位負(fù)于保護(hù)對(duì)象的金屬（犧牲陽極）自身消耗來提供保護(hù)電流，保護(hù)對(duì)象直接與犧牲陽極連接，在電解質(zhì)環(huán)境中構(gòu)成保護(hù)電流回路。陰極保護(hù)主要用于防止土壤、海水等中性介質(zhì)中的金屬腐蝕。陽極保護(hù)。通過提高可鈍化金屬的電位使其進(jìn)入鈍態(tài)而達(dá)到保護(hù)目的的，稱為陽極保護(hù)。陽極保護(hù)是利用陽極極化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，其保護(hù)系統(tǒng)

11、類似于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，只是極化電流的方向相反。只有具有活化 - 鈍化轉(zhuǎn)變的腐蝕體系才能采用陽極保護(hù)技術(shù)，例如濃硫酸貯罐、氨水貯槽等。3. 你研究課題的研究內(nèi)容是什么，擬用幾種分析、檢測方法，課題研究中有無熱力學(xué)現(xiàn)象，試簡單介紹。課題： TiNi合金表面雙輝等離子滲Mo合金化后的表面結(jié)構(gòu)和性能采用雙輝等離子表面合金化技術(shù)對(duì)TiNi合金進(jìn)行表面滲鉬合金化處理；采用光學(xué)顯微鏡、輝光放電光譜儀和掃描電鏡對(duì)合金化試樣的截面及表面進(jìn)行表征，采用顯微硬度計(jì)、硬度計(jì)、往復(fù)磨損試驗(yàn)機(jī)及白光干涉儀對(duì)合金化試樣的表面硬度、結(jié)合強(qiáng)度及摩擦學(xué)性能進(jìn)行了測試。采用電化學(xué)測試對(duì)表面耐蝕性能進(jìn)行研究。金相分析是金屬材料

12、試驗(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計(jì)算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于圖像處理，具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高工作效率。計(jì)算機(jī)定量金相分析正逐漸成為人們分析研究各種材料，建立材料的顯微組織與各種性能間定量關(guān)系，研究材料組織轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)等的有力工具。采用計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)可以很方便地測出特征物的面積百分?jǐn)?shù)、平均尺寸、平均間距、長寬比等各種參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)來確定特征物的三維空間形態(tài)、數(shù)量、大小及分布，并與材料的機(jī)械性能建立內(nèi)在聯(lián)系，為更科學(xué)地評(píng)價(jià)材料、合理地使用材料提供可靠的數(shù)

13、據(jù)。輝光放電光譜儀：主要用途：² 導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料的基體、鍍層（涂層）中的化學(xué)元素含量分析；² 熱處理工件（滲碳、滲氮）等的元素深度定量分析；² 導(dǎo)電材料表面覆蓋有一層或多層導(dǎo)電或不導(dǎo)電鍍層（涂層）中化學(xué)元素的分析;² 非導(dǎo)體材料表面覆蓋有一層或多層導(dǎo)電或不導(dǎo)電鍍層（涂層）中化學(xué)元素的分析;掃描電鏡：掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)一束高能的入射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí)，也可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)、晶格振動(dòng) （

14、聲子）、電子振蕩 （等離子體）。原則上講，利用電子和物質(zhì)的相互作用，可以獲取被測樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場或磁場等等。1顯微結(jié)構(gòu)的分析在陶瓷的制備過程中，原始材料及其制品的顯微形貌、孔隙大小、晶界和團(tuán)聚程度等將決定其最后的性能。掃描電子顯微鏡可以清楚地反映和記錄這些微觀特征，是觀察分析樣品微觀結(jié)構(gòu)方便、易行的有效方法，樣品無需制備，只需直接放入樣品室內(nèi)即可放大觀察；同時(shí)掃描電子顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)試樣從低倍到高倍的定位分析，在樣品室中的試樣不僅可以沿三維空間移動(dòng)，還能夠根據(jù)觀察需要進(jìn)行空間轉(zhuǎn)動(dòng)，以利于使用者對(duì)感興趣的部位進(jìn)行連續(xù)、系統(tǒng)的觀察分析。掃

15、描電子顯微鏡拍出的圖像真實(shí)、清晰，并富有立體感，在新型陶瓷材料的三維顯微組織形態(tài)的觀察研究方面獲得了廣泛地應(yīng)用。由于掃描電子顯微鏡可用多種物理信號(hào)對(duì)樣品進(jìn)行綜合分析，并具有可以直接觀察較大試樣、放大倍數(shù)范圍寬和景深大等特點(diǎn)，當(dāng)陶瓷材料處于不同的外部條件和化學(xué)環(huán)境時(shí)，掃描電子顯微鏡在其微觀結(jié)構(gòu)分析研究方面同樣顯示出極大的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)為： 力學(xué)加載下的微觀動(dòng)態(tài) （裂紋擴(kuò)展）研究 ；加熱條件下的晶體合成、氣化、聚合反應(yīng)等研究 ；晶體生長機(jī)理、生長臺(tái)階、缺陷與位錯(cuò)的研究； 成分的非均勻性、殼芯結(jié)構(gòu)、包裹結(jié)構(gòu)的研究； 晶粒相成分在化學(xué)環(huán)境下差異性的研究等。2納米尺寸的研究納米材料是納米科學(xué)技術(shù)最基本的

16、組成部分，可以用物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法制備出只有幾個(gè)納米的“顆粒 ”。納米材料的應(yīng)用非常廣泛，比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，納米陶瓷在一定的程度上也可增加韌性、改善脆性等，新型陶瓷納米材料如納米稱、納米天平等亦是重要的應(yīng)用領(lǐng)域。納米材料的一切獨(dú)特性主要源于它的納米尺寸，因此必須首先確切地知道其尺寸，否則對(duì)納米材料的研究及應(yīng)用便失去了基礎(chǔ)。縱觀當(dāng)今國內(nèi)外的研究狀況和最新成果,該領(lǐng)域的檢測手段和表征方法可以使用透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等技術(shù)，但高分辨率的掃描電子顯微鏡在納米級(jí)別材料的形貌觀察和尺寸檢測方面因具有簡便、可操作性強(qiáng)的優(yōu)勢被大量采用。另外如果將掃描

17、電子顯微鏡與掃描隧道顯微鏡結(jié)合起來，還可使普通的掃描電子顯微鏡升級(jí)改造為超高分辨率的掃描電子顯微鏡。3鐵電疇的觀測壓電陶瓷由于具有較大的力電功能轉(zhuǎn)換率及良好的性能可調(diào)控性等特點(diǎn)在多層陶瓷驅(qū)動(dòng)器、微位移器、換能器以及機(jī)敏材料與器件等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，鐵電和壓電陶瓷材料與器件正向小型化、集成化、多功能化、智能化、高性能和復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展，并在新型陶瓷材料的開發(fā)和研究中發(fā)揮重要作用。鐵電疇 （簡稱電疇）是其物理基礎(chǔ)，電疇的結(jié)構(gòu)及疇變規(guī)律直接決定了鐵電體物理性質(zhì)和應(yīng)用方向。電子顯微術(shù)是觀測電疇的主要方法，其優(yōu)點(diǎn)在于分辨率高，可直接觀察電疇和疇壁的顯微結(jié)構(gòu)及相變的動(dòng)態(tài)原位觀察 （電疇

18、壁的遷移）。掃描電子顯微鏡觀測電疇是通過對(duì)樣品表面預(yù)先進(jìn)行化學(xué)腐蝕來實(shí)現(xiàn)的，由于不同極性的疇被腐蝕的程度不一樣，利用腐蝕劑可在鐵電體表面形成凹凸不平的區(qū)域從而可在顯微鏡中進(jìn)行觀察。因此，可以將樣品表面預(yù)先進(jìn)行化學(xué)腐蝕后，利用掃描電子顯微鏡圖像中的黑白襯度來判斷不同取向的電疇結(jié)構(gòu)。對(duì)不同的鐵電晶體選擇合適的腐蝕劑種類、濃度、腐蝕時(shí)間和溫度都能顯示良好的疇圖樣。在實(shí)際分析工作中，往往在獲得形貌放大像后，希望能在同一臺(tái)儀器上進(jìn)行原位化學(xué)成分或晶體結(jié)構(gòu)分析，提供包括形貌、成分、晶體結(jié)構(gòu)或位向在內(nèi)的豐富資料，以便能夠更全面、客觀地進(jìn)行判斷分析。為了適應(yīng)不同分析目的的要求，在掃描電子顯微鏡上相繼安裝了許多

19、附件，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，成為一種快速、直觀、綜合性分析儀器。把掃描電子顯微鏡應(yīng)用范圍擴(kuò)大到各種顯微或微區(qū)分析方面，充分顯示了掃描電鏡的多種性能及廣泛的應(yīng)用前景。目前掃描電子顯微鏡的最主要組合分析功能有:X射線顯微分析系統(tǒng)（即能譜儀,EDS），主要用于元素的定性和定量分析，并可分析樣品微區(qū)的化學(xué)成分等信息；電子背散射系統(tǒng) （即結(jié)晶學(xué)分析系統(tǒng)），主要用于晶體和礦物的研究。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，其他一些掃描電子顯微鏡組合分析功能也相繼出現(xiàn)，例如顯微熱臺(tái)和冷臺(tái)系統(tǒng)，主要用于觀察和分析材料在加熱和冷凍過程中微觀結(jié)構(gòu)上的變化；拉伸臺(tái)系統(tǒng)，主要用于觀察和分析材料在受力過程中所發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)變化。掃描電子顯微鏡與其他設(shè)備組合而具有的新型分析功能為新材料、新工藝的探索和研究起到重要作用。成像二次電子和背散射電子可以用于成像，但后者不如前者，所以通