材料化学复习资料Word文档格式.docx

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正常各点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位。

19、弗伦克尔缺陷：

在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原位置上形成空穴。

20、类质同晶：

在两个或多个化合物中，化学式相似，晶体结构型式相同，并能互相置换。

21、合金：

指两种或两种以上的金属（或金属与某些非金属）经熔合后形成的宏观均匀体系。

22、金属固溶体：

23、分子间作用力：

分子间力（又称范德华力）是指除了分子内相邻原子间存在的强烈的化学键外，分子和分子之间还存在着一种较弱的吸引力。

24、超分子自组装：

一种或多种分子，依靠分子间相互作用，自发地结合起来，形成分立的或伸展的超分子。

25、高分子材料：

是由分子量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质，也称为有机高分子材料。

26、分子链和链节：

由一种或几种简单的低分子化合物通过共价键重复连接而成的链称为分子链，大分子链中的重复结构单元叫链节。

27、线形高分子：

其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决于链的柔顺性和外部条件，一般为无规线团适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔。

28、体型高分子：

分子链之间有许多链节互相交联，交联程度深的,既不溶解,又不熔融，即不溶不熔

29、功能高分子是指在天然或合成高分子的主链或支链上带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求的高分子。

30、压电效应：

机械能和电能相互转换的效应。

其中正压电效应是由机械应力引起电极化的效应，逆压电效应相反。

31、热释电效应：

温度变化引起电介质材料极化，导致表面电荷变化。

32、超晶格材料：

两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜。

33、纳米复合材料：

由两种或两种以上的固相至少在一维上以纳米尺度复合而成的复合材料。

34、混杂纤维复合材料：

指由两种或两种以上的连续增强纤维增强同一种树脂基体的复合材料。

二、选择题

1.下列哪种检测仪器的发明首先为人类直接观察和操纵原子和分子提供了有力工具：

（D）

A、TEMB、SEMC、STMD、AFM

2.享有“第三金属”和“未来的金属”的称号的是：

（C）

A、铝合金B、铁锰铝合金钢C、钛合金D、奥氏体不锈钢

3.具有立方面心立方结构、晶格间隙较大，碳容量较多的是：

（B）

A、α-FeB、γ-FeC、δ-FeD、FeC

4、下列哪种方法不能用来制备晶体材料（C）

A：

局部氧化法B：

陶瓷法C：

快速冷却法D：

化学气象沉积法

5、纳米材料的微粒直径为（C）

A.100～1000nmB.100～5000nmC.1～100nmD.100～2000nm

6.目前已进入实用阶段、应用最广的形状记忆合金是：

A、Ti-Ni-CuB、Ti-NiC、Cu-ZnD、Cu-Zn-Al

7、下列陶瓷中，硬度最大是：

（A）

A、BNB、Al2O3C、ZrO2D、ZnO2

三、填空题（每空1分，共12分）

1、材料的发展过程可分为_天然材料_、_烧炼材料_、合成材料_、_可设计材料_、_智能材

料_等五代。

2、按照材料的使用性能可将其分为结构材料和功能材料两大类，前者主要利用材料的力学性能，后者则主要利用材料的物理和化学性能。

3、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料四大类。

4.现在研究表明，1912年泰坦尼克号豪华轮船船体钢材因S、P含量过高不耐低温，故在北海与冰山相撞发生脆性断裂以致迅速沉没。

如果钢材中添加13％的Ni，或者直接采用面心立方结构的铝合金或奥氏体不锈钢，该惨剧可能不会发生。

5.形状记忆效应实质上是在温度和应力作用下合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。

6、复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；

另一相为分散相，称为增强材料（或增强体）；

两相之间存在着相界面。

7、紫外光的波长范围是0.1~0.4μm，可见光区的波长范围是0.4~0.8μm。

8、相变推动力主要有过冷度、过饱和度和过饱和蒸汽压三种。

9、晶体材料主要具有均匀性、各向异性和多面体外形的特征。

10、晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。

11、晶体结构中的点缺陷类型共分间隙原子、空位和杂质原子三种。

12、非晶态金属材料同时具有高强度、高韧性的力学性能。

13、材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。

14、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究。

15、元素的原子之间通过化学键相结合，不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同。

其中离子键、共价键和金属键较强；

范德华键为较弱的物理键；

氢键归于次价键。

16、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。

17、硅酸盐的基本结构单元为[SiO4]四面体，其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等。

18、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。

其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。

19、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等；

而力学性能表征为强度、韧性和硬度等。

20、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。

主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。

21、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法；

其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法。

22、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法；

化学沉积法按反应的能源可分为热能化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积与光化学沉积。

23、金属通常可分为黑色金属和有色金属；

黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。

24、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体与珠光体等。

25、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成。

26、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃；

氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃；

非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。

27、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体；

按价电子数可分为n-型和p-型。

28、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成。

合成聚合物的化合物称为单体，一种这样化合物聚合形成的成为均聚物，两种以上称共聚物。

聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。

29、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。

30、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应。

31、功能陶瓷按其功能性质不同，可分为介电陶瓷、导电陶瓷、敏感性陶瓷、光学陶瓷以及生物陶瓷。

三、判断题

1、要制得非晶态材料，最根本的条件是使熔体快速冷却，并冷却到材料的再结晶温度以下。

（√）

2、空位缺陷的存在会增高离子晶体的电阻率和金属晶体的电导率。

（×

）

3、纳米微粒的熔点和烧结温度比常规粉体要高。

）

4、定向凝固和粉末冶金技术可以提高合金的高温强度。

（√）

5、在晶态聚合物中，通常可能同时存在晶态和非晶态两种结构。

（√）

6、材料化学的特点是跨学科性和多样性。

7、同一周期的元素，从左到右电负性逐渐减小，同族由下到上逐渐减小。

8、在周期表中同周期从左到右原子半径逐渐减小，同族由下到上逐渐增大。

（×

9、氢键的作用力强弱介于化学键与范德华力之间。

（√）

10、范德华键不具有方向性和饱和性，而离子键即有方向性又有饱和性。

11、一般晶体都有规则的几何外形和固定的熔点。

12、对于具有缺陷的晶体是不完美的，一般在制备材料上要避免。

13、以二氧化硅为主体的材料在酸性条件下是稳定存在的。

14、热性能与材料中原子的震动相关，一般表现为热传导、热膨胀和热辐射。

15、衡量材料介电性能的指标为介电损耗，其值越小绝缘性能越好。

16、含有П共轭基团的材料一般为无色透明材料。

17、金属由于对所有光波吸收后又释放，所以呈现金属光泽。

18、埃灵罕姆图中位于ΔG-T上方的氧化物可以使下方的元素氧化。

19、固态反应中颗粒尺寸越小、比表面积越大、反应速度越快。

20、在热力学上，非晶态是一种稳定的状态。

21、在铁碳合金中马氏体塑性最好而奥氏体硬度最高。

22、淬火处理可以减低合金的脆性提高韧性和切削性能。

23、水泥的标号越高硬化后的强度也越高。

24、目前产量最高用途最广泛的玻璃是有机玻璃。

25、玻璃钢和钢化玻璃是同一种物质。

26、陶瓷材料与玻璃材料的区别是：

玻璃透明而陶瓷不透明。

27、塑料材料的玻璃化转变温度一般要比橡胶材料要高。

28、PVC一般有悬浮聚合与乳液聚合两种产品，其中悬浮聚合分子量分布窄（×

29、应用最广泛的复合材料是聚合物基复合材料。

30、金属的纳米颗粒对可见光具有较好的反光性，所有都有金属光泽。

31、纳米颗粒一般需要采用一定保护措施来防止团聚。

四、简答题

1、对新一代材料的主要求是什么？

答：

对新一代材料的主要求有以下几点：

（1）既是结构材料又具有多种功能的材料；

（2）具有感知、自我调节和反馈等能力的智能型材料；

（3）制作和废弃过程中尽可能减少污染的绿色材料；

（4）充分利用自然资源，能循环作用的可再生性材料；

（5）少维修或不维修的长寿命材料。

2、晶体与非晶体的区别有哪些？

晶体：

原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成长程有序；

非晶体：

原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成长程无序短程有序。

非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。

3、什么是材料化学？

其主要特点是什么？

答、材料化学是与材料相关的化学学科的一个分支，是与材料的结构、性质、制备及应用相关的化学。

材料化学的主要特点是跨学科性和实践性

4、晶体为什么会产生缺陷？

晶体产生缺陷的原因主要有：

（1）实际晶体中的微粒总是有限的；

（2）存在着表面效应；

（3）存在着表面效应；

（4）粒子热运动；

（5）存在着杂质。

5、材料中的结合键有哪几种？

各自的特点如何？

类型

键本身特点

键合强弱

形成晶体的特点

离子键

无饱和性、无方向性、高配位数

最强

高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电

共价键

有饱和性、有方向性、低配位数

强

高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电

金属键

电子共有化，可以自由流动；

无饱和性、无方向性、配位数高

较强

塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性

范德华键

无饱和性、无方向性

最弱

氢键

有饱和性、有方向性

弱

6、固溶体与溶液有何异同？

固溶体有机种类型？

答、相同点：

都有两种或两种以上的组分组成；

都可以形成分散均匀、稳定的单一相，都存在溶解度；

不同点：

状态不同，溶液为液态，固溶体为固态；

结构不同，固溶体的溶质结构和溶剂相似，溶液只有在稀溶液时才相同；

性质不同，固溶体的性质与溶剂有关，但溶液只有在稀溶液时才相同。

分类：

固溶体分为置换型固溶体和填充型固溶体

7、用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体？

答、满带：

充满电子的能带；

空带：

部分充满或全空的能带；

价带：

价电子填充的能带；

禁带：

导带及满带之间的空隙

导体：

价带未满，或价带全满但禁带宽度为零，此时，电子能够很容易的实现价带与导带之间的跃迁。

半导体：

价带全满，禁带宽度在0.1-3eV之间，此时，电子可以通过吸收能量而实现跃迁。

绝缘体：

价带全满，禁带宽度大于5eV，此时，电子很难通过吸收能量而实现跃迁

8、何种结构的材料具有高硬度？

如何提高金属材料的硬度？

答、由共价键组成的材料具有高的硬度，离子键次之。

金属材料在形成固溶体或合金时可以有效地提高金属材料的硬度。

9、埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但反应C+O2=CO2的斜率为0，反应2C+O2=2CO的斜率为负，请解释原因

答、G0与温度T关系式的斜率为-S0

氧化过程气体数目不变，则S0=0,（-S0）=0，斜率为零。

氧化过程气体数目增加，则S0>

0,（-S0）<

0，斜率为负。

10、简述自蔓延高温合成法的原理？

它是许多金属和非金属难熔化合物在燃烧合成时依靠自身放热，来合成材料的技术。

某些物质在合成时自身可以放热并利用此热量可以使合成反应继续下去的现象。

11、简述形状记忆合金的原理

答、形状记忆效应源于某些特殊结构合金在特定温度下发生的马氏体－奥氏体相组织结构的相互转化。

当温度降低时，面心立方结构的母体奥氏体逐渐转变成体心立方或体心四方结构的马氏体，温度上升时，马氏体又会向奥氏体转变，最终恢复到原来的形状。

12、非晶态金属材料一般如何制得？

它具有什么突出性能特点？

结构上是热力学稳定体系吗？

答、非晶态合金一般通过电镀、激光法及熔体旋辊急冷法制备。

性能特点:

（1）高强度高韧性的力学性能

（2）高导磁、低铁损的软磁性能

（3）耐强酸、强碱腐蚀的化学特性

（4）电性能提高

结构上为热力学亚稳体系

13、硅酸盐玻璃与硅酸盐陶瓷结构上有哪些区别？

答、在结构上，硅酸盐玻璃是非晶态的，而硅酸盐陶瓷是晶态的。

14、说明玻璃有哪些通性：

试述玻璃和晶体的差别。

答、玻璃具有以下几方面的通性

（1）各向同性

（2）可逆渐变性（3）体积等性质连续变化（4）介稳性。

晶体的内部质点在三维空间作有规律的重复排列，兼具短程有序和长程有序的结构,而玻璃的内部质点则呈近程有序而远程无序的无规则网络结构或微晶子结构，与非晶体比较晶体具有自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能和稳定性。

15、简述陶与瓷的区别？

陶器的吸水性一般大于3％而瓷器一般不大于3％；

陶器不透光而瓷器透光；

陶器胎体未玻化或玻化程度差、断面粗糙而瓷器玻化程度高、结构致密、细腻，断面呈石状或贝壳状；

陶器敲击声沉浊而瓷器清脆。

16、简单解释超导现象。

介绍一下BSC超导理论。

一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零，即具有超导现象。

物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导电性；

电阻消失后的状态称为超导状态。

理论（BSC）认为，电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这种相互作用是产生电子对的原因。

温度越低，所产生的这种电子对越多。

超导电子对不能互相独立地运动，只能以关联的形式作集体运动。

当某一电子对受到扰动时，就要涉及这个电子对所在空间范围内的所有其他电子对。

这个空间范围内的所有电子对，在动量上彼此关联成为有序的集体。

因此，超导电子对在运动时，就不像正常电子那样，被晶体缺陷和晶格振动散射而产生电限，从而呈现电阻消失现象。

17、何为高分子的聚集态结构，分为哪几种类型？

高分子的聚集态结构，是指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌结构，也称超分子结构。

依分子在空间排列的规整性可将高聚物分为结晶型、部分结晶型和无定型（非晶态）三类。

18、医用高分子材料的要求是什么？

医用高分子（biomedicalpolymers）材料是与人体组织、体液或血液相接处，具有人体器官和组织功能或部分功能的高分子材料。

对医用高分子材料有以下几点要求：

（1）耐生物老化。

对于长期植入的材料，要求生物稳定性好，在体内环境中不发生降解。

对于短期植入材料，要求在一定时间内完全降解为无毒小分子，通过代谢排出体外。

（2）物理和力学性能好。

即强度、弹性、几何形状、耐磨性、耐曲挠疲劳性等性能好。

（3）便于消毒和灭菌，易于加工，材料价格适当。

（4）生物相容性好。

生物相容性是生物体与医用材料相互作用的情况，主要是指血液相容性和组织相容性。

19、复合材料按基体材料可分几类？

按增强纤维种类又可分为几类？

聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。

玻璃纤维复合材料；

碳纤维复合材料；

有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；

金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；

陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维等）复合材料。

20、为什么要对纳米颗粒材料表面进行改性？

有哪些改性方法？

纳米体易于团聚的原因：

表面效应、布朗运动、范德华力和氢键；

因此克服团聚的途径：

对纳米粒子进行表面改性。

改性方法有：

物理改性；

化学改性。

21、PVD、CVD和SHS分别表示哪种制备方法？

物理气相沉积法PVD

化学气相沉积法CVD

自蔓延高温合成法SHS

22、何为固溶强化，其主要作用是什么？

溶质原子溶入造成的晶格畸变使塑性变形抗力增加，位错移动困难，因而使固溶体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。

固溶强化是提高金属材料机械性能的重要途径之一。

23、分子晶体有何特点？

（1）较低的熔沸点；

（2）较小的硬度；

（3）固态或熔融状态下一般不导电；

（4）分子晶体的熔沸点随相对分子量的增加、氢键的存在而升高；

（5）分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的分子间作用力类型相关——相似相溶。

24、简述金属陶瓷的制备方法：

答、陶瓷原料选择金属的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物；

金属选择与陶瓷之间溶解度不大的金属。

将一定粒度的陶瓷粉末与金属粉末混合，经真空或热压烧结后即可得金属陶瓷。

25、复合材料中基体材料的作用

答、通过与增强材料界面间的粘接成为一个整体，以剪应力的形式向增强材料传递载荷；

保护增强材料免受外界环境的作用和物力损伤；

像隔膜一样，使增强材料彼此分开，避免裂纹扩展；

决定复合材料的基本性能如拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐热性能、耐腐蚀性能等。

26、何为纳米组装体系？

目前主要有哪些纳米组装体系的研究？

由人工组装合成的纳米结构材料体系称为纳米组装体系，也叫纳米尺度的图案材料。

它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元，在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

纳米微粒、丝、管可以是有序或无序的排列，其特点是能够按照人们的意愿进行设计，使整个体系具有人们所期望的特性，因而该领域被认为是材料化学和物理学的重要前沿课题。

纳米组装体系又可以分为纳米阵列体系、介孔组装体系和薄膜镶嵌体系。

目前对纳米阵列体系的研究，集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二维体系上。

而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性以及与基体的界面耦合产生了一些新的效应，也使其成为研究热点。

27、陶瓷如何才能具有室温具有超塑性？

答、一般认为陶瓷具有超塑性应该具备两个条件：

一是较小的粒径，二是快速的扩散途径（增强的晶格、晶界扩散能力）。

纳米陶瓷具有较小的晶粒及快速的扩散途径，所以具有室温超塑性能。

很多产品博览会上展览的所谓“摔不破，打不烂”的碗具即是用纳米材料制成。

另外纳米材料还具有高的催化性能、光催化性能、润滑性能，有些纳米材料还具有储氢储能的性能

28、什么是仿生合成？

答、仿生合成已成为21世纪合成化学中的前沿领域。

一般用常规方法非常复杂的合成过程,如利用生物则将合成变得高效、有序和自动进行。

例如,生物体对血红素的合成,可以从简单的甘氨酸经过一系列酶的作用很容易地合成出结构极其复杂的血红素。

仿生合成无论在理论上或应用方面都具有非常诱人的前景。

29、缺陷化学有什么理论意义和实用价值？

答、缺陷化学具有重要的理论意义和实用价值。

固体中的化学反应，只有通过缺陷的运动。

陶瓷材料在高温时能正常烧结的基本条件是：

材料中要有一定的缺陷机构与缺陷浓度，以使许多传质过程能顺利进行。

点缺陷对材料的性质也有重要的影响，例如，固体材料的导电性与缺陷关系极大。

可以说，缺陷化学及其相关的能带理论，是无机材料化学中最重要的内容。

正如West所说：

“在固态科学中，晶体缺陷的研究是一个活跃和迅速发展的领域。

”

30、什么是特种功能材料的分子设计？

答、开展特定结构无机化合物或功能无机材料的分子设计、裁剪与分子工程学的研究是无机合成化学的又一前沿领域。

它应用传统的化学研究方法寻找与开发具有特定结构与优异性能的化合物。

由于依靠的是从成千上万种化合物中去筛选,因而,自然而然地会把发展重心放在制备和发现新化合物上。

五、计算题

1、一合金的成分为90Pb-10Sn。

（a）请问此合金在100℃、200℃、300℃时含有哪几种相？

（b）在哪个温度范围内将只有一相存在？

答、300℃时，此合金含晶体α和液体L

200℃时，此合金只含有晶体α

100℃时，此合金含有晶体α和β

在140℃到275℃时，此合金只有一相存在。

2、钾玻璃中K