19年秋季西南大学0404《材料化学》作业答案.docx

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19年秋季西南大学0404《材料化学》作业答案

西南大学网络与继续教育学院

课程名称：

《材料化学》课程代码：

0404学年学季：

20192

主观题

1、请简述缺陷化学有什么理论意义和实用价值。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

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。

2、请简述原子团簇的概念及特性。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

是一类于20世纪80年代才发现的新的化学物种。

它是几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于1nm），如Fen，CunSm，CnHm（n和m为正数）和碳簇（C60,C70等）等。

原子分子团簇简称团簇or微团簇（microcluster）是由几个至上千个原子、分子or离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚集体，其物理和化学性质随着所含的原子数目不同而变化。

原子团簇不同于具有特定大小和形状的分子，也不同于以弱的结合力结合的松散分子团簇和具有周期性的晶体。

它们的形状多种多样，它们尚未形成规整的晶体。

原子团簇有许多奇异的特性，如极大的比表面使其具有异常高的化学活性和催化活性、光的量子尺寸效应和非线性效应。

3、请举例说明何谓铁电体。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

肖特基缺陷是由于晶体表面附近的原子热运动到表面，在原来的原子位置留出空位，然后内部邻近的原子再进入这个空位，这样逐步进行而造成的，看来就好像是晶体内部原子跑到晶体表面来了。

显然，对于离子晶体，阴阳离子空位总是成对出现；但若是单质，则无这种情况。

除了表面外，肖特基缺陷也可在位错或晶界上产生。

这种缺陷在晶体内也能运动，也存在着产生和复合的动态平衡。

对一定的晶体来说，在确定的温度下，缺陷的浓度也是一定的。

空位缺陷的存在可用场离子显微镜直接观察到。

简言之，肖特基缺陷：

正常结点上的原子，在能量起伏过程中获得足够的能量后，离开平衡位置迁移到晶体表面正常结点位置，在原来的位置上留下空位。

一般在结构比较紧密，没有较大空隙的晶体中或在阴、阳离子半径相差较小的晶体中比较容易形成肖特基缺陷。

4、请简述纳米

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

纳米是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之一。

5、请简述何谓逆压电效应。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

当晶体在外电场激励下，在某些方向上产生应变，且应变和场强之间存在着线性关系，这种由电效应转换为机械效应的现象，则称为逆压电效应。

6、请简述等离子体化学气相沉积（PCVD）技术有哪些应用。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

答题要点：

等离子体化学气相沉积技术几乎适用于所有材料领域，特别是电子材料、光学材料、能源材料、机械材料等各种无机新材料及高分子材料的薄膜制备和表面改性，显示出独特的功能和巨大的应用潜力，在许多领域己被作为主要的生产技术。

PCVD技术还广泛用于制作非晶态薄膜，如非晶态硅、非晶态锗、非晶态碳膜等。

尤其是非晶态硅膜，因其在太阳能电池方面的成功应用而特别引人注目。

PCVD技术还进一步为化合物半导体薄膜的研制开辟了广阔途径，如GaN，AIN，GaAs，SnO2，TiO2等许多在电子器件或光电子器件中有重要应用价值的功能材料薄膜正被越来越多地开发应用。

PCVD技术另一个十分活跃的应用领域是机械加工业。

例如，出于表面硬化或装饰目的常常需要在刀具、量具、模具、表壳等工件表面上沉积超硬耐磨涂层，可以大大提高零部件使用寿命。

7、请举例说明何谓居里温度。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

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正确答案：

①非晶态形成能力对合金的依赖性；②结构的长程无序和短程有序性；③热力学的亚稳性。

8、请举例说谓何谓弗仑克尔缺陷。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。

比如说电饭煲的自动保温。

9、请举例说明何谓正压电效应（压电效应）。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

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正确答案：

当某些晶体受到机械力作用时，在一定方向的表面上产生束缚电荷，且其电荷密度大小与所加应力大小呈线性关系，这种由机械能转换成电能的现象，称为正压电效应，简称为压电效应。

10、请简述何谓仿生合成。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

答题要点：

仿生合成将成为21世纪合成化学中的前沿领域。

无机合成与制备化学在生物矿化、有机/无机纳米复合、无机分子向生物分子转化等研究领域发挥重要作用。

用一般常规方法难于进行的非常复杂的合成如何利用生物合成将其变为高效、有序、自动进行的合成。

例如生物体对血红素的合成可以从最简单的酪氨酸经过一系列酶的作用很容易地合成出结构极为复杂的血红素。

又如许多生物体的硬组织如羟基磷灰石是按有序排列的形式生成为特殊结构的牙齿。

再如模拟生命体酶反应的条件下实现高效定向的合成反应等。

海洋生物乌贼鱼骨是一种目前尚不能用人工合成制得的具有均匀孔结构的晶体。

因此,仿生合成无论从理论还是从应用上都将具有非常诱人的前景。

11、请简述何谓弗仑克尔缺陷。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格间隙位置，成为填隙原子，而在原来的位置上留下一个空位，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷。

12、请举例说明何谓纳米固体。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

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正确答案：

由纳米微粒为主要构成成分，经一定工艺制备条件制得的体相材料，称纳米固体材料。

包括块体材料和薄膜材料。

13、请简述何谓等离子体化学气相沉积。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

答题要点：

等离子体化学气相沉积（简称PCVD）是一种新的制膜技术。

它是在低温等离子体中，使原料气体感应而发生等离子体化学反应，在基板上析出固相反应生成物薄膜。

PCVD特别适合于功能材料薄膜和化合物膜的合成并显示出许多优点，被视为第二代薄膜制备技术。

实际上，PCVD技术是在普通的热CVD基础上发展起来的。

14、请简述缺陷化学的研究对象和内容。

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正确答案：

缺陷化学的研究对象是点缺陷，但不包括声子和激子。

其研究内容涉及点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、点缺陷的存在所引起的固体中载流子（电子和空穴）的变化、点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等。

15、请举例说明非晶态金属材料的基本特征。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

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正确答案：

原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序

16、请举例说明何谓纳米微粒。

【快速阅读以上试题，并认真作答】

正确答案：

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正确答案：

纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒，它的尺寸大于原子团簇（cluster），小于通常的微粉。

在固体物理和分子化学中，常将含有几个到几百个原子或尺度小于1nm的粒子称为“簇”，它是介于单个原子和固态之间的原子集合体。

纳米微粒一般在1~100nm之间。

17、请简述等离子体化学气相沉积（PCVD）技术的基本特征。

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正确答案：

答题要点：

PCVD技术是通过反应气体放电来制备薄膜的，这就从根本上改变了反应体系的能量供给方式，从而有效地利用非平衡等离子体的反应特性。

也就是说，本应在热力学平衡态下需要相当高的温度才能发生的化学反应，若利用非平衡等离子体便可在低得多的温度条件下实现。

由此可见PCVD技术的基本持点是实现了薄膜沉积工艺的低温化。

18、请简述微波加热的机理

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正确答案：

答题要点：

根据物质对微波的吸收程度，可将物质材料分成导体、绝缘体和介质。

微波不能进入导体内部，只能在其表面反射。

绝缘体可透过微波而对微波吸收很少。

介质可透过并吸收微波，介质通常为极性分子组成。

介质分子在微波场中其极性分子取向将与电场方向一致，当电场发生变化时，极性分子也随之变化。

一方面由于极性分子的变化滞后于电场的变化，因而产生了扭曲效应而转化为热能。

另一方面介质分子在电场的作用下两极排列，电场振荡，迫使两极分子旋转、移动，当加速的离子相遇，碰撞摩擦时就转化为热能。

即微波加热机理是通过极化机制和离子传导机制进行加热。

19、请简述何谓极端条件合成。

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正确答案：

答题要点：

在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成，并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。

例如在模拟宇宙空间的高真空、无重力的情况下,可能合成出无位错的高纯度化合物。

在超高压下许多物质的禁带宽度及内外层轨道的距离均会发生变化,从而使元素的稳定价态与通常条件下有很大差别。

此外，如GaN及金刚石等超硬材料的高压合成、高压下合成反应的研究、超临界流体反应、超声合成以及微波合成等研究发展较快。

20、请举例说明何谓肖特基缺陷。

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正确答案：

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正确答案：

在形成热缺陷时，晶体中具有足够高能量的原（离）子离开其平衡位置，挤入晶体中的间隙位置，造成微小的局部晶格畸变，成为所谓填隙原子，而在其原来的位置上形成空位，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷。

这种填隙原子是晶体本身所具有的，所以又称为自填隙原子，以区别于杂质原子。

弗仑克尔缺陷的特点是填隙原子或离子与晶格结点空位成对出现，晶体内局部晶格畸变，但总体积不发生可观察到的改变。

简言之，在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格间隙位置，成为填隙原子，而在原来的位置上留下一个空位，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷。

21、请简述何谓非整比化合物缺陷（化合物）材料。

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正确答案：

道尔顿的定比定律圆满地解释了有机化学中分子晶体的许多现象，虽然它有时需要加以修正，才能用以说明单键、双键、叁键、链状或环状化合物的结构问题。

后来研究发现，这种严格按化学计量形成的化合物其实是一种很特殊的情况，大多数原子或离子晶体化合物并不符合定比定律，其正负离子的比，并不是一个简单、固定的值。

它们呈现范围很宽的组成，并且组成和具体结构之间没有简单的对应关系（或化学同一性），这些化合物被称为非化学计量化合物、非化学计量比化学物、非化学配比化合物或非整比化合物，或被称为偏离整比的化合物。

22、请举例说明何谓反铁电体。

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正确答案：

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正确答案：

有些晶体虽然也有自发极化，但顺电相相邻晶胞的自发极化方向相反而且相互平行，因此晶体总的自发极化宏观上仍为零，这种晶体称为反铁电体。

23、请简述何谓色心（F色心）。

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正确答案：

固体物理和固体化学里的一个相当大的领域与研究碱金属卤化物晶体中的色心有关，最典型例子是F色心。

在20世纪20年代，Pohl根据颜色的德文单词Farbe，把这种缺陷称为F中心（F-centre，德文为Farb