无机材料化学复习题

选择题

1 材料结构包括：晶体结构、缺陷结构和显微结构

2 物质状态：气态、液态、固态

3 缺陷的分类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷

填空题

1按使用材料的水平，划分的人类社会发展历史时期：石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代

2材料、信息和能源称为现代科技的三大支柱

3复合材料由基体和增强剂组成

4材料科学的研究内容：主要研究材料的组成与结构、加工（合成）制备工艺、性能和使用效能之间的相互关系和变化规律

5硬化学反应（方法）：极端条件下进行的化学反应。软化学反应（方法）：温和可控条件下进行的化学反应。

6化学键：分子或晶体中原子或离子之间的结合作用（力）。可分为：离子键、共价键、金属键、范德华键（力）

7六方密堆晶格的原胞晶胞中所含原子个数为6；每个球都直接与12个球接触，配位数为12；空间利用率为74.06%。体心立方晶格晶胞中所含原子个数为2，配位数为8，空间利用率68.02%

8点缺陷的存在(或表现)形式

9 点缺陷可分为：本征缺陷、杂质缺陷、电子缺陷

10 热学性质包括：热膨胀、热传导、热容等材料属性，它们均与温度或热有关。

11 材料电学性质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、压电性、铁电性等。

12 通常用电导率σ(电阻率ρ的倒数)来表示。按照ρ值的不同，可将材料分为：超导体、导体、半导体、电介质

13 任何物质都有一定的电导，即在电场作用下都会有电流通过。其电流包括两部分：表面电流、贯穿电流

14 离子晶体的载流子：离子空位、间隙离子、杂质离子；电子或空穴

15 介电性是指在电场作用下, 材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质,通常用介电常数和介质损耗来表示

16 纳米微粒的四大效应：表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应

名词解释

1 材料是具有一定性能和功能、可用于制作或加工成有用物件的物质。

2 复合材料：将上述材料中的两种或两种以上有机地结合在一起，使它们在性能上协同作用、互相取长补短，所得到的全新性能的新型材料。

3 结构材料：利用材料的机械力学性能。以强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等性能为特征。

4 功能材料：利用材料的物理化学性质和物理化学效应包括光、电、声、磁、热及相互转换。

5 材料工程学：解决如何将固体物质制成可以使用的材料和器件，使之具有指定的形态(如纤维、薄膜、陶瓷体、集成块等)和规定各种结构和性能，如具有特定的热、力、光、电、声、磁、化(学)和生(物)功能。

6 实际晶体因种种原因存在着的偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷

7 缺陷化学：研究点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷间的作用、点缺陷的存在对固体性质的影响及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等。

8 电介质在外电场作用下，虽不发生电荷迁移而导电，但会发生极化，这种现象称为介电性。

9 在石英X、Y轴方向上施加机械应力（拉力或压力）时，在力方向的垂直平面上会出现数量相等，符号相反的束缚电荷，且在一定范围内电荷面密度与作用力成正比，作用力反向时，表面荷电性质也反号。这种现象称之为压电效应。

10 在压电晶体中有部分晶体当温度改变或有温度作用时也可使极化发生变化，产生表面荷电现象，这就是热释电性。

简答题

1化学参与材料科学的优势：

材料制备是材料表征和性能及应用研究的基础；新材料制备中存在着大量的化学问题；化学家对于物质结构和成键的复杂性有着深刻的理解；化学家掌握着精湛的化学反应实验技术；

2 晶体和非晶体的特性区别：

晶体具有各向异性，即不同方向上的电（热）导率、折光率、解理性等不同；而非晶体表现为各向同性；

晶体有固定的熔点；而非晶体没有，只有熔化温度范围；

晶体能使X射线发生衍射，而非晶体则不能；

从热力学讲，晶态结构处于平衡态（相对稳定的状态），非晶态结构则处于非平衡状态（亚稳态），非晶态有向晶态转变的趋势，但通常由于动力学原因，此转变非常缓慢，实际上难以实现。

3 离子晶体特点：结构稳定；硬度大、熔点高，膨胀系数小；无延展性、脆性较大；

通常为电的绝缘体，溶液或熔体中可导电；

纯的离子晶体通常为无色透明的。

4 鲍林（Pauling）规则：

第一规则（负离子配位多面体规则）

在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于正负离子的半径比。

第二规则（电价规则）

在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z—等于或接近等于相邻各正离子至该负离子的静电强度S的总和。

5 间隙相具有明显的金属特征，表现在：有金属光泽；

有接近金属的导电性；

硬度高，间隙相具有比金属高得多的硬度；

熔点高，一般都在2000℃以上；

与金属一样，电阻率随温度的降低而降低；

在温度接近OK时，已研究过的间隙相都具有超导现象。

6 位错是指晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。位错存在影响晶体的力、电、光学等性质，对相变和扩散等过程也有重大的影响。位错有两种基本类型：刃型位错和螺型位错。

7 无机非金属材料热传导机制：

当材料某处受热时，则受热部位质点的热振动得以增强，并由于质点间的相互作用，影响到附近振动较弱的质点，使其振动加剧，振动能得以提高。于是，就形成振动能量高的格波向振动能量低的方向移动，即热量得到传递。

8（12分）温度会影响载流子的浓度及运动，从而影响材料

的导电能力。温度升高时：

金属导电能力(σ)降低, ρ增大。

（电子同声子碰撞几率增加，电子定向流动受阻增大，迁移速率下降）

本征半导体导电能力(σ) 增大,ρ降低。

（有更多的电子获得能量进入导带，载流子浓度增大）

晶体材料导电能力(σ) 增大,ρ降低。

（对掺杂或非掺杂的晶体材料，温度升高，本征缺陷浓度增大，使载流子浓度增大）

9 固体电解质主要可分为三类：

（a）银和铜的卤族化合物和硫族化合物例如：α－AgI、Ag3SI、CuS

（b）具有β－氧化铝结构的高迁移率的单价阳离子氧化物；例如：Na2O·11Al2O3

（c）具有氟化钙结构的高浓度缺陷的氧化物。例如：ZrO2(CaO) 或ZrO2（Y2O3）

10 固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质

SOFC的组成：

电解质: 钇稳定氧化锆8Y-ZrO2）

燃料阳极和空气阴极

原理：

空气中的氧在空气极/电解质界面被氧化，氧离子在电解质中向燃料极一侧迁移，在燃料极电解质界面与燃料中的氢或一氧化碳反应，生成水蒸气或二氧化碳，放出电子。电子通过外部回路，再次返回空气极，产生电能。