材料化学试卷A卷及答案

一、填空题（共10 小题，每题2分，共计20分）
1、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。

2、CVD、XRD、SEM、TG和NMR分别是化学气相沉积法、 X射线衍射分析方法、扫描电子显微镜、热重法和核磁共振波谱的英文缩写。

3、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。

4、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。

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、各向异性材料的硬度取决于物质中存在的化学键中最弱的键，而熔点和化学反应性则取决于化学键中最强的键。

7、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。

8、复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相相，称为增强材料（或增强体）；两相之间存在着相界面。

9、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。

10、非晶态金属材料同时具有高强度、高韧性的力学性能。

二、名词解释（共 5小题，每题4分，共计20分）
1、合金：由两种或以上的金属非金属经过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。

2、奥氏体：碳溶解在g-Fe中的间隙固溶体。

3、固溶体：一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元
的晶格类型的固态晶体。

4、超塑性现象：金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发
生断裂，呈现一种异常的延伸现象。

5、表面效应：表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅
度地变化，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。

三、判断题（共10 小题，每题1 分，共计10分）
1、超导材料的迈斯纳效应就是指超导体的零电阻现象。

（×）
2、饱和性和无定向性是离子键的特点。

（√）
3、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。

（√）
4、组元是材料性能的决定性因素。

（√）
5、如果只形成空位而不形成等量的间隙原子，这样形成的缺陷称为弗仑克尔缺陷。

（×）
6、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。

（√）
7、非晶态金属材料不存在长程有序性，但能观察到晶粒的存在，存在近程有序性。

（×）
8、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。

（×）
9、纳米微粒的熔点和烧结温度比常规粉体要高。

（×）
10、定向凝固和粉末冶金技术可以提高合金的高温强度。

（√）
四、简答题（共5小题，每题 6 分，共计 30分）1、简述光纤的光导原理。

光纤的作用是什么？如何使石英光纤内外层具有不同的折射率？
答：光导原理：利用折射率较大的纤芯和折射率较小的包层之间折射率的差别，依靠全反射原理实现光信息传输。

光纤的作用是将始端的入射光线传输到终端，利用光来传输信息和图像。

在内纤芯石英中掺入GeO2、P2O5以提高其折射率，在外包层材料中掺入B2O3或F来降低其折射率。

2、举例说明金属材料与高分子改性的基本原理？
答： 1.混合法则：在复合材料中，已知各组分材料的力学性能，物理性能的情况下，复合材料的力学性能和物理性能主要取决于组成复合材料的材料组分的体积的百分比（%）。

2.界面作用：复合材料的界面实质上是具有纳米级以上厚度的界面层，有的还会形成与增强材料和基体有明显差别的新相，称之为界面相。

3、简述高吸水性树脂的结构特征、吸水原理。

答：高吸水性树脂的结构特征：
1. 分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；
2. 树脂具有交联结构；
3. 聚合物内部具有较高的离子浓度；
4. 聚合物具有较高的分子量
吸水原理：
阶段1：通过毛细管吸附和分散作用吸水，较慢。

阶段2：水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解, 离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。

网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。

阶段3：随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。

4、从结构、处理技术、性能以及应用四方面说明特种纤维Kevlar－49被誉为“人造钢丝”的原因。

答：结构上，Kevlar－49的大分子链由苯基和酰胺基构成，这种分子是比较僵直的，是刚性链，分子之间还存在氢键，这是Kevlar－49具有高强度和高模量的内在原因；技术上，采用了液晶纺丝技术和高温拉伸处理，使分子链排列彼此平行取向；性能上，Kevlar－49是一种相对密度小，高强度、高模量的理想的增强纤维；应用上，Kevlar－49可用来制作防弹背心、航天加压服及火箭壳体等。

5、聚合物分子量有何特点，其四种平均分子量有何关系？
答：聚合物的分子量有两个特点，一是分子量大；二是分子量的多分散性；数均分子量小于重均分子量小于粘均分子量小于Z均分子量。

五、论述题。

（共2小题，共计 20分）
1、某产品的开发团队想要解决一组能够在湿表面的粘合剂，该种粘合剂在汽车行业有应用前景。

根
据上述问题提出粘合剂的解决方案。

答：要找到能够在湿表面起到黏结作用的粘合剂必须满足以下条件：（1）、具有一定的表面活性作用，能够被粘物表面的水分子置换或反应、吸收或混溶而被排除；（2）、能在水下对被粘表面良好润湿；（3）、胶黏剂遇水后保持稳定，不被水破坏，粘结固化后强度基本不随时间变化；（4）、可在水下条件完成固化，且能耐水浸泡
具体实施方案如下：设计一种水下环氧胶黏剂
水下固化剂（α-氰基丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类、多肽类等）+吸水性填料（氧化钙、膨润土、石膏粉、滑石粉、水泥等）
方法：810水下环氧固化剂+环氧树脂+纳米蒙脱土+滑石粉
其中加入纳米蒙脱土和滑石粉两种填料，利用两种填料的协同作用，由于滑石粉吸水作用和纳米粒子的强化作用，使其在水中的剪切强度随时间变化不大，呈现很好的稳定性，一般两种填料的比例为滑石粉：MMT=10:1（质量比）效果最佳。

2、有一则化妆品电视广告宣称其每半滴乳液包含100亿个水分子，请从材料化学的角度评价之？答：要点：1mol水含6.023×10^23个水分子，半滴乳液约0.5-1ml，其密度约为1g/ml，重约0.5-1g，含100亿个水分子，水含量约为1.6×10-14mol, 这样微量的水含量很容易达到，因此此广告纯属噱头。