材料的制备与技术答卷

一．

1、为什么成型技术是复合材料研发的重要内容？

复合材料是由有机高分子，无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，他既保留原组成材料的重要特色，又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。但复合材料的最终性能与效益不仅取决于基体和增强材料，还取决于其加工工艺。

复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发展，一些成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现。

2、简述树脂传递模塑（RTM）工艺的工艺概要以及工艺的优缺点。

树脂传递模塑(Resin Transfer Moulding,简称RTM)是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法。

工艺的优点：

可以制造两面光的制品

不用预浸料、热压罐；

成型效率高、有效地降低设备成本、成型成本；

闭模操作、污染小；

制品的可设计性、可方向性增强。

原材料及能源消耗少

缺点：

制造周期长；制品空隙率较高；制品的纤维含量较低；大面积、结构复杂的模具型腔内，树脂流动不均衡，此动态过程无法观察。

2、请给出含能分子carbonyl diazide 分解为3N2和CO 的示意图。

CO N 3C(O)N 2/6+−−→−∆νh

1、什么是二维晶体材料？以一个例子说明二维晶体材料与块体材料相比有什么特殊性质？

二维晶体材料是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体材料。特殊性质：溶涨稳定且可逆。

2、如何获得二维晶体材料及其有什么用途？

干法：等离子体化学气相沉积法，溅射法，热分解化学气相沉积法，真空沉积法，准分子脉冲激光沉积法；湿法：溶胶-凝胶法，计量棒涂布法，凹版印刷法，逆转辊涂布法，浸渍法，旋涂法。

功能薄膜材料：防紫外薄膜，近红外屏蔽薄膜，热屏蔽薄膜，消反射薄膜，等离子电视消反射/红外屏蔽薄膜，抗污薄膜，防静电薄膜，抗菌薄膜，光催化，光电变色薄膜，绝缘薄膜。

四．

1、 MOF-74是一例经典的金属有机框架材料（Metal-Organic Framework）。以下三个问题均基于此材料。（1）简要介绍此材料的命名历程、基本组成、和结构特点；（2）列举2015-2016年间，在知名化学或材料期刊上有关MOF-74材料功能化研究的实例报道，不少于两例（明确阐明该材料的后处理方式以及在新功能方面所起的关键作用，即MOF-74材料与其新功能之间的必然联系）；（3）结合自己所在课题组的研究方向，给出一个能把MOF-74材料结合进去的合理设想。

2、 ZIF-8是一例经典的金属咪唑类分子筛材料（Zeolitic Imidazolate Framework），也属于一类金属有机框架材料（Metal-Organic Framework）。以下三个问题均基于此材料。（1）简要介绍此材料的命名历程、基本组成、和结构特点；（2）列举2015-2016年间，在知名化学或材料期刊上有关ZIF-8材料功能化研究的实例报道，不少于两例（明确阐明该材料的后处理方式以及在新功能方面所起的关键作用，即ZIF-8材料与其新功能之间的必然联系）；（3）结合自己所在课题组的研究方向，给出一个能把ZIF-8材料结合进去的合理设想。

1、请论述纳米材料应用于传感器所产生的效益

纳米材料具有巨大的表面积和界面及独特的气敏、压敏、湿敏、热敏等功能。利用纳米材料的界面效应、尺寸效应、量子效应，将纳米技术应用于传感器上，可制成性能更为优异的传感器，并会引发一场传感器工业的变革。

利用纳米材料特性制成的传感器，纳米特性传感器的特征是比表面积大。随着接触面积的增大，便出现了许多特异的性能，可满足传感器功能要求的敏感度、应答速度、检测范围等。

例：

纳米材料应用于生物传感器领域后，不但提高了生物传感器的检测性能，而且促发了新型的生物传感器，使生物传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测时间也得以缩短，并且可实现高通量的实时分析检测。应用于生物传感器的纳米材料有纳米金属、纳米碳材料和纳米硅材料。

纳米电化学生物传感器在十多年发展中已经显示出了优异的性能，具有巨大的生命力。纳米电化学生物传感器具有选择性好、灵敏度高及适于联机化的优点，并具有电分析化学不破坏测试体系、不受颜色影响和操作简便的优势。可以预料，纳米电化学生物传感器将在疾病诊断、环境污染物在线监测、食品安全和卫生保健等诸多方面发挥重要作用。

2、利用纳米材料进行表面功能化，会给电化学电极/电化学传感器/生物传感器的性能带来哪些优势

纳米材料具有表面效应、体积效应和介电限域效应等不同于块体材料和原子或分子的介观性质,加之具有导电性和完整的表面结构,可作为优良的电极材料。

当利用纳米材料对电极进行修饰时 ,除了可将材料本身的物化特性引入电极界面外 , 同时也会拥有纳米材料的大比表面积 , 粒子表面带有较多功能基团等特性 , 从而对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应。

纳米材料传感器不仅体积更小、速度更快、而且精度更高、可靠性更好。由于纳米粒子高的比表面积和其本身的生物兼容性,在生物电催化反应中起着重要作用。

纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用非常广泛。纳米粒子由于具有大的比

表面积和很高的表面自由能，在吸附固定生物分子方面可以扮演重要的角色，用于生物分子的固定，可以增加固定的分子数量，从而增强反应信号。目前已有多种纳米颗粒材料用于电化学生物传感器的制备。所用的纳米颗粒包括TiO2、Au、Ag、Pt、Pd以及SiO2等。

六．

1、请举例说明现有哪些方法可以合成有机/无机杂化聚合物材料？

1）溶胶-凝胶方法：包括两个步骤：

（1）烷氧基金属(或元素)化合物[M(OR)2，M＝Si、Ti、Zr、A1、Mo、V、W、Ce等]的水解过程；（2）水解后的羟基化合物的缩合(缩聚)过程。通过溶胶-凝胶过程形成溶剂溶胀的分枝状三维无机网络，经过干燥、陈化得到无机氧化物。

2）单体聚合方法，包括两个步骤：（1）将单体分散在多孔二氧化硅基质上；（2）进行单体聚合。如：将多孔结构的SiO2干凝胶浸入单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)中，使单体在无机网络中聚合。聚合完成后，除去外表面包着的聚合物即可得到杂化聚合物材料

3）以弱相互作用结合的杂化聚合物材料，带有羰基、羟基等可与Si02网络上末反应的Si-OH间形成氢键的基团的聚合物常被选为有机相：如聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、双酚A型聚碳酸酯、聚乙烯基恶唑啉等4）以共价键结合的杂化聚合物材料：使高分子链上带有可参与水解、缩合过程的基团(如三烷氧基硅基-Si(OR)3；)，通过这些功能性官能团与无机前驱体(如Si(OR)4等)一起水解缩合，就可形成有机聚合物与无机相间以共价键结合的杂化聚合物材料。

5）SI ATRP以及SI RAFT，可以在金，钛，Fe3O4，聚合物微球，SiO2的表面引发单体聚合。

2、请举例说明纳米材料在哪些应用方面可以发挥其特有的性能？至少列举5种不同的应用实例

由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。