材料制备与技术答案
材料制备技术考试及答案
1．简述鲍林离子晶体结构的规则。
①围绕每一阳离子，形成一个阴离子配位多面体，阴、阳离子的间距决定于它们的半径之和，而阳离子的配位数取决于它们的半径之比。
②静电价规则。
在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻接的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度，等于阴离于的电价数。
对于一个规则的配位多面体面言，中心阳离子到达每一配位阴离子的静电键强度S，等于该阳离子的电荷数Z除以它的配位数n，即S＝Z／n。
③在配位结构中，两个阴离子多面体以共棱，特别是共面方式存在时，结构的稳定性便降低。
对于电价高而配位数小的阳离子此效应更显著；当阴、阳离子的半径比接近于该配位多面体稳定的下限值时，此效应更为显著。
④在一个含有不同阳离子的晶体中，电价高而配位数小的那些阳离子，不趋向于相互共有配位多面体的要素。
⑤在一个晶体中，本质不同的结构组元的种类，倾向于为数最少。
这一规则也称为节省规则。
2．解释类质同像并指出发生类质同像的必备条件。
类质同像是指在晶体结构中部分质点为其他质点所代换，晶格常数变化不大，晶体结构保持不变的现象。
如果相互代换的质点可以成任意的比例，称为完全的类质同像。
如果相互代换只局限于一个有限的范围内，则称为不完全类质同像。
当相互代换的质点电价相同时称为等价类质同像，如果相互代换的质点电价不同，则称为异价类质同像，此时，必须有电价补偿，以维持电价的平衡。
类质同像的形成，必须具备下列条件：①质点大小相近。
相互代替的原子(离子)有近似的半径如以r1和r2表示相互代换的原于(离子)半径。
根据经验数据：(r1-r2 )/r2＜15％，完全类质同像；(r1-r2 )/r2 =15％～25％，一般为有限的代换，在高温的条件下完全类质同像；(r1-r2 )/r2=25％～40％，在高温条件下形成有限的代换，低温条件下不能形成类质同像。
②电价总和平衡。
在离子化合物中，类质同像代换前后，离子电价总和应保持平衡。
③相似的化学键性。
类质同像的置换受到化学键性的限制，离子类型不同，惰性气体型离子易形成离子键，而铜型离子趋向于共价结合，这两种不同类型的离子之间，不易形成类质同像代换。
材料合成与制备复习资料有答案
第一章溶胶-凝胶法名词解释1. 胶体(Colloid)：胶体是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的质量可以忽略不计，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。
2. 溶胶：溶胶是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。
分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸为1nm-100nm，这些固体颗粒一般由10^3个-10^9个原子组成。
3. 凝胶(Gel)：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般为1%-3%。
4. 多孔材料：是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。
一、填空题1.溶胶通常分为亲液型和憎液型型两类。
2.材料制备方法主要有物理方法和化学方法。
3.化学方法制备材料的优点是可以从分子尺度控制材料的合成。
4.由于界面原子的自由能比内部原子高，因此溶胶是热力学不稳定体系，若无其它条件限制，胶粒倾向于自发凝聚，达到低比表面状态。
5.溶胶稳定机制中增加粒子间能垒通常用的三个基本途径是使胶粒带表面电荷、利用空间位阻效应、利用溶剂化效应。
6.溶胶的凝胶化过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化两类。
7.溶胶－凝胶制备材料工艺的机制大体可分为三种类型传统胶体型、无机聚合物型、络合物型。
8.搅拌器的种类有电力搅拌器和磁力搅拌器。
9.溶胶凝胶法中固化处理分为干燥和热处理。
10.对于金属无机盐的水溶液，前驱体的水解行为还会受到金属离子半径的大小、电负性和配位数等多种因素的影响。
二、简答题溶胶－凝胶制备陶瓷粉体材料的优点？制备工艺简单，无需昂贵的设备；对多元组分体系，溶胶-凝胶法可大大增加其化学均匀性；反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构；材料可掺杂的范围较宽（包括掺杂量及种类），化学计量准确，易于改性；产物纯度高，烧结温度低等。
第二章水热溶剂热法名词解释1、水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。
材料制备新技术考试复习重点
⑴实现快速凝固的途径有哪些？答：动力学急冷法，热力学深过冷法，快速定向凝固法。
⑵简述金属粉末的快速凝固方法及工艺特点？答：方法：利用雾化制粉方法实现金属粉体的快速凝固，工艺特点：①水雾化法：水雾化法粉末的形状不太规则②气雾化法：粉末细小，均匀，形状相对规整，近视球形，粉末收得率高③喷雾沉积法：除具有快速凝固的一般特征外，还具有把雾化制粉过程和金属成形结合起来，简化生产工艺，降低生产成本，解决了RS∕PM法中粉末表面氧化的问题，消除了原始颗粒界面对合金能的不利影响。
⑶用单辊法制备金属带材的快速凝固工艺特点是什么？答：①单辊需要以2000~10000r∕min的高速度旋转，同时要保证单辊的转速均匀性很高，径向跳动非常小，以控制薄膜的均匀性②为了防止合金溶液的氧化，整个快速凝固过程要在真空或保护性气氛吓死进行③为了获得较宽并且均匀的非晶合金带材，液流必须在单上均匀成膜，液流出口的设计及流速的控制精度要求很高。
⑷常用金属线材的快速凝固方法有哪些？他们的工艺特点是什么？答：玻璃包覆熔融纺线法：容易成型连续等径，表面质量改的线材。
合金溶液注入快冷法：装置简单。
旋转水纺线法：原理和装置简单，操作方便，可实现连续生产。
传送带法：综合了合金注入液体冷却法和旋转液体法，可实现连续生产。
⑸喷射成型的基本原理是什么？其基本特点是什么？基本原理：在高速惰性气体（氩气和氦气）的作用下，将熔融的金属盒合金液流雾化成弥散的液态颗粒，并将其喷射到水冷的金属沉积器上，迅速形成高度致密的预成形毛坯。
特点：高度致密，低含氧量，快速凝固的显微组织特征，合金性能搞，工艺流程短，高沉积效率，灵活的柔性制造系统，近终形成形，可制备高性能金属基复合材料。
⑹气体雾化法是利用气体的冲击力作用于熔融液流，使气体的动能转化为熔体的表面，从而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。
⑻⑺喷射成形又称喷射雾化沉积或喷射铸造等是用快速凝固方法制备大块，致密材料的高新技术，它把液态金属的雾化（快速凝固）和雾化熔滴的沉积（熔滴动态致密化）自然结合起来。
现代材料制备科学与技术__四川大学(5)--7单晶材料的制备习题作业答案
Sichuan University
《现代材料制备科学与技术》习题作业答案
第七章 单晶材料的制备
1.阐述气相法生长晶体的基本原理及其方法。
答：气相生长的基本原理可以概括成：对于某个假设的晶体模型，气相原子或分子运动到晶体表面，在一定的条件（压力、温度等）下被晶体吸收，形成稳定的二维晶核。
在晶面上产生台阶，再俘获表面上进行扩散的吸附原子，台阶运动、蔓延横贯整个表面，晶体便生长一层原子高度，如此循环往复即能长出块状或薄膜状晶体。
气相生长的方法大致可以分为三类：（1）升华法，（2）蒸气输运法，（3）气相反应法。
2.试写出Vant Hoff 方程。
答：V ant Hoff 方程是描述温度对溶解度影响的方程：
2ln RT dT x d ∆H -=，式中，x 为溶质的摩尔分数， H 为固体的摩尔溶解热（焓），T 为绝对温度，R 是普适气体常数。
3.何为晶体水热生长法？试简述 —水晶生长技术。
答：晶体水热生长法指在高温高压下的过饱和水溶液中进行结晶的方法。
SiO 2的水热生长技术包括合理控制生长温度、温差、充填度，选择矿化剂和添加剂等。
大学《材料制备科学与技术》期末复习题整理(名词解释、填空、简答题)
大学《材料制备科学与技术》期末复习题整理（名词解释、填空、简答题）目录《材料制备科学与技术》名词解释与简答题汇总 (1)《材料制备科学与技术》习题库 (16)《材料制备科学与技术》名词解释与简答题汇总1、晶胞：空间点阵可分成无数等同的平行六面体，每个平行六面体称为晶胞。
2、晶格：空间点阵可以看成在三个坐标方向上无数平行坐标轴的平面彼此相交所形成的格点的集合体，这种集合体是一些网络，称为晶格。
3、晶体缺陷：在实际的晶体中，原子规则排列遭到破坏而存在偏离理想晶体结构的区域。
可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
4、点缺陷：它是完整晶体中一个或几个原子规则排列被破坏的结果，其所发生区域的尺寸远小于晶体或晶粒的线度。
它有两种基本类型，即空位和填隙原子。
5、缺陷形成能：各类缺陷的形成能EF的数值可以直接反映特定缺陷形成的难易程度，材料合成环境对于缺陷形成的影响及复合缺陷体系的稳定性等。
6、位错能（位错的应变能）：晶体中位错的存在会引起点阵畸变，导致能量增高，这种增加的能量即为位错能，包括位错的核心能量和弹性应变能量（占总能量的9/10）。
7、位错反应：位错的合并于分解即晶体中不同柏氏矢量的位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成两条或多条柏氏矢量不同的位错线。
8、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别），形成所谓的“柯氏气团”。
❖过冷度：指熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。
每一种物质都有其平衡结晶温度即理论结晶温度，但在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，两者的温度差值即为过冷度。
❖均匀成核：在亚稳相系统中空间各点出现稳定相的几率都是相同的。
不借助任何外来质点，通过母相自身的原子结构起伏和成分起伏、能量起伏形成结晶核心的现象。
❖非均匀成核：在亚稳相系统中稳定相优先出现在系统中的某些局部，称为非均匀成核❖自发形核：指液态金属绝对纯净，无任何杂质，也不和器壁接触，只是依靠液态金属能量的变化，由晶胚直接生核的过程。
材料制备技术答案
⏹ 1.火法冶金、湿法冶金和电冶金的主要特点是什么？A利用高温加热从矿石中提取金属或其化合物的方法称为火法冶金。
其技术原理是将矿石或原材料加热到熔点以上，使之熔化为液态，经过与熔剂的冶炼及物理化学反应再冷凝为固体而提取金属原材料，并通过对原料精炼达到提纯及合金化，以制备高质量的锭坯。
B湿法冶金是指利用一些溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。
C利用电能从矿石或其他原料中提取、回收或精炼金属的冶金过程称为电冶金。
⏹ 2.简述火法冶金和湿法冶金的基本工艺过程。
A火法冶金的基本过程：矿石准备（选矿、焙烧、球化或烧结等工序处理）→冶炼（矿石在高温下用气体或固体还原剂还原出金属单体）→精炼（去除杂质元素，提高纯度及合金化）B湿法冶金的基本过程：浸取（选择合适的溶剂溶解金属到溶液)→固/液分离（过滤、洗涤及离心分离）、溶液的富集（化学沉淀、离子沉淀、溶剂萃取和膜分离）和从溶液中提取金属或化合物（电解、化学置换和加压氢还原）⏹ 3.电解精炼和电解提取有何不同？在电冶金中，应用水溶液电解精炼金属称为电解精炼或可溶阳极电解，而应用水溶液电解从浸取液中提取金属称为电解提取或不溶阳极电解。
⏹ 1.单晶材料制备中提拉法的原理。
（１）要生长的结晶物质材料在坩埚中熔化而不分解，不与周围环境起反应。
（２）籽晶预热后旋转着下降与熔体液面接触，同时旋转籽品，这一方面是为了获得热对称性，另一方面也搅拌了熔体。
待籽晶微熔后再缓慢向上提拉。
（３）降低坩埚温度或熔体温度梯度，不断提拉，使籽晶直径变大（即放肩阶段），然后保持合适的温度梯度和提拉速度使晶体直径不变（即等径生长阶段）。
（４）当晶体达到所需长度后，在拉速不变的情况下升高熔体的温度或在温度不变的情况下加快拉速使晶体脱离熔体液面。
（５）对晶体进行退火处理，以提高晶体均匀性和消除可能存在的内部应力（晶体退火的目的也在于此）。
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材料的制备与技术题库1、为什么成型技术是复合材料研发的重要内容？答：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。
简述树脂传递模塑（RTM）工艺的工艺概要以及工艺的优缺点。
答：工艺概要：1.增强体置于上下模之间；2.合模并将模具夹紧；3.压力注射树脂；4.固化后打开模具，取下产品。
要求：树脂要充满模腔。
注射压力0.4-0.5MPa。
优点：增强体含量高劳动强度低成型周期较短不需要制造预浸料产品大型化缺点：不易制作小产品模具复杂且成本高1、请描述含能材料的种类并给出各自代表性化合物的分子结构。
答：根据化学结构可划分为：1)含-NO2或-ONO2的化合物：例如C6H3(NO2)3,HNO3等2)含-N=N-或-N=N=N-的叠氮化合物，如：Pb(N3)2,CH3N3.等3)含-NX2(X指卤素)，如：4）含-C=N-结构的化合物，如Hg(ONC)2,HONC5)含-OClO2和-OClO3的氯酸类，如：KClO3, KClO4, NH4ClO46)过氧化合物-O-O-, -O-O-O-，如H2O27)炔基化合物：2、请给出含能分子carbonyl diazide分解为3N2和CO的示意图。
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？答：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？答：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，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？答：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。
纳米材料指的是颗粒尺寸为1-100nm颗粒组成的新型材料。
由于它的尺寸小，比表面积大及量子尺寸效应，它具有常规粗晶体不具备的特殊性能如下：答1).表面效应2).小尺寸效应3).量子尺寸效应4).宏观量子隧道效应纳米颗粒型材料：光电子材料、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料纳米膜材料：纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。
纳米磁性液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层常见的有机表面活性剂，高度分散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。
它可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其它液体所没有的磁控特性。
碳纳米管。
在电子方面，利用碳纳米管奇异的电学性能，可将其应用于超级电器、场发射平板显示器、晶体管集成电路等领域。
在材料方面，可将其应用于金属、水泥、塑料、纤维等诸多复合材料领域。
它是迄今为止最好的贮氢材料，并可作为多类反应的催化剂的优良载体。
在军事方面，可利用它对波的吸收、折射率高的特点，作为隐身材料广泛应用于隐形飞机和超音速飞机。
在航天领域，利用其良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，从而使燃烧效率更高。
1、什么是物质的第四态？请例举4种属于第四态的物质。
什么是液晶？按照分子排列的形式和有序性，其可以分为哪四类？答：通常把物固液气称为物质常见的三种状态，而把性质区别于上述状态的不同于常规气态、液态和固态的独立的物质状态称为第四态，如等离子体，超临界流体，塑晶，液晶，黑洞，超导体，超固态。
液晶是介于晶态和液态之间的介晶相态，既具有晶体的有序性又具有液体的连续性和流动性，其分子排列的有序度介于无序的液体和有序的晶体之间。
可分为向列相，近晶相，胆甾相，柱状相。
2、请简要介绍侧链型液晶设计中的Finkleman去偶合原理。
请介绍甲壳型液晶的设计原理。
请例举3种表征液晶相结构的方法。
答：高分子主链和液晶基元之间必须具有一定数目的柔性间隔基，以尽量减少主链的分子热运动对侧链的液晶基元排列的影响。
甲壳型液晶指:高分子主链和庞大的液晶基元之间以极短柔性间隔基或直接相连，以庞大的侧基迫使主链以伸直链或螺旋链构型存在，从而使整个分子形状类似刚棒分子。
偏光显微镜方法，示差扫描量热法，X光衍射方法。
1、请列举出已知的清洁能源器件，并简述其中一个器件的工作原理答：太阳能电池，空气电池，锂电池，燃料电池。
锂离子电池工作原理：充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入道到的锂离子越多充电容量越高。
正极：LiCoO2 = LiCoO2 + x Li+ + x e负极：6C + x Li+ = Li x C6电池：6C+ LiCoO2= Li x C6 + LiCoO2简述聚合物电解质与液体电解质在电池应用中的优缺点答：聚合物电解质：优点：1.安全性能好2.厚度小，能做得更薄3.重量轻4.容量大5.内阻小6.形状可定制7.放电特性佳8.保护板设计简单缺点：和锂离子电池相比能量密度和循环次数都有下降。
制造昂贵。
没有标准外形，大多数电池为高容量消费市场而制造。
和普通锂离子电池相比，价格、能量比较高；液体电解质：优点：锂离子电池电解液一般使用有机溶剂，其具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，缺点：然而使用液体电解质时，首次充电会在碳电极表面形成钝化膜（SEI 膜），会增大电阻，同时在电压滞后，当电池被滥用，内部短路或过热时，很容易将有机液体引燃，导致电池起火爆炸。
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、简述：半导体材料的基本特征；光生电子和空穴行为。
2、论述：选择你熟悉的一种半导体材料，介绍其制备工艺以及性能评价。
1、请论述纳米材料应用于传感器所产生的效益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答：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，可以作为优良的电极材料，纳米颗粒尺寸很小，具有体积效应，表面的键态和电子态与内部不同，导致其表面活性位置增加，可用作催化剂，具有很高的活性和选择性，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，粒子表面带来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，另外，还可降低过电位，提高电化学反应的速率，电极的选择性，电极的灵敏度，测定多种具有电活性和非电活性的样品等。
纳米材料在化学与生物传感器中所起的作用主要有如下五个方面：1）固定生物分子，2）电化学反应的催化作用，3）电子传递的增强作用，4）生物分子的标记，5）直接作为试剂参与反应。
纳米材料在传感器上的特性主要体现为气敏性，湿敏性，压敏性，热敏性以及高生物活性，髙电子传输能力等，可制成灵敏度高，响应迅速，稳定性强，使用寿命长的传感器，纳米传感器具有高分辨率，小体积，极少的样品需求量等优越性。
纳米材料引入生物传感器领域后，提高了生物传感器的检测性能，并促发了新型的生物传感器。
纳米材料的独特的化学和物理性质使得其对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时间也得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测分析。