材料物理化学复习题

一、理解下述概念：1.连锁聚合；加成反应中，由于烯类单体存在着双键，自由基很容易与双键进行加成反应。

双键中一个电子被自由基夺走，双键破裂，原双键的一端被自由基加成，另一端又游离出一个未配对的电子，形成一个新的自由基，这新的自由基又可和单体反应，如此反复，最终可生成链状大分子。

把这种反应称为链式聚合。

2.竟聚率；单体自聚和共聚反应速率常数之比, 表示某一结构单元结尾的活性链与其自身单体加成反应的速率常数与另一单体加成反应的速率常数的比值。

3.自动加速现象；自由基聚合中，随着反应进行，聚合反应速率不仅不随单体和引发剂浓度的降低而减慢，反而增大的现象。

4.热塑性和热固性；热塑性是指一般线型或支链型聚合物具有的可反复加热软化或熔化而再成型的性质。

热固性是指交联聚合物一次成型后，加热不能再软化或熔化而重新成型的性质。

5.链段；高分子链中，在内旋受阻时能够独立运动的最小链单元长度。

6.高分子的聚集态结构；是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构，高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构7.活性聚合物；活性聚合物是指聚合物还拥有能够反应的端基，加入单体还能继续聚合的高分子链段。

8.量子尺寸效应；当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象，吸收光谱阙值向短波方向移动，均称为量子尺寸效应。

9.表面效应；指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随粒子尺寸的减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。

10.宏观量子隧道效应；当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒,微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。

一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。

11.介电限域效应；介电限域效应是指纳米微粒分散在异质介质中时，当介质的折射率比微粒的折射率相差很大时，产生了折射率边界，这就导致微粒表面与内部的场强比入射场强明显增加的现象。

12.久保理论；由于超微粒子中原子数的减少，使得能带汇总能级间距加大，变为不连续能级，金属超微粒子的电子能级具有像孤立原子中的能级不连续性。

13.晶带；晶体中若干个晶面平行于某个轴线方向，这些平行晶面称为晶带14.晶带定律；在晶体中每一个晶面至少同时属于两个晶带，每一个晶带至少包含两个互不平行的晶面。

任何两个晶带相交处的平面，必定是晶体上的一个可能晶面。

15.姜-泰勒效应；电子在简并轨道中的不对称占据会导致分子的几何构型发生畸变, 从而降低分子的对称性和轨道的简并度，使体系的能量进一步下降，这种效应称为姜－泰勒效应。

16.杠杆定律；在金属学中用来计算相图上两相区的相或组织组成物相对数量的定律。

由于形式上与力学中杠杆定律十分相似，故称为杠杆定律17.非晶(non-crystal)、准晶(quasi-crystal)和介晶；非晶固体是指内部原子缺乏周期性排列的固体,如玻璃、松香等。

准晶是内部结构介于晶体和非晶之间的一种新状态，其内部结构具有长程有序，但不具有晶体结构的平移周期性。

介晶是纳米晶体的取向超结构，是从非球形结晶的建筑单元形成的新型胶体晶。

18.反斯托克斯效应:气态自由原子吸收了光源的特征辐射后，原子的价电子跃迁到较高能级，然后又跃迁返回基态或较低能级，同时发射出小于光源激发辐射的波长的荧光，称为反斯托克斯效应。

二、思考下列问题1.在玻璃化温度以下，高聚物分子链的运动被冻结，链端是否可以自由运动。

高聚物的结晶温度与溶限的关系。

处于高弹态的聚合物试样进行冷却,随着温度的降低,一方面分子链占有体积要减少;另一面,链段通过调整构象,把一部分多余的自由体积排斥出去,因此自由体积也要减少;由此导致高聚物分子的比容随温度下降不断减少.当自由体积减少到一定值后,他就没有足够的空间容纳联段的运动了,此时链段运动将被冻结.熔限——结晶高聚物有一个较宽的熔融温度范围，这个温度范围称为熔限。

⑴较低温度下形成的晶体，晶体较不完善，较低的温度下被破坏（Tm较低）且完善程度差别大，较差的在较低温度下熔融而较好的在较高温度下才开始熔融，熔融温度范围很宽，熔限较宽；⑵较高温度下形成的晶体，晶体较完善，完善程度差别不大，Tm 较高，熔限较窄；⑶开始熔融的温度比结晶温度高5 ℃～6℃。

2.在炎热的夏天，聚氯乙烯制成的雨衣挂在墙上会随着时间的增加而变长，为什么。

这是由高温蠕变造成的，聚氯乙烯分子为线型分子，抗拉强度较低。

当长时间被悬挂则产生伸拉变形。

受恒定的应力作用，使得链段运动，但运动受温度的限制，应力和应变的平衡不能马上建立一段时间才能实现平衡，可观察到雨衣是逐渐被拉长的3.高分子材料在交变应力作用下出现形变落后于应力的变化现象，在每一个拉伸-回缩循环中要消耗功而发热，称之为内耗内耗是指在非弹性形变中，由于应力和应变不同步，使加载线和卸载线不重合，而形成一封闭回线，这个封闭回线称为滞后环，说明加载时材料吸收的变形功大于卸载时材料释放的变形功，有一部分加载变形功被材料吸收，这个过程吸收的功称为材料的内耗。

ε的变化与ζ的变化一致→无滞后现象→无功（热能）消耗ε的变化落后于ζ的变化→有滞后现象→有功（热能）消耗影响内耗的因素⑴高聚物的结构有侧基＞无侧基、体积↑→内耗↑、极性↑→内耗↑、数目↑→内耗↑⑵温度（T）T＜Tg：普弹形变→ε几乎完全跟得上ζ→δ很小→内耗很小T在Tg附近：链段开始运动但体系粘度还很大，ε显著落后于ζ，内耗出现极大值——内耗峰。

Tg＜T＜Tf ：粘度↓、链段比较自由运动→δ↓→内耗较小T＞Tf ：分子链互相滑移→内耗急剧↑⑶外力作用频率（ω）ω很低：链段运动完全跟得上外力的变化→内耗很小→出现高弹性ω很高：链段运动完全跟不上外力的变化→内耗很小→显示玻璃态变形特征ω处于中间区域：玻璃态与高弹态过渡区，链段运动跟不上外力的变化，内耗出现极大值4.合成高聚物的几种聚合方法中，能获得最窄分子量分布的是阳离子聚合。

合成高聚物的几种聚合方法中，能获得最窄分子量分布的是阳离子聚合。

阴离子聚合是制备窄分子量分布的聚合物的主要方法，包括原子转移自由基聚合，氮氧调控聚合，可逆加成断裂链转移聚合，高低真空聚合法及常压惰性气氛聚合法等。

总体原则是：1）聚合反应开始时，引发剂同时引发单体，链增长几率相等；2）链增长过程中，无引发，终止，及链转移反应；3）反应结束时，一次加入终止剂可使所有活性分子失活。

由于引发速率很快(相对增长反应而方言),全部活性中心几乎都同时开始引发进行增长反应,在无链终止和链转移反应,解聚很慢的情况下,通过计算,准确投入单体与引发剂,进行聚合,就可以得到相对分子质量分布很窄并且预期聚合度和产量的高分子.5.聚合物在形成结晶的过程中，是否有体积膨胀现象。

聚合物在形成结晶的过程中，是否有体积膨胀现象。

错误。

聚合物结晶过程中，从无序的非晶态排列成高度有序的晶态，由于密度变大，会发生体积收缩。

聚合物在等温结晶过程中，体积变化开始时较为缓慢，过了一段时间后速度加快，之后又逐渐减慢，最后体积收缩变得非常缓慢，达到了平衡。

6.纳米材料比普通材料具有较低的熔点。

纳米颗粒的表面能高、比表面原子数多，表面原子邻近配位不全，活性大以及体积远小于大块材料，因此纳米颗粒熔化时所需增加的内能小得多，这使得纳米颗粒熔点急剧下降。

7.银是一种导电性能良好的具有银白色金属色泽的固体。

这种说法不太正确，由于纳米材料晶界上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导，金属向绝缘体转变。

所以银在100纳米颗粒下已失去了良好的导电性能。

当银被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色，也不具有银白色金属光泽。

8.固溶体指的是矿物一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不改变整个晶体的结构及对称性等。

因此固溶体对这些互换离子的百分比（固溶体浓度）没有特定的要求。

这种说法错误，溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。

当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15％以内时，易于形成置换固溶体。

铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。

固相溶剂中部分质点被熔质质点取代而成的固态溶液。

通常两物质结构类型相同，价数相同，化学性质相似，置换质点大小相似时易于形成置换固溶体。

按置换程度可分为连续固溶体和有限固溶体两类。

形成无限固溶体时质点大小(离子半径大小)之差一般<15％。

例如Cr3+和Al3+可无限置换成铬刚玉，而Mg2+只能有限地置换CaO晶格中的Ca2+，形成有限固溶体。

9.在材料中，颗粒与晶粒的差别。

晶粒(crystalline grain)与颗粒(particle)是两个完全不同的概念,在材料科学研究中,晶粒和颗粒经常用于描述材料的微观形貌和结构特征,并以此为依据来分析材料的基本性能。

中定义晶粒是多晶固体中彼此间存在晶体学取向差异的单元称为晶粒,晶粒之间的边界称为晶界。

而在中国百科大辞典[2]中则定义晶粒为组成多晶体的外形不规则的小单晶体。

从这有一个相关的概念,即晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,一个晶粒就是单晶;多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。

或者可以认为晶粒就是有独立晶界分开的单晶。

而颗粒是由单个或多个晶粒组成的。

因此,从晶粒和颗粒的定义比较,可知,当颗粒由一个晶粒组成时,颗粒与晶粒是等同的,但颗粒由多个晶粒组成时,颗粒与晶粒是不能等同的。

晶粒与颗粒定义不同,描述它们尺寸大小的参数也不同,描述晶粒大小的参数是晶粒尺寸(也称为晶粒度三、简答题1.何谓聚合物的重复单元，结构单元，单体单元，单体和聚合物的聚合度。

聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元。

构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合称为结构单元。

聚合物中具有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元称为单体单元。

能形成高分子化合物中结构单元的低分子化合物称为单体。

高分子链中重复单元中的重复次数次数称为聚合度。

2.膜渗透法、粘度计法和光散射法测定的各为何种平均分子量？对于同一个聚合物样品，用这三种方法测得的分子量大小的次序如何？它们分别属于何种测定方法（绝对方法还是相对方法）？膜渗透法测定聚合物的数均分子量；粘度法测定聚合物的粘均分子量；光散射法测定聚合物的重均分子量。

分子量多分散性的高聚物的平均分子量：重均分子量﹥粘均分子量﹥数均分子量分子量单分散性的高聚物的平均分子量：重均分子量=粘均分子量=数均分子量三者都属于相对测定方法。

3.在合适条件下拉伸玻璃态、结晶态聚合物，二者的拉伸行为如何？二者都发生了拉伸行为，其拉伸过程、形变的宏观现象相同。