曾兆华 杨建文编著《材料化学》第二版2015年最新版随堂作业集锦及答案

材料化学随堂作业

1.材料化学的特点是什么？（5分）什么是材料化学？其主要特点是什么？

材料化学是与材料相关的化学学科的一个分支，是与材料的结构、性质、制备及应用相关的化学。材料化学的主要特点是跨学科性和实践性

2.什么是材料？材料与一般物质及化学品有何根本区别？（5分）

（1）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品的性质的物质。具体来说，材料首先是一种物质，这种物质具有一定的性能或功能，从而为人们所使用。（2）材料与一般物质及化学品的根本区别：后者在使用过程中通常被消耗并转化成别的物质，而材料则一般可重复、持续使用，除了正常损耗，它不会不可逆的转变成别的物质。

3.什么是结构材料？什么是功能材料？什么是复合材料？（5分）

（1）结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用的材料。主要用作产品、设备、工程等的结构部件，因而关注其强度。韧性、抗疲劳等力学性质（2）功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能互相转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。（3）复合材料是由两种或

多种不同材料组合而

成的材料。通过物理

或化学的方法，在宏

观上组成具有新性能

的材料。各种材料在

性能上互相取长补短，

产生协同效应，使复

合材料既保留原组分

材料的特性，又具有

原单一组分材料所无法获

得的或更优异的特性。

4.材料的性能主

要包括哪些方面？（第3章）5.简述物理气相沉积法

和化学气相沉积法的

异同点。（10分）

6.简述聚苯乙烯型阳离子和阴离子交换树脂的制备原理和交换原理。（10分）

7.写出正硅酸四乙酯经溶胶－凝胶法制纳米粉体的反应式，以此为例说明溶胶－凝胶法制备纳米材

料的原理。（10分）

正硅酸四乙酯经溶胶－凝胶法制纳米粉体的反应式?→?Si（OC2H5）+xH2O?水水Si（OH）(OC2H5)4-x+xC2H5OH(1)4X14-x?→?C2H5OC2H5Si（OH）(OC2H5)4-x?缩合SiO2+H2O+X22原理：正硅酸四乙酯作为前躯体溶于溶剂水中，形成均匀的溶液，并进行（1）（2）的水水、缩合反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝聚，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过后处理（如干燥、烧结固化）制备出所需的材料SiO2纳米粉体。

8.聚合反应从机理来分有哪些类型？聚合反应实施的方法有哪些？各种方法的特点如何？（10分）

9.纳米材料的特性如何？简述其制备方法。（10分）

10.为什么要发展复合材料？如何选择其基体材料和增强相？（10分）

晶体与非晶体结构特点有何差别？如何鉴别它们？（10晶体与非晶体结构特点有何差别？如何鉴别答：（1）晶体与非晶体结构特点差别：组成晶体的微粒（离子、原子、分子等）在三维空间中有规则的排列，具有结构的周期性，即同一种微粒单元在空间排列上每隔一定距离重复出现，即所谓平移对称性。而非晶体中，微粒时无规排列的，没有一个方向比另一个方向特殊，也不存在周期性的空间点阵结构。（2）鉴别：①、通过结构几何外形鉴别：晶体具有整齐、规则的几何外形，而非晶体没有一定的几何外形。②、通过检查物质的各向异性来鉴别：晶体具有各向异性，而非晶体表现为各向同性。③、通过测熔点来鉴别：在一定压力下，晶体有固定的熔点，必须达到熔点才能融融，而非晶体没有固定的熔点。

“泰坦尼克号”豪华邮轮在北海与冰山相撞后迅速沉没的重要原因是什么？可采用哪些措施防止合金材料低温脆性？

答：（1）“泰坦尼克号”船沉没的重要原因：在当时的炼钢技术并不十分成熟，炼出的钢铁在现代的标准根本不能造船。泰坦尼克号上所使用的钢板含有许多化学杂质硫化锌，含有过高的硫、磷。加上长期浸泡在冰冷的海水中，使得钢板更加脆弱，也就是说起沉没的重要原因是由于构造船体材料合金的低温脆性所至。（2）防止合金材料低温脆性的措施：一般体心立方结构，如钢铁等在一定低温是有一固有特性，就是低温脆性。如何防止其低温脆性呢？①、添加镍的材料，例如添加13%的镍，可以使其过渡温度下降至液氮温度，即在液氮温度以上不会出现低温脆性；②、采用面心立方结构的金属，如铝合金。奥氏体系不锈钢等。

特征陶瓷有哪些特性？陶瓷可以用作汽车发动机？特征陶瓷有哪些特性？为什么Si3N4陶瓷可以用作汽车发动机？陶瓷发动机有何优点？（10分）

答：（1）特种陶瓷特性：①、原料全部是在原子、分子水平上分离、精制的高纯度、超微细粉体（粒径1~100nm）；超细粉不仅可以降低烧结温度，而且如果工艺适当的话，可以获得高致密材料，并且材料的晶粒长大可以被抑制，整个显微镜结构显得十分均匀，其强度会比一般不均与纤维结构高。

②、产品通过结构设计、精确的化学计量、合适的成型工艺和先进的烧结技术加工制得。③、产品具有完全可以控制的显微结构，以达到特定的性能和符合要求的尺寸精度。（2）Si3N4陶瓷可以用作汽车发动机的原因及陶瓷发动机优点陶瓷发动机主要成分Si3N4为主晶相，是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，线膨胀系数在各种陶瓷中最小，具有极好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐其他各种酸的腐蚀，并能耐碱、各种金属的腐蚀，并具有极好的电绝缘性和耐辐射性，这些上述的优点恰好是汽车发动机所需要的，所要求的，因此Si3N4陶瓷是汽车发动机一个不二之选。

什么是超导体？超导材料实用化的关键条件是什么？什么是超导体？超导材料实用化的关键条件是什么？我国研制的超导材料中哪种体系在国际上产生重大影响？（在国际上产生重大影响？（10分）？（答：具有在超低温下失去电阻的性质的物质，称为超导体或超导材料。制约超导材料的发展主要是因为电流，温度，磁场三方面的原因。要将超导材料实用化，则应该控制上述三个实验条件，让其尽可能接近日程普通应用条件。所以理想的材料是临界电流密度，临界磁场，临界温度，三者越高越好。中国的赵盅贤课题组的钇-钡-铜-氧超导体曾在国际上产生过较大影响。中国是世界上研究超导的先进国家之一。

简述提高聚合物材料强度的途径？简述提高聚合物材料强度的途径？如何根据性能与结构的关系进行高分子结构设计？（10分）？（答：根据所学，可以得到以下提高材料强度的途径：1.改变高分子链的链接方式2.改变共聚物的序列结构3.提高高分子的交连密度4.改变高分子聚合方向5.提高高聚物的分子量6.结晶过程的优化共聚物的物理力学性能取决于分子链中单体连结的性质、相对数量急排列方式。在合成中选择适当的条件，即可得到所需的共聚物。

ABS属于那种类型高分子系列？它由哪三种组分构成？写出其接枝共聚工艺过程，属于那种类型高分子系列？它由哪三种组分构成？写出其接枝共聚工艺过程，具有较好的综合性能和广泛用途？（？（10为什么ABS具有较好的综合性能和广泛用途？（分）答：ABS属于工程塑料，ABS树脂是由丙烯氰(A),丁二烯(B)和苯乙烯(S)三种单元组成的。接枝共聚是指借助催化剂的作用使单体活化为带正电荷或者负电荷的活性中心,然后进行共聚。接枝点数目与活性中心的浓度有关，可以用催化剂浓度调节。这是由于氰基的强极性导致的：丙稀氰具有强极性-CN基,故它不仅使链的刚性增大,同时使分子间作用力增大,故使ABS树脂具有较高的强度.耐热性和耐化学药品性.丁二烯可使树脂获得韧性,提高抗冲强度;苯乙烯保留了PS的透明性,优良的