材料化学课堂小测试(1)

《材料化学》分章小测试

1 绪论

1.从材料与化学的概念及相互关系出发，论述材料化学的内涵。

化学的定义：化学关注原子分子水平的相互作用，比如，可以利用化学理论和方法从分子水平构筑材料，自主调节材料的功能，利用化学反应合成材料。

材料科学与工程的四大要素，四要素间的相互关系。材料化学是关于材料的化学组成、结构与性能关系、合成制备方法、性能表征及其环境协调等问题的科学。

材料化学是材料和化学结合的产物，是材料科学的重要分支，是材料科学的核心内容，也是化学学科的重要组成部分。

4 材料的性能

一、简答题

1. 何谓腐蚀电池？构成腐蚀电池的3个必备基本条件是什么？

P72 答：当两种金属材料在电解质溶液中构成原电池时，作为阳极的金属会被腐蚀，这种能导致金属腐蚀的原电池称为腐蚀电池。

基本条件：有电位差，有电解质溶液，有导线连接或直接接触。

2. 有机溶剂中，热塑性、热固性高分子的行为差异？

P73 热塑性高分子材料使用适当的有机溶剂能将其溶解，而热固性高分子只会在有机溶剂中溶胀，不会出现溶解现象。

3. 塑料防老化的常用方法有哪些，各自有怎样的作用原理？

P74 在制造成品时，加入适当的抗氧化剂和光稳定剂。

4. 金属、无机非金属和高分子材料的硬度特征如何？

P77 无机非金属材料由离子键和共价键构成，由于两种键的强度均较高，故一般都具有较高的硬度；金属材料的硬度主要受金属晶体结构的影响，形成固溶体或合金时可显著提高材料的硬度；高分子材料的分子链以共价键结合，但分子链之间主要以范德华力或氢键结合，健力较弱，因此硬度通常较低。

5. 金属、无机非金属和聚合物材料的热膨胀性能有何差异？

P79

6.铁电材料(铁磁材料) 的最典型特征，是存在居里温度和对外电场（磁场）

响应的电滞(磁滞)回线，请结合所学知识，加以解释。

P81

7.金属、半导体和其他非金属材料的光吸收特性取决于什么因素？请解释。

P86

8.金属、无机绝缘材料、半导体和高分子材料在热传导中能量传递的方式有什

么区别？

9.简述何谓压电效应和电致伸缩效应现象。

10.为什么紫外光谱检测需用石英比色皿，而Si可作为红外检测的样品基片？

P86 一般玻璃在紫外光区（320nm以下）有较强的吸收，而石英和蓝宝石则可以较好地透过紫外线，因此紫外线波段的应用中常使用石英或蓝宝石作为材料。硅在红外波段有大约50%的透过率，且没有杂峰，可用作红外光谱测量的样品基片。

二、综合分析论述题

1. 由材料受力时的形变情况可获得材料的强度数据。工程学上，材料受力及受

力发生的形变可用应力-应变曲线表征。下图是不同力学性能材料在拉力作用下的应力-应变曲线，请结合图及所学知识回答以下问题：

(1) 工程学上是如何定义应力和应变的。

(2) 图中曲线A、B分别代表哪两类不同力学性能材料。

(3) 试在图中曲线A、B上标出表征材料强度的指标有哪些，说明各指标代表的含义。

(4) 工程设计中，材料的强度指标有何选用原则，试举例说明。

2. 请结合势能曲线，解释材料的热膨胀现象。金属、无机非金属和高分子材料的热膨胀性能差异？

典型势能曲线如图所示：

原子间距离在r0处总势能达到最小(温度0K)，相应的相互作用力为0，即排斥力和吸引力大小相等，该距离即为平衡键合距离，也就是键长。当温度升高时，原子吸收热能产生振动，能量上升到E1，此时的平衡距离为r1，是势能曲线中间的截线的中点。由于势能曲线一般是不对称的，左边较陡而右边平缓，所以能量升高时，原子间的平衡距离增大。也即，当能量依次上升到E2、E3…时，原子间的平衡距离也依次增大到r2、r3…，宏观上就是材料的尺度的增加，也就是热膨胀。

不同材料的热膨胀性能不同，其中，金属和无机非金属材料的线膨胀系数小，而聚合物材料的线膨胀系数较大。

这种差异可通过势能图解释如下：

当能量增加∆E时，较强键的原子间平衡距离增加值∆r较小，而较弱键的原子间平衡距离增加值∆r较大。可见，原子间的键合力越强，则热膨胀系数越小。聚合物分子链间以范德华力结合，键合力较弱，因此热膨胀系数较大；而以离子键和共价键结合的陶瓷材料的热膨胀系数则较小。

3. 眼镜片是一种光学透镜，在选购、使用眼镜片时，通常会遇到如下问题：

(1) 如果眼镜屈光度比较高，则会被建议选用折射率比较大的镜片，为什

么？

(2) 市售的树脂镜片表面，通常都有颜色各异的镀膜层，结合所学知识，简单介绍镜片表面的镀膜层可以起到哪些作用？为什么会出现不同的颜色？

(3) 夏日来临，太阳镜成了大家出门的必备之选，请结合所学知识，简单介绍佩戴太阳能除了美观意外，还有什么好处?但如果太阳镜选择不当，可能会对眼睛带来伤害，为什么？

4. 材料的颜色与其对光的吸收特性有关，对于无机非金属材料而言，其光吸收特性取决于能隙。试通过计算分析Si、CdS和钻石对可见光的吸收特性，并分析其在可见光下的颜色。已知，Si、CdS和钻石的能隙分别为1.1eV、2.45eV和

5.45eV，普朗克常数h=

6.62⨯10–34J⋅s，光速c=299792.458km/s。

3 材料的制备

一、简答题

1. 何谓化学气相沉积法？

2. 简述溶胶-凝胶法的基本原理。

3. 简述均匀沉淀法、共沉淀法和直接沉淀法的根本差异。

4. 简述固相反应中，矿化剂的主要作用。

5. 简述高温自蔓延合成法的原理。

6. 简述液相骤冷法的特点。

7. 有固相参与的反应中，通常对参与反应的固体颗粒尺度及其分布有一定的要求，请简单介绍。

二、综合论述题

1. 下图是当前商品化的4大类二次电池的性能比较，请根据所学知识回答以下问题：

(1)何谓二次电池?何谓一次电池？

(2)如何理解图中所示的能量密度和电流密度。

(3) 四种二次电池中，锂离子电池因能量密度高、循环性能好、无记忆效应而成为现代高性能电池的代表，如何理解电池的记忆效应。

(4) 以石墨为原料，经插层法制得的石墨层间化合物，是性能优异的电极材料，请简述插层法和反插层法的原理。

(5) 试分析石墨层间化合物在锂离子电池中的应用及工作原理。