新型无机材料

第一部分

1．Sol-Gel(水解聚合)法制备材料的工艺过程

答：它包括以下过程：（1）均相溶液的制备；（2）溶胶的形成；（3）凝胶化过程；（4）凝胶的干燥；（5）干凝胶的热处理；

具体工艺流程如下：

2．Sol-Gel技术的特点和优势

答：Sol-Gel法的实质是采用介观层次上性能受到控制的源物质(Sol)取代传统工艺中的生原料，可在材料制备的初期就对其化学状态、几何构型、粒级和均匀性等进行控制。它具有下列特点和优势：

（1）合成温度低（比传统方法低400～500℃，可制难熔、高温易解、高温陶瓷）（2）制品形式多样：纤维、薄膜、多孔陶瓷分离膜、纳米复合材料；超微粉体、气凝胶；致密（多孔）陶瓷/玻璃、高分子复合陶瓷/玻璃。

（3）特别适于薄膜和纤维制备；

（4）在制备复合材料、特别是纳米复合材料方面具有独到的优势；（5）设备简单，工艺灵活，制品纯度高。

3．低温等离子体有哪些类型？热等离子体、冷等离子体、低压等离子体、高压等离子

体、平衡等离子体和非平衡等离子体之间是什么关系？

答：分为低温等离子体和高温等离子体。而前者又包括以下两类：平衡等离子体＝高压等离子体＝热等离子体

非平衡等离子体＝低压等离子体＝冷等离子体

4．激光的主要特点

答：1）单向性：方向完全一致的轴向光

2）单色性：频率只对应ν21＝(E2-E1)/h

3）超高光强：能在几微米至几十微米直径范围内，产生几万乃至几百万度高温

第二部分

1．何为超微粉、表面效应、小尺寸效应？

答：1）超微粉：超微粒子的粒径介于原子团簇(＜1nm)和机械粉碎极限粒径(～1μm)之间，是纳米粒子(1～100nm)和亚微米粒子(0.1～1μm)的统称，其集合体即为超微粉体，包括纳米粉和亚微米粉。

2）表面效应：表面原子的特性与内部原子炯异,普通粉体由于比表面小,表面原子所占比例和其对粉体物性的影响均可忽略不计; 但粉体超微化至纳米尺度后,表面原子所占比例急上升（见下图）,从而使物性发生巨大变化,此即表面效应。

3）小尺寸效应：

答：纳米粉的尺寸与光波和电磁波的波长同量级，使其对光波和电磁波的吸收增强，反射性大大减弱。同时粒径的减小，还会使粒子的电子能级或能带结构发生变化。按金属粒子导电电子数(N)与能级间距(δ)间的久保关系：

对于普通粉体，N→∞, δ→0；而纳米粒子的N为有限数值，由此产生的能级分裂和能隙增大将使纳米粉的光、热、电、磁等物理性质发生显著变化，此即小尺寸效应。

2．与同质普通材料相比，超微粉的物性主要发生了哪些显著变化？答：（1）熔点、烧结和晶化温度降低

（2）磁性能增强

（3）对光和电磁波的宽频带强吸收

（4）催化活性大大增强

3．气相制备超微粉的主要方法

答：按组成质点产生方式可以分为蒸发凝聚法和反应凝聚法，它们又分为下述方法：

4．何为直接沉淀、均匀沉淀、超临界干燥和微乳液合成？

答：1）直接沉淀：仅采用沉淀操作从溶液中制备氧化物纳米微粒的一种方法；

2）均匀沉淀：利用某一化学反应，使溶液中的构晶离子（构晶负离子或构晶正离子）由溶液中缓慢，均匀地产生出来的方法。在这种方法中，加入到溶液中的沉淀剂不立刻与被沉淀组分发生反应，而是沉淀剂通过化学反应在整个溶液中均匀地释放构晶离子，并使沉淀在整个溶液中缓慢，均匀地析出；

3）超临界干燥：超临界干燥就是在使湿沉淀中的溶剂处于超临界状态下，通过恒温减压排除流态化的溶剂实现干燥；

4）微乳液合成：在微乳液中，以表面活性剂/助表面活性剂所构成的纳米尺寸（几至几十个纳米）的液滴水池为“微反应器”，利用其巨大反应界面进行合成的方法。

1．何为晶须？其主要特点及用途

答：1）晶须：在人工控制条件下，以近似单晶形式生长的一种短纤维材料。

2）特点：故晶体结构近乎完整，强度亦接近理论值。

3）用途：复合材料强化剂，以增强金属、陶瓷、树脂、玻璃等的强度和韧性。如晶须强化增韧的陶瓷刀具，强化增韧玻璃。

2．SiO2碳热还原制晶须的主要反应和机制

答：1）以酸处理和碳化稻壳为原料，先成核，在溶媒液滴参与下，部分核生长为晶须。

2）VLS机制：如下图所示，晶须原料气体先溶入熔媒液滴（“孵化器”），至一定过饱和度后，便在成核势垒较低的固液界面处析出核晶，并在生长过程中逐渐将液滴抬起，最终生长为晶须。

3．试述光纤通信的原理和特点

答：1）全反射原理：当光束从光密介质入射进入光疏介质，同时发生界面反射和折射，其中折射角随着入射角增大而增大，当入射角达到某一临界值时，折射角变为，不再发生折射而全部反射回原来介质的现象。图解如下：

实际运用时，光纤做成折射率芯高、外低的阶梯型结构或折射率逐渐递减的分级结构以满足全反射条件，从而使光载信息以连续反射的形式在光缆中高速高效传输。

2）特点：容量大、封闭传输、损耗小、抗干扰能力强、保密性好4．光纤是怎样制造的？

答：分为制预制棒和用预制棒拉制光纤两部分，差异在前者，有管内沉积法、管外沉积法和双坩锅法之分。

①管内法：通过气体携载原料进入匀速转动的反应腔（或谐振腔），在氢氧焰（或等离子焰）的往复加热，制备低损耗光纤，但连续长度受限。

②管外法：制作大预制棒，可连续拉制出很长的光纤，是光纤得高效制造方法。

③双坩埚法：将纤芯玻璃和包层玻璃分别加入内外坩埚，在喷嘴处进行离子热扩散交换并拉丝。可连续生产渐变型光纤。

5．何为碳纤维？其主要特点是什么？

答：碳纤维是有机纤维经热解、碳化而成的一种纤维状高聚碳。特点：比重小，高度取向的微晶相和取向度低的非晶相共存，沿纤维方向具有很高的杨氏模量和抗张强度。

6．制备PAN基碳纤维有哪几个工艺环节？

答：1）预氧化：200~300 ℃，空气中，张拉原纤，得黑色耐火预氧化纤。

2）碳化与石墨化：在N2氛围脱水缩合得高强碳纤维；在Ar氛围脱氢石墨化得高弹纤维。

3）表面处理：包括氧化腐蚀，表面接枝，表面涂层。

具体工艺流程图如下：

7．蒸镀、溅射、离子镀的基本原理，相互间的特点比较及其优势应用领域

答：1）基本原理