材料表面與界面復(fù)習(xí)題

1、第一章1.試述表面張力（表面能）產(chǎn)生的原因。怎樣測試液體的表面張力？（1）原因液體表面層的分子所受的力不均勻而產(chǎn)生的。液體表面層即氣液界面中的分子受到指向液體內(nèi)部的液體分子的吸引力，也受到指向氣相的氣體分子的吸引力，由于氣相吸引力太小，這樣，氣液界面的分子凈受到指向液體內(nèi)部并垂直于表面的引力作用，即為表面張力。這里的分子間作用力為范德華力。（2）測試毛細(xì)管上升法測定原理 將一支毛細(xì)管插入液體中, 液體將沿毛細(xì)管上升, 升到一定高度后, 毛細(xì)管內(nèi)外液體將達(dá)到平衡狀態(tài), 液體就不再上升了。此時(shí), 液面對液體所施加的向上的拉力與液體總向下的力相等。則=1 /2(l-g)ghrcos (1) (1)式

2、中為表面張力, r為毛細(xì)管的半徑, h為毛細(xì)管中液面上升的高度,l為測量液體的密度,g為氣體的密度( 空氣和蒸氣) , g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣? 為液體與管壁的接觸角。若毛細(xì)管管徑很小, 而且=0 時(shí), 則上式(1)可簡化為=1/2ghr (2）Wilhelmy 盤法測定原理用鉑片、云母片或顯微鏡蓋玻片掛在扭力天平或鏈?zhǔn)教炱缴? 測定當(dāng)片的底邊平行面剛好接觸液面時(shí)的壓力, 由此得表面張力, 公式為: W總-W片=2lcos 式中,W總為薄片與液面拉脫時(shí)的最大拉力,W片為薄片的重力, l為薄片的寬度, 薄片與液體的接觸的周長近似為2l, 為薄片與液體的接觸角。懸滴法測定原理 懸滴法是根據(jù)在水平面上

3、自然形成的液滴形狀計(jì)算表面張力。在一定平面上, 液滴形狀與液體表面張力和密度有直接關(guān)系。由Laplace 公式, 描述在任意的一點(diǎn)P 曲面內(nèi)外壓差為 式中R1, R2 為液滴的主曲率半徑; z 為以液滴頂點(diǎn)O為原點(diǎn), 液滴表面上P 的垂直坐標(biāo); P0 為頂點(diǎn)O處的靜壓力。 定義S= ds/de式中de為懸滴的最大直徑, ds為離頂點(diǎn)距離為de處懸滴截面的直徑再定義H=(de/b)2 則得= (l-g)gde2/H 式中b為液滴頂點(diǎn)O處的曲率半徑。若相對應(yīng)與懸滴的S值得到的1/H為已知, 即可求出表(界) 面張力。即可算出作為S的函數(shù)的1/H值。因?yàn)榭刹捎枚ㄆ跀z影或測量ds/de 數(shù)值隨時(shí)間的變

4、化, 懸滴法可方便地用于測定表(界)面張力。滴體積法測定原理當(dāng)一滴液體從毛細(xì)管滴頭滴下時(shí), 液滴的重力與液滴的表面張力以及滴頭的大小有關(guān)。表示液滴重力(mg) 的簡單關(guān)系式:mg=2r 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 實(shí)際體積小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3), 則更精確的表面張力可以表示為:= mg/2rf(r/v1/3)其中m為液滴的質(zhì)量, V 為液滴體積, f 為校正因子。只要測出數(shù)滴液體的體積, 就可計(jì)算出該液體的表面張力。最大氣泡壓力法 測定原理若在密度為的液體中, 插入一個(gè)半徑為r的毛細(xì)管, 深度為t, 經(jīng)毛細(xì)管吹入一極小的氣泡, 其半徑恰好與毛細(xì)管半徑相等。此刻, 氣泡內(nèi)壓力最大。根

5、據(jù)拉普拉斯公式, 氣泡最大壓力為差分最大氣泡壓力法測定原理差分最大氣泡壓力法原理是:兩個(gè)同質(zhì)異徑的毛細(xì)管插入被測液體中, 氣泡從毛細(xì)管中通過后到達(dá)液體中, 測量兩個(gè)毛細(xì)管中氣泡的最大壓力p1和p2, 表面張力是壓差的函數(shù), 計(jì)算公式為式中p 為兩毛細(xì)管的壓差, t 為兩管插入液面的高度差。2.彎曲面的附加壓力p與液體表面張力和曲率半徑之間存在怎樣的關(guān)系？若彎曲面為球面、平面又怎樣？3.什么是Young方程？接觸角的大小與液體對固體的潤濕性好壞有怎樣的關(guān)系？根據(jù)Young-Dupre方程，請?jiān)O(shè)計(jì)測定固-液界面黏附功的方法。Young方程：界面化學(xué)的基本方程之一。它是描述固氣、固液、液氣界面自由能

6、sv，SL，Lv與接觸角之間的關(guān)系式，亦稱潤濕方程，表達(dá)式為：sv-SL=LvCOS。該方程適用于均勻表面和固液間無特殊作用的平衡狀態(tài)。關(guān)系：一般來講，接觸角的大小是判定潤濕性好壞的依據(jù)，若=0.cos=1，液體完全潤濕固體表面，液體在固體表面鋪展；若090，液體可潤濕固體，且越小，潤濕性越好；90180，液體不潤濕固體；=180，完全不潤濕固體，液體在固體表面凝集成小球。方法：4.比較Langmuir單分子層吸附理論和BET多分子層吸附理論的異同，怎樣測定材料的比表面積？（1）異同Langmuir單分子層吸附理論：P21；BET多分子層吸附理論：P23（2）測定：氣體吸附法。書P25第二章1

7、.什么是表面活性劑？表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？表面活性劑的濃度對溶液的表面張力有怎樣的影響？為什么有這樣的影響？（1）表面活性劑是指能使溶劑表面張力降低，且使表面呈現(xiàn)活性狀態(tài)的物質(zhì)。（2）分子結(jié)構(gòu)是由兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)所組成。一種為非極性親油基團(tuán)，另外一種為極性親水基團(tuán)，即表面活性劑既具有親水性又有疏水性，形成一種所謂的“兩親結(jié)構(gòu)”的分子。（3）隨著表面活性劑濃度的增加，表面張力而下降，當(dāng)達(dá)到臨界濃度時(shí)，表面張力就不再發(fā)生變化。（4）表面活性劑其親水端向水，親油段相空氣，其濃度的上升會使分子聚集在表面，這樣，空氣和水的接觸面減小，表面張力急劇下降，與此同時(shí)，水中的表面活性劑也聚集在一起，

8、排列成憎水基向里，親水基向外的膠束。表面活性劑濃度進(jìn)一步增加，水溶液表面聚集了足夠多的表面活性劑的分子，無間隙地布滿在水溶液表面上，形成單分子膜。此時(shí)，空氣和水完全處于隔絕狀態(tài)，表面張力趨于平緩。2.何謂HLB值？HLB值對表面活性劑的選用有何指導(dǎo)意義？（1）HLB 值是指表面活性劑的親水性與親油性的相對大小。（2）HLB 越大表示該表面活性劑的親水性越強(qiáng),HLB 值越低,則親油性越強(qiáng).由此,可根據(jù)表面活性劑的HLB 值的大小,初步選擇我們所需要的活性劑類型.3.什么是相轉(zhuǎn)移溫度？用PIT表示表面活性劑的親水、親油性較HLB值有什么優(yōu)點(diǎn)？（）相轉(zhuǎn)型溫度是指非離子型表面活性劑在低溫下可形成水包油

9、(O/W)型乳狀液,隨著溫度升高,溶解度降低,HLB 值下降,使得乳狀液從原來的（）型轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶停ǎ┧鶎?yīng)的溫度又稱為親水-親油平衡溫度（）PIT與HLB都可以反映出親水親油性，但是，PIT可以反映出油的種類、水溶液性質(zhì)、溫度和相體積等的影響。同時(shí)PIT測定簡單、精度高。4.什么是CMC濃度？試討論影響CMC的因素。請?jiān)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)測定CMC的方法。（1）CMC 濃度是指隨著表面活性劑濃度上升，溶液的表面張力逐漸下降，直至表面張力幾乎不變時(shí)所發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)的濃度。（2）疏水基的影響、親水基、溫度、添加劑（電解質(zhì)、有機(jī)物）。（3）測定方法：測定電導(dǎo)率、滲透壓、冰點(diǎn)、增溶性、洗凈力等物理量發(fā)生顯著變

10、化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)5.溫度對離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑溶解度的影響有什么不同？為什么離子型表面活性劑在K.P點(diǎn)以上溶解度迅速增大，而非離子型表面活性劑溶液在C.P點(diǎn)變成渾濁？（1）離子型：在足夠低的溫度下，溶解度隨溫度升高而慢慢增大，當(dāng)溫度達(dá)到一定值后，溶解度會突然增大Krafft 現(xiàn)象非離子型：溶解度隨溫度升高而下降，當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)，溶液會突然變渾濁（2）離子型：表面活性劑以膠束形式溶解非離子型：溫度上升時(shí)，氫鍵被削弱，達(dá)到C.P.點(diǎn)時(shí)，氫鍵斷裂，表面活性劑從溶液中析出，溶液變得渾濁。第三章1.有人將二甲基硅氧烷低聚物接枝到聚苯乙烯大分子鏈上，發(fā)現(xiàn)接枝聚合物的表面張力隨接枝率的增高

11、而下降，當(dāng)接枝率達(dá)到一定值后，高聚物的表面張力接近于聚二甲基硅氧烷，試分析其原因。2.總結(jié)固體聚合物表面張力的測試方法。溫度與表面張力的關(guān)系。分子量與表面的關(guān)系。等張比容估算。內(nèi)聚能估算。測定液體對聚合物的接觸角幾何平均法、調(diào)和平均法計(jì)算。 用同系物液體測出其對高聚物的接觸角以cos LV作圖，求臨界表面張力c。用一系列測試液測定其對高聚物的接觸角由式，求出，用對作圖，求的狀態(tài)方程法。3.嵌段、接枝、共混對聚合物合金的表面張力有怎樣的影響？4.為什么聚合物與聚合物的相容性較差？如何提高聚合物與聚合物的相容性？（1）書P86-89（2）用接枝、嵌段共聚物作增容劑在共混組分之間引入特殊相互作用加入

12、低分子量化合物作增容劑其它5.對聚合物進(jìn)行表面處理的目的是什么？聚烯烴薄膜經(jīng)電暈處理后表面性能可能發(fā)生怎樣的變化？（1）改變表面化學(xué)組成，增加表面能改善結(jié)晶形態(tài)和表面的幾何性質(zhì)清除雜質(zhì)或脆弱的邊界層。（2）經(jīng)過電暈處理后，聚合物表面可形成各種的極性基團(tuán)，改善聚合物的粘接性和潤濕性，對油墨的附著力顯著改善，表面張力、剝離力明顯提高。6.低溫等離子處理對聚合物的表面改性能產(chǎn)生哪些效果？（1）表面交聯(lián)：等離子體中高能粒子轟擊聚合物表面，產(chǎn)生了大量的自由基，自由基間的相互作用，在表面形成致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也形成了大量的不飽和鍵。（2）極性基團(tuán)的引入 ：等離子體表面氧化反應(yīng)為自由基鏈反應(yīng)，氧的介入，可

13、以引入大量的含氧基團(tuán)，如羧基、羰基、羥基。（3）對潤濕性的影響 改善表面的潤濕性，使聚合物表面張力增大，接觸角變小。（4）對粘接性的影響 極性基團(tuán)的引入使其與其它的材料的粘結(jié)強(qiáng)度大大增強(qiáng)。（5）其它作用 引起聚合物失重、表面形成小坑。裂解產(chǎn)物中分子量較大的降解聚合物，與未降解的相比，分子量較低，其玻璃化溫度和粘度較低，因此可以通過界面的流動(dòng)性和相互的擴(kuò)散改善可粘結(jié)性。7.聚合物表面接枝有哪些方法？其原理各是什么？（1）表面接枝聚合 大分子偶合 添加接枝共聚物（2）表面接枝聚合：在光、輻射線、紫外線、等離子體使聚合物表面產(chǎn)生活性種，引發(fā)乙烯基單體自由基聚合，進(jìn)行表面接枝。大分子偶合： 聚合物表面

14、產(chǎn)生反應(yīng)性活性基團(tuán)，使之與帶有反應(yīng)基團(tuán)的大分子反應(yīng)偶合，實(shí)現(xiàn)其表面接枝。添加接枝共聚物 在欲改性的高聚物中添加有界面活化性能的共聚物成型，共聚物親基材段嵌入到基材內(nèi)部，留下接枝段在基質(zhì)聚合物的表面上，達(dá)到表面改性的目的。第四章1.簡述無機(jī)固體的理想表面、清潔表面和真實(shí)表面。理想表面是將一塊晶體沿某晶面切開，而不改變切開面附近原子的位置和電子的密度分開，所形成的表面稱為“理想表面”,理想表面在自然界是不存在的。假設(shè)除了確定一套邊界條件外，系統(tǒng)不發(fā)生任何變化，即半無限晶體中的原子位置和電子密度都和原來的無限晶體一樣，這種理想的表面實(shí)際上不可能存在。清潔表面是指表面經(jīng)過特殊處理后，保持在109101

15、0 超高真空下的狀態(tài)。特殊處理的方法很多，有離子轟擊和退火熱處理，解理，熱蝕，外延，場效應(yīng)蒸發(fā)等，其中離子轟擊加退火熱處理是目前最普遍采用的方法。實(shí)際表面是指經(jīng)過研磨，拋光處理后的狀態(tài)。在電子顯微鏡下觀察，其表面都是相當(dāng)不平整的，表面除出現(xiàn)明顯的起伏，還可能伴有裂紋和空洞。表面的不平整性，對光刻，細(xì)微加工，磁記錄，電位器噪聲都有很大的影響，而且與材料的潤濕，摩擦，抗蝕等也密切相關(guān)。2.敘述固體表面的弛豫現(xiàn)象、表面弛豫與無極超細(xì)粉體性能之間的關(guān)系。弛豫是指表面區(qū)原子或離子間的距離偏離體內(nèi)的晶格常數(shù)，但晶胞結(jié)構(gòu)基本不變。離子晶體的主要作用力是庫侖靜電力，是一種長程作用，因此表面容易發(fā)生弛豫，弛豫的

16、結(jié)果產(chǎn)生表面電矩。例如NaCl 晶體的弛豫，在表面處離子排列發(fā)生中斷，體積大的負(fù)離子間的排斥作用，使Cl向外移動(dòng)，體積小的Na+則被拉向內(nèi)部，同時(shí)負(fù)離子易被極化，屏蔽正離子電場外露外移，結(jié)果原處于同一層Na+和Cl分成相距為0.026nm的兩個(gè)亞層，但晶胞結(jié)構(gòu)基本沒有變化，形成了弛豫。弛豫主要發(fā)生在垂直表面方向，又稱為縱向弛豫，弛豫時(shí)的晶格常數(shù)變化將取決于材料的特征和晶向。弛豫不僅于表面一層，而且會延伸到一定范圍，例如NaCl(100)面的離子極化是發(fā)生在距表面5 層的范圍。許多金屬氧化物的表面都容易發(fā)生弛豫，并使表面帶負(fù)電，產(chǎn)生表面電矩。當(dāng)金屬氧化物以粉體形式存在時(shí)，顆粒尺寸為亞微米極超細(xì)粉

17、，則表面非常大，弛豫產(chǎn)生的表面電矩使粉體難以緊密接觸，給成型工藝帶來困難。對于大多數(shù)粉體來說，表面原子都有不同程度的弛豫，V 族元素原子向外移動(dòng)，族元素原子向內(nèi)移動(dòng)，弛豫使鍵能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并對表面態(tài)產(chǎn)生影響。3.何謂多晶的晶界？晶界的結(jié)構(gòu)特征如何？（1）晶界是晶粒之間界面的簡稱，亦稱晶粒間界，是固體材料界面的一種特殊情況。由于實(shí)際應(yīng)用的材料多數(shù)為多晶體，境界問題對于材料研究便具有了極大的普遍性。就其本意而言，晶界是同材質(zhì)同結(jié)構(gòu)不同取向的晶粒之間的界面，這就使得其處理比相界面大大簡化。在這種簡化處理得到的模型的基礎(chǔ)上，再推廣到一般的相界上，就容易多了。而實(shí)際的晶界遠(yuǎn)比上述設(shè)想復(fù)雜。材料本身經(jīng)常就是

18、多相的，而且在晶界上還會有各種雜質(zhì)相析出，這就使得晶界不再是同種材料之間的界面，而成為多相界面。（2）有二種不同的分類方法，一種簡單地按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來分類。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列鋁合的角度很小，約23。兩個(gè)晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。界面處質(zhì)點(diǎn)排列著一系列棱位。當(dāng)一顆晶粒繞垂直晶粒界面的軸旋轉(zhuǎn)微小角度，也能形成由螺旋位錯(cuò)構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)小角度晶界。大角度晶界在多晶體中占多數(shù)，這時(shí)晶界上質(zhì)點(diǎn)的排列已接近無序狀態(tài)。另一種分類是根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來劃分的。當(dāng)界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越過界面原子面是連續(xù)的。這樣的界

19、面稱為共格晶界。4.影響晶界電荷的因素有哪些？書P122-1235.討論晶界應(yīng)力與材料的物理性能的關(guān)系。書P120-1226.何謂晶界偏析？舉例說明晶界偏析對PTC陶瓷性能的影響。（1）晶界附近的組分與晶粒內(nèi)部不同。產(chǎn)生的原因：第一是晶粒內(nèi)部總是存在或多或少的雜質(zhì)離予， 但是環(huán)繞雜質(zhì)的彈性應(yīng)變場較強(qiáng)，而晶界區(qū)由于開放結(jié)構(gòu)及弱彈性應(yīng)變場，因此在適當(dāng)?shù)母邷叵孪码s質(zhì)將從晶粒內(nèi)向晶界擴(kuò)散而導(dǎo)效偏析以降低應(yīng)變能。第二是晶界上電荷隨溫度下降而增加， 因此在降溫過程中也會引起雜質(zhì)的偏析。例如MgO 飽和的A1203 中， 晶界電荷符號為正，引起化合價(jià)比Al3+低的Mg2+的偏析，以降低靜電勢。第三是固溶界限

20、， 當(dāng)溫度降低時(shí)，溶質(zhì)在晶格中的固溶度降低， 偏析量也隨之增加，一般氧化物固溶體中的固溶熱(固溶時(shí)所需能量)都較大， 固溶界限就較低， 易引起溶質(zhì)偏析。（2）BaTiO3 陶瓷是否具有PTC 效應(yīng)，完全是由其晶粒和晶界的電性能決定，沒有晶界的單晶是不具有PTC 效應(yīng)。晶粒和晶界都充分半導(dǎo)化及晶粒半導(dǎo)化而晶界或邊界層充分絕緣化的BaTiO3 陶瓷都不具有PTC 效應(yīng)，而只有晶粒充分半導(dǎo)化，晶界適當(dāng)絕緣化的BaTiO3 陶瓷才具有顯著的PTC 效應(yīng)。一般是通過摻雜制備PTC 陶瓷，Mn 對PTC 效應(yīng)的影響最為顯著。Mn 離子提高PTC 效應(yīng)是在晶界層的偏析。對Mn，Nb 共摻雜的BaTiO3 陶

21、瓷進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)Mn 在晶界處的偏析行為。7.試敘述表面組成與實(shí)際組成（內(nèi)部）組成差異的原因。玻璃表面的化學(xué)組成與玻璃主體的化學(xué)組成有一定的差異，即沿著玻璃表面的垂直方向的個(gè)組成含量不是恒值，也就是說組成隨深度變化而變化。造成玻璃表面與主體組成上的差異，主要有熔制、成形、熱加工以及玻璃表面受大氣、水和其他溶液侵蝕等不同原因造成的。在熔制、成形和熱加工過程中，由于高溫時(shí)一些組成的揮發(fā)，或各組分對表面能的貢獻(xiàn)大小不同，而造成表面中某些成分的富集，某些成分的減少。當(dāng)玻璃處在粘滯狀態(tài)下，使表面能減少的組分，就會富集到玻璃表面，以使玻璃表面能盡可能低；相反，賦予表面能高的組分，就會遷離玻璃表面內(nèi)部移動(dòng)，

22、所以這些組分在表面比較少。常用的玻璃成分中的Na+、B3+是容易揮發(fā)的。Lyon 認(rèn)為Na+在成形溫度范圍內(nèi)，Na+自表面向周圍介質(zhì)揮發(fā)的速度大于Na+從玻璃內(nèi)部向表面遷移的速度。故用拉制法或吹制法成形玻璃的表面還是少堿的。他認(rèn)為只有在退火溫度下，Na+從內(nèi)部遷移到表面的速度大于Na+從表面揮發(fā)的速度。但實(shí)際生產(chǎn)中，退火時(shí)對遷移到表面的高Na+層與爐氣中的SO2 結(jié)合生成Na2SO4 白霜。而這層白霜和容易洗去，結(jié)果表面層還是少堿。8.試敘述玻璃表面結(jié)構(gòu)與玻璃力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。玻璃的實(shí)際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低幾個(gè)數(shù)量級，這是因?yàn)閷?shí)際玻璃存在著微觀和宏觀缺陷，特別是表面微裂紋，使實(shí)際強(qiáng)度大大降低。We

23、yl 的玻璃亞表面理論解釋了玻璃理論強(qiáng)度大大小于實(shí)際強(qiáng)度。假設(shè)了玻璃表面亞表面層厚度為膠體粒子大小，不完全對稱，配位不全，有缺陷。特點(diǎn)為：幾何表面熵值最高，向內(nèi)部成梯度降低；原子或質(zhì)點(diǎn)表面不對稱，缺陷多，空隙大，成為微多孔性；表面的無序高于內(nèi)部；表面易析晶。9.試敘述玻璃表面結(jié)構(gòu)和組成與化學(xué)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。書P128-133第五章1.為什么說界面對復(fù)合材料的性能起著重要的作用？（1）復(fù)合材料界面包含著兩相之間的過渡區(qū)域的三維界面相，界面相內(nèi)的化學(xué)組分、分子排列、熱性能、力學(xué)性能等呈連續(xù)性變化。（2）復(fù)合材料的性能并非組分材料的性能簡單加和，而是產(chǎn)生了1+12的協(xié)同效應(yīng)。（3）兩相復(fù)合過程中，

24、會出現(xiàn)熱應(yīng)力（導(dǎo)熱系數(shù)、膨脹系數(shù)的不同）、界面化學(xué)效應(yīng)（官能團(tuán)之間的作用或反應(yīng)）和界面結(jié)晶效應(yīng)（成核誘發(fā)結(jié)晶、橫晶）。這些效應(yīng)引起的界面微觀結(jié)構(gòu)和性能特征，對復(fù)合材料的性能產(chǎn)生直接的影響。2.什么是偶聯(lián)劑？說明硅烷偶聯(lián)劑對玻璃纖維增強(qiáng)塑料的作用機(jī)理。用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理有哪些方法？（1）偶聯(lián)劑是分子含有兩種不同性質(zhì)基團(tuán)的化合物，其中一種基團(tuán)可與增強(qiáng)材料發(fā)生物理或化學(xué)作用，另一種基團(tuán)可與基體發(fā)生物理或化學(xué)作用。（2）X 基團(tuán)的水解，形成硅醇； 硅醇的羥基之間以及硅醇的羥基與玻璃纖維表面的羥基形成氫鍵；硅羥基間脫水形成硅氧鍵。3.舉例說明高性能纖維的表面處理方法，怎樣表征纖維處理后表面結(jié)構(gòu)與性能的

25、變化？書P1864.什么是化學(xué)鍵理論？化學(xué)鍵理論有什么缺陷？舉例說明化學(xué)鍵理論在碳纖維表面處理中的應(yīng)用。（1）化學(xué)鍵理論認(rèn)為兩相之間實(shí)現(xiàn)有效的粘接，兩相的表面應(yīng)含有能相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性基團(tuán)，通過官能團(tuán)的反應(yīng)以化學(xué)鍵合形成界面。若兩相不能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，也通過偶聯(lián)劑的媒介作用以化學(xué)鍵相互結(jié)合。（2）缺陷：不能解釋以下現(xiàn)象 有些偶聯(lián)劑不含有與基體樹脂起反應(yīng)的活性基團(tuán)，卻有很好的處理效果。偶聯(lián)劑在增強(qiáng)纖維表面有多層結(jié)構(gòu)而并非由化學(xué)鍵理論推導(dǎo)的單層結(jié)構(gòu)， 基體樹脂固化，熱應(yīng)力松弛效應(yīng)。（3）應(yīng)用：在表面氧化或等離子、輻射等處理過程中，纖維表面產(chǎn)生了羧基、羥基等含氧活性基團(tuán)，提高了與環(huán)氧等基體樹脂的反

26、應(yīng)能力，使界面形成了化學(xué)鍵，大大提高了粘接強(qiáng)度。第六章1.聚丙烯經(jīng)馬來酸酐接枝前后其表面對水的侵潤性發(fā)生怎樣的變化？如何證明其侵潤性的變化？2甲基丙烯酸縮水甘油醚（GMA）是一種含有碳碳雙鍵和環(huán)氧基的雙官能團(tuán)化合物，如何將其接枝到聚丙烯的分子側(cè)鏈上？請?jiān)O(shè)計(jì)一種證明GMA是否接枝到聚丙烯上的方法。3.增強(qiáng)纖維經(jīng)低溫等離子或輻照處理表面會產(chǎn)生自由基，處理后纖維在放置過程中表面活性會逐漸衰減。如何實(shí)驗(yàn)證明自由基的產(chǎn)生和衰減？4.界面結(jié)合強(qiáng)度是否越強(qiáng)越好？為什么？5.復(fù)合材料界面力學(xué)性能表征有哪些方法？用單絲模型和宏觀力學(xué)性能測試復(fù)合材料的界面力學(xué)性能各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？（1）復(fù)合材料界面力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)可歸

27、納為兩大類：一是常規(guī)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)法 如 短梁彎曲、層間剪切。二是單絲模型法 如 單絲拔脫實(shí)驗(yàn)法 斷片實(shí)驗(yàn)法 界面粘接能測試。（2）單絲模型法：即用單纖維埋在基體中制樣，考察外力作用下的界面破壞過程。優(yōu)點(diǎn)：排除了其它非主要的因素的干擾，直接研究纖維與基體的界面。 缺點(diǎn)：試驗(yàn)材料與實(shí)際材料性能相差較遠(yuǎn)。宏觀力學(xué)性能測試： 優(yōu)點(diǎn)：方法簡單易行，試驗(yàn)材料性能與實(shí)際材料性能很接近。缺點(diǎn)：材料在常規(guī)宏觀力學(xué)性能測試中的破壞不完全是界面破壞過程，而是多種破壞因素綜合結(jié)果，不利于研究界面的微觀破壞過程。第七章1.簡述生物材料的定義及其發(fā)展現(xiàn)狀。（1）生物材料也稱為生物醫(yī)用材料，是一種能對機(jī)體的細(xì)胞、組織和器官

28、進(jìn)行診斷、治療、替代、修復(fù)、誘導(dǎo)再生或增進(jìn)其功能的材料。狹義上講，生物材料只包括長期與生物體相接觸的或植入生物體內(nèi)起某種生物功能的天然或人工合成材料；廣義上講，生物材料還包括用于醫(yī)學(xué)治療方面的生物材料，如醫(yī)學(xué)診斷試劑、藥物釋放材料、一次性臨床使用材料及其與之相關(guān)的各種原材料等。（2）惰性生物材料階段：惰性生物材料是指對人體組織化學(xué)惰性，其物理機(jī)械和功能特性與組織匹配，使材料在應(yīng)用過程中不致產(chǎn)生不利于功能發(fā)揮和對其它組織影響的反應(yīng)，特別是與組織接觸或短時(shí)間不產(chǎn)生炎癥或凝血現(xiàn)象，無急性毒性或刺激反應(yīng)，一般無補(bǔ)體激活產(chǎn)生的免疫反應(yīng)的一類功能材料。這類材料的應(yīng)用基于對材料本身性能的全面了解，是人類最早

29、、最廣泛應(yīng)用的生物材料。 生物材料生物化階段：隨著材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，以及先進(jìn)儀器設(shè)備的發(fā)明，帶動(dòng)了生物材料的發(fā)展。集中表現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)新型生物材料，以及更多關(guān)注惰性生物材料所制成的人工器官和醫(yī)療器械在使用過程中與組織或血液產(chǎn)生的界面反應(yīng)，也即材料在使用過程中逐漸生物化。 組織工程支架材料階段：材料生物化畢竟不能改變材料的基本結(jié)構(gòu)，這為材料的長期使用留下隱患，同時(shí)器官(尤其是組織)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不可能用單一無活性的材料來模仿其全部或大部分功能。因此在器官(或組織)供體來源非常有限的情況下，如何在體外培養(yǎng)出正常的組織供手術(shù)使用，是醫(yī)學(xué)界和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)界追求的目標(biāo)之一。組織工程的出現(xiàn)和發(fā)展為這一

30、目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。 2.簡述材料的生物相容性及其主要影響因素。（1）定義材料在特定的環(huán)境中引起恰當(dāng)?shù)乃拗鞣磻?yīng)的能力。（2）影響因素材料因素：本體化學(xué)、表面化學(xué)、表面粗糙度、表面能、表面電荷、化學(xué)穩(wěn)定性、降解產(chǎn)物的化學(xué)特性、降解產(chǎn)物的物理特性；裝置因素：大小、形狀、彈性模量/剛性；宿主因素：種類、組織類型及位置、年齡、性別、健康狀況、給藥狀態(tài)；系統(tǒng)因素：操作技術(shù)、植入組織附件、感染。3.什么是組織工程和細(xì)胞外基質(zhì)？（1）組織工程是近十年發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，它是應(yīng)用生命科學(xué)和工程的原理與方法，研究、開發(fā)用于修復(fù)、增進(jìn)或改善人體各種組織或器官損傷后功能和形態(tài)的新學(xué)科，作為生物醫(yī)學(xué)工程的一個(gè)重

31、要分支，是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后，生命科學(xué)發(fā)展史上又一個(gè)新的里程碑。（2）細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrixc,ECM),是由動(dòng)物細(xì)胞合成并分泌到胞外、分布在細(xì)胞表面或細(xì)胞之間的大分子, 主要是一些多糖和蛋白, 或蛋白聚糖。這些物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支持并連接組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)組織的發(fā)生和細(xì)胞的生理活動(dòng)。細(xì)胞外基質(zhì)是動(dòng)物組織的一部分, 不屬于任何細(xì)胞。它決定結(jié)締組織的特性，對于一些動(dòng)物組織的細(xì)胞具有重要作用。4.蛋白質(zhì)在材料表面的吸附取決于哪些影響因素？材料的表面性能、蛋白質(zhì)性能及蛋白質(zhì)與表面作用的效率。5.為何細(xì)胞在材料表面的黏附對組織再生以及植入物的修復(fù)效果起著關(guān)鍵作

32、用？細(xì)胞外基質(zhì)ECM是細(xì)胞發(fā)揮功能的環(huán)境，細(xì)胞指導(dǎo)ECM的合成，ECM提供細(xì)胞所需的力學(xué)和化學(xué)信息，但細(xì)胞必須與ECM黏附，才能進(jìn)行遷移、分化的增殖。細(xì)胞和ECM之間的黏附以各種方式影響著細(xì)胞的功能發(fā)揮。細(xì)胞一旦與ECM黏附就會產(chǎn)生應(yīng)答，其應(yīng)答反應(yīng)取決于細(xì)胞類型、ECM的組成結(jié)構(gòu)及瞬時(shí)狀態(tài)。其應(yīng)答方式有改變細(xì)胞自身形狀、遷移、增殖、分化甚至修正活性等。粘附細(xì)胞的ECM不僅保持組成結(jié)構(gòu)，還利用細(xì)胞表面受體將結(jié)構(gòu)化配體、信號肽、蛋白酶及其抑制劑的信息傳導(dǎo)至所黏附細(xì)胞的內(nèi)部。ECM還充當(dāng)生長因子和細(xì)胞因子的儲存庫，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候釋放出來，向鄰近的細(xì)胞提供這些因子。6.生物材料表界面的表征主要有哪些方法

33、？簡述之。接觸角分析、福利葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線電子譜、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和原子力顯微鏡（AFM）等。 具體見書P256-2607.細(xì)胞與材料表面之間的相互作用主要有哪些？簡述之。（1）細(xì)胞黏附：細(xì)胞在生物材料表面的黏附是材料生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的關(guān)鍵，也是誘發(fā)組織整合及組織重建的基礎(chǔ)。細(xì)胞的增殖直接跟與之接觸的材料表面的生物特異性密切相關(guān)，基材的表面能量是影響哺乳動(dòng)物細(xì)胞黏附的重要因素。（2）蛋白質(zhì)吸附：是細(xì)胞與生物材料表面相互作用的中介，細(xì)胞在材料表面黏附受材料表面吸附的蛋白質(zhì)控制。（3）細(xì)胞識別：是生物體的一種自我保護(hù)，也是機(jī)體產(chǎn)生移植排斥的根本原因。

34、8.細(xì)胞與材料表面之間相互作用的影響因素主要有哪些？（1）表面化學(xué)性能（2）表面蛋白吸附能力（3）表面自由能（4）表面親疏水能力（5）表面電荷性能（6）表面生物活性（7）表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具體見書P262-2649.生物材料的表面修飾主要有哪些方法？簡述之。（1）表面固定蛋白對生物材料進(jìn)行表面修飾（2）表面固定氨基酸及其衍生物對生物材料進(jìn)行表面修飾（3）表面固定多肽對生物材料進(jìn)行表面修飾（4）表面固定細(xì)胞生長因子對生物材料進(jìn)行表面修飾（5）表面固定酶類對生物材料進(jìn)行表面修飾（6）利用微模型技術(shù)對生物材料進(jìn)行表面修飾（7）人工骨和人工關(guān)節(jié)表面修飾具體見書P265-27010.生物材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)

35、胞黏附有何影響？ 人工ECM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會改變細(xì)胞表面的應(yīng)力分布，從而改變細(xì)胞的形態(tài)。研究表明，不管是材料表面吸附蛋白質(zhì)還是整聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞的黏連，細(xì)胞的形態(tài)都是控制細(xì)胞生長和凋亡的重要因素。同時(shí)，人工ECM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還能影響細(xì)胞的定向、遷移及細(xì)胞骨架的排列能力。進(jìn)一步研究顯示，細(xì)胞在細(xì)微構(gòu)型或特意設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的生長良好，從而更加證明了人工ECM表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞生長的作用。而細(xì)胞的表型在一定程度上也依賴于人工ECM與細(xì)胞核結(jié)構(gòu)間的相互作用。第八章1.納米材料的表界面有哪些基本特征？試舉例說明與普通材料相比的不同之處。2.納米粒子的成核生成過程有什么特征？如何用表面化學(xué)手段控制納米粒子的形態(tài)？3.納米粒子的穩(wěn)定性取決于哪些因素？談?wù)勌岣呒{米粒子穩(wěn)定性的主要方法。（1）納米粒子周圍的雙電層膠體粒子電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)膠體成核和納米離子穩(wěn)定性（不確定）（2）書P285-2894.什么是粒子表面的納米工程？主要有哪些方面？(1)書P289(2)a.聚合物涂層通過聚合過程表面修飾 自組裝的聚合物層b.無機(jī)和復(fù)合物的涂層沉淀和表面反應(yīng) 納米粒子的控制組裝c.生物大分子層5.簡述如何用粒子表面的納米工程技術(shù)構(gòu)筑有機(jī)/有機(jī)、有機(jī)/無機(jī)和無機(jī)/無機(jī)核殼粒子。試述它們在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。6.簡述自組裝的定義。所謂自