材料化學(xué)復(fù)習(xí)提綱

1、材料化學(xué)復(fù)習(xí)提綱第一章緒論1.根據(jù)當(dāng)今材料發(fā)展趨勢(shì),可分為五大類:金屬材料;非金屬材料;高分子材料;復(fù)合材料;生物醫(yī)學(xué)材料。2根據(jù)歷史發(fā)展,材料可分為:第一代,天然材料;第二代,燒煉材料;第三代,合成材料;第四代,設(shè)計(jì)性材料;第五代,智能材料。3.材料相關(guān)的三個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科:固體物理學(xué);固體化學(xué);材料工程學(xué)。4.如何理解材料化學(xué)與化學(xué)的關(guān)系?答:化學(xué)是關(guān)于物質(zhì)的組成,結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及物質(zhì)轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)的變化過程的研究,是著眼于原子分子水平的相互作用;而材料化學(xué)是關(guān)于材料制備,加工和分析的化學(xué)。5.材料化學(xué)的內(nèi)涵是什么?答:采用新技術(shù)和工藝方法制備新材料;材料組成和微觀結(jié)構(gòu)的表征;材料性能的測(cè)試。第二

2、章晶體學(xué)基礎(chǔ)1.晶體結(jié)構(gòu)與非晶結(jié)構(gòu)。答:晶體是以其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在空間做規(guī)則排列,其結(jié)構(gòu)長(zhǎng)程和短程均有序;非晶體結(jié)構(gòu)則長(zhǎng)程無序,短程有序。2一些晶體的典型晶體結(jié)構(gòu)類型。答:面心立方,體心立方,密排立方。3.晶胞的兩個(gè)要素:一是晶胞的大小,形式,由晶胞參數(shù)確定;二是晶胞中各原子的位置用原子得分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示。4晶面角守恒定律:屬于同一晶種的晶體,兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面間的夾角恒定不變。5晶體的宏觀特征和微觀特征?答:宏觀特征:規(guī)則的幾何外形(自范性;晶面角守恒;有固定的熔點(diǎn);物理性質(zhì)的各向異性。微觀特征:6晶面指數(shù)求法,什么晶系可以用四坐標(biāo)系表示?答: 在所求晶面外取晶胞的某一頂點(diǎn)為原點(diǎn)O,三棱邊為三坐標(biāo)軸x,y,

3、z;以棱長(zhǎng)為單位,量出待定晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距;取截距的倒數(shù),并化為最小整數(shù)h,k,l并加以(即是。六方晶系可以用四坐標(biāo)系表示。7.如何劃分平行六面體格子?答:為確保所截取的平行六面體能夠統(tǒng)一,且是最為簡(jiǎn)單,又能代表整個(gè)點(diǎn)陣的幾何特性。有以下三條規(guī)定: (1所選取的平行六面體必須能夠反映點(diǎn)陣的宏觀對(duì)稱特性;(2在滿足上述規(guī)定的條件下,所選取的平行六面體應(yīng)具有盡可能多的直角;(3在滿足以上兩條規(guī)定的條件下,所選取的平行六面體應(yīng)具有最小的體8。晶面指數(shù)對(duì)應(yīng)圖像。第三章晶體缺陷化學(xué)1.幾種缺陷含義?答:點(diǎn)缺陷:由于各種原因使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)有規(guī)則的周期性排列遭到破壞,引起質(zhì)點(diǎn)間勢(shì)場(chǎng)畸變,產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)

4、不完整性,但其尺度僅僅局限于一個(gè)或若干個(gè)原子級(jí)大小范圍內(nèi)。線缺陷:指晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性在某一方向上達(dá)到一定的尺度范圍遭到破壞。面缺陷:指晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性在二維方向上的尺度范圍內(nèi)遭到破壞。體缺陷:指晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性在三維空間的尺度范圍內(nèi)遭到破壞。2.位錯(cuò)的基本類型答:刃型位錯(cuò):指在切應(yīng)力的作用下晶體內(nèi)部發(fā)生局部滑移而導(dǎo)致的在垂直方向出現(xiàn)了一個(gè)多余的半原子面而形成的缺陷,因其半原子面呈現(xiàn)刀刃狀,故稱刃型位錯(cuò);螺型位錯(cuò):右手螺型位錯(cuò)和左手螺型位錯(cuò);混合位錯(cuò):原子排列介于螺型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)之間的位錯(cuò)。3.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的兩種基本形式:滑移和攀移。滑移:沿著滑移面移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。攀移:指

5、刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線沿著垂直于滑移面方向移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。4.弗倫克爾缺陷定義,特點(diǎn)?哪些材料易產(chǎn)生缺陷?答:弗倫克爾缺陷:在晶格熱振動(dòng)時(shí),一些能量較大的質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置后,進(jìn)入間隙位置,形成間隙質(zhì)點(diǎn),而在原來的位置上形成空位。特點(diǎn):間隙質(zhì)點(diǎn)與空位總是成對(duì)出現(xiàn);正離子弗倫克爾缺陷,負(fù)離子弗倫克爾缺陷,二者之間沒有直接聯(lián)系。5.肖特基缺陷定義,特點(diǎn)?答:定義:若正常格點(diǎn)上的質(zhì)點(diǎn),在熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面,而在晶體內(nèi)部正常格點(diǎn)上留下空位。特點(diǎn):肖特基缺陷的生成需要一個(gè)像晶界、位錯(cuò)或表面之類的晶格排列混亂的區(qū)域;正離子空位和負(fù)離子空位按照分子式同時(shí)成對(duì)產(chǎn)生,伴隨晶體體積增加。6.

6、固溶體定義,基本特征,形成?答:定義:指凡在固體條件下,一種組分(溶劑內(nèi)“溶解”了其他組分(溶質(zhì)而形成的單一、均勻的晶體固體。基本特征:在原子尺度上相互混合的;破壞主晶相原有的晶體結(jié)構(gòu),晶胞參數(shù)可能有少許改變,但基本上保持了主晶相的特性;存在固溶度;部分體系可任意互溶;在固溶度范圍之內(nèi),雜質(zhì)含量可以改變,固溶體的結(jié)構(gòu)不會(huì)變化,只有單相固溶體,當(dāng)超出固溶體極限后,存在第二相。形成:晶體生長(zhǎng)過程中溶液或熔體析晶;金屬冶煉;燒結(jié)。7按溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在溶劑晶格中的位置和溶質(zhì)在溶劑中溶解度對(duì)固溶體分類?答:按溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在溶劑晶格中的位置:置換型固溶體;間隙型固溶體。按溶質(zhì)在溶劑中溶解度:連續(xù)固溶體;有限固溶體。

7、8形成連續(xù)固溶體條件:具有相同的晶體結(jié)構(gòu)(不是充分條件。第四章金屬材料1.金屬鍵特點(diǎn):無方向性,飽和性,離域性極為顯著。2金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu):立方體心,立方面心,密排立方。3,根據(jù)凝聚狀態(tài),無機(jī)非金屬材料可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。4.按能帶中填充電子情況和禁帶寬度不同,可把物質(zhì)分為導(dǎo)體,半導(dǎo)體和絕緣體。5.用能帶理論解釋導(dǎo)體,半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電情況。計(jì)算面心立方和體心立方堆積系數(shù)。體心立方的堆積系數(shù)計(jì)算:面心立方堆積系數(shù)計(jì)算:6.直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體?答:直接帶隙半導(dǎo)體:是導(dǎo)帶最小值(導(dǎo)帶底和滿帶最大值在k空間中同一位置。電子要躍遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴(形成半滿能帶只需要吸收能

8、量。間接帶隙半導(dǎo)體:導(dǎo)帶最小值(導(dǎo)帶底和滿帶最大值在k空間中不同位置。形成半滿能帶不只需要吸收能量,還要改變動(dòng)量。7.超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)者:卡末林昂尼斯(Kamerlingh Onnes,18531926,荷蘭物理學(xué)家。8.超導(dǎo)態(tài)的兩大基本特征:零電阻現(xiàn)象;完全抗磁性。9.按成分對(duì)超導(dǎo)材料進(jìn)行分類?答:元素超導(dǎo)體,合金和化合物超導(dǎo)體,有機(jī)高分子超導(dǎo)體。第五章功能高分子材料1.幾個(gè)重要事件:高分子概念提出者:德國(guó)人Staudinger。硫化橡膠的發(fā)明者:Goodyear(美國(guó)。尼龍66的發(fā)明者:Carothes2.高分子鏈按幾何形狀分類:答:線型分子鏈;支鏈型分子鏈;體型分子鏈。3.區(qū)別高性能高分子材料

9、和功能高分子材料。答:功能高分子材料是指當(dāng)有外部刺激時(shí),能通過化學(xué)或物理的方法作出響應(yīng)的高分子材料;而高性能高分子材料指的是對(duì)外力特別強(qiáng)的抵抗能力的高分子材料。4.離子交換樹脂結(jié)構(gòu)和組成?(參考答:離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀高分子材料,其包括高分子骨架和離子交換基團(tuán)。5.離子交換樹脂的種類,舉例?答:按交換基團(tuán)的性質(zhì):陽(yáng)離子交換樹脂(強(qiáng)酸型:RSO3H;中酸型:RPO(OH2;弱酸型:RCOOH。陰離子交換樹脂(強(qiáng)堿型:R3NCl;弱堿型:RNH3。按樹脂的物理結(jié)構(gòu):凝膠型;大孔型;載體型。6了解近三年物理,化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)情況。答:物理:2007年:法國(guó)科學(xué)家艾爾伯?費(fèi)爾和德國(guó)

10、科學(xué)家皮特?克魯伯格,表彰他們發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)。2008年:日本科學(xué)家南部陽(yáng)一郎(Yoichiro Nambu,表彰他發(fā)現(xiàn)了亞原子物理的對(duì)稱性自發(fā)破缺機(jī)制。日本物理學(xué)家小林誠(chéng)(Makoto Kobayashi,益川敏英(Toshihide Maskawa提出了對(duì)稱性破壞的物理機(jī)制,并成功預(yù)言了自然界至少三類夸克的存在。2009年:英國(guó)籍華裔物理學(xué)家高錕因?yàn)椤霸诠鈱W(xué)通信領(lǐng)域中光的傳輸?shù)拈_創(chuàng)性成就”而獲獎(jiǎng);美國(guó)物理學(xué)家韋拉德?博伊爾(Willard S.Boyle和喬治?史密斯(George E.Smith因“發(fā)明了成像半導(dǎo)體電路電荷藕合器件圖像傳感器CCD”獲此殊榮。2010年:英國(guó)曼徹斯

11、特大學(xué)科學(xué)家安德烈?蓋姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫因在二維空間材料石墨烯的突破性實(shí)驗(yàn)獲獎(jiǎng)。化學(xué):2007:諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)科學(xué)家格哈德?埃特爾,以表彰他在“固體表面化學(xué)過程”研究中作出的貢獻(xiàn),他獲得的獎(jiǎng)金額將達(dá)1000萬瑞典克朗(約合154萬美元。2008:美國(guó)Woods Hole海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的下村修(Osamu Shimomura、哥倫比亞大學(xué)的Martin Chalfie和加州大學(xué)圣地亞哥分校的錢永健(Roger Yonchien Tsien因發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白(GFP而獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)。2009:美國(guó)生物學(xué)家Venkatraman Ramakrishnan(文卡特拉曼?拉馬克里希南、

12、美國(guó)科學(xué)家Thomas A. Steitz(托馬斯?施泰茨和以色列女生物學(xué)家Ada E. Yonath(阿達(dá)?約納特因在核糖體結(jié)構(gòu)和功能研究中的貢獻(xiàn)共同獲該獎(jiǎng)。2010:美國(guó)科學(xué)家理查德??？?Richard F, Heck、伊智根岸(Ei-ichi Negishi和日本科學(xué)家鈴木彰(Akira Suzuki因在有機(jī)合成領(lǐng)域中鈀催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)方面的卓越研究獲獎(jiǎng)。鈀催化的交叉偶聯(lián)是今天的化學(xué)家所擁有的最為先進(jìn)的工具。這種化學(xué)工具極大地提高了化學(xué)家們創(chuàng)造先進(jìn)化學(xué)物質(zhì)的可能性,例如,創(chuàng)造和自然本身一樣復(fù)雜程度的碳基分子。碳基(有機(jī)化學(xué)是生命的基礎(chǔ),它是無數(shù)令人驚嘆的自然現(xiàn)象的原因:花朵的顏色、蛇的

13、毒性、諸如青霉素這樣的能殺死細(xì)菌的物質(zhì)。有機(jī)化學(xué)使人們能夠模仿大自然的化學(xué),利用碳能力來為能發(fā)揮作用的分子提供一個(gè)穩(wěn)定的框架,這使人類獲得了新的藥物和諸如塑料這樣的革命性材料。這一成果廣泛應(yīng)用于制藥、電子工業(yè)和先進(jìn)材料等領(lǐng)域,可以使人類造出復(fù)雜的有機(jī)分子。7論述納米材料基礎(chǔ)特征(效應(yīng)。答:(1小尺寸效應(yīng):指由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化。對(duì)超微顆粒而言,尺寸變小,同時(shí)其比表面積亦顯著增加,從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì):特殊的光學(xué)性質(zhì);特殊的熱學(xué)性質(zhì);特殊的磁學(xué)性質(zhì);特殊的力學(xué)性質(zhì)超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。(2表面效應(yīng):納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。(3納米材料的量子尺寸效應(yīng):納米粒子的尺寸下降到某一值時(shí),金屬粒子費(fèi)米面附近電子能級(jí)由