材料化學(xué)作業(yè)題答案

1、材料化學(xué)作業(yè)第一章1、晶體的一般特點(diǎn)是什么點(diǎn)陣和晶體的結(jié)構(gòu)有何關(guān)系晶態(tài)固體具有長(zhǎng)程有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),即其中組成單元是處于一定格式空間排列的狀態(tài).1、晶體的周期性：晶體是一種內(nèi)部粒子或粒子集團(tuán)在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列而成的固體.結(jié)構(gòu)基元和大小方向?yàn)槎€(gè)要素.2、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣：將晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)結(jié)構(gòu)基元抽象成一個(gè)點(diǎn),將這些點(diǎn)根據(jù)周期性重復(fù)的方式排列,就可構(gòu)成點(diǎn)陣.2、什么是同質(zhì)多品什么是類質(zhì)同品一些組成固定的化合物,由于其內(nèi)部微?？梢砸圆煌姆绞蕉逊e,因而產(chǎn)生不同種類的晶體,我們把這種同一化合組成存在兩種或兩種以上晶體結(jié)構(gòu)形式的現(xiàn)象為同質(zhì)多品現(xiàn)象.同種化合物的不同晶型,在其物理、化學(xué)性質(zhì)上可

2、能差異很大,如金剛石與3、產(chǎn)生晶體缺陷的原因是什么晶體缺陷對(duì)晶體的物理化學(xué)性質(zhì)的影響如何(1)實(shí)際晶體中的微粒數(shù)量是有限的；(2)晶體中所有的微粒并非處在晶格中相應(yīng)位置靜止不動(dòng),而是在其平衡位置附近不停的振動(dòng)；(3)實(shí)際晶體中多少存在一定的缺陷.這些缺陷是指偏離理想的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)情況.晶體的結(jié)構(gòu)缺陷包括點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷等情況.在實(shí)際晶體中缺陷和畸變的存在使正常的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)受到了一定程度的破壞或擾亂,對(duì)晶體的生長(zhǎng),晶體的力學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能和光學(xué)性能等到都有很大的影響,在生產(chǎn)和科研中非常重要,是固體物理、固體化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的重要內(nèi)容.第二章1、晶體的結(jié)構(gòu)特性是什么這些特性是

3、什么原因引起的答1、晶體的均勻性、2、晶體的各向異性、3、晶體的自范性、4、晶體的熔點(diǎn)、5、晶體的對(duì)稱性.晶態(tài)物質(zhì)有別于氣體、液體的最典型特征是具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),正是由于本身結(jié)構(gòu)的特殊性,使晶體呈現(xiàn)出與其它物質(zhì)完全不同的特殊性質(zhì).2、簡(jiǎn)述產(chǎn)生非整比化合物的原因,當(dāng)二元氧化物AB中某原子被氧化,那么此原子的組成系數(shù)將向什么方向變化當(dāng)晶體中出現(xiàn)空位或填隙原子,從而使化合物的成份偏離整數(shù)比,這在晶體中是很普遍的現(xiàn)象.有這種現(xiàn)象的晶體被稱為非整比化合物,即晶體的組成中各類原子的相對(duì)數(shù)目不能用幾個(gè)小整數(shù)比表示的化合物.當(dāng)某二元氧化物被氧化后,氧的相對(duì)含量增加,化學(xué)式從MO變?yōu)镸isQo3、按光的透射原理,試

4、分析在一定條件下,膽備相液晶是否能透光由于膽備相液晶為層狀螺旋排列的液晶材料,因此,垂直于液晶分子的層面方面不透光,但平等于層面方面可透光.但透光性不如向列型.4、試說明玻璃與陶瓷的異同.玻璃與陶瓷都是真實(shí)的固體,其內(nèi)部的原子都處于完全確定的平衡位置附近,并在平衡位置周圍作振動(dòng)運(yùn)動(dòng).它們都具有固體的根本屬性,即宏觀表現(xiàn)為連續(xù)剛體,不流動(dòng)并有確定的形狀,具有彈性硬度,可對(duì)抗切應(yīng)力等性質(zhì).玻璃是高溫下熔融,熔融體在冷卻過程中黏度逐漸增大、不析晶、室溫下保持熔體結(jié)構(gòu)的非晶固體.陶瓷是指通過燒結(jié)包含有玻璃相和結(jié)晶相的特征的無機(jī)材料.陶瓷在燒結(jié)過程中,局部熔融成玻璃態(tài),通過玻璃態(tài)物質(zhì)將微小的石英和其他氧

5、化物晶體實(shí)現(xiàn)包裹結(jié)合而形成.兩者最大的區(qū)別在透光性,玻璃與陶瓷等到多晶材料或孚晶等晶體不同,玻璃中不存在晶?；蚓Ы缇哂型腹庑?而陶瓷中因晶粒的反射和折射影響,不具有透光性.5、某種非氧化硅系列的玻璃質(zhì)材料,在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的存放后,透明性降低的原因是什么由于玻璃材料是內(nèi)能較高的狀態(tài),具有向能量低的方向轉(zhuǎn)化的趨勢(shì).當(dāng)玻璃質(zhì)材料長(zhǎng)時(shí)間存放后,內(nèi)部局部析晶,從而對(duì)光產(chǎn)生折射和反射,使透明度降低.6、當(dāng)原子的配位數(shù)到達(dá)最大值12時(shí),這12個(gè)配位原子所構(gòu)成的凸多面體的面數(shù)為14,那么它有多少個(gè)棱F+V=E+2F=14,V=12.所以：E=24,有24個(gè)棱.7、某大晶體在110晶面的衍射峰半高寬為0.45Q

6、衍射角為8.7q今制備的該晶體粉未的110晶面的半高寬為0.92Q試求110晶面的厚度.(X射線的波長(zhǎng)為154pm)D=K入/(BB0)cos90.91540.92-0.45cos8.7180138.60.470.017450.9907=17058pm二17nm第三章1、指出A1型和A3型密堆積結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣形式與晶胞中球的數(shù)目.A1型最密堆積的點(diǎn)陣形式是立方面心結(jié)構(gòu),在晶胞中原子的數(shù)目為4個(gè),其中八個(gè)頂點(diǎn)原子,每個(gè)頂點(diǎn)八個(gè)晶胞共用,在本晶胞中計(jì)一個(gè)原子.六個(gè)面心原子,兩個(gè)晶胞共用一個(gè)晶面,共三個(gè)原子.A3型最密堆積結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣形式是六方結(jié)構(gòu),晶胞中的原子數(shù)為2個(gè),其中晶胞內(nèi)部一個(gè),八個(gè)頂點(diǎn)原子,計(jì)

7、一個(gè)原子在晶胞中.共二個(gè)原子.2、計(jì)算A2、A3型密堆積結(jié)構(gòu)中圓球的空間占有率.圖中的六方晶體中,含三個(gè)晶胞,六個(gè)原子,其中底面的六邊形的邊長(zhǎng)為兩個(gè)原子的半徑之和.設(shè)原子半徑為r其底面積為6X長(zhǎng)為2r的正三角形面積63r2六梭柱的高為：4r,6/3三個(gè)晶胞的體積：18r3六個(gè)原子所占體積：8冗r3由此得出,該晶胞的空間占有率為74.05%同樣,可心計(jì)算出A2晶胞的空間占有率為68.02%,其中立方體的對(duì)角線為四個(gè)原子半徑長(zhǎng)度.3、用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體.對(duì)一個(gè)固體材料,當(dāng)其所擁有的最高占有能帶沒有充滿時(shí),稱其為導(dǎo)帶；具有導(dǎo)帶的固體材料為導(dǎo)體,止匕外,當(dāng)擁有的能帶只有滿帶和

8、空帶,且禁帶寬度小于3eV的材料也具有導(dǎo)電性,也是導(dǎo)體材料.當(dāng)禁帶寬度在35eV之間的材料,稱為半導(dǎo)體材料,禁帶寬度大于5eV的材料稱為絕緣體.4、單質(zhì)Mn有一種同素異型體為立方結(jié)構(gòu),其晶胞參數(shù)為635pm,密度p=7.26gcm-3,原子半徑r=112pm,計(jì)算晶胞中有幾個(gè)原子,其空間占有率為多少對(duì)此立方結(jié)構(gòu)晶體,具晶胞的體積為2.56X022cm3該晶胞的質(zhì)量為：1.86X1021g每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為20個(gè),原子占有的體積為1.17X022cm3空間占有率為46.09%5、金屬化合物物相與金屬固溶體物相不何不同試從結(jié)構(gòu)特征、組成特征和性能特征說明.金屬固溶體就是兩種或多種金屬或金屬化合物

9、相互溶解組成的均勻物相,其組分的比例可以改變,但不能破壞它的均勻性.當(dāng)合金組分的原子半徑、元素電負(fù)性和價(jià)電子層結(jié)構(gòu)以及單質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式間差異增大時(shí),金屬合金傾向于生成金屬化合物.金屬化合物有兩種主要形式,即正常價(jià)化合物和電子化合物.金屬化合物的特征為：金屬化合物的結(jié)構(gòu)形式一般不同于純組分獨(dú)立存在時(shí)的結(jié)構(gòu)；第四章1、如何正確理解離子半徑的概念,離子半徑是不是常數(shù)它與哪些因素有關(guān)反映離子大小的一個(gè)物理量.離子可近似視為球體,離子半徑的導(dǎo)出以正、負(fù)離子半徑之和等于離子鍵鍵長(zhǎng)這一原理為根底,從大量X射線晶體結(jié)構(gòu)分析實(shí)測(cè)鍵長(zhǎng)值中推引出離子半徑.離子半徑的大小主要取決于離子所帶電荷和離子本身的電子分布,但還

10、要受離子化合物結(jié)構(gòu)型式如配位數(shù)等的影響,離子半徑一般以配位數(shù)為6的氯化鈉型晶體為基準(zhǔn),配位數(shù)為8時(shí),半徑值約增加3%;配位數(shù)為4時(shí),半徑值下降約5%.負(fù)離子半徑一般較大,約為1.32.5埃；正離子半徑較小,約為0.11.7埃.根據(jù)正、負(fù)離子半徑值可導(dǎo)出正、負(fù)離子的半徑和及半徑比,這是說明離子化合物性能和結(jié)構(gòu)型式的兩項(xiàng)重要因素.2、對(duì)一金屬原子,它的原子半徑、共價(jià)半徑、離子半徑及vandewaals半徑的相對(duì)大小關(guān)系是什么各類半徑從大到小的次序?yàn)椋簐andewaals半徑、原子半徑、共價(jià)半徑、陽離子半徑.如該金屬原子可形成陰離子,那么該陰離子半徑大于原子半徑.3、羥基苯甲酸亦稱水楊酸,以氫鍵解釋

11、它們的鄰、間、對(duì)位異構(gòu)體中哪個(gè)熔點(diǎn)最低.在鄰位羥基苯甲酸中,可形成分子內(nèi)氫由于氫It具有飽和性,因此分子之間不易形成有較強(qiáng)吸引作用的分子間氫分子之間的相互作用力較其它兩種異構(gòu)體弱,熔點(diǎn)最低.4、試用熱化學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算KCl晶體的晶格能物理量/H生成/H升華1K/Hci分解Eci(親和)/kJ/mol-43584418243-368由玻恩哈伯循環(huán)法U=,rHm=-,Hm生成-,Hm升華+Ik+1/2,HmCl2分解+Eci親和=435+84+418+1/2X243-368=670.5kJ/mol第五章1、一聚合物樣品的元素分析結(jié)果為n(C):n(H):n(O)=2:4:1,試分析可能是什么聚合物聚環(huán)

12、氧乙烷或聚乙烯醇2、聚甲基丙烯酸甲酯與聚丙烯酸甲酯哪一個(gè)較為柔順高分子材料的柔順性與其支鏈的長(zhǎng)度和大小有關(guān),支鏈的越長(zhǎng)、越大,那么柔順性越差.因甲基聚丙烯酸甲酯的支鏈長(zhǎng)、體積大,其柔順性差.3、舉例說出分子問力主要是：A:色散力；B:偶竭力；C:氫鍵的聚合物名稱.A:色散力為主的聚合物材料主要有聚乙烯、聚丙烯等非極性或弱極性的聚合物材料.B:偶竭力為主要分子間作用力的聚合物材料主要有分子內(nèi)有強(qiáng)極性的聚合物材料,如含氯、氟的聚合物材料；C:氫鍵力為主的聚合物材料的分子中含有可形成氫的OH、NH3基團(tuán)的高分子材料,如酚醛樹脂、聚乙烯醇等.4、非晶態(tài)聚合物在不同溫度下的力學(xué)狀態(tài)有何特點(diǎn)非晶態(tài)聚合物分

13、子在不同溫度下的力學(xué)狀態(tài)及微觀運(yùn)動(dòng)特征的宏觀表現(xiàn)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)當(dāng)TTg時(shí),整個(gè)大分子失去柔順性,聚合物的力學(xué)性質(zhì)和玻璃態(tài)物質(zhì)相似.因此稱為玻璃態(tài).高聚物呈玻璃態(tài)的最高溫度稱為玻璃化溫度.在TgTTf時(shí),聚合物成為流動(dòng)的黏綢液體,粘流態(tài)高聚物在外力作用下,大分子鏈之間發(fā)生相對(duì)動(dòng)而產(chǎn)生不可逆永久變形,當(dāng)外力去除后,形變不能回復(fù).5、簡(jiǎn)要說明逐步聚合反響的特征.逐步聚合反響通常是由單體所帶的兩種不同的官能團(tuán)之間發(fā)生化學(xué)反響而進(jìn)行的.逐步聚合反響的特點(diǎn)：(1)逐步聚合反響是由假設(shè)干個(gè)聚合反響構(gòu)成的,是逐步進(jìn)行的,反響可以停在某一階段上,可得到中間產(chǎn)物；(2)縮聚產(chǎn)物鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與單體的不完

14、全相同；(3)在縮聚過程中,總有小分子副產(chǎn)物析出；(4)相對(duì)分子質(zhì)量隨轉(zhuǎn)化率增高而逐步增大,只有較高轉(zhuǎn)化率時(shí)才能生成高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物,這是逐步聚合反響區(qū)別小分子縮合反響的一個(gè)重要特征.6、導(dǎo)電高分子一般具有何種結(jié)構(gòu)它有什么特點(diǎn)導(dǎo)電高分子材料分子內(nèi)部必須具備長(zhǎng)程共腕的主鏈,所以又稱為共腕聚合物.共腕冗鍵成鍵和反鍵能帶之間的能隙較小(1.5ev3.0ev),接近于普通無機(jī)半導(dǎo)體的能隙,所以共腕聚合物大多具有半導(dǎo)體的特性.共腕聚合物容易被氧化或復(fù)原而實(shí)現(xiàn)所謂“摻雜,使其電導(dǎo)率增加假設(shè)干個(gè)數(shù)量級(jí),接近于金屬的電導(dǎo)率.7、醫(yī)用高分子材料的要求是什么生物醫(yī)用高分子材料有何特殊性醫(yī)用高分子材料的要求：

15、耐生物老化；物理和力學(xué)性能好；材料價(jià)格適當(dāng),易于加工成型,便于消毒滅菌；生物相容性好.生物醫(yī)用高分子材料有何特殊性生物相容性是生物體與醫(yī)用材料相互作用的情況,主要是指血液相容性、組織相應(yīng)性及醫(yī)用高分子材料的生物降解吸收性.1 .納米材料的根本含義是什么簡(jiǎn)述納米材料所外表出的新特性.納米的根本含義是什么：納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)10-9米的超細(xì)材料.它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般為10100nm.它包括體積分?jǐn)?shù)近似相等的兩個(gè)局部：一是直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的粒子二是粒子間的界面.前者具有長(zhǎng)程序的晶狀結(jié)構(gòu),后者是既沒有長(zhǎng)程序也沒有短程序的無序結(jié)構(gòu).簡(jiǎn)述納米材料所外表出的新特性：1

16、、小尺寸效應(yīng)：2、外表效應(yīng)3、宏觀量子隧道效應(yīng)2 .量子尺寸效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)從概念上有何不同舉說明例兩種效應(yīng)所導(dǎo)致的結(jié)果.量子尺寸效應(yīng)-是指當(dāng)粒子尺寸下降到某一數(shù)值時(shí),費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)或者能隙變寬的現(xiàn)象.當(dāng)能級(jí)的變化程度大于熱能、光能、電磁能的變化時(shí),導(dǎo)致了納米微粒磁、光、聲、熱、電及超導(dǎo)特性與常規(guī)材料有顯著的不同.小尺寸效應(yīng)Smallsizeeffect,當(dāng)顆粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí),晶體周期性的邊界條件將被破壞,非晶態(tài)納米粒子的顆粒外表層附近的原子密度減少,導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的物

17、理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng).對(duì)超微顆粒而言,尺寸變小,同時(shí)其比外表積亦顯著增加,從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì).3 .說明溶膠-凝膠法的原理及根本步驟.易于水解的金屬化合物無機(jī)鹽或金屬醇鹽在某種溶劑中與水發(fā)生反響,經(jīng)過水解與縮聚過程逐漸凝膠化,再經(jīng)枯燥燒結(jié)等后處理得到所需材料,根本反響有水解反響和聚合反響.4 .說明掃描隧道顯微鏡STM和原子力顯微鏡AFM的根本原理.STM的根本原理是量子隧道效應(yīng).在經(jīng)典力學(xué)中,當(dāng)勢(shì)壘的高度比粒子的能量大時(shí),粒子是無法越過勢(shì)壘的.然而,根據(jù)量子力學(xué)的原理,此時(shí)粒子穿過勢(shì)壘出現(xiàn)在勢(shì)壘另一側(cè)的概率并不為零.這種現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng).AFM是基于原子間力的理論.它是利用一

18、個(gè)對(duì)力敏感的探針探測(cè)針尖與樣品之間的相互作用力來實(shí)現(xiàn)成像的.5.碳納米管的制備方法主要有哪幾種1、火花法這種方法是將兩根石墨棒連接到電源,棒端間距為數(shù)毫米.當(dāng)接通電路,石墨棒之間產(chǎn)生100A的電弧,使石墨氣化成為等離子體,其中一些以碳納米管的形式重新凝聚,按質(zhì)量計(jì)算,一般產(chǎn)率按質(zhì)量計(jì)約為30%.2、熱氣法將一塊基板在加熱爐里加熱至600C,然后慢慢充入甲烷一類的含碳?xì)怏w.氣體分解時(shí)產(chǎn)生自由的碳原子,碳原子重新結(jié)合可能形成碳納米管.3、激光轟擊法用脈沖激光代替電加熱使碳?xì)饣?得到了碳納米管.第七章1.什么是紅外輻射材料什么是透紅外材料它們各自有什么特點(diǎn)在外加能量的作用下,能輻射紅外線的材料,紅外

19、輻射材料可分為熱型、發(fā)光型和熱發(fā)光混合型三類.紅外加熱技術(shù)主要采用熱型紅外輻射材料.透紅外材料指的是對(duì)紅外線透過率高的材料.對(duì)透紅外材料的要求,紅外光譜透過率要高,透過的短波限要低,透過的頻帶要寬.1.什么是發(fā)光材料發(fā)光機(jī)理是什么發(fā)光是一種物體把吸收的能量,不經(jīng)過熱的階段,直接轉(zhuǎn)換為特征輻射的現(xiàn)象.發(fā)光機(jī)理：發(fā)光材料的發(fā)光中央受激后,激發(fā)和發(fā)射過程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個(gè)別的發(fā)光中央內(nèi)部的發(fā)光就叫做分立中央發(fā)光.它是單分子過程.2復(fù)合發(fā)光：發(fā)光材料受激發(fā)時(shí)別離出一對(duì)帶異號(hào)電荷的粒子,一般為正離子和電子,這兩種粒子在復(fù)合時(shí)便發(fā)光,即復(fù)合發(fā)光.1.半導(dǎo)體有幾種分類方法,它們大致的分類引起結(jié)果是什么按成

20、分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體.元素半導(dǎo)體又可分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體.化合物半導(dǎo)體又可分為合金、化合物、陶瓷和有機(jī)高分子四種半導(dǎo)體.按摻雜原子的價(jià)電子數(shù)可分為施主型和受主型,前者摻雜原子的價(jià)電子多于純?cè)氐膬r(jià)電子,后者正好相反.按晶態(tài)分為結(jié)晶、微晶和非晶半導(dǎo)體.止匕外,還有按半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和電子躍遷狀態(tài)來分類的.1.超導(dǎo)體有哪些物理性質(zhì)有哪些臨界參數(shù)它們有什么內(nèi)在聯(lián)系零電阻現(xiàn)象：超導(dǎo)體零電阻是指當(dāng)溫度降至某一數(shù)值Tc或以下時(shí),其電阻忽然變?yōu)榱?完全抗磁性：在到達(dá)臨界溫度Tc以下時(shí),超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線一下子被排斥出去；或者先把超導(dǎo)體冷卻至Tc以下,再通以磁場(chǎng),這時(shí)磁通線也被排斥出去；超導(dǎo)體有三個(gè)根本的臨界參數(shù),即臨界溫度Tc,超導(dǎo)體從常導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度就叫做臨界溫度,以Tc表示；臨界磁場(chǎng)Hc,使超導(dǎo)態(tài)的物質(zhì)由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)態(tài)時(shí)所需的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度,叫做臨界磁場(chǎng),以Hc表示;臨界電流Ac,破壞超導(dǎo)電性所需的最小極限電流就是臨界電