新材料科學(xué)導(dǎo)論期末復(fù)習(xí)題(有答案版)

一、填空題：材料性質(zhì)的表述包括力學(xué)性能、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)分析、物理分析和譜學(xué)分析是材料成分分析的三種基本方法。材料的結(jié)構(gòu)包括鍵合結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)。材料科學(xué)與工程有四個(gè)基本要素，它們分別是：使用性能、材料的性質(zhì)、制備/加工和結(jié)構(gòu)/成分。按組成和結(jié)構(gòu)分，材料分為金屬材料，無機(jī)非金屬材料，高分子材料和復(fù)合材料。高分子材料分子量很大，是由許多相同的結(jié)構(gòu)單元組成，并以共價(jià)鍵的形式重復(fù)連接而成。復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。聚合物分子運(yùn)動具有多重性和明顯的松弛特性。功能復(fù)合材料是指除力學(xué)性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化學(xué)和生物性能的復(fù)合材料。如有光，電，熱，磁，阻尼，聲，摩擦等功能。材料的物理性質(zhì)表述為光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)。由于高分子是鏈狀結(jié)構(gòu)，所以把簡單重復(fù)（結(jié)構(gòu)）單元稱為鏈節(jié)，簡單重復(fù)（結(jié)構(gòu)）單元的個(gè)數(shù)稱為聚合度。對于脆性的高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)體與韌性基體復(fù)合時(shí)，兩相間若能得到適宜的結(jié)合而形成的復(fù)合材料，其性能顯示為增強(qiáng)體與基體的互補(bǔ)。（ppt-復(fù)合材料，15頁）影響儲氫材料吸氫能力的因素有：（1）活化處理；（2）耐久性（抗中毒性能）；（3）抗粉末化性能；（4）導(dǎo)熱性能；（5）滯后現(xiàn)象。典型熱處理工藝有淬火、退火、回火和正火。功能復(fù)合效應(yīng)是組元材料之間的協(xié)同作用與交互作用表現(xiàn)出的復(fù)合效應(yīng)。復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)線性效應(yīng)和非線性效應(yīng)，其中線性效應(yīng)包括加和效應(yīng)、平均效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)和相抵效應(yīng)。新材料發(fā)展的重點(diǎn)已經(jīng)從結(jié)構(gòu)材料轉(zhuǎn)向功能材料。功能高分子材料的制備一般是指通過物理的或化學(xué)的方法將功能基團(tuán)與聚合物骨架相結(jié)合的過程。功能高分子材料的制備主要有以下三種基本類型：功能小分子固定在骨架材料上；大分子材料的功能化；已有功能高分子材料的功能擴(kuò)展；材料的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為催化性能和抗腐蝕性。1977年，美國化學(xué)家MacDiarmid，物理學(xué)家Heeger和日本化學(xué)家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的導(dǎo)電特性，并因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎。陶瓷材料的韌性和塑性較低，這是陶瓷材料的最大弱點(diǎn)。第二部分名詞解釋高分子的柔順性高分子鏈能夠通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用改變其構(gòu)象的性能稱為高分子鏈的柔順性?？谷渥冃圆牧显诤愣☉?yīng)力（或者恒定載荷）下，抵抗形變的能力。功能陶瓷功能陶瓷是指那些利用電、磁、聲、光、熱、力等直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)某種使用功能的先進(jìn)陶瓷(現(xiàn)代陶瓷)。韌性指材料從塑性形變到斷裂全過程吸收能量的能力。聚合物的應(yīng)力松馳聚合物材料受外力迅速形變后，若長時(shí)間固定形變，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力減少的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由于材料的粘彈性導(dǎo)致的?？估瓘?qiáng)度材料承受拉伸載荷時(shí)，斷裂前單位面積上所承受的最大應(yīng)力。硬度材料在表面上的小體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高聚物分子鏈開始運(yùn)動或凍結(jié)的溫度。疲勞強(qiáng)度材料抵抗交變應(yīng)力作用下斷裂破壞的能力。乳液聚合單體在介質(zhì)中，由乳化劑分散成乳液狀態(tài)進(jìn)行的聚合。聚合物的粘彈性聚合物的形變與時(shí)間有關(guān)，但不成線性關(guān)系，兩者的關(guān)系介乎理想彈性體和理想粘性體之間的特性。（金屬）材料的“合金化”（個(gè)人訂正，見作業(yè)《金屬材料》）為了使鋼具有某種優(yōu)良的性能,可通過增加某些元素的含量來實(shí)現(xiàn),這些元素大多以鐵合金的形式加入到鋼液中,這個(gè)過程稱為合金化。（來源-中國知網(wǎng)）功能材料指除力學(xué)性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化學(xué)和生物性能的材料。復(fù)合材料由兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體材料叫做復(fù)合材料。材料組織（組織結(jié)構(gòu)）組成材料的不同物質(zhì)表示出的某種形態(tài)特征。高分子的高彈性這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復(fù)原狀的性能稱高彈性。高分子的玻璃態(tài)高分子的鏈段運(yùn)動被凍結(jié)，只有側(cè)基、鏈節(jié)、鏈長、鍵角等的局部運(yùn)動，具有虎克彈性形變的力學(xué)狀態(tài)。功能金屬材料（萬用性答法……）指除力學(xué)性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化學(xué)和生物性能的金屬材料。高分子合金高分子合金是由兩種或兩種以上高分子材料經(jīng)由物理或化學(xué)方法復(fù)合而成的復(fù)合體系。塑性外力作用下，材料發(fā)生不可逆的永久性變形而不破壞的能力。第三部分判斷題界面的特性對復(fù)合材料起著舉足輕重的作用。 T抗拉強(qiáng)度是材料承受拉伸載荷時(shí)，斷裂前單位面積上所承受的最大應(yīng)力。 T功能陶瓷指具有一定聲、光、電、磁、熱等物理、化學(xué)性能為特征的陶瓷材料。 T聚乙烯從是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的品種。 T陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強(qiáng)度，高溫抗蠕變能力強(qiáng)。 T硬度指材料在表面上的小體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。 T材料復(fù)合的過程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。 T高分子的重均分子量和數(shù)均分子量之比稱為多分散系數(shù)，用來表征分子量的分散程度。 T現(xiàn)代材料科學(xué)家對材料成分、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是由分析、檢測實(shí)現(xiàn)的。 T疲勞強(qiáng)度是材料抵抗交變應(yīng)力作用下斷裂破壞的能力。 T功能高分子和高性能高分子都屬于特種高分子材料的范疇。 T材料性質(zhì)是功能特性和效用的描述符，是材料對電、磁、光、熱、機(jī)械載荷的反應(yīng)。 T材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變保持直線關(guān)系，開始偏離直線時(shí)的應(yīng)力稱為彈性應(yīng)力。 F材料性能是隨著外因的變化而不斷變化，是個(gè)漸變過程，在這個(gè)過程中發(fā)生量變的積累，而性質(zhì)保持質(zhì)的相對穩(wěn)定性；當(dāng)量變達(dá)到一個(gè)“度”時(shí)，將發(fā)生質(zhì)變，材料的性質(zhì)發(fā)生根本的變化。 T高分子按結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成可分為碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機(jī)高分子、無機(jī)高分子。 T在材料使用性能（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)的同時(shí)，力求改變傳統(tǒng)的研究及設(shè)計(jì)路線，將材料性質(zhì)同時(shí)考慮進(jìn)去，采取并行設(shè)計(jì)的方法。(請百度) T測定高聚物分子量的方法有光散射法、端基分析法、氣相滲透法凝膠滲透色譜法、超速離心沉降平衡法等。 T韌性指材料從塑性變形到斷裂全過程中吸收的能量。 F纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的目標(biāo)是，提高基體在室溫和高溫下的強(qiáng)度和彈性模量。 T受熱后軟化，冷卻后又變硬，可重復(fù)循環(huán)的塑料稱為熱塑性塑料。 T第四部分簡答題與小分子比較，高分子有哪些特征？與小分子相比，高分子：1，分子量不確定，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；2，沒有固定熔點(diǎn)，只有一段寬的溫度范圍；3，分子間力很大，沒有沸點(diǎn)，加熱到2000C~3000C以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。聚合物常用的幾種統(tǒng)計(jì)平均分子量是什么？幾種分子量統(tǒng)計(jì)平均值之間的關(guān)系？多分散系數(shù)指什么？數(shù)均分子量、重均分子量、Ｚ均分子量、粘均分子量。；對單分散試樣有：。時(shí)，；時(shí)，。稱為多分散系數(shù)，用來表征（分子量）分散程度。高分子有哪三種力學(xué)狀態(tài)？各有什么特點(diǎn)？高分子有玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)。玻璃態(tài)鏈段運(yùn)動處于“凍結(jié)”狀態(tài)，模量高形變小。具有虎克彈性行為，質(zhì)硬而脆。高彈態(tài)鏈段運(yùn)動已充分發(fā)展。在較小應(yīng)力下，即可迅速發(fā)生很大的形變，除去外力后，形變可迅恢復(fù)。粘流態(tài)由于鏈段的劇烈運(yùn)動，整個(gè)大分子鏈重心發(fā)生相對位移，產(chǎn)生不可逆位移即粘性流動；交聯(lián)聚合物無粘流態(tài)存在簡述金屬功能材料的功能設(shè)計(jì)方法金屬功能材料的功能設(shè)計(jì)主要有以下兩個(gè)方面：尋找具有特定功能的金屬材料。利用各種金屬材料的特性，制備符合使用要求的合金。簡述聚合物溶劑選擇的原則極性相似原則、溶劑化原則、溶解度參數(shù)相近原則。簡述影響儲氫材料吸氫能力的因素影響儲氫材料吸氫能力的因素有：活化處理：如去除表面的氧化膜以及吸附的水以及氣體。耐久性（抗中毒性能）：儲氫材料能夠容忍的不純物質(zhì)（如水汽，氧氣等）的量?？狗勰┗阅埽褐覆牧系挚乖谖张c釋放氫氣產(chǎn)生反復(fù)膨脹與收縮所造成的粉末化的性能。導(dǎo)熱性能：（由于粉末化使導(dǎo)熱性能大幅下降，）材料能否將釋氫過程產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出的能力。滯后現(xiàn)象：儲氫材料的結(jié)合氫與環(huán)境游離氫之間的平衡關(guān)系。功能復(fù)合材料中的隱身材料按照電磁波吸收劑的使用，可分為涂料型和結(jié)構(gòu)型兩類，它們都是以樹脂為基體的復(fù)合材料。請簡述隱身材料的基本原理。隱身材料的基本原理降低目標(biāo)自身發(fā)出的或反射外來的信號強(qiáng)度；減小目標(biāo)與環(huán)境的信號反差，使其低于探測器的門檻值；使目標(biāo)與環(huán)境反差規(guī)律混亂，造成目標(biāo)幾何形狀識別上的困難。簡述自由基聚合反應(yīng)的特征可分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)——慢引發(fā)、快增長、速終止只有鏈增長反應(yīng)使聚合度增加，且不能停留在中間聚合階段單體濃度隨聚合時(shí)間逐步降低，聚合物濃度逐步提高少量阻聚劑（0.01～0.1%）足以使自由基聚合終止。簡述復(fù)合材料的發(fā)展趨勢由宏觀復(fù)合向微觀復(fù)合發(fā)展；向多元混雜復(fù)合和超混雜復(fù)合發(fā)展；由結(jié)構(gòu)復(fù)合為主向結(jié)構(gòu)復(fù)合與功能復(fù)合并重的方向發(fā)展；被動復(fù)合向主動復(fù)合材料發(fā)展；由常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生設(shè)計(jì)方向發(fā)展；什么是納米材料？簡述納米材料的主要制備技術(shù)。納米材料是指塊體中的顆?；蚍垠w粒度在1－100納米之間，使其性能發(fā)生突變的材料。制備方法包括：氣相冷凝法、球磨法、溶膠－凝膠法和非晶晶化法。陶瓷材料的力學(xué)性能有何特點(diǎn)并做出簡要的解釋硬度大陶瓷的硬度很高，多為1000Hv～1500Hv陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共價(jià)晶體中電子云的重疊程度高引起的。剛度大陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其化學(xué)鍵的鍵能。離子鍵和共價(jià)鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷材料的彈性模量要高于金屬材料。強(qiáng)度高陶瓷材料的強(qiáng)度取決于鍵的結(jié)合力，理論強(qiáng)度很高。但陶瓷中由于組織的不均勻性，內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷的存在，使得陶瓷材料的實(shí)際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低100多倍。陶瓷材料的強(qiáng)度也受晶粒大小的影響。晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高。塑性、韌性差陶瓷材料的塑性和韌性較低，這是陶瓷最大的弱點(diǎn)。陶瓷材料受到載荷時(shí)在不發(fā)生塑性變形的情況下，就發(fā)生斷裂。陶瓷內(nèi)部和表面所產(chǎn)生的微裂紋，由于裂紋尖端的應(yīng)力集中，內(nèi)部裂紋在受到外應(yīng)力時(shí)擴(kuò)展很快，這是導(dǎo)致陶瓷材料斷裂的根本原因。為什么會出現(xiàn)高分子鏈聚集態(tài)結(jié)構(gòu)？高分子鏈聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包含哪些內(nèi)容？（M記解析）由于高分子長鏈具有極高的自由度，加上鏈之間的次級鍵（分子間作用力）作用，使到無數(shù)長鏈高分子聚集成為高聚物時(shí)分子相互堆砌排列的相對穩(wěn)定狀態(tài)（在物理學(xué)中分子聚集狀態(tài)稱為凝聚態(tài)）。晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)以及織態(tài)結(jié)構(gòu)。什么是聚合物共混復(fù)合材料？其基本特征是什么？通過簡單的工藝過程把兩種或兩種以上的均聚物或共聚物或不同分子量、不同分子量分布的同種聚合物混合而成的聚合物材料，也稱聚合物合金?；咎卣鳎汗不焓峭ㄟ^物理的方法把不同性能的聚合物混合在一起工藝簡單，但共混時(shí)存在相容性問題，若兩種聚合物共混時(shí)相容性差，混合程度（相互的分散程度）很差，易出現(xiàn)宏觀的相分離，達(dá)不到共混的目的，無實(shí)用價(jià)值測定高聚物分子量的方法有哪些？有哪些途徑可以提高材料的剛性？光散射法、GPC法、端基分析法、溶液依數(shù)性法、滲透壓法、氣相滲透法、粘度法。在主鏈中引入不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)的芳環(huán)、芳雜環(huán)等環(huán)狀結(jié)構(gòu)或者有π鍵的共軛結(jié)構(gòu)，可提高分子鏈的剛性。側(cè)基的極性越大，極性基團(tuán)數(shù)目越多，相互作用越強(qiáng)，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難，也可提升剛性。氫鍵的影響比極性更顯著，可大大增加分子鏈的剛性。第五部分問答題高分子的溶解現(xiàn)象比小分子化合物復(fù)雜的多，具有哪些與小分子化合物不同的特性？與小分子相比，高分子：1，分子量不確定，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；2，沒有固定熔點(diǎn)，只有一段寬的溫度范圍；3，分子間力很大，沒有沸點(diǎn)，加熱到2000C~3000C以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。你認(rèn)為材料工作者需要具備什么樣的條件？你認(rèn)為哪些方面是新技術(shù)新材料的代表？在材料科學(xué)研究及工程化應(yīng)用中，材料人員應(yīng)具備這樣一種能力：能針對不同的使用環(huán)境，提取出關(guān)鍵的材料性質(zhì)并選擇優(yōu)良性能的材料。準(zhǔn)晶、納米材料和界面科學(xué)等是新的研究課題，都主要是圍繞成分與結(jié)構(gòu)展開的，向上追溯到材料的合成與加工，向下則牽聯(lián)到材料的特征性質(zhì)?？梢哉f，這些研究是新材料新技術(shù)的代表。與金屬材料和無機(jī)非金屬材料比較，高分子材料的組成和結(jié)構(gòu)有什么特征？組成上：高分子材料是以高分子化合物為主要組成部分的材料。高分子化合物是相對分子量很大的有機(jī)化合物。所以與金屬材料和無機(jī)非金屬材料相比高分子材料的相對分子質(zhì)量大得多。結(jié)構(gòu)上：高分子材料按其分子在空間的排列，可分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩類且往往是晶態(tài)和非晶態(tài)共存。而金屬材料的典型的晶體結(jié)構(gòu)有三種：面心立方結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。無機(jī)非金屬材料的基本相結(jié)構(gòu)是晶體相、玻璃相并存在一些氣相。三者差異較大。材料的四大要素是什么？敘述材料四大要素之間的關(guān)系。材料的四大要素是:成分結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)、合成加工、使用性能。其中性能是包括材料在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)特征的體現(xiàn)；性質(zhì)則是材料本身特征的體現(xiàn)。材料的成分結(jié)構(gòu)、合成加工決定了材料的性質(zhì)。在材料設(shè)計(jì)中首先應(yīng)該了解材料應(yīng)該具備什么樣的使用性能，這樣的使用性能決定材料應(yīng)該具備什么樣的基本性質(zhì)，然后，通過成分的設(shè)計(jì)，加工合成方法的選擇制備出具有這樣性質(zhì)和性能的材料。將低分子單體變?yōu)榫酆衔?，可通過哪些聚合機(jī)理合成？采用哪些聚合實(shí)施方法實(shí)現(xiàn)？為什么？按聚合機(jī)理和動力學(xué)過程，將聚合反應(yīng)分為連鎖聚合和逐步聚合兩大類。連鎖聚合:自由基、陽離子、陰離子、配位聚合；逐步聚合：縮合聚合和逐步加成聚合采用本體聚合、溶液聚合、乳液聚合、懸浮聚合等基本實(shí)施方法。聚合反應(yīng)有四種基本的實(shí)施方法，分別指什么，各有什么特點(diǎn)？本體聚合：不加任何其它介質(zhì),僅是單體在引發(fā)劑、熱、光或輻射源作用下引發(fā)的聚合反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：聚合物純凈，后處理簡單。缺點(diǎn):聚合熱不易擴(kuò)散,反應(yīng)溫度較難控制,易局部受熱,反應(yīng)不均勻,分子量分布寬,有氣泡,可能爆聚。溶液聚合：單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶劑中進(jìn)行的聚合反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn):體系粘度低,混合和傳熱容易,溫度易控制,較少凝膠效應(yīng)。缺點(diǎn):聚合速率低，設(shè)備利用率低，鏈轉(zhuǎn)移使分子量低，需溶劑回收。乳液聚合：借助機(jī)械攪拌和乳化劑的作用,使單體分散在水或非水介質(zhì)中形成穩(wěn)定的乳液(直徑1.5～5μm)而聚合的反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：（1）以水為分散介質(zhì)，粘度低，傳