材料化學(xué)作業(yè)題答案

材料化學(xué)作業(yè)第一章晶體的一般特點(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)基元和大小方向為二個要素。2、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣：將晶體結(jié)構(gòu)中的每個結(jié)構(gòu)基元抽象成一個點(diǎn)，將這些點(diǎn)按照周期性重復(fù)的方式排列，就可構(gòu)成點(diǎn)陣。什么是同質(zhì)多晶？什么是類質(zhì)同晶？一些組成固定的化合物，由于其內(nèi)部微粒可以以不同的方式堆積，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)多晶現(xiàn)象。同種化合物的不同晶型，在其物理、化學(xué)性質(zhì)上可能差別很大，如金剛石與石墨。產(chǎn)生晶體缺陷的原因是什么？晶體缺陷對晶體的物理化學(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，而是在其平衡位置附近不停的振動；（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，對晶體的生長，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，則此原子的組成系數(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數(shù)目不能用幾個小整數(shù)比表示的化合物。當(dāng)某二元氧化物被氧化后，氧的相對含量增加，化學(xué)式從MO變?yōu)镸1－δO。３、按光的透射原理，試分析在一定條件下，膽甾相液晶是否能透光？由于膽甾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運(yùn)動。它們都具有固體的基本屬性，即宏觀表現(xiàn)為連續(xù)剛體，不流動并有確定的形狀，具有彈性硬度，可反抗切應(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，部分熔融成玻璃態(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?qū)\晶等晶體不同，玻璃中不存在晶粒或晶界具有透光性，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)過較長時間的存放后，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。當(dāng)玻璃質(zhì)材料長時間存放后，內(nèi)部部分析晶，從而對光產(chǎn)生折射和反射，使透明度降低。６、當(dāng)原子的配位數(shù)達(dá)到最大值12時，這12個配位原子所構(gòu)成的凸多面體的面數(shù)為14，則它有多少個棱？Ｆ＋Ｖ＝Ｅ＋２F＝14，V＝12。所以：E＝24，有24個棱。7、某大晶體在110晶面的衍射峰半高寬為0.45o，衍射角為8.7o。今制備的該晶體粉未的110晶面的半高寬為0.92o，試求110晶面的厚度。（X射線的波長為154pm）D＝Kλ/（B－B0）cosθ＝＝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，其中八個頂點(diǎn)原子，每個頂點(diǎn)八個晶胞共用，在本晶胞中計一個原子。六個面心原子，兩個晶胞共用一個晶面，共三個原子。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，其中晶胞內(nèi)部一個，八個頂點(diǎn)原子，計一個原子在晶胞中。共二個原子。2、計算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，含三個晶胞，六個原子，其中底面的六邊形的邊長為兩個原子的半徑之和。設(shè)原子半徑為r其底面積為6×邊長為2r的正三角形面積63r2六梭柱的高為：：4r√6/3三個晶胞的體積：18r3六個原子所占體積：8πr3由此得出，該晶胞的空間占有率為74.05%同樣，可心計算出A2晶胞的空間占有率為68.02%。其中立方體的對角線為四個原子半徑長度。3、用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。對一個固體材料，當(dāng)其所擁有的最高占有能帶沒有充滿時，稱其為導(dǎo)帶；具有導(dǎo)帶的固體材料為導(dǎo)體，此外，當(dāng)擁有的能帶只有滿帶和空帶，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3－5eV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ρ＝7.26g·cm-3,原子半徑r＝112pm，計算晶胞中有幾個原子，其空間占有率為多少？對此立方結(jié)構(gòu)晶體，其晶胞的體積為2.56×10―22cm3該晶胞的質(zhì)量為：1.86×10―21g每個晶胞中的原子數(shù)為20個，原子占有的體積為1.17×10―22cm3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)性和價電子層結(jié)構(gòu)以及單質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式間差別增大時，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這一原理為基礎(chǔ)，從大量X射線晶體結(jié)構(gòu)分析實(shí)測鍵長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，半徑值約增加3%；配位數(shù)為4時，半徑值下降約5%。負(fù)離子半徑一般較大，約為1.3～2.5埃；正離子半徑較小，約為0.1～1.7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，這是闡明離子化合物性能和結(jié)構(gòu)型式的兩項重要因素。2、對一金屬原子，它的原子半徑、共價半徑、離子半徑及vandewaals半徑的相對大小關(guān)系是什么？各類半徑從大到小的次序為：vandewaals半徑、原子半徑、共價半徑、陽離子半徑。如該金屬原子可形成陰離子，則該陰離子半徑大于原子半徑。3、羥基苯甲酸亦稱水楊酸，以氫鍵解釋它們的鄰、間、對位異構(gòu)體中哪個熔點(diǎn)最低。在鄰位羥基苯甲酸中，可形成分子內(nèi)氫鍵，由于氫鍵具有飽和性，因此分子之間不易形成有較強(qiáng)吸引作用的分子間氫鍵，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)計算KCl晶體的晶格能。物理量⊿H生成⊿H升華IK⊿HCl分解ECl(親和)/kJ/mol-43584418243-368由玻恩－哈伯循環(huán)法U＝－⊿rHm=-[⊿Hm(生成)-(⊿Hm(升華)＋I(xiàn)K＋1/2⊿Hm(Cl2分解)＋ECl(親和))=435+(84+418+1/2×243-368)=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)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較為柔順？高分子材料的柔順性與其支鏈的長度和大小有關(guān)，支鏈的越長、越大，則柔順性越差。因甲基聚丙烯酸甲酯的支鏈長、體積大，其柔順性差。3、舉例說出分子間力主要是：A：色散力；B：偶極力；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：偶極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)極性鍵的聚合物材料，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鍵的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)聚合物分子在不同溫度下的力學(xué)狀態(tài)及微觀運(yùn)動特征的宏觀表現(xiàn)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。當(dāng)T<Tg時，整個大分子失去柔順性，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Tg<T<Tf時，高聚物分子的動能較大，當(dāng)施加外力時，高聚物會產(chǎn)生緩慢的形變，去除外力后高聚物又會地恢復(fù)原狀。當(dāng)T>Tf時，聚合物成為流動的黏綢液體，粘流態(tài)高聚物在外力作用下，大分子鏈之間發(fā)生相對動而產(chǎn)生不可逆永久變形，當(dāng)外力去除后，形變不能回復(fù)。5、簡要說明逐步聚合反應(yīng)的特征。逐步聚合反應(yīng)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)反應(yīng)而進(jìn)行的。逐步聚合反應(yīng)的特點(diǎn)：(1)逐步聚合反應(yīng)是由若干個聚合反應(yīng)構(gòu)成的，是逐步進(jìn)行的，反應(yīng)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)與單體的不完全相同；(3)在縮聚過程中，總有小分子副產(chǎn)物析出；(4)相對分子質(zhì)量隨轉(zhuǎn)化率增高而逐步增大，只有較高轉(zhuǎn)化率時才能生成高相對分子質(zhì)量的聚合物，這是逐步聚合反應(yīng)區(qū)別小分子縮合反應(yīng)的一個重要特征。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)部必須具備長程共軛的主鏈，所以又稱為共軛聚合物。共軛π鍵成鍵和反鍵能帶之間的能隙較小(1.5ev～3.0ev)，接近于普通無機(jī)半導(dǎo)體的能隙，所以共軛聚合物大多具有半導(dǎo)體的特性。共軛聚合物容易被氧化或還原而實(shí)現(xiàn)所謂“摻雜”，使其電導(dǎo)率增加若干個數(shù)量級，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：①耐生物老化；②物理和力學(xué)性能好；③材料價格適當(dāng)，易于加工成型，便于消毒滅菌；④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。第六章1.納米材料的基本含義是什么？簡述納米材料所表面出的新特性。納米的基本含義是什么：納米材料是指晶粒尺寸為納米級(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10~100nm。它包括體積分?jǐn)?shù)近似相等的兩個部分：一是直徑為幾個或幾十個納米的粒子二是粒子間的界面。前者具有長程序的晶狀結(jié)構(gòu)，后者是既沒有長程序也沒有短程序的無序結(jié)構(gòu)。

簡述納米材料所表面出的新特性：1、小尺寸效應(yīng)：2、表面效應(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，費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級或者能隙變寬的現(xiàn)象。當(dāng)能級的變化程度大于熱能、光能、電磁能的變化時，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、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米粒子的顆粒表面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)新的物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時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)。3.說明溶膠-凝膠法的原理及基本步驟。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)生反應(yīng)，經(jīng)過水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經(jīng)干燥燒結(jié)等后處理得到所需材料，基本反應(yīng)有水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)。4.說明掃描隧道顯微鏡STM和原子力顯微鏡AFM的基本原理。STM的基本原理是量子隧道效應(yīng)。在經(jīng)典力學(xué)中，當(dāng)勢壘的高度比粒子的能量大時，粒子是無法越過勢壘的。然而，根據(jù)量子力學(xué)的原理，此時粒子穿過勢壘出現(xiàn)在勢壘另一側(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。它是利用一個對力敏感的探針探測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)量計算，一般產(chǎn)率按質(zhì)量計約為30%。2、熱氣法將一塊基板在加熱爐里加熱至600℃，然后慢慢充入甲烷一類的含碳?xì)怏w。氣體分解時產(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紅外線透過率高的材料。對透紅外材料的要求，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)光中心受激后，激發(fā)和發(fā)射過程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光就叫做分立中心發(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)時分離出一對帶異號電荷的粒子，一般為正離子和電子，這兩種粒子在復(fù)合時便發(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。按摻雜原子的價電子數(shù)可分為施主型和受主型，前者摻雜原子的價電子多于純元素的價電子，后者正好相反。按晶態(tài)分為結(jié)晶、微晶和非晶半導(dǎo)體。此外，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，其電阻突然變?yōu)榱恪Ｍ耆勾判裕涸谶_(dá)到臨界溫度Tc以下時，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，這時磁通線也被排斥出去；超導(dǎo)體有三個基本的臨界參數(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)時所需的最小磁場強(qiáng)度，叫做臨界磁場，以Hc表示；臨界電流Ac，破壞超