材料的制備與技術(shù)題庫(kù)1、為什么成型技術(shù)是復(fù)合材料研發(fā)的重要內(nèi)容？答：復(fù)合材料是由有機(jī)高分子，無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料，他既保留原組成材料的重要特色，又通過材料設(shè)計(jì)使各組分的性能互相補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能。但復(fù)合材料的最終性能與效益不僅取決于基體和增強(qiáng)材料，還取決于其加工工藝。簡(jiǎn)述樹脂傳遞模塑（RTM）工藝的工藝概要以及工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。答：工藝概要：1.增強(qiáng)體置于上下模之間；2.合模并將模具夾緊；3.壓力注射樹脂;4.固化后打開模具，取下產(chǎn)品。要求:樹脂要充滿模腔。注射壓力0.4-0.5MPa。優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)體含量高勞動(dòng)強(qiáng)度低成型周期較短不需要制造預(yù)浸料產(chǎn)品大型化缺點(diǎn)：不易制作小產(chǎn)品模具復(fù)雜且成本高1、請(qǐng)描述含能材料的種類并給出各自代表性化合物的分子結(jié)構(gòu)。答：根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可劃分為：1） 含-no2或-ono2的化合物：例如C6H3（NO2）3，HNO3等2） 含-N=N-或-N=N=N-的疊氮化合物，如：Pb（N3）2,CH3N3.等3） 含-NX2（X指鹵素），如：4） 含-C=N-結(jié)構(gòu)的化合物，如Hg（ONC）2,HONC5） 含-OClO2和-OC1O3的氯酸類，如：KC1O3,KClO4,NH4C1O46） 過氧化合物-O-O-,-O-O-O-，如H2O27） 炔基化合物：2、請(qǐng)給出含能分子carbonyldiazide分解為3N2和CO的示意圖。1、 什么是二維晶體材料？以一個(gè)例子說明二維晶體材料與塊體材料相比有什么特殊性質(zhì)？答：二維晶體材料是由幾層單原子層堆疊而成的納米厚度的平面晶體材料。特殊性質(zhì)：溶漲穩(wěn)定且可逆。2、 如何獲得二維晶體材料及其有什么用途？答：干法：等離子體化學(xué)氣相沉積法，濺射法，熱分解化學(xué)氣相沉積法，真空沉積法，準(zhǔn)分子脈沖激光沉積法；濕法：溶膠-凝膠法，計(jì)量棒涂布法，凹版印刷法，逆轉(zhuǎn)輥涂布法，浸漬法，旋涂法。功能薄膜材料：防紫外薄膜，近紅外屏蔽薄膜，熱屏蔽薄膜，消反射薄膜，等離子電視消反射/紅外屏蔽薄膜，抗污薄膜，防靜電薄膜，抗菌薄膜，光催化，光電變色薄膜，絕緣薄膜，1、請(qǐng)舉例說明現(xiàn)有哪些方法可以合成有機(jī)/無機(jī)雜化聚合物材料？答：1）溶膠-凝膠方法：包括兩個(gè)步驟：（1）烷氧基金屬（或元素）化合物［M（OR）2,M=Si、Ti、Zr、A1、Mo、V、W、Ce等］的水解過程；（2）水解后的羥基化合物的縮合（縮聚）過程。通過溶膠-凝膠過程形成溶劑溶脹的分枝狀三維無機(jī)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過干燥、陳化得到無機(jī)氧化物。2） 單體聚合方法，包括兩個(gè)步驟：（1）將單體分散在多孔二氧化硅基質(zhì)上；（2）進(jìn)行單體聚合。如:將多孔結(jié)構(gòu)的SiO2干凝膠浸入單體甲基丙烯酸甲酯（MMA）中，使單體在無機(jī)網(wǎng)絡(luò)中聚合。聚合完成后，除去外表面包著的聚合物即可得到雜化聚合物材料3） 以弱相互作用結(jié)合的雜化聚合物材料，帶有羰基、羥基等可與Si02網(wǎng)絡(luò)上末反應(yīng)的Si-OH間形成氫鍵的基團(tuán)的聚合物常被選為有機(jī)相：如聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、雙酚A型聚碳酸酯、聚乙烯基惡唑琳等4） 以共價(jià)鍵結(jié)合的雜化聚合物材料：使高分子鏈上帶有可參與水解、縮合過程的基團(tuán)（如三烷氧基硅基-Si（OR）3；），通過這些功能性官能團(tuán)與無機(jī)前驅(qū)體（如Si（OR）4等）一起水解縮合，就可形成有機(jī)聚合物與無機(jī)相間以共價(jià)鍵結(jié)合的雜化聚合物材料。5） SIATRP以及SIRAFT，可以在金，鈦，F(xiàn)e3O4，聚合物微球，SiO2的表面引發(fā)單體聚合。2、請(qǐng)舉例說明納米材料在哪些應(yīng)用方面可以發(fā)揮其特有的性能？至少列舉5種不同的應(yīng)用實(shí)例。納米材料指的是顆粒尺寸為1-100nm顆粒組成的新型材料。由于它的尺寸小，比表面積大及量子尺寸效應(yīng)，它具有常規(guī)粗晶體不具備的特殊性能如下：答1）.表面效應(yīng)2）.小尺寸效應(yīng)3）.量子尺寸效應(yīng)4）.宏觀量子隧道效應(yīng)納米顆粒型材料：光電子材料、電池電極材料、太陽能電池材料、高效催化劑、納米固體材料：納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料納米膜材料：納米薄膜是指尺寸在納米量級(jí)的晶粒（或顆粒）構(gòu)成的薄膜以及每層厚度在納米量級(jí)的單層或多層膜。納米磁性液體材料：磁性液體是由超細(xì)微粒包覆一層常見的有機(jī)表面活性劑，高度分散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。它可以在外磁場(chǎng)作用下整體地運(yùn)動(dòng)，因此具有其它液體所沒有的磁控特性。碳納米管。在電子方面，利用碳納米管奇異的電學(xué)性能，可將其應(yīng)用于超級(jí)電器、場(chǎng)發(fā)射平板顯示器、晶體管集成電路等領(lǐng)域。在材料方面，可將其應(yīng)用于金屬、水泥、塑料、纖維等諸多復(fù)合材料領(lǐng)域。它是迄今為止最好的貯氫材料，并可作為多類反應(yīng)的催化劑的優(yōu)良載體。在軍事方面，可利用它對(duì)波的吸收、折射率高的特點(diǎn)，作為隱身材料廣泛應(yīng)用于隱形飛機(jī)和超音速飛機(jī)。在航天領(lǐng)域，利用其良好的熱學(xué)性能，添加到火箭的固體燃料中，從而使燃燒效率更高。1、 什么是物質(zhì)的第四態(tài)？請(qǐng)例舉4種屬于第四態(tài)的物質(zhì)。什么是液晶？按照分子排列的形式和有序性，其可以分為哪四類？答：通常把物固液氣稱為物質(zhì)常見的三種狀態(tài)，而把性質(zhì)區(qū)別于上述狀態(tài)的不同于常規(guī)氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的獨(dú)立的物質(zhì)狀態(tài)稱為第四態(tài)，如等離子體，超臨界流體，塑晶，液晶，黑洞，超導(dǎo)體，超固態(tài)。液晶是介于晶態(tài)和液態(tài)之間的介晶相態(tài)，既具有晶體的有序性又具有液體的連續(xù)性和流動(dòng)性，其分子排列的有序度介于無序的液體和有序的晶體之間。可分為向列相，近晶相，膽甾相，柱狀相。2、 請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹側(cè)鏈型液晶設(shè)計(jì)中的Finkleman去偶合原理。請(qǐng)介紹甲殼型液晶的設(shè)計(jì)原理。請(qǐng)例舉3種表征液晶相結(jié)構(gòu)的方法。答：高分子主鏈和液晶基元之間必須具有一定數(shù)目的柔性間隔基，以盡量減少主鏈的分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)鏈的液晶基元排列的影響。甲殼型液晶指:高分子主鏈和龐大的液晶基元之間以極短柔性間隔基或直接相連，以龐大的側(cè)基迫使主鏈以伸直鏈或螺旋鏈構(gòu)型存在，從而使整個(gè)分子形狀類似剛棒分子。偏光顯微鏡方法，示差掃描量熱法，X光衍射方法。1、請(qǐng)列舉出已知的清潔能源器件，并簡(jiǎn)述其中一個(gè)器件的工作原理答：太陽能電池，空氣電池，鋰電池，燃料電池。鋰離子電池工作原理：充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入道到的鋰離子越多充電容量越高。正極：LiCoO2=LiCoO2+xLi++xe負(fù)極：6C+xLi+=LixC6電池：6C+LiCoO2=LixC6+LiCoO2簡(jiǎn)述聚合物電解質(zhì)與液體電解質(zhì)在電池應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)答：聚合物電解質(zhì)：優(yōu)點(diǎn)：1.安全性能好2.厚度小，能做得更薄3.重量輕4.容量大5.內(nèi)阻小6.形狀可定制7.放電特性佳8.保護(hù)板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：和鋰離子電池相比能量密度和循環(huán)次數(shù)都有下降。制造昂貴。沒有標(biāo)準(zhǔn)外形，大多數(shù)電池為高容量消費(fèi)市場(chǎng)而制造。和普通鋰離子電池相比，價(jià)格、能量比較高；液體電解質(zhì)：優(yōu)點(diǎn)：鋰離子電池電解液一般使用有機(jī)溶劑，其具有能量密度高、輸出電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)：然而使用液體電解質(zhì)時(shí)，首次充電會(huì)在碳電極表面形成鈍化膜（SEI膜），會(huì)增大電阻，同時(shí)在電壓滯后，當(dāng)電池被濫用，內(nèi)部短路或過熱時(shí)，很容易將有機(jī)液體引燃，導(dǎo)致電池起火爆炸。1、 MOF-74是一例經(jīng)典的金屬有機(jī)框架材料（Metal-OrganicFramework）o以下三個(gè)問題均基于此材料。（1）簡(jiǎn)要介紹此材料的命名歷程、基本組成、和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（2）列舉2015-2016年間，在知名化學(xué)或材料期刊上有關(guān)MOF-74材料功能化研究的實(shí)例報(bào)道，不少于兩例（明確闡明該材料的后處理方式以及在新功能方面所起的關(guān)鍵作用，即MOF-74材料與其新功能之間的必然聯(lián)系）；（3）結(jié)合自己所在課題組的研究方向，給出一個(gè)能把MOF-74材料結(jié)合進(jìn)去的合理設(shè)想。2、 ZIF-8是一例經(jīng)典的金屬咪唑類分子篩材料（ZeoliticImidazolateFramework），也屬于一類金屬有機(jī)框架材料（Metal-OrganicFramework）o以下三個(gè)問題均基于此材料。（1）簡(jiǎn)要介紹此材料的命名歷程、基本組成、和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（2）列舉2015-2016年間，在知名化學(xué)或材料期刊上有關(guān)ZIF-8材料功能化研究的實(shí)例報(bào)道，不少于兩例（明確闡明該材料的后處理方式以及在新功能方面所起的關(guān)鍵作用，即ZIF-8材料與其新功能之間的必然聯(lián)系）；（3）結(jié)合自己所在課題組的研究方向，給出一個(gè)能把ZIF-8材料結(jié)合進(jìn)去的合理設(shè)想。1、 簡(jiǎn)述：半導(dǎo)體材料的基本特征；光生電子和空穴行為。2、 論述：選擇你熟悉的一種半導(dǎo)體材料，介紹其制備工藝以及性能評(píng)價(jià)。1、 請(qǐng)論述納米材料應(yīng)用于傳感器所產(chǎn)生的效益2、 利用納米材料進(jìn)行表面功能化，會(huì)給電化學(xué)電極/電化學(xué)傳感器/生物傳感器的性能帶來哪些優(yōu)勢(shì)答：納米材料具有表面效應(yīng)，體積效應(yīng)，和介電限域效應(yīng)等不同于塊體材料和原子或分子的介觀性質(zhì)，加之具有導(dǎo)電性和完整的表面結(jié)構(gòu)，可以作為優(yōu)良的電極材料，納米顆粒尺寸很小，具有體積效應(yīng)，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與內(nèi)部不同，導(dǎo)致其表面活性位置增加，可用作催化劑，具有很高的活性和選擇性，當(dāng)利用納米材料對(duì)電極進(jìn)行修飾時(shí)，除了可將材料本身的物化特性引入電極界面外，同時(shí)也會(huì)擁有納米材料的大比表面積，粒子表面帶來較多功能基團(tuán)等特性，從而對(duì)某些物質(zhì)的電化學(xué)行為產(chǎn)生特有的催化效應(yīng)，另外，還可降低過電位，提高電化學(xué)反應(yīng)的速率，電極的選擇性，電極的靈敏度，測(cè)定多種具有電活性和非電活性的樣品等。納米材料在化學(xué)與生物傳感器中所起的作用主要有如下五個(gè)方面：1）固定生物分子，2）電化學(xué)反應(yīng)的催化作用，3）電子傳遞的增強(qiáng)作用，4）生物分子的標(biāo)記，5）直接作為試劑參與反應(yīng)。納米材料在