2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的制備及應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一種方法不屬于典型的物理共混制備復(fù)合材料的方式？A.溶劑共混法B.熔融共混法C.原位聚合法D.噴霧干燥法2.在聚合物/無機(jī)納米粒子復(fù)合體系中，提高無機(jī)填料分散性的主要目的是？A.增加復(fù)合材料的理論密度B.減少界面接觸面積，降低界面結(jié)合強(qiáng)度C.防止納米粒子團(tuán)聚，形成均勻的分散結(jié)構(gòu)D.提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性3.溶膠-凝膠法常用于制備玻璃陶瓷或無機(jī)-有機(jī)雜化材料，其核心步驟通常不包括？A.溶劑蒸發(fā)B.預(yù)聚體形成C.晶體生長(zhǎng)D.燒結(jié)致密化4.水熱/溶劑熱法在制備有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料時(shí)的主要優(yōu)勢(shì)之一是？A.可在高溫高壓下進(jìn)行，有利于形成特殊晶相B.能有效溶解所有有機(jī)和無機(jī)組分C.制備過程無需添加任何溶劑或介質(zhì)D.特別適用于制備導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料5.X射線衍射（XRD）技術(shù)主要用于分析復(fù)合材料中的？A.熱穩(wěn)定性B.微觀形貌和元素分布C.晶相結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度D.力學(xué)性能和彈性模量6.有機(jī)-無機(jī)雜化材料的“雜化”通常指的是？A.有機(jī)和無機(jī)組分在宏觀尺度上的物理混合B.有機(jī)單體和無機(jī)組分在分子或納米尺度上的相互滲透、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)C.復(fù)合材料中有機(jī)組分的含量遠(yuǎn)高于無機(jī)組分D.復(fù)合材料具有多種不同的微觀結(jié)構(gòu)7.下列哪種復(fù)合材料通常表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和抗沖擊性？A.有機(jī)聚合物/無機(jī)納米粒子復(fù)合材料B.無機(jī)陶瓷/有機(jī)聚合物復(fù)合材料C.碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料D.氧化硅/聚乙烯醇復(fù)合材料8.在有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料中，界面結(jié)合強(qiáng)度對(duì)材料的哪種性能影響最為顯著？A.介電性能B.熱導(dǎo)率C.力學(xué)性能（尤其是韌性）D.光學(xué)透明度9.被廣泛應(yīng)用于制備耐高溫、耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料是？A.聚丙烯/玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料B.聚乙烯/納米二氧化硅復(fù)合材料C.聚酰亞胺/碳化硅陶瓷復(fù)合材料D.聚氨酯/纖維素復(fù)合材料10.將納米粒子分散到聚合物基體中制備復(fù)合材料，其主要挑戰(zhàn)之一是？A.難以實(shí)現(xiàn)納米粒子的均勻分散B.納米粒子的成本過高C.復(fù)合材料的加工性能變差D.復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性降低二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在題橫線上）1.有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的性能不僅取決于有機(jī)相和無機(jī)組分的各自性質(zhì)，更受到______、______以及組分間相互作用的影響。2.影響聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)性能的關(guān)鍵因素包括基體性質(zhì)、填料性質(zhì)、填料含量、填料______和______。3.原位聚合法是指在復(fù)合材料制備過程中，單體直接在______或______中聚合，形成與基體相互結(jié)合的有機(jī)相。4.界面是復(fù)合材料中有機(jī)相和無機(jī)組分相互接觸和作用的區(qū)域，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)復(fù)合材料的______和______具有決定性作用。5.水熱法通常指在______和______條件下，利用水作為溶劑或介質(zhì)進(jìn)行材料合成或化學(xué)反應(yīng)的方法。6.用于表征復(fù)合材料微觀形貌和元素分布的常用技術(shù)有______和______。7.根據(jù)有機(jī)相和無機(jī)組分在復(fù)合材料中的主要作用，可分為增強(qiáng)型復(fù)合材料和______型復(fù)合材料。8.提高有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料性能的常用策略包括優(yōu)化填料種類和粒徑、改善填料______、調(diào)控______。9.具有導(dǎo)電性的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料在______、______等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。10.評(píng)價(jià)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的常用方法包括______和______。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.納米復(fù)合效應(yīng)2.界面相容性3.溶膠-凝膠法4.水熱合成5.有機(jī)-無機(jī)雜化材料四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共10分）1.簡(jiǎn)述原位聚合法制備有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)。2.簡(jiǎn)述改善有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的常用方法。五、論述題（每小題10分，共20分）1.論述填料的種類、含量和分散狀態(tài)對(duì)聚合物基有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。2.選擇一種你熟悉的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，論述其制備方法、主要性能特點(diǎn)及其典型應(yīng)用領(lǐng)域。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.A5.C6.B7.C8.C9.C10.A二、填空題1.界面結(jié)構(gòu)，組分間的相互作用2.分散狀態(tài)，界面結(jié)合強(qiáng)度3.基體，填料表面4.力學(xué)性能，熱性能5.高溫，高壓6.透射電子顯微鏡，掃描電子顯微鏡7.功能型8.分散狀態(tài)，界面結(jié)構(gòu)9.傳感器，電磁屏蔽10.熱重分析，差示掃描量熱法三、名詞解釋1.納米復(fù)合效應(yīng)：指當(dāng)納米尺寸的無機(jī)組分（通常1-100nm）分散在聚合物基體中時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出比微米級(jí)填料或常規(guī)復(fù)合材料更優(yōu)異的性能（如力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、阻隔性等）的現(xiàn)象。2.界面相容性：指有機(jī)相和無機(jī)組分在復(fù)合材料界面處相互作用的程度，良好的界面相容性意味著兩者之間能形成較強(qiáng)的物理或化學(xué)鍵合，有利于應(yīng)力傳遞和性能提升。3.溶膠-凝膠法：一種在溶液中進(jìn)行的前驅(qū)體化學(xué)反應(yīng)方法，通過水解和縮聚反應(yīng)形成溶膠（粘稠的膠體溶液），再通過陳化、凝膠化形成凝膠，最后經(jīng)干燥和燒結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)材料或復(fù)合材料。常用于制備玻璃、陶瓷和雜化材料。4.水熱合成：指在高溫（通常>100°C）和高壓（相當(dāng)于飽和水蒸氣壓）條件下，利用水作為溶劑或介質(zhì)進(jìn)行材料合成或化學(xué)反應(yīng)的方法。可以促進(jìn)難熔化合物的合成、晶型控制以及納米材料的制備。5.有機(jī)-無機(jī)雜化材料：指同時(shí)包含有機(jī)分子鏈（或聚合物基體）和無機(jī)組分（如無機(jī)納米粒子、無機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等），并且有機(jī)相和無機(jī)組分在分子或納米尺度上相互滲透、形成相互連接或網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。四、簡(jiǎn)答題1.原位聚合法的優(yōu)點(diǎn)包括：①界面結(jié)合好：有機(jī)相和無機(jī)組分在聚合過程中同時(shí)形成或生長(zhǎng)，界面結(jié)合緊密，性能優(yōu)異；②填料分散均勻：填料可以分散在單體中，隨聚合物鏈的增長(zhǎng)被包覆或均勻分散；③形態(tài)可控：可以精確控制填料在基體中的形態(tài)和尺寸；④新型功能材料：易于制備具有特殊結(jié)構(gòu)或功能的新型復(fù)合材料。2.改善有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的常用方法包括：①表面處理：對(duì)無機(jī)填料進(jìn)行表面改性，如硅烷偶聯(lián)劑處理，可以引入有機(jī)官能團(tuán)，增強(qiáng)與有機(jī)基體的化學(xué)鍵合；②選擇合適的溶劑或基體：選擇能與填料和基體均相相容的溶劑或基體體系；③調(diào)控填料表面能：通過物理或化學(xué)方法改變填料表面能，促進(jìn)其與基體的相互吸附；④優(yōu)化工藝條件：如控制加入順序、反應(yīng)溫度和時(shí)間等，有利于形成良好的界面結(jié)構(gòu)。五、論述題1.填料的種類、含量和分散狀態(tài)對(duì)聚合物基有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料力學(xué)性能有顯著影響。*填料種類：不同類型的填料（如剛性填料SiO?、納米填料CNTs/MWNTs、纖維填料碳纖維等）具有不同的模量、強(qiáng)度和形狀，對(duì)基體的增強(qiáng)機(jī)制也不同。剛性填料主要提供模量和剛性，納米填料因量子尺寸效應(yīng)和巨大的比表面積，能顯著提高強(qiáng)度、模量和韌性，甚至導(dǎo)電性；纖維填料則主要提供高強(qiáng)度的抗拉性能。*填料含量：一般來說，在一定范圍內(nèi)，隨著填料含量的增加，復(fù)合材料的模量和強(qiáng)度會(huì)提高。但超過一定閾值后，過多的填料可能導(dǎo)致團(tuán)聚嚴(yán)重、基體過度應(yīng)力集中或加工困難，反而使性能下降。存在一個(gè)最佳的填料含量范圍，能實(shí)現(xiàn)性能的最大提升。*填料分散狀態(tài)：這是影響性能最關(guān)鍵的因素之一。均勻、分散良好的填料分布可以形成有效的應(yīng)力傳遞網(wǎng)絡(luò)，無論在彈性變形階段還是塑性變形階段，都能有效承擔(dān)載荷。若填料發(fā)生團(tuán)聚，則團(tuán)聚體內(nèi)部結(jié)合較弱，應(yīng)力難以有效傳遞，同時(shí)團(tuán)聚體周圍基體會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致復(fù)合材料性能（尤其是韌性）顯著下降。因此，獲得納米級(jí)、均勻分散的填料是提高復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)鍵。綜上，選擇合適的填料種類，控制適宜的填料含量，并采用有效的分散手段獲得均勻的填料分散狀態(tài)，是優(yōu)化聚合物基有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料力學(xué)性能的核心策略。2.選擇：聚丙烯/納米碳酸鈣復(fù)合材料。*制備方法：常用的制備方法有熔融共混法。將聚丙烯（PP）樹脂在熔融狀態(tài)下，通過雙螺桿擠出機(jī)或密煉機(jī)，與適量的納米碳酸鈣（CaCO?）填料進(jìn)行混合、捏合、分散，最終通過造粒得到復(fù)合材料粒子。也可以采用溶液共混法或熔融插層法，后者旨在使納米鈣carbonate插入PP基體鏈段之間，形成插層結(jié)構(gòu)。*主要性能特點(diǎn)：*提高剛性：納米碳酸鈣是剛性填料，其加入顯著提高了PP的拉伸模量，使其更加剛硬。*改善耐熱性：填料的加入和可能的界面作用可以提高PP的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和熱變形溫度（HDT）。*降低成本：納米碳酸鈣價(jià)格低廉，大量使用可以降低復(fù)合材料的成本。*機(jī)械性能提升有限：雖然模量提高，但納米碳酸鈣與PP的界面結(jié)合一般不強(qiáng)，且PP是韌性材料，因此拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提升有限，甚至可能因分散不佳而下降。*尺寸穩(wěn)定性：可能因填料吸濕或分布不均導(dǎo)致尺寸穩(wěn)定性變差。*光學(xué)性能：白色填料會(huì)降低材