2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)材料的表面功能化研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪種表面現(xiàn)象是由于固體表面對氣體或液體分子的吸附而引起的？A.毛細現(xiàn)象B.沸騰C.潤濕D.升華2.在化學(xué)氣相沉積（CVD）過程中，反應(yīng)物通常以氣體形式引入，并在基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉積物。哪種CVD方法通常能在較低溫度下進行，并沉積出較致密的薄膜？A.等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）B.低壓力化學(xué)氣相沉積（LPCVD）C.高溫化學(xué)氣相沉積D.物理氣相沉積（PVD）3.X射線光電子能譜（XPS）主要用于分析材料表面的什么信息？A.元素組成和化學(xué)態(tài)B.微觀結(jié)構(gòu)C.空間分布D.熱穩(wěn)定性4.為了提高金屬基材表面的耐腐蝕性能，常采用化學(xué)蝕刻后再進行表面處理的方法。下列哪種處理方法通常用于在金屬表面形成一層致密的、惰性的氧化物保護層？A.電鍍B.化學(xué)鍍C.表面鈍化D.離子注入5.超疏水表面具有極高的接觸角和極低的滾動角，其主要原理是表面具有：A.高表面能B.高表面吸附能力C.微納結(jié)構(gòu)特征和低表面能涂層D.強大的表面化學(xué)反應(yīng)活性6.在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于制造人工關(guān)節(jié)的材料表面需要進行改性，以提高其生物相容性和耐磨性。下列哪種技術(shù)常被用來在生物相容性基材表面接枝生物活性分子（如膠原蛋白）？A.濺射沉積B.偶聯(lián)劑法C.原位聚合法D.等離子體表面處理7.涂料的成膜過程可以看作是一種什么類型的表面現(xiàn)象？A.吸附B.分解C.結(jié)晶D.沉淀8.分子篩材料具有均勻的孔道結(jié)構(gòu)，常被用作吸附劑或催化劑。其分離性能主要依賴于：A.表面能的大小B.表面化學(xué)反應(yīng)活性C.孔徑大小和分子形狀選擇性D.材料的導(dǎo)電性9.等離子體處理是一種常用的表面改性方法，它可以在材料表面引入什么？A.金屬離子B.化學(xué)鍵C.微納結(jié)構(gòu)D.以上都是10.導(dǎo)電聚合物涂層被應(yīng)用于抗靜電表面和傳感器。提高其導(dǎo)電性的主要途徑之一是：A.降低表面能B.增加表面粗糙度C.引入導(dǎo)電填料或進行摻雜D.增強表面吸附二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.固體表面層中原子或分子的能量狀態(tài)通常稱為________能，它一般低于體相內(nèi)部的能量。2.表面吉布斯自由能是衡量固體表面________性好壞的物理量。3.在溶膠-凝膠法中，前驅(qū)體溶液通過________或________的方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀薄膜。4.為了提高無機材料表面的有機相容性，常使用________來作為連接層。5.具有“荷葉效應(yīng)”的超疏水表面，其接觸角通常大于________度。6.X射線衍射（XRD）主要用于分析材料的________結(jié)構(gòu)。7.在半導(dǎo)體器件制造中，鈍化層的作用是保護有源區(qū)，防止其被________或________。8.表面改性可以通過改變材料的________、________等性質(zhì)來賦予其新的功能。9.利用等離子體中的高能粒子轟擊材料表面，可以改變其表面成分或結(jié)構(gòu)，這種方法稱為________。10.分子印跡技術(shù)可以制備具有特定識別位點的表面，其原理是利用模板分子與功能單體在________作用下形成印跡位點。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述物理吸附和化學(xué)吸附的主要區(qū)別。2.簡述表面改性技術(shù)在提高材料耐磨性方面的主要途徑。3.簡述選擇化學(xué)氣相沉積（CVD）方法時需要考慮的主要因素。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述表面分析技術(shù)在化學(xué)材料的表面功能化研究中的重要性。2.結(jié)合具體實例，論述一種你熟悉的表面改性方法及其在至少兩個不同領(lǐng)域的應(yīng)用。五、實驗設(shè)計題（15分）設(shè)計一個實驗方案，用于研究某種有機聚合物薄膜的表面親水性改性方法。要求：說明選用的改性方法、所需的實驗試劑和儀器設(shè)備、主要實驗步驟以及如何表征改性前后薄膜表面性質(zhì)的變化。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.C5.C6.C7.A8.C9.D10.C二、填空題1.表面2.自由能3.水解；縮聚4.偶聯(lián)劑5.1506.結(jié)晶7.氧化；污染8.表面能；表面形貌9.等離子體刻蝕10.催化劑三、簡答題1.解析思路：區(qū)分吸附本質(zhì)和特點。物理吸附是分子間范德華力作用，特點是無選擇性、可逆、吸附熱較小、多分子層?；瘜W(xué)吸附是化學(xué)鍵作用，特點是有選擇性、不可逆（或難可逆）、吸附熱較大、單分子層。答案要點：物理吸附通過范德華力，無選擇性，可逆，熱效應(yīng)小，可多層；化學(xué)吸附通過化學(xué)鍵，有選擇性，不可逆或難可逆，熱效應(yīng)大，單分子層。2.解析思路：考慮提高耐磨性的方法。可以增強表面硬度，增加表面粗糙度以提供“微犁削”阻力，或者改善表面與摩擦對的相互作用（如形成潤滑膜）。表面改性手段應(yīng)圍繞這些思路展開。答案要點：提高表面硬度（如涂層、離子注入）；增加表面粗糙度；形成自潤滑層（如鍍潤滑層、表面接枝高分子）。3.解析思路：考慮選擇CVD方法的關(guān)鍵因素。主要包括基材材質(zhì)和溫度適應(yīng)性、期望沉積薄膜的成分和性質(zhì)、沉積速率要求、設(shè)備成本和復(fù)雜度、對環(huán)境的影響等。答案要點：基材的化學(xué)性質(zhì)與溫度適應(yīng)性；期望產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)和性能；沉積速率要求；設(shè)備成本與環(huán)境友好性。四、論述題1.解析思路：強調(diào)表面分析對于理解改性機制和評價改性效果的作用。從成分、結(jié)構(gòu)、形貌、化學(xué)狀態(tài)等角度說明分析技術(shù)如何幫助選擇改性方法、控制工藝參數(shù)、驗證改性結(jié)果。答案要點：表面分析可確定表面元素組成及化學(xué)態(tài)（XPS）；分析表面微觀結(jié)構(gòu)（SEM/TEM）；評價表面形貌和粗糙度；判斷改性層與基體的結(jié)合力；研究表面吸附和化學(xué)反應(yīng)。這些信息對于理解改性機理、優(yōu)化工藝、評估改性效果至關(guān)重要。2.解析思路：選擇一種具體方法（如CVD、溶膠-凝膠、等離子體處理等）和兩個不同應(yīng)用領(lǐng)域。詳細描述方法的原理、步驟，并具體說明在每個領(lǐng)域中如何解決實際問題或獲得特定性能。答案要點：示例（選擇CVD）：原理是氣相化學(xué)反應(yīng)在基材表面沉積薄膜。應(yīng)用1：在半導(dǎo)體工業(yè)中，用PECVD沉積SiN?鈍化層，提高器件穩(wěn)定性和壽命。應(yīng)用2：用CVD沉積TiN硬質(zhì)涂層，用于工具或模具表面，提高耐磨性和耐腐蝕性。五、實驗設(shè)計題解析思路：設(shè)計一個完整的實驗流程。方法選擇：常用親水改性方法如接枝水解、氧化、等離子體處理等。試劑設(shè)備：根據(jù)所選方法準備，如水解需酸堿、UV固化需光源等。步驟：包括清洗、改性處理、清洗干燥。表征：使用接觸角測量儀測親水性（接觸角減?。?，使用XPS或ATR-FTIR分析表面元素組成和官能團變化。答案要點：方法：選