2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學(xué)在材料表面和界面研究中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪個物理量是描述液體表面張力最直接的量度？(A)表面熱力學(xué)能(B)表面吉布斯自由能(C)表面張力(D)潤濕角2.當氣體分子在固體表面吸附時，若吸附力較弱，且吸附熱不隨吸附分子數(shù)變化，則此吸附最符合：(A)Langmuir吸附模型(B)Freundlich吸附模型(C)BET吸附模型(D)BET吸附模型3.楊氏方程（Young'sequation）主要用于描述：(A)液體內(nèi)部的粘度特性(B)固體表面的原子排列結(jié)構(gòu)(C)固液界面處力的平衡關(guān)系(D)氣體在固體表面的吸附熱4.下列哪種技術(shù)主要利用電子束與樣品相互作用產(chǎn)生信號來進行表面成分分析和形貌觀察？(A)X射線光電子能譜（XPS）(B)掃描隧道顯微鏡（STM）(C)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）(D)能量色散X射線光譜（EDS）5.在材料表面改性以提高其耐磨性方面，以下哪種方法通常能形成硬質(zhì)涂層？(A)等離子體處理(B)化學(xué)氣相沉積（CVD）(C)溶膠-凝膠法(D)噴涂6.液體在固體表面鋪展的前提條件是：(A)接觸角大于90度(B)接觸角小于90度(C)表面能越高越好(D)固體表面必須是親水的7.下列哪項不是典型的物理氣相沉積（PVD）技術(shù)？(A)濺射沉積(B)真空蒸發(fā)(C)化學(xué)氣相沉積（CVD）(D)離子鍍8.在研究納米材料的表面電子結(jié)構(gòu)時，常選用哪種譜學(xué)方法？(A)原子力顯微鏡（AFM）(B)X射線光電子能譜（XPS）(C)掃描電子顯微鏡（SEM）(D)紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）9.DLVO理論主要用來解釋：(A)固體表面潤濕性的變化規(guī)律(B)膠體顆粒在液體中的穩(wěn)定性(C)氣體在固體表面的吸附等溫線(D)表面活性劑在界面處的聚集行為10.下列哪種技術(shù)可以用來精確測量固體表面的化學(xué)組成和化學(xué)鍵信息？(A)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）(B)原子力顯微鏡（AFM）(C)掃描電子顯微鏡（SEM）(D)能量色散X射線光譜（EDS）二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.描述溶液表面張力的變化與表面下潛深度關(guān)系的理論是__________。2.在Langmuir吸附等溫式中，假設(shè)吸附劑表面均勻，吸附熱不隨吸附量變化，且吸附層為__________。3.衡量液體在固體表面潤濕性的宏觀參數(shù)是__________。4.利用探針針尖與樣品表面原子間范德華力變化來成像的顯微鏡是__________。5.能量色散X射線光譜（EDS）通常與__________結(jié)合使用，對樣品表面進行微區(qū)成分分析。6.通過等離子體轟擊材料表面，可以去除表面污染物或改變表面成分，該方法稱為__________。7.溶膠-凝膠法是一種常用的__________材料表面改性的濕化學(xué)方法。8.表面吉布斯自由能是單位表面積所具有的__________。9.影響膠體顆粒穩(wěn)定性的主要因素是顆粒間的__________和斥力。10.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）主要用于研究物質(zhì)表面的__________。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述物理吸附與化學(xué)吸附的主要區(qū)別。2.解釋什么是表面活性劑，并說明其在溶液表面和界面處的作用。3.簡述接觸角測量法測定表面能的基本原理。4.比較掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）在表面形貌觀察方面的主要區(qū)別。四、計算題（共10分）已知某固體表面通過接觸角測量法測得水的接觸角為60度，水的表面張力γ_LV=72mN/m。假設(shè)固-液-氣三相界面張力γ_SV=γ_SV。請根據(jù)楊氏方程計算該固體表面的固-氣界面張力γ_SV。（楊氏方程：cosθ=(γ_LV-γ_SV)/γ_SV）五、論述題（共15分）結(jié)合你所學(xué)的知識，論述表面改性技術(shù)在提高材料生物相容性方面的應(yīng)用原理、常用方法及其面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(A)3.(C)4.(B)5.(B)6.(B)7.(C)8.(B)9.(B)10.(A)二、填空題1.拉普拉斯方程2.單分子層3.接觸角4.原子力顯微鏡（AFM）5.掃描電子顯微鏡（SEM）6.等離子體刻蝕/處理7.功能化/涂層8.吉布斯自由能9.引力（或范德華力）10.化學(xué)鍵/官能團三、簡答題1.解析思路：區(qū)分吸附本質(zhì)、熱力性質(zhì)、吸附層結(jié)構(gòu)。*物理吸附：利用分子間范德華力吸附，無化學(xué)鍵生成；吸附熱較小（<40kJ/mol）；吸附層可以是多分子層；易解吸，不改變吸附劑化學(xué)性質(zhì)。*化學(xué)吸附：利用化學(xué)鍵力吸附，有化學(xué)鍵生成；吸附熱較大（>40kJ/mol）；通常為單分子層；難解吸，可能改變吸附劑化學(xué)性質(zhì)。2.解析思路：定義表面活性劑，闡述其在界面處的濃度變化和作用。*定義：表面活性劑是兩親分子，即分子中含有親水性的頭部和疏水性的尾部。*作用：當加入少量表面活性劑到液體中時，它會自發(fā)地遷移到液體的表面，降低表面張力。在界面處，表面活性劑分子會排列使疏水尾部朝向空氣，親水頭部朝向液體，從而降低界面自由能。當濃度超過臨界膠束濃度（CMC）時，表面活性劑分子在溶液中形成膠束。3.解析思路：結(jié)合楊氏方程和界面張力關(guān)系。*原理：根據(jù)楊氏方程cosθ=(γ_LV-γ_SV)/γ_SV，其中γ_LV為液-氣界面張力（已知，如水），γ_SV為固-液界面張力，θ為接觸角（已知測量值）。通過該方程，可以解出固-氣界面張力γ_SV=γ_LV/(1+cosθ)。測量接觸角是核心，利用楊氏方程建立界面張力之間的關(guān)系進行計算。4.解析思路：比較兩者工作原理、樣品制備、分辨率、信息獲取等方面的差異。*SEM：利用二次電子或背散射電子成像，需將樣品制成導(dǎo)電薄片或噴金（導(dǎo)電處理），可觀察較大范圍表面形貌，分辨率較高（微米級），主要提供形貌信息。*TEM：利用透射電子束穿過超薄樣品（納米級），需將樣品制成極薄透射電鏡片，分辨率極高（納米級），可觀察樣品內(nèi)部和表面的精細結(jié)構(gòu)，并提供晶體信息。四、計算題解析思路：直接應(yīng)用楊氏方程進行變形和代入計算。*已知：θ=60°,γ_LV=72mN/m,γ_SV=?,γ_SV=γ_LV。*代入楊氏方程：cos60°=(72-γ_SV)/γ_SV*計算：0.5=(72-γ_SV)/γ_SV*0.5*γ_SV=72-γ_SV*1.5*γ_SV=72*γ_SV=72/1.5=48mN/m五、論述題解析思路：從基本原理（降低界面能）、改性方法（物理、化學(xué)方法）、應(yīng)用效果（改善生物相容性）、面臨挑戰(zhàn)（均勻性、穩(wěn)定性、生物安全性、成本）等方面展開論述。*原理：材料表面通常具有高表面能，與生物體接觸時易引發(fā)排斥反應(yīng)或組織損傷。表面改性通過物理或化學(xué)方法改變材料表面化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，降低表面能，或引入具有生物相容性的官能團，從而改善材料與生物體的相互作用，提高生物相容性。*方法：*物理方法：如等離子體處理（刻蝕、沉積、接枝）、紫外光照射、激光處理等，可改變表面形貌、引入官能團或沉積生物相容性薄膜。*化學(xué)方法：如表面化學(xué)刻蝕、溶膠-凝膠法、涂覆生物活性分子（如多肽、蛋白質(zhì)）、化學(xué)接枝（如點擊化學(xué)）等，可直接在表面修飾特定的化學(xué)性質(zhì)或生物活性。*應(yīng)用與挑戰(zhàn)：*應(yīng)用效果：改性后的材料可以更好地植入生物體，減少免疫排斥和炎癥反應(yīng)，促進細胞附著、增殖和分化，提高藥物緩釋效率，減少血栓形成等。*面臨挑戰(zhàn)：*均勻性：確保改性層在宏觀和微觀尺度上均勻一致。