2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子表面工程與功能修改考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表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收縮趨勢的量？A.表面張力B.表面能C.表面自由能D.接觸角2.根據(jù)朗繆爾吸附理論，當吸附質(zhì)在固體表面達到飽和吸附量時，吸附速率與脫附速率的關(guān)系是？A.吸附速率大于脫附速率B.吸附速率小于脫附速率C.吸附速率等于脫附速率D.無法確定3.下列哪種表面改性方法主要利用等離子體的高能粒子與基材或表面污染物發(fā)生物理化學反應(yīng)？A.溶膠-凝膠法B.離子注入C.輻射誘導(dǎo)接枝D.熱氧化4.在微電子工業(yè)中，用于沉積超薄、高純度導(dǎo)電薄膜的主要表面工程技術(shù)是？A.氣相沉積B.液相沉積C.離子束沉積D.自組裝技術(shù)5.為了提高金屬材料的耐腐蝕性，常采用的物理氣相沉積方法是？A.濺射沉積B.化學氣相沉積C.噴涂沉積D.電鍍6.表面自由能較高的材料通常表現(xiàn)出？A.親水性B.疏水性C.良好的潤濕性D.以上皆非7.利用大分子或納米粒子在固體表面自組裝形成有序結(jié)構(gòu)的技術(shù)，主要目的是？A.增加表面粗糙度B.改善表面力學性能C.賦予表面特定功能D.降低表面能8.在生物醫(yī)學領(lǐng)域，賦予植入材料良好生物相容性的表面改性技術(shù)通常涉及？A.提高表面硬度B.增強耐磨性C.誘導(dǎo)表面形成親水層D.改善導(dǎo)電性9.能夠在較低溫度下制備無機薄膜的表面工程技術(shù)是？A.高溫蒸發(fā)沉積B.化學氣相沉積C.等離子體增強化學氣相沉積D.真空蒸鍍10.下列哪個不是典型的表面接枝改性方法？A.偶聯(lián)劑法B.活性基團法C.噴涂法D.原位聚合法二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在題中的橫線上。）1.描述液體表面分子受力狀態(tài)的物理量是________，它決定了液體的表面張力。2.表面張力的方向總是沿著液體表面，且垂直于該處表面的________方向。3.楊氏方程描述了固-液-氣三相接觸界面上，固-液界面張力、固-氣界面張力和液-氣界面張力之間的關(guān)系。4.利用等離子體能量轟擊固體表面，使原子或分子從表面濺射出去的物理過程稱為________。5.溶膠-凝膠法是一種利用溶液、溶膠或凝膠狀態(tài)進行表面改性或制備薄膜的技術(shù)，其優(yōu)勢在于可在較低溫度下進行。6.表面活性劑是一類具有兩親結(jié)構(gòu)的分子，其分子的一部分親水，另一部分親________。7.通過控制材料表面的________和________，可以調(diào)控材料的潤濕性能。8.在分子表面工程中，利用層層自組裝技術(shù)可以構(gòu)筑具有精確結(jié)構(gòu)和功能的________。9.表面改性可以提高材料的________性能，例如耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞性等。10.為了提高生物材料表面的生物相容性，常通過表面改性引入具有生物活性的分子，如________、多肽等。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。）1.表面能2.潤濕性3.化學氣相沉積4.自組裝5.表面功能化四、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述影響固體表面吸附的因素有哪些？2.比較物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）兩種主要表面工程技術(shù)的主要區(qū)別。3.簡述等離子體技術(shù)在表面工程中主要有哪些應(yīng)用？4.為什么說分子表面工程是連接宏觀材料與應(yīng)用性能的橋梁？五、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述表面改性技術(shù)在提高金屬材料耐腐蝕性能方面的作用機制及常用方法。2.結(jié)合實例，論述分子自組裝技術(shù)在功能材料設(shè)計與制備中的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.A6.B7.C8.C9.B10.C二、填空題1.表面張力2.切線3.夾角4.等離子體濺射5.原位聚合法6.油（或非極性）7.粗糙度，化學性質(zhì)（或表面能，表面自由能）8.多層膜9.力學10.親水基因（或細胞粘附分子）三、名詞解釋1.表面能：指單位表面面積所具有的表面自由能，是表征液體表面收縮趨勢的能量屬性。2.潤濕性：指液體在固體表面上的鋪展能力，反映了固-液界面、固-氣界面和液-氣界面張力之間的平衡關(guān)系。3.化學氣相沉積：指利用氣態(tài)化合物或元素在熱解或催化作用下，在基材表面發(fā)生化學反應(yīng)，并沉積形成固態(tài)薄膜的工藝。4.自組裝：指分子、納米顆?；蚣毎仍跊]有任何外部精密操控的情況下，通過分子間相互作用（如氫鍵、范德華力、靜電作用等）自發(fā)地形成有序或無序結(jié)構(gòu)的物理過程。5.表面功能化：指通過物理或化學方法，在材料表面引入特定的官能團、分子或結(jié)構(gòu)，以賦予或改變其表面性能，使其具有特定功能的處理過程。四、簡答題1.簡述影響固體表面吸附的因素有哪些？解析思路：吸附是表面工程的基礎(chǔ)，影響因素涉及吸附物和吸附劑兩方面。吸附物自身性質(zhì)（如濃度、分壓）、吸附劑表面性質(zhì)（如表面活性位點、粗糙度、缺陷）、溫度、壓力（或濃度）、以及溶液中其他組分（如共存離子）等都會影響吸附行為。需從熱力學（吉布斯自由能變化）和動力學角度考慮。答案要點：吸附物性質(zhì)（濃度/分壓）、吸附劑表面性質(zhì)（活性位點、粗糙度、缺陷）、溫度、壓力（或濃度）、溶液pH值、共存離子效應(yīng)等。2.比較物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）兩種主要表面工程技術(shù)的主要區(qū)別。解析思路：PVD和CVD是兩種核心的薄膜沉積技術(shù)，需從能量來源、沉積機理、膜層特性、設(shè)備要求、溫度要求、均勻性等方面進行對比。PVD通常為物理過程，CVD涉及化學反應(yīng)。答案要點：PVD是物理過程（如濺射、蒸鍍），利用粒子動能沉積；CVD是化學過程，利用反應(yīng)氣體沉積。PVD膜層致密，附著力可能稍差，設(shè)備相對簡單，對基材加熱要求不高；CVD膜層與基材結(jié)合力好，可制備復(fù)雜成分薄膜，設(shè)備較復(fù)雜，需精確控制反應(yīng)條件。3.簡述等離子體技術(shù)在表面工程中主要有哪些應(yīng)用？解析思路：等離子體是高度激發(fā)的氣體狀態(tài)，具有高能量粒子，可用于表面處理。需列舉利用其物理或化學效應(yīng)的典型應(yīng)用。答案要點：表面改性（如接枝、刻蝕、沉積）、去除污染物、改善涂層附著力、提高生物相容性、表面滅菌消毒、制備特殊功能薄膜（如納米結(jié)構(gòu)、超疏/親表面）等。4.為什么說分子表面工程是連接宏觀材料與應(yīng)用性能的橋梁？解析思路：材料的應(yīng)用性能往往由其表面和界面特性決定。宏觀材料本身性能可能滿足應(yīng)用要求，但通過表面工程調(diào)控其表面微觀結(jié)構(gòu)和化學組成，可以顯著改善或定制其特定性能（如耐磨、防腐、生物活性等），使其更好地適應(yīng)具體應(yīng)用場景。因此，表面工程是實現(xiàn)材料價值的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。答案要點：材料宏觀性能往往受表面/界面特性主導(dǎo)；表面工程可在不改變材料主體性能的前提下，通過調(diào)控表面結(jié)構(gòu)、化學組成賦予材料特定功能；是實現(xiàn)材料性能與應(yīng)用需求匹配的關(guān)鍵技術(shù)；是連接“制造什么材料”與“材料能做什么用”的橋梁。五、論述題1.論述表面改性技術(shù)在提高金屬材料耐腐蝕性能方面的作用機制及常用方法。解析思路：核心是分析表面改性如何改變金屬與環(huán)境接觸界面的性質(zhì)，從而阻止或延緩腐蝕過程。需闡述腐蝕的基本原理（電化學腐蝕），然后結(jié)合不同改性方法的作用機制進行論述。常用方法要具體，并說明其原理。答案要點：作用機制：①隔離機制：在金屬表面形成物理屏障（涂層、鈍化膜），阻止腐蝕介質(zhì)接觸金屬基體；②負反饋機制：通過表面改性改變界面電化學勢，使腐蝕反應(yīng)難以進行（如化學修飾改變雙電層結(jié)構(gòu)）；③自愈合機制：表面涂層受損后能自發(fā)修復(fù)。常用方法及原理：①電化學方法（陽極氧化、電泳涂裝）：利用電化學原理在表面形成致密氧化膜或涂層；②涂層方法（化學轉(zhuǎn)化膜、有機涂層、金屬鍍層）：物理隔離；③表面合金化/滲入：改變表面化學成分，形成耐蝕相；④等離子體處理：清潔表面、促進鈍化或沉積薄膜；⑤溶膠-凝膠法：在表面形成均勻無機或有機-無機復(fù)合涂層；⑥自組裝技術(shù)：構(gòu)筑有序保護層。2.結(jié)合實例，論述分子自組裝技術(shù)在功能材料設(shè)計與制備中的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。解析思路：首先闡述自組裝技術(shù)的核心特點（自發(fā)性、規(guī)律性、納米尺度）。然后列舉其在不同領(lǐng)域（如光學、催化、生物、傳感器等）的具體應(yīng)用實例，說明其如何實現(xiàn)功能化。重點分析其優(yōu)勢（低成本、易控制、制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)等），并展望其未來發(fā)展方向。答案要點：自組裝技術(shù)特點：利用分子間相互作用自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)，可在納米尺度精確控制結(jié)構(gòu)。優(yōu)勢：成本低廉、工藝簡單、可制備周期性或非周期性