2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——智能材料在應(yīng)用化學(xué)中的前沿研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種材料不屬于傳統(tǒng)意義上的智能材料？（）A.對(duì)光照產(chǎn)生形變的高分子材料B.能在pH變化下改變?nèi)苊浂鹊乃zC.常溫常壓下具有鐵磁性的金屬D.對(duì)溫度變化不敏感的普通金屬2.智能水凝膠對(duì)外界刺激的響應(yīng)通?；冢ǎ?。A.電子躍遷B.化學(xué)鍵的斷裂與形成C.相變過程D.核反應(yīng)3.形狀記憶合金（SMA）實(shí)現(xiàn)形狀恢復(fù)的核心機(jī)制是（）。A.自催化反應(yīng)B.溫度誘導(dǎo)的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變C.電磁感應(yīng)加熱D.表面張力驅(qū)動(dòng)4.在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，利用智能材料構(gòu)建高靈敏度傳感器的關(guān)鍵在于其（）。A.機(jī)械強(qiáng)度高B.對(duì)目標(biāo)分析物具有高度特異性或高靈敏度的響應(yīng)C.成本極低D.耐高溫性能好5.用于藥物遞送的智能載體，其設(shè)計(jì)通常需要考慮的關(guān)鍵因素不包括（）。A.藥物負(fù)載量B.在體內(nèi)的降解速率C.對(duì)特定組織的靶向能力D.材料的絕對(duì)生物安全性（不考慮劑量）6.智能催化材料的研究熱點(diǎn)之一是開發(fā)（）。A.在所有條件下都能保持高活性的催化劑B.對(duì)反應(yīng)條件（如pH、溫度）具有響應(yīng)，并能優(yōu)化催化性能的催化劑C.只能催化特定無(wú)機(jī)反應(yīng)的催化劑D.成本最低的催化劑7.自修復(fù)智能材料能夠恢復(fù)其結(jié)構(gòu)完整性或功能，主要依賴于（）。A.材料內(nèi)部預(yù)存的可逆化學(xué)鍵B.外部能量源的持續(xù)供應(yīng)C.形成物理隔離的微膠囊D.超高強(qiáng)度粘合劑8.將智能材料應(yīng)用于能源存儲(chǔ)（如電池），其主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.具有極高的理論能量密度B.具有極高的功率密度C.能夠通過外部信號(hào)（如光、電）調(diào)控充放電過程D.循環(huán)壽命極長(zhǎng)9.智能材料在分離工程中的應(yīng)用，其核心優(yōu)勢(shì)在于（）。A.能夠?qū)崿F(xiàn)常壓下的高效分離B.分離膜具有可逆的響應(yīng)性，能根據(jù)需要改變選擇性C.技術(shù)成本最低D.對(duì)所有物質(zhì)都具有良好的分離效果10.目前，智能材料研究領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)之一是（）。A.基本概念不清B.理論研究不足C.大規(guī)模、低成本、可控制備技術(shù)D.應(yīng)用范圍過于狹窄二、填空題（每空1分，共10分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.智能材料通常具有______、______和______等基本特征。2.基于刺激類型的不同，智能材料的響應(yīng)可分為光響應(yīng)、電響應(yīng)、磁響應(yīng)、熱響應(yīng)和______響應(yīng)等主要類別。3.水凝膠作為一種重要的智能材料，其溶脹行為通常對(duì)______、______和離子強(qiáng)度等環(huán)境因素敏感。4.形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)分別對(duì)應(yīng)著______和______兩種不同的相變行為。5.在智能傳感應(yīng)用中，材料的______和______是其關(guān)鍵性能指標(biāo)。6.用于組織工程支架的智能水凝膠應(yīng)具備良好的______、______和生物相容性。7.智能催化材料的設(shè)計(jì)往往需要考慮其______、______和選擇性。8.智能吸附材料通過響應(yīng)環(huán)境變化（如pH、化學(xué)物質(zhì)濃度）來(lái)調(diào)控其______或______，實(shí)現(xiàn)智能分離。9.實(shí)現(xiàn)“自修復(fù)”功能的關(guān)鍵在于材料內(nèi)部存在能夠______或______的化學(xué)/物理過程。10.智能材料的發(fā)展不僅需要材料科學(xué)自身的突破，也依賴于______、______等學(xué)科的交叉融合。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）1.簡(jiǎn)述智能高分子材料的基本特征及其在應(yīng)用化學(xué)中的一個(gè)潛在應(yīng)用方向。2.以智能水凝膠為例，簡(jiǎn)述其作為藥物遞送載體的優(yōu)勢(shì)以及需要克服的挑戰(zhàn)。3.簡(jiǎn)要分析將智能材料應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)（如重金屬檢測(cè)）時(shí)，需要重點(diǎn)考慮哪些材料性能和研究方向。四、論述題（16分）當(dāng)前，將智能材料與微流控技術(shù)相結(jié)合是構(gòu)建智能微型分析/反應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)重要前沿方向。請(qǐng)結(jié)合你所了解的知識(shí)，論述這種結(jié)合的主要優(yōu)勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)以及可能的應(yīng)用前景。要求論述清晰，論據(jù)合理，體現(xiàn)對(duì)相關(guān)技術(shù)的理解。五、計(jì)算題/設(shè)計(jì)題（30分）（如果選擇計(jì)算題方向）設(shè)計(jì)一種基于導(dǎo)電水凝膠的簡(jiǎn)單化學(xué)傳感器，用于檢測(cè)特定離子（例如，選擇一種你熟悉的離子）。請(qǐng)闡述該傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路、工作原理、所需關(guān)鍵材料的選擇依據(jù)以及可能的性能優(yōu)化方向。（如果選擇設(shè)計(jì)題方向）針對(duì)水體中某污染物（例如，選擇一種你熟悉的污染物）的檢測(cè)需求，構(gòu)思一個(gè)利用智能材料進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方案，說(shuō)明方案的核心思想、涉及的關(guān)鍵智能材料類型及其作用、以及方案的優(yōu)勢(shì)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.D6.B7.A8.C9.B10.C二、填空題1.自響應(yīng)性，自修復(fù)性，自調(diào)節(jié)性2.化學(xué)（或pH）3.溫度，pH4.形狀記憶效應(yīng)，超彈性行為（或馬氏體相變）5.靈敏度，選擇性6.可生物降解性，力學(xué)性能7.活性，穩(wěn)定性8.吸附容量，選擇性9.重新連接，重新聚合10.化學(xué)，生物三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：回答智能高分子的核心特征（如響應(yīng)性、可調(diào)控性、多功能性）。結(jié)合應(yīng)用化學(xué)背景，選擇一個(gè)潛在應(yīng)用方向，如：傳感（特定化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)）、催化（可控制備或性能的催化劑）、分離（選擇性吸附或膜分離）、藥物遞送（響應(yīng)性釋放）等。簡(jiǎn)述該應(yīng)用方向中，智能高分子如何發(fā)揮其特征優(yōu)勢(shì)。參考要點(diǎn)：智能高分子材料能在外界刺激下發(fā)生可逆的宏觀或微觀變化，具有可設(shè)計(jì)的響應(yīng)性、良好的加工性和多功能性。在應(yīng)用化學(xué)中，其潛在應(yīng)用廣泛，例如在傳感領(lǐng)域，利用其對(duì)特定分子的高度選擇性相互作用或光學(xué)/電學(xué)響應(yīng)，構(gòu)建高靈敏度化學(xué)傳感器。其設(shè)計(jì)可通過引入傳感基團(tuán)或利用主客體相互作用實(shí)現(xiàn)。2.解析思路：回答智能水凝膠作為藥物遞送載體的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)圍繞其響應(yīng)性、生物相容性、可控性等方面展開。例如：響應(yīng)性可實(shí)現(xiàn)藥物的定時(shí)或定位釋放；凝膠網(wǎng)絡(luò)可作為藥物倉(cāng)庫(kù)提高生物利用度；良好的生物相容性減少毒性；可修飾性允許功能化（如靶向、延長(zhǎng)體內(nèi)滯留）。同時(shí)，也要提及挑戰(zhàn)，如：控制釋放的精確性、體內(nèi)降解行為的預(yù)測(cè)與調(diào)控、長(zhǎng)期生物安全性評(píng)估、規(guī)?；苽渑c成本控制等。參考要點(diǎn)：智能水凝膠作為藥物遞送載體具有多重優(yōu)勢(shì)：其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可包裹或溶解藥物，形成藥物庫(kù)；對(duì)特定刺激（如pH、溫度、酶）的響應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)藥物的定時(shí)、定位或按需釋放，提高療效，降低副作用；水凝膠通常具有良好的生物相容性，可降解，減輕了體內(nèi)負(fù)擔(dān)。挑戰(zhàn)在于精確控制響應(yīng)速率和釋放行為、確保材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性、實(shí)現(xiàn)高效的體內(nèi)靶向以及規(guī)模化生產(chǎn)等。3.解析思路：分析智能材料在環(huán)境監(jiān)測(cè)（如重金屬檢測(cè)）中的應(yīng)用需求。關(guān)鍵性能包括：對(duì)目標(biāo)污染物的高選擇性、高靈敏度（能檢測(cè)到痕量水平）、快速響應(yīng)、良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。研究方向應(yīng)關(guān)注：開發(fā)新型高靈敏度檢測(cè)機(jī)理（如比色、熒光、電化學(xué)）、構(gòu)建集成式多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、提高材料在復(fù)雜環(huán)境（如實(shí)際水體樣品）中的檢測(cè)性能、降低檢測(cè)成本、開發(fā)基于智能材料的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)等。參考要點(diǎn)：將智能材料應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，特別是重金屬檢測(cè)，需要關(guān)注的關(guān)鍵性能有：高選擇性（避免干擾物質(zhì)影響）、高靈敏度（滿足痕量檢測(cè)要求）、快速響應(yīng)時(shí)間、化學(xué)和光/電化學(xué)穩(wěn)定性、良好的重復(fù)使用性。研究方向主要包括：探索新的智能材料基檢測(cè)機(jī)理（如利用特定配位化學(xué)、分子印跡、納米材料表面增強(qiáng)效應(yīng)等提高靈敏度）；開發(fā)集成化、微型化傳感器，實(shí)現(xiàn)多污染物的同時(shí)檢測(cè)；提升智能材料在真實(shí)復(fù)雜樣品矩陣中的檢測(cè)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；研究智能響應(yīng)吸附材料，用于污染物的富集與去除；發(fā)展基于智能材料的原位、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)。四、論述題解析思路：首先闡述智能材料與微流控技術(shù)結(jié)合的核心優(yōu)勢(shì)：如實(shí)現(xiàn)材料性能與器件結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控、構(gòu)建可編程的微反應(yīng)器/分析單元、實(shí)現(xiàn)高通量與微型化操作、集成傳感與處理功能等。然后分析面臨的挑戰(zhàn)：如智能材料與微流控芯片的兼容性（材料選擇、封裝）、信號(hào)放大與讀數(shù)、器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、成本控制、以及如何有效利用微流控實(shí)現(xiàn)對(duì)智能材料性能的精確調(diào)控等。最后，展望其應(yīng)用前景，可涉及生物分析（DNA測(cè)序、細(xì)胞分選、器官芯片）、化學(xué)合成（連續(xù)流合成、智能催化）、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物篩選等領(lǐng)域。參考要點(diǎn)：智能材料與微流控技術(shù)的結(jié)合，通過將材料的響應(yīng)性、可調(diào)控性與微流控的精確操控、高通量處理能力相結(jié)合，為構(gòu)建智能微型分析/反應(yīng)系統(tǒng)提供了強(qiáng)大平臺(tái)。優(yōu)勢(shì)在于：能夠精確控制微流控通道內(nèi)流體的物理化學(xué)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入其中的智能材料的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)調(diào)控；可集成敏感的微流控傳感器，實(shí)現(xiàn)樣品的在線檢測(cè)與反饋控制；器件微型化、集成化，節(jié)省樣品和試劑，提高分析通量與效率。挑戰(zhàn)主要包括：如何選擇合適的智能材料制備工藝，使其與微流控芯片（如PDMS、玻璃、硅）兼容，并實(shí)現(xiàn)有效封裝；如何實(shí)現(xiàn)微尺度下智能材料響應(yīng)信號(hào)的有效放大與精確讀數(shù)；如何保證器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；以及如何進(jìn)一步降低成本等。應(yīng)用前景廣闊，有望在生物醫(yī)學(xué)（如即時(shí)診斷、細(xì)胞研究、組織工程）、化學(xué)化工（如智能催化、精細(xì)化學(xué)品合成）、環(huán)境科學(xué)（如微污染物檢測(cè)）等領(lǐng)域帶來(lái)突破。五、計(jì)算題/設(shè)計(jì)題解析思路（計(jì)算題方向）：設(shè)計(jì)時(shí)需明確傳感目標(biāo)離子。選擇一種具有電導(dǎo)率變化特征的導(dǎo)電水凝膠作為基質(zhì)。設(shè)計(jì)工作原理：離子與水凝膠網(wǎng)絡(luò)或嵌入其中的傳感基團(tuán)發(fā)生特定作用（如靜電吸引、配位、體積變化），導(dǎo)致水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或離子本身遷移率改變，進(jìn)而引起宏觀電導(dǎo)率的變化。選擇關(guān)鍵材料：導(dǎo)電水凝膠基質(zhì)（如聚乙烯二醇/離子交換劑、聚丙烯酰胺/導(dǎo)電鹽）、傳感離子（如選擇Cu2?）。選擇依據(jù)：基質(zhì)需對(duì)目標(biāo)離子敏感且具有導(dǎo)電性，傳感基團(tuán)能與目標(biāo)離子特異性結(jié)合。性能優(yōu)化：可通過調(diào)節(jié)水凝膠網(wǎng)絡(luò)密度、引入更多傳感位點(diǎn)、優(yōu)化離子選擇劑種類/濃度、改善電極與水凝膠的接觸界面等方法提高靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性。參考要點(diǎn)（計(jì)算題）：設(shè)計(jì)一種基于聚乙烯二醇（PEG）-離子交換劑復(fù)合水凝膠的化學(xué)傳感器，用于檢測(cè)Cu2?離子。工作原理：PEG水凝膠網(wǎng)絡(luò)帶有酸性或堿性基團(tuán)，可作為離子交換位點(diǎn)或提供配位位點(diǎn)。當(dāng)含Cu2?的樣品流經(jīng)傳感器時(shí)，Cu2?與水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的離子交換劑發(fā)生交換，或與特定配體配位，導(dǎo)致水凝膠網(wǎng)絡(luò)電荷分布或離子遷移率改變，從而引起傳感器電導(dǎo)率的變化。關(guān)鍵材料：PEG水凝膠基質(zhì)（可通過引入季銨鹽等提高導(dǎo)電性）、離子交換劑（如羧甲基纖維素鈉負(fù)載的氫氧化銅）。性能優(yōu)化：可通過調(diào)節(jié)PEG鏈長(zhǎng)、交聯(lián)度，引入更多Cu2?配位點(diǎn)（如加入含N/S/O配位原子的聚合物），優(yōu)化電極材料與水凝膠的接觸電阻，以及選擇合適的電解質(zhì)背景溶液等方法來(lái)提高傳感器的靈敏度、選擇性和響應(yīng)時(shí)間。解析思路（設(shè)計(jì)題方向）：設(shè)計(jì)時(shí)需明確污染物目標(biāo)。構(gòu)思核心思想：利用智能材料對(duì)污染物產(chǎn)生選擇性響應(yīng)，并將這種響應(yīng)轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)。選擇關(guān)鍵智能材料類型：如智能吸附材料（對(duì)污染物有選擇性吸附，且吸附量/選擇性可受外界刺激調(diào)控）、智能傳感材料（如特定污染物能誘導(dǎo)其光學(xué)/電化學(xué)信號(hào)顯著變化）、或智能膜材料（膜的滲透性/選擇性可受污染物濃度或類型調(diào)控）。闡述其作用：吸附材料用于原位富集；傳感材料直接產(chǎn)生可測(cè)信號(hào)；膜材料用于選擇性阻隔或滲透變化。說(shuō)明方案優(yōu)勢(shì)：如實(shí)時(shí)性好、無(wú)需復(fù)雜樣品預(yù)處理、可植入環(huán)境實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、響應(yīng)靈敏、可能具有自清潔或自修復(fù)功能等。參考要點(diǎn)（設(shè)計(jì)題）：針對(duì)水體中游離態(tài)Cr(VI)的檢測(cè)需求，構(gòu)思一個(gè)基于智能傳感材料的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案。核心思想是利用對(duì)Cr(VI)具有選擇性響應(yīng)的智能材料，將其布設(shè)于污染水域或水處理設(shè)施關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，當(dāng)Cr(VI)濃度發(fā)生變化時(shí)，智能材料產(chǎn)生可被儀器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的信號(hào)（如顏色變化、熒光強(qiáng)度變化、電化學(xué)信號(hào)變化）。關(guān)鍵智能材料類型：可以選擇具有光致變色特性的聚合