1、共 4 页 第 1 页陕西科技大学2013 级研究生学位课程考试试题考试科目： 材料化学 考试方式： 闭卷 请考生注意：所有答案必须写在答题纸上，做在试题纸或草稿纸上的一律无效。1. （24 分，每题 3 分）解释下列概念：（1） 准晶体准晶体，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶体具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是准晶体不具备晶体的晶格周期性石墨烯: 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以 sp2 杂化轨道组成六角型蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。（2） 中微子是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一, 中微子不带电, 自旋为1/2，质
2、量非常轻，以接近光速运动（3） 费米能级费米能级就是在绝对 0k 时，电子填充的最高能级。也就是电子的平均化学势。能带中有一半的能级被电子填满。（4） 纳米材料指在三维空间中至少有一个维度的尺寸在纳米范围。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，以及其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。(6)介孔材料介孔材料是指孔径介于 2-50nm 的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。（5） 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或
3、化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，共 4 页 第 2 页使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。微纳结构材料2. （16 分）说出你所知道的材料种类，列出每种材料的几个具体实例并说明其主要用途和主要特性。按照材料本身的性质分，主要有金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料 按材料的作用分，有结构材料和功能材料 。金属材料:是由众多金属原子通过金属键相互作用而聚集在一起。主要应用其机械性能，化学性能，物理性能，工艺性能等，如钢筋，电阻丝等 无机非金属材料:以某些元素的氧化物，碳化物，氮化物等与硅酸盐系列等含氧酸盐为
4、主要组成的无机材料，主要是由离子键和共价键组成。应用诸如水泥陶瓷的耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀性和某些特殊性能如光纤，半导体等高分子材料：也称聚合物材料，是以高分子化合物为基体，在配有其他添加剂所构成的材料。原子间为共价键，分子间以分子键作用。复合材料:是由两种及以上在物理化学不同的材料组合而成的一种多相固体材料，可通过材料设计是各组分的性能相互补充与关联，从而获得新的优越性能，其化学键比较复杂。具有比原材料更加优越的性能。如摩擦材料等3. （15 分）铅可以吸收电磁辐射，我们采用立方面心（FCC）最紧密堆积的方式将10000 个直径 3cm 的铅球堆积起来，建了一堵辐射吸收墙。现要改善
5、其吸收性能，拟用直径略小于 3cm 的铅球填入其中较大的空隙中。请设计小球的尺寸及所需的数量。你还有更进一步的改进方案吗？请说明之。其中较大的空隙为八面体间隙，一个 FCC 晶胞中含有四个院子，四个八面体间隙，八个四面体间隙。其八面体间隙原子的半径为晶胞原子半径的 0.414 倍，求证如下.所以小球的直径应该小于等于 1.242。则至少有 10000 个小球能填入。四面体间隙半径为晶胞原子的 0.225 倍。所以我的设计方案是小球直径应小于等于0.675，则至少有 30000 个小球能填入4. （15 分）简要描述无机材料结构与形貌的几种常用表征方法。XRD：1 物相鉴定 2 测定晶体的结晶度
6、 3 表征纳米材料的粒径 4 测定材料的点阵参数5 测定晶体取向和织构 6 测定微观宏观应力SEM： 1 直接观察颗粒形貌粒径及近原子相 2 通过背散射电子与二次电子成像图分析颗粒不同元素的分布情况，共 4 页 第 3 页TEM：1 得到二维图像的微观形貌 2 通过晶格条纹与逸区电子衍射花样得到结构信息 3HRTEM：判断晶体缺陷分布及超晶格结构的存在。EDX：X 射线能量弥散谱仪：通过点分析，线分析，面分析，来分析材料微区的化学成分。傅里叶红外光谱仪：可检验金属离子与非金属离子成键、金属离子的配位等化学环境情况及变化拉曼光谱：揭示材料中的空位，间隙原子，位错，晶界等信息。热分子表征：利用热分
7、析跟踪氧化物制备过程中重量变化，热变化和状态变化。5. （20 分）说出无机纳米材料的五种制备方法并简要描述之。水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等. 微乳液：微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、溶剂和水(或水溶液)组成。在此体系中，两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其大小可控制在纳米级范
8、围，反应物在体系中反应生成固相粒子。溶胶凝胶法就是以金属醇盐或非醇盐作前驱体，将其融入有机溶剂，再加入蒸馏水使其进行水解、缩合成溶胶。随后蒸发水转变为凝胶，凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。沉淀法：在原料容易中添加适当的沉淀剂，从而形成沉淀物。所谓 均匀沉淀法是利用某一化学反应，使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢、均匀地产生出来的方法 , 即溶液中的沉淀剂在整个溶液中与沉淀组分缓慢均匀地发生反应 , 生成沉淀。所谓 共沉淀法 是在混合的金属盐溶液中加入适当的沉淀剂，反应生成均匀的沉淀 。高能机械球磨法：机械合金化法。这是一种依靠机械能使大晶粒经球磨变成纳米晶来制备纳米粉体的方法
9、。这些方法得到的颗粒粒径分布较宽，需要进行分级处理 。6. （10 分）请说明结构材料、功能材料、功能转换材料的含义，分别举例说明。结构材料：以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。例如：镍基高温合金广泛 地 用 来 制 造 航 空 喷 气 发 动 机 、 各 种 工 业 燃 气 轮 机 最 热 端 部 件 。功能材料：功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高
10、新技术材料。主 要 包 括 钛 、 镁 、 锆 及 其 合金、硬 质 材 料 等 ， 以 及 高 端 特 殊 钢 、 铝 新 型 材 等 。 例如：超 导材 料 ，超导 磁 体 及 大 型 加 速 器 磁 体 等 多 个 领 域 获 得 了 应 用 。 此 外 还 有 生 物 医 用 材 料 ， 生态 环 境 材 料 ， 能 源 材 料 等 。功能转换材料：利用能量转换效应制造的具有特殊功能转换元器件的材料。分为一次功能转换材料和二次功能转换材料。一次功能转换材料是指向材料输入的能量和输出的能量为同一形式，材料起载体作用。例如荧光材料二次功能转换材料是指向材料输入的能力和输出的能力为同一形式，材料起转换作用。共 4 页 第 4 页例如：压电陶瓷，太阳能电池。
