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材料的制备与技术题库1、为什么成型技术是复合材料研发的重要内容？答：复合材料是由有机高分子，无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，他既保留原组成材料的重要特色，又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。但复合材料的最终性能与效益不仅取决于基体和增强材料，还取决于其加工工艺。简述树脂传递模塑（RTM）工艺的工艺概要以及工艺的优缺点。答：工艺概要：1.增强体置于上下模之间；2.合模并将模具夹紧；3.压力注射树脂；4.固化后打开模具，取下产品。要求：树脂要充满模腔。注射压力0.4-0.5MPa。优点：增强体含量高劳动强度低成型周期较短不需要制造预浸料产品大型化缺点：不易制作小产品模具复杂且成本高1、请描述含能材料的种类并给出各自代表性化合物的分子结构。答：根据化学结构可划分为：1)含-NO2或-ONO2的化合物：例如C6H3(NO2)3,HNO3等2)含-N=N-或-N=N=N-的叠氮化合物，如：Pb(N3)2,CH3N3.等3)含-NX2(X指卤素)，如：4）含-C=N-结构的化合物，如Hg(ONC)2,HONC5)含-OClO2和-OClO3的氯酸类，如：KClO3,KClO4,NH4ClO46)过氧化合物-O-O-,-O-O-O-，如H2O27)炔基化合物：2、请给出含能分子carbonyldiazide分解为3N2和CO的示意图。1、什么是二维晶体材料？以一个例子说明二维晶体材料与块体材料相比有什么特殊性质？答：二维晶体材料是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体材料。特殊性质：溶涨稳定且可逆。2、如何获得二维晶体材料及其有什么用途？答：干法：等离子体化学气相沉积法，溅射法，热分解化学气相沉积法，真空沉积法，准分子脉冲激光沉积法；湿法：溶胶-凝胶法，计量棒涂布法，凹版印刷法，逆转辊涂布法，浸渍法，旋涂法。功能薄膜材料：防紫外薄膜，近红外屏蔽薄膜，热屏蔽薄膜，消反射薄膜，等离子电视消反射/红外屏蔽薄膜，抗污薄膜，防静电薄膜，抗菌薄膜，光催化，光电变色薄膜，绝缘薄膜，1、请举例说明现有哪些方法可以合成有机/无机杂化聚合物材料？答：1）溶胶-凝胶方法：包括两个步骤：（1）烷氧基金属(或元素)化合物[M(OR)2，M＝Si、Ti、Zr、A1、Mo、V、W、Ce等]的水解过程；（2）水解后的羟基化合物的缩合(缩聚)过程。通过溶胶-凝胶过程形成溶剂溶胀的分枝状三维无机网络，经过干燥、陈化得到无机氧化物。2）单体聚合方法，包括两个步骤：（1）将单体分散在多孔二氧化硅基质上；（2）进行单体聚合。如：将多孔结构的SiO2干凝胶浸入单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)中，使单体在无机网络中聚合。聚合完成后，除去外表面包着的聚合物即可得到杂化聚合物材料3）以弱相互作用结合的杂化聚合物材料，带有羰基、羟基等可与Si02网络上末反应的Si-OH间形成氢键的基团的聚合物常被选为有机相：如聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、双酚A型聚碳酸酯、聚乙烯基恶唑啉等4）以共价键结合的杂化聚合物材料：使高分子链上带有可参与水解、缩合过程的基团(如三烷氧基硅基-Si(OR)3；)，通过这些功能性官能团与无机前驱体(如Si(OR)4等)一起水解缩合，就可形成有机聚合物与无机相间以共价键结合的杂化聚合物材料。5）SIATRP以及SIRAFT，可以在金，钛，Fe3O4，聚合物微球，SiO2的表面引发单体聚合。2、请举例说明纳米材料在哪些应用方面可以发挥其特有的性能？至少列举5种不同的应用实例。纳米材料指的是颗粒尺寸为1-100nm颗粒组成的新型材料。由于它的尺寸小，比表面积大及量子尺寸效应，它具有常规粗晶体不具备的特殊性能如下：答1).表面效应2).小尺寸效应3).量子尺寸效应4).宏观量子隧道效应纳米颗粒型材料：光电子材料、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料纳米膜材料：纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。纳米磁性液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层常见的有机表面活性剂，高度分散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其它液体所没有的磁控特性。碳纳米管。在电子方面，利用碳纳米管奇异的电学性能，可将其应用于超级电器、场发射平板显示器、晶体管集成电路等领域。在材料方面，可将其应用于金属、水泥、塑料、纤维等诸多复合材料领域。它是迄今为止最好的贮氢材料，并可作为多类反应的催化剂的优良载体。在军事方面，可利用它对波的吸收、折射率高的特点，作为隐身材料广泛应用于隐形飞机和超音速飞机。在航天领域，利用其良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，从而使燃烧效率更高。1、什么是物质的第四态？请例举4种属于第四态的物质。什么是液晶？按照分子排列的形式和有序性，其可以分为哪四类？答：通常把物固液气称为物质常见的三种状态，而把性质区别于上述状态的不同于常规气态、液态和固态的独立的物质状态称为第四态，如等离子体，超临界流体，塑晶，液晶，黑洞，超导体，超固态。液晶是介于晶态和液态之间的介晶相态，既具有晶体的有序性又具有液体的连续性和流动性，其分子排列的有序度介于无序的液体和有序的晶体之间。可分为向列相，近晶相，胆甾相，柱状相。2、请简要介绍侧链型液晶设计中的Finkleman去偶合原理。请介绍甲壳型液晶的设计原理。请例举3种表征液晶相结构的方法。答：高分子主链和液晶基元之间必须具有一定数目的柔性间隔基，以尽量减少主链的分子热运动对侧链的液晶基元排列的影响。甲壳型液晶指:高分子主链和庞大的液晶基元之间以极短柔性间隔基或直接相连，以庞大的侧基迫使主链以伸直链或螺旋链构型存在，从而使整个分子形状类似刚棒分子。偏光显微镜方法，示差扫描量热法，X光衍射方法。1、请列举出已知的清洁能源器件，并简述其中一个器件的工作原理答：太阳能电池，空气电池，锂电池，燃料电池。锂离子电池工作原理：充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入道到的锂离子越多充电容量越高。正极：LiCoO2=LiCoO2+xLi++xe负极：6C+xLi+=LixC6电池：6C+LiCoO2=LixC6+LiCoO2简述聚合物电解质与液体电解质在电池应用中的优缺点答：聚合物电解质：优点：1.安全性能好2.厚度小，能做得更薄3.重量轻4.容量大5.内阻小6.形状可定制7.放电特性佳8.保护板设计简单缺点：和锂离子电池相比能量密度和循环次数都有下降。制造昂贵。没有标准外形，大多数电池为高容量消费市场而制造。和普通锂离子电池相比，价格、能量比较高；液体电解质：优点：锂离子电池电解液一般使用有机溶剂，其具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，缺点：然而使用液体电解质时，首次充电会在碳电极表面形成钝化膜（SEI膜），会增大电阻，同时在电压滞后，当电池被滥用，内部短路或过热时，很容易将有机液体引燃，导致电池起火爆炸。1、MOF-74是一例经典的金属有机框架材料（Metal-OrganicFramework）。以下三个问题均基于此材料。（1）简要介绍此材料的命名历程、基本组成、和结构特点；（2）列举2015-2016年间，在知名化学或材料期刊上有关MOF-74材料功能化研究的实例报道，不少于两例（明确阐明该材料的后处理方式以及在新功能方面所起的关键作用，即MOF-74材料与其新功能之间的必然联系）；（3）结合自己所在课题组的研究方向，给出一个能把MOF-74材料结合进去的合理设想。2、ZIF-8是一例经典的金属咪唑类分子筛材料（ZeoliticImidazolateFramework），也属于一类金属有机框架材料（Metal-OrganicFramework）。以下三个问题均基于此材料。（1）简要介绍此材料的命名历程、基本组成、和结构特点；（2）列举2015-2016年间，在知名化学或材料期刊上有关ZIF-8材料功能化研究的实例报道，不少于两例（明确阐明该材料的后处理方式以及在新功能方面所起的关键作用，即ZIF-8材料与其新功能之间的必然联系）；（3）结合自己所在课题组的研究方向，给出一个能把ZIF-8材料结合进去的合理设想。1、简述：半导体材料的基本特征；光生电子和空穴行为。2、论述：选择你熟悉的一种半导体材料，介绍其制备工艺以及性能评价。1、请论述纳米材料应用于传感器所产生的效益2、利用纳米材料进行表面功能化，会给电化学电极/电化学传感器/生物传感器的性能带来哪些优势答：纳米材料具有表面效应，体积效应，和介电限域效应等不同于块体材料和原子或分子的介观性质，加之具有导电性和完整的表面结构，可以作为优良的电极材料，纳米颗粒尺寸很小，具有体积效应，表面的键态和电子态与内部不同，导致其表面活性位置增加，可用作催化剂，具有很高的活性和选择性，当利用纳米材料对电极进行修饰时，除了可将材料本身的物化特性引入电极界面外，同时也会拥有纳米材料的大比表面积，粒子表面带来较多功能基团等特性，从而对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应，另外，还可降低过电位，提高电化学反应的速率，电极的选择性，电极的灵敏度，测定多种具有电活性和非电活性的样品等。纳米材料在化学与生物传感器中所起的作用主要有如下五个方面：1）固定生物分子，2）电化学反应的催化作用，3）电子传递的增强作用，4）生物分子的标记，5）直接作为试剂参与反应。纳米材料在传感器上的特性主要体现为气敏性，湿敏性，压敏性，热敏性以及高生物活性，髙电子传输能力等，可制成灵敏度高，响应迅速，稳定性强，使用寿命长的传感器，纳米传感器具有高分辨率，小体积，极少的样品需求量等优越性。纳米材料引入生物传感器领域后，提高了生物传感器的检测性能，并促发了新型的生物传感器。纳米材料的独特的化学和物理性质使得其对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时间也得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测分析。