材料化学复习思考题答案

1（0404）《材料化学》复习思考题答案一、名词解释1、无机材料化学无机材料化学是研究无机材料，主要是无机非金属材料的制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门学科。2、晶体的各向异性晶体在不同方向上具有不同的物理性质。3、晶体的自限性晶体能自发地形成规则的几何外形。4、晶体的对称性晶体在某些特定方向上的物理化学性质完全相同。5、天然晶体自然界中所形成的许多美丽的晶体，如红宝石、蓝宝石、祖母绿等，这些晶体叫做天然晶体。6、人工晶体由人工方法生长出来的晶体叫人工晶体。到目前为止，人们已发明了几十种晶体生长方法，如提拉法、浮区法、焰熔法、坩埚下降法、助熔剂法、水热法、降温法、再结晶法等。7、非线性光学晶体与光强有关的光学效应称为非线性光学效应，具有这种效应的晶体就称为非线性光学晶体。8、正压电效应当晶体受到外力作用时，晶体会发生极化，并形成表面电荷，这种现象称为正压电效应。9、逆压电效应当晶体受到外加电场作用时，晶体会产生形变，这种现象称为逆压电效应。10、居里温度居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。11、压电效应某些固体电介质受到外加应力作用而发生应变时，在它的某些对应表面会产生大小相等、符号相反的束缚电荷，这一现象称为压电效应。12、弗仑克尔缺陷在形成热缺陷时，晶体中具有足够高能量的原（离）子离开其平衡位置，挤入晶体中的间隙位置，造成微小的局部晶格畸变，成为所谓填隙原子，而在其原来的位置上形成空位，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷。13、肖特基缺陷肖特基缺陷是由于晶体表面附近的原子热运动到表面，在原来的原子位置留出空位，然后内部邻近的原子再进入这个空位，这样逐步进行而造成的缺陷。14、杂质缺陷杂质原子进入晶体时，可以置换晶格中的原子，进入正常结点位置，生成置换型杂(溶)质原子，也可能进入本来就没有原子的间隙位置，生成填隙型杂(溶)质原子。这些缺陷统称为杂质缺陷。15、固溶体固溶体是指一种组元（组分）因“溶解”了其他组元而形成的单相晶态固体。一般把固溶体中含量较高的组元称做主晶体、基质或溶剂，其他组元称为溶质或杂质。216、连续固溶体连续固溶体是指溶质和主晶体可以按任意比例无限制地相互溶解。17、有限固溶体（不连续固溶体或部分互溶固溶体）如果溶质原子在主晶体中的溶解度是有限的，存在一个固溶度极限，超过这个限度就会出现第二相，这样的固溶体称为有限固溶体，也可称作不连续固溶体或部分互溶固溶体。18、置换型（取代式或置换式）固溶体溶质原子溶入主晶体中的正常结点位置，生成的固溶体称之为置换型（或称为取代式或置换式）固溶体。19、填隙型(填隙式)固溶体溶质原子进入主晶体晶格中的间隙位置，生成的固溶体称之为填隙型(或称填隙式)固溶体。20、纳米材料科学纳米材料科学是材料学、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学、表面、界面等学科的交叉学科，是现代材料科学的重要组成部分。21、零维纳米材料零维纳米材料是指空间三维尺度均在纳米尺度以内的材料。如纳米尺寸颗粒、原子团簇、人造原子等。22、一维纳米材料一维纳米材料是指在空间有两维处于纳米尺度的材料。如纳米丝、纳米棒、纳米管、纳米带等。23、二维纳米材料二维纳米材料是指在三维空间中有一维在纳米尺度的材料。如超薄膜、多层膜等。24、三维纳米材料（纳米固体材料）三维纳米材料（纳米固体材料）是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。25、软化学（软化学合成）软化学是20世纪70年代初由德国固体化学家费尔提出来的。严格地讲，软化学与其说是一门新的学科，不如说是一种新材料的制备思路。在这种思路下产生了一系列新型材料的制备技术，开辟出了具有节能、高效、经济、环境友好的工艺路线。26、软材料采用软化学（软化学合成法）方法，如溶胶--凝胶方法、水热法、前驱体法、共沉淀法、离子交换法及插入反应法等获得的材料称之为软材料。27、溶胶-凝胶技术溶胶-凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。28、极端条件合成在极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成，并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。29、仿生合成利用生物合成将一般常规方法难于进行的非常复杂的合成，变为高效、有序、自动进行的合成。30、理想合成理想合成是指从易得的起始物开始,经过一步简单、安全、环境友好、反应快速、100%产率获得目标产物。331、多孔陶瓷多孔陶瓷是19世纪20年代发展起来的以气孔为主相的一类陶瓷材料，多孔陶瓷是由各种颗粒与结合剂组成的坯料，经过成型、烧成等工艺制得的，调节各种颗粒料之间的矿物组成颗粒级配比和坯料的烧成温度、多孔陶瓷可具有不同的物理与化学特性。32、软化学合成（软化学）方法指在较温和条件下实现的化学过程。33、连续陶瓷基复合材料连续陶瓷基复合材料指的是陶瓷增强体具有三维连通骨架结构的陶瓷基复合材料。二、简答题1、请简述无机材料化学主要研究哪方面的问题？答题要点：无机材料化学主要研究：无机材料的制备原理、无机材料的成键本质和结构、无机材料的表征、无机材料的物理性质及反应性能、无机材料的设计，这五个方面的问题。2、何谓无机材料设计？答题要点：是为某种应用目的而制造无机材料，即材料设计。例如，为改善陶瓷的力学性质，设计出二氧化锆增韧陶瓷（可制作陶瓷刀具）、纳米晶粒陶瓷和梯形材料等。此外，为改善材料的电学性质，设计出有机–无机复合材料。3、请简述材料设计有哪些主要途径？答题要点：材料设计的主要途径：（1）材料知识库和数据库技术；（2）材料设计中的计算机模拟：如原子尺度模拟计算、显微尺度模拟计算、宏观尺度模拟计算。（3）材料设计中的新方法与新手段：如网络拓扑方法、仿生结构材料设计。4、何谓缺陷反应方程式。答题要点：如果把固体材料中的每种缺陷都当作化学物质来处理，那么材料中的缺陷反应就可以和一般的化学反应一样，用反应方程式来描述，并可以把质量作用定律之类的概念应用于缺陷的反应。5、请简述晶体结构的基本特征。答题要点：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。6、请简述晶体的共性。答题要点：由于具有周期性的空间点阵结构，晶体具有下列共同性质：均一性、各向异性、自限性、对称性、有固定熔点、内能最小。7、请简述非晶态金属材料的基本特征。答题要点：①非晶态形成能力对合金的依赖性；②结构的长程无序和短程有序性；③热力学的亚稳性。8、何谓铁电体。答题要点：晶体中存在着自发极化，并且这种极化的方向能随着外界电场而改变，这样的晶体就称为铁电体。9、何谓反铁电体。答题要点：有些晶体虽然也有自发极化，但顺电相相邻晶胞的自发极化方向相反而且相互平行，因此晶体总的自发极化宏观上仍为零，这种晶体称为反铁电体。10、何谓正压电效应或压电效应。答题要点：当某些晶体受到机械力作用时，在一定方向的表面上产生束缚电荷，且其电荷密度大小与所加应力大小呈线性关系，这种由机械能转换成电能的现象，称为正压电效应，简称为压电效应。411、何谓逆压电效应。答题要点：当晶体在外电场激励下，在某些方向上产生应变，且应变和场强之间存在着线性关系，这种由电效应转换为机械效应的现象，则称为逆压电效应。12、请简述缺陷化学的研究对象和内容。答题要点：缺陷化学的研究对象是点缺陷，但不包括声子和激子。其研究内容涉及点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、点缺陷的存在所引起的固体中载流子即电子和空穴的变化、点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等。13、何谓团簇（微团簇）。答题要点：原子分子团簇简称团簇或微团簇，是由几个至上千个原子、分子或离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚集体，其物理和化学性质随着所含的原子数目不同而变化。14、请简述非化学计量化合物的结构特征。答题要点：非化学计量化合物的晶格结点中带有空位，或含有处于间隙位置的填隙原（离）子，存在着缺陷，在组成和结构两方面显示出非化学计量的特征。15、何谓弗仑克尔缺陷。答题要点：在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格间隙位置，成为填隙原子，而在原来的位置上留下一个空位，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷。16、何谓肖特基缺陷。答题要点：肖特基缺陷：正常结点上的原子，在能量起伏过程中获得足够的能量后，离开平衡位置迁移到晶体表面正常结点位置，在原来的位置上留下空位。17、请简述何谓色心（F色心）。答题要点：F色心是由1个阴离子空位和1个在此位置上的电子组成的，它是个陷落的电子中心。一般来说，碱金属原子的价电子并不束缚在某个特定的原子或离子上，它可以迁移穿越过点阵，并最终束缚在卤素原子空位上。F色心实际上是没有原子核的价电子，或称为类氢原子。18、何谓非整比化合物材料。答题要点：严格按化学计量形成的化合物其实是一种很特殊的情况，大多数原子或离子晶体化合物并不符合定比定律，其正负离子的比，并不是一个简单、固定的值。它们呈现范围很宽的组成，并且组成和具体结构之间没有简单的对应关系或化学同一性，这些化合物被称为非化学计量化合物、非化学计量比化学物、非化学配比化合物或非整比化合物，或被称为偏离整比的化合物。19、请简述何谓是纳米、纳米结构、纳米技术？答题要点：纳米是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之一米。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构，在这种水平上对物质和材料进行研究、处理的技术称为纳米技术。纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。20、何谓纳米微粒。答题要点：纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒，它的尺寸大于原子团簇，小于通常的微粉。纳米微粒一般在1~100nm之间。21、何谓纳米固体材料。答题要点：由纳米微粒为主要构成成分，经一定工艺制备条件制得的体相材料，称纳米固体材料。包括块体材料和薄膜材料。22、请简述团簇（微团簇）的特性。答题要点：原子团簇不同于具有特定大小和形状的分子，也不同于以弱的结合力结合的松5散分子团簇和具有周期性的晶体。它们的形状多种多样，它们尚未形成规整的晶体。原子团簇有许多奇异的特性，如极大的比表面使其具有异常高的化学活性和催化活性、光的量子尺寸效应和非线性效应。23、何谓溶胶-凝胶技术。答题要点：溶胶-凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。其过程是用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂）或溶胶为原料而不是用传统的粉状物为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一定时问后转变为凝胶经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再在略低于传统的温度下烧结。24、请简述溶胶-凝胶法有哪些特点？答题要点：工艺设备简单，无需真空条件或真空昂贵设备；工艺过程温度低；可在各种不同形状、不同材料的表面上大面积制备薄膜，甚至可以在粉末材料的颗粒表面制备一层包覆膜；易制备均匀多组分氧化物膜，同时易于定量掺杂，可以有效地控制薄膜成型以及微观结构。25、请简述水热化学法（水热法）有哪些特点？答题要点：水热法又称热液法，用该方法制备出的材料具有晶粒发育完整、粒径很小且分布均匀、团聚程度较轻、易得到合适的化学计量比和晶粒形态、不需高温煅烧和球磨等特点。26、请简述水热合成与高温固态反应法相比，在制备氧化物粉末陶瓷方面具有哪些优势？答题要点：(1)明显地降低反应温度和压力(100—200℃)；(2)能够以单一反应步骤完成（不需研磨和焙烧步骤)；(3)很好地控制产物的理想配比及织构形态；(4)可制备纯相陶瓷（氧化物）材料；(5)可以大批量生产。27、何谓气相化学沉积（CVD）法？答题要点：是一种利用气相反应制备材料的重要合成方法之一。是挥发性原料化合物的蒸气通过化学反应合成所需要物质的方法。CVD是利用热能、等离子体放电或紫外光照射等形式的能源，使气态物质在固体表面上发生化学反应，并在该表面上沉积，形成稳定固态膜的过程。28、请举例说明利用缺陷与价态控制方法在固体电解质合成中