材料化学复习提纲.
材料化学复习提纲
第一章绪论
1.根据当今材料发展趋势,可分为五大类:金属材料;非金属材料;高分子材料;复合材料;生物医学材料。2根据历史发展,材料可分为:第一代,天然材料;第二代,烧炼材料;第三代,合成材料;第四代,设计性材料;第五代,智能材料。
3.材料相关的三个基础学科:固体物理学;固体化学;材料工程学。
4.如何理解材料化学与化学的关系?
答:化学是关于物质的组成,结构和性质以及物质转化成其他物质的变化过程的研究,是着眼于原子—分子水平的相互作用;而材料化学是关于材料制备,加工和分析的化学。
5.材料化学的内涵是什么?
答:采用新技术和工艺方法制备新材料;材料组成和微观结构的表征;材料性能的测试。
第二章晶体学基础
1.晶体结构与非晶结构。
答:晶体是以其内部质点在空间做规则排列,其结构长程和短程均有序;非晶体结构则长程无序,短程有序。2一些晶体的典型晶体结构类型。
答:面心立方,体心立方,密排立方。
3.晶胞的两个要素:一是晶胞的大小,形式,由晶胞参数确定;二是晶胞中各原子的位置用原子得分数坐标表示。
4晶面角守恒定律:属于同一晶种的晶体,两个对应晶面间的夹角恒定不变。
5晶体的宏观特征和微观特征?
答:宏观特征:规则的几何外形(自范性;晶面角守恒;有固定的熔点;物理性质的各向异性。
微观特征:
6晶面指数求法,什么晶系可以用四坐标系表示?
答: 在所求晶面外取晶胞的某一顶点为原点O,三棱边为三坐标轴x,y,z;以棱长为单位,量出待定晶面在三个坐标轴上的截距;取截距的倒数,并化为最小整数h,k,l 并加以(即是。
六方晶系可以用四坐标系表示。
7.如何划分平行六面体格子?
答:为确保所截取的平行六面体能够统一,且是最为简单,又能代表整个点阵的几何特性。有以下三条规定: (1所选取的平行六面体必须能够反映点阵的宏观对称特性;(2在满足上述规定的条件下,所选取的平行六面体应具有尽可能多的直角;(3在满足以上两条规定的条件下,所选取的平行六面体应具有最小的体
8。晶面指数对应图像。
第三章晶体缺陷化学
1.几种缺陷含义?
答:点缺陷:由于各种原因使晶体内部质点有规则的周期性排列遭到破坏,引起质点间势场畸变,产生晶体结构不完整性,但其尺度仅仅局限于一个或若干个原子级大小范围内。
线缺陷:指晶体内部质点排列的规律性在某一方向上达到一定的尺度范围遭到破坏。
面缺陷:指晶体内部质点排列的规律性在二维方向上的尺度范围内遭到破坏。
体缺陷:指晶体内部质点排列的规律性在三维空间的尺度范围内遭到破坏。
2.位错的基本类型
答:刃型位错:指在切应力的作用下晶体内部发生局部滑移而导致的在垂直方向出现了一个多余的半原子面而形成的缺陷,因其半原子面呈现刀刃状,故称刃型位错;螺型位错:右手螺型位错和左手螺型位错;混合位错:原子排列介于螺型位错和刃型位错之间的位错。
3.位错运动的两种基本形式:滑移和攀移。滑移:沿着滑移面移动的位错运动。攀移:指刃型位错的位错线沿着垂直于滑移面方向移动的位错运动。
4.弗伦克尔缺陷定义,特点?哪些材料易产生缺陷?
答:弗伦克尔缺陷:在晶格热振动时,一些能量较大的质点离开平衡位置后,进入间隙位置,形成间隙质点,而在原来的位置上形成空位。特点:间隙质点与空位总是成对出现;正离子弗伦克尔缺陷,负离子弗伦克尔缺陷,二者之间没有直接联系。
5.肖特基缺陷定义,特点?
答:定义:若正常格点上的质点,在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面,而在晶体内部正常格点上留下空位。特点:肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位错或表面之类的晶格排列混乱的区域;正离子空位和负离子空位按照分子式同时成对产生,伴随晶体体积增加。
6.固溶体定义,基本特征,形成?
答:定义:指凡在固体条件下,一种组分(溶剂内“溶解”了其他组分(溶质而形成的单一、均匀的晶体固体。
基本特征:在原子尺度上相互混合的;破坏主晶相原有的晶体结构,晶胞参数可能有少许改变,但基本上保持了主晶相的特性;存在固溶度;部分体系可任意互溶;在固溶度范围之内,杂质含量可以改变,固溶体的结构不会变化,只有单相固溶体,当超出固溶体极限后,存在第二相。形成:晶体生长过程中溶液或熔体析晶;金属冶炼;烧结。
7按溶质质点在溶剂晶格中的位置和溶质在溶剂中溶解度对固溶体分类?
答:按溶质质点在溶剂晶格中的位置:置换型固溶体;间隙型固溶体。按溶质在溶剂中溶解度:连续固溶体;有限固溶体。
8形成连续固溶体条件:具有相同的晶体结构(不是充分条件。
第四章金属材料
1.金属键特点:无方向性,饱和性,离域性极为显著。
2金属中常见的晶体结构:立方体心,立方面心,密排立方。
3,根据凝聚状态,无机非金属材料可分为晶态和非晶态。
4.按能带中填充电子情况和禁带宽度不同,可把物质分为导体,半导体和绝缘体。
5.用能带理论解释导体,半导体和绝缘体的导电情况。
计算面心立方和体心立方堆积系数。
体心立方的堆积系数计算:
面心立方堆积系数计算:
6.直接带隙半导体和间接带隙半导体?
答:直接带隙半导体:是导带最小值(导带底和满带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴(形成半满能带只需要吸收能量。间接
带隙半导体:导带最小值(导带底和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量,还要改变动量。
7.超导的发现者:卡末林昂尼斯(Kamerlingh Onnes,1853—1926,荷兰物理学家。
8.超导态的两大基本特征:零电阻现象;完全抗磁性。
9.按成分对超导材料进行分类?
答:元素超导体,合金和化合物超导体,有机高分子超导体。
第五章功能高分子材料
1.几个重要事件:高分子概念提出者:德国人Staudinger。硫化橡胶的发明
者:Goodyear(美国。尼龙66的发明者:Carothes
2.高分子链按几何形状分类:答:线型分子链;支链型分子链;体型分子链。
3.区别高性能高分子材料和功能高分子材料。
答:功能高分子材料是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法作出响应的高分子材料;而高性能高分子材料指的是对外力特别强的抵抗能力的高分子材料。
4.离子交换树脂结构和组成?(参考
答:离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料,其包括高分子骨架和离子交换基团。
5.离子交换树脂的种类,举例?
答:按交换基团的性质:阳离子交换树脂(强酸型:R—SO3H;中酸型:R—PO(OH2;弱酸型:R—COOH。阴离子交换树脂(强碱型:R3—NCl;弱碱型:R—NH3。按树脂的物理结构:凝胶型;大孔型;载体型。
6了解近三年物理,化学诺贝尔奖情况。
答:物理:
2007年:法国科学家艾尔伯?费尔和德国科学家皮特?克鲁伯格,表彰他们发现巨磁电阻效应的贡献。2008年:日本科学家南部阳一郎(Yoichiro Nambu,表彰他发现了亚原子物理的对称性自发破缺机制。日本物理学家小林诚(Makoto Kobayashi,益川敏英(Toshihide Maskawa提出了对称性破坏的物理机制,并成功预言了自然界至少三类夸克的存在。
2009年:英国籍华裔物理学家高锟因为“在光学通信领域中光的传输的开创性成就”而获奖;美国物理学家韦拉德?博伊尔(Willard S.Boyle和乔治?史密斯(George E.Smith因“发明了成像半导体电路——电荷藕合器件图像传感器CCD”获此殊荣。
2010年:英国曼彻斯特大学科学家安德烈?盖姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫因在二维空间材料石墨烯的突破性实验获奖。
化学:
2007:诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德?埃特尔,以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献,他获得的奖金额将达1000万瑞典克朗(约合154万美元。
2008:美国Woods Hole海洋生物学实验室的下村修(Osamu Shimomura、哥伦比亚大学的Martin Chalfie和加州大学圣地亚哥分校的钱永健(Roger Yonchien Tsien因发现并发展了绿色荧光蛋白(GFP而获得该奖项。2009:美国生物学家Venkatraman Ramakrishnan(文卡特拉曼?拉马克里希南、美国科学家Thomas A. Steitz(托马斯?施泰茨和以色列女生物学家Ada E. Yonath(阿达?约纳特因在核糖体结构和功能研究中的贡献共同获该奖。
2010:美国科学家理查德?海克(Richard F, Heck、伊智根岸(Ei-ichi Negishi和日本科学家铃木彰(Akira Suzuki因在有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究获奖。钯催化的交叉偶联是今天的化学家所拥有的最为先进的工具。这种化学工具极大地提高了化学家们创造先进化学物质的可能性,例如,创造和自然本身一样复杂程度的碳基分子。碳基(有机化学是生命的基础,它是无数令人惊叹的自然现象
的原因:花朵的颜色、蛇的毒性、诸如青霉素这样的能杀死细菌的物质。有机化学使人们能够模仿大自然的化学,利用碳能力来为能发挥作用的分子提供一个稳定的框架,这使人类获得了新的药物和诸如塑料这样的革命性材料。这一成果广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域,可以使人类造出复杂的有机分子。
7论述纳米材料基础特征(效应。
答:(1小尺寸效应:指由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化。
对超微颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质:特殊的光学性质;特殊的热学性质;特殊的磁学性质;特殊的力学性质
超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。
(2表面效应:纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
(3纳米材料的量子尺寸效应:纳米粒子的尺寸下降到某一值时,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级,并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级,使得能隙变宽的现象。
(4宏观的量子隧道效应:隧道效应是由于电子具有粒子性又具有波动性。是基本的量子现象之一,即当微观粒子的总能量小于势垒高度时,该粒子仍能穿越这一势垒。近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观的量子隧道效应。
少许不充分的请自行加以补充