材料化学复习归纳.doc

材料化学复习提纲第一章 晶体学基础一、名词解释1.晶体：是一种内部粒子（原子、分子、离子）或粒子集团在空间按一定规律周期性重复排列而成的固体。2.周期性：一定数量和种类的粒子（或粒子集团）在空间排列时，在一定的方向上，相隔一定的距离重复出现的现象。3.晶胞：空间格子将晶体结构截成的一个个大小、形状相等，包含等同内容的基本单位。4.同质多晶：同一化合物存在两种或两种以上的结构型式。5.类质同晶：在两个或多个化合物（或单质）中，如果化学式相似，晶体结构型式相同，并能相互置换。6.晶体衍射：晶体中各原子散射的电磁波互相干涉、互相叠加，从而在某一方向得到加强的现象。7.系统消光：由于晶胞中某些特定位置上的原子散射的X射线间相互干涉，使得许多衍射点有规律的系统的不出现现象。二、填空题1.点阵是反映结构周期性的几何形式，平移群反映结构周期性的代数形式。2.构成点阵的两个必要条件为点数无限多和各点所处的环境完全相同。3.晶体的缺陷按几何形式分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。三、简答题1. 点阵和平移群之间的关系？答：连接任意两点阵点所得向量必属于平移群；属于平移群的任一向量的一端落在与其对应点阵中任一点阵点时，其另一端落在此点阵的另一点阵点上。2. Laue方程与Bragg方程区别与联系。答：1）都是反映X射线在晶体中发生衍射在衍射方向这一要素上的客观规律，都是联系衍射方向与晶体结构参数的重要方程。2)它们的本质上是一样的，但表达方式不同，前者是基本的关系式，后者在形式上更为简单。3）Laue方程多用于单晶X射线衍射，Bragg方程则为多晶粉末法提供了理论基础。3. 物相鉴定的主要步骤包括？P59答：1）收集衍射数据，分析计算图谱，得到一组d（hkl）/n-I/I（max）数据； 2）选取8个强度最大的衍射对应的d（hkl），利用索引查找与实验数据相近的卡片号码； 3）按照卡片号码找到相应的卡片，将卡片值与实验值一一对照确定物相。4. 什么是晶体衍射的两个要素？他们与晶体结构有何对应关系？P59答：（晶体衍射的两个要素是衍射方向和衍射强度。 关系：对衍射方向的测定，可得到晶胞大小和形状的信息；对各衍射方向的衍射程度进行测量和分析，可获得晶胞中原子排列方式的信息。）第二章 非整比化合物材料与亚稳态材料一、名词解释1.液晶：是先融化失去平移对称性，进一步升高温度后产生转动。2.非整比化合物：化合物中某一原子短缺或过多和层状结构的夹层之间嵌入某些中性分子或金属原子。3.玻璃：（高温下熔融、冷却过程中黏度逐渐增大，不析晶，室温下保持熔体结构的非晶固体。）4.陶瓷：指通过烧结包含有玻璃相和结晶相的特征的无机材料，一般由陶土或瓷土等硅酸盐，经过成型烧结，部分熔融成玻璃态，通过玻璃态物质将微小的石英和其他氧化物晶体包裹结合而成。二、填空题1. 热致性液晶是温度变化时形成的液晶态物质。根据结构形态不同，热致性液晶可分为类似细火柴棒状的向列相液晶，类似黏土状的近晶相液晶和类似胆固醇状的胆甾相液晶。三、简答题1. 晶体一般性的特点是什么？点阵和晶体的结构有何关系？答：（1）晶体的一般特点是：a. 均匀性:指在宏观观察中，晶体表现为各部分形状相同的物体b. 各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质c. 自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面，晶棱等几何元素所组成凸多面体外形d.固定熔点：晶体具有固定的熔点e.对称性：晶体的理想外形，宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系：点阵结构=点阵+结构基元点阵=点阵结构+结构基元2. 压电效应答：指晶体受到压缩或扭转而能诱发产生偶极矩的现象。3. 构成液晶的分子应该满足哪三个基本条件？P83答：分子结构形状为棒状或平面形，分子有一定极性，适当的长宽比例。4. 液晶显示器是一种液晶材料制造，利用电场调制的受光型显示器件，它有三大优点？P84答：（液晶显示器的三大优点：液晶本身不发光，只是反射环境光。因此白天光线越强，它反射的图像越清晰，不像电视荧光屏那样，必须在暗处才能看清楚；用于显示的液晶厚度一般在几十微米以下，加上电极板也只有几毫米。电器元件薄而轻，十分方便；液晶显示器耗电量一般极低。）5.简述玻璃的无规则网络学说。P97答：（玻璃的无规则网络学说：玻璃的内部结构无长程周期性，像液体一样，因此可以看作是过冷液体。一般公认的玻璃SiO2的结构是1932年由Zachariase提出的无规则网络学说，该理论认为玻璃的结构中包含许多小的结构单位。（由中心的硅和四角的4个氧通过共价键结合而成的SiO4（4-）四面体），这些小结构单位彼此之间可以键合成链状，或由其他金属离子沿顶角键合，联结成很不规则的三维结构。此结构缺少对称性或长程有序性，为保持电中性，每个角顶氧原子仅在两个四面体之间共用，因而该结构是颇为敞开的。）6. 玻璃的特性主要表现在哪几个方面？P97答：（玻璃特性主要表现在：没有固定的熔点、各向异性、热力学性能高、没有晶界、无固定形态、性能可设计性。）7. 哪些是玻璃改性剂。P99（PbO2、Al2O3）答：（玻璃改性剂：像PbO2、Al2O3等具有较低键能的氧化物。例如：碱金属和碱土金属氧化物即属于该类。）第三章 金属材料一、填空题1. 能带中完全被电子所充满的叫满带，能带中没有电子的叫空带，能带中有电子但未充满叫导带。各种带的间隙是电子不能存在的区域叫禁带。2. 在密置双层结构中存在两种空隙，一种由三个相邻A球与一个B球或三个相邻B球与一个A球所组成的空隙叫正四面体空隙，另一个是由三个A球与三个B球所组成的空隙称为正八面体空隙。3. 由N个等径球组成的堆积中，平均有2N个正四面体空隙，可容纳半径为0.225R的小球，还有N个正八面体空隙，可容纳0.414R的小球。二、名词解释1.金属固溶体：两种或多种金属或金属化合物相互溶解组成的均匀物相，其中组分的比例可以改变而不破坏均匀性。2.间隙固溶体：原子半径较小的非金属原子(H、B、N、C)统计地渗入过滤金属结构的间隙中形成间隙固溶体。3.金属化合物：各种元素发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质。三、简答题1. 请简述构成无限互溶置换型固溶体的必要条件？答：1)组成A和B具有相同的结构型式；2)组成金属和原子半径相近，两者相差不能超过15%；3)组分金属的电正性不能相差太多，否则倾向于生成金属化合物。四、判断1.铝合金中，Mn主要起抗腐蚀能力，细化晶粒，提高强度的作用，但过多的Mn含量会使塑性下降。2.黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，而白铜是以镍为主要添加元素的铜基合金。3.氢在储氢合金中以原子状态存在，处于合金八面体和四面体空隙位置上。第四章 无机非金属材料一、名词解释1.离子晶体：(指由正、负离子结合在一起形成的晶体，它一般由电负性较小的金属元素与电负性较大的非金属元素组成。)P1572.离子键：离子静电吸引力与电子短程排斥力平衡的结果。离子键的强弱可以用晶格能表示。3.晶格能：0K时，1mol离子化合物中的离子从相互远离的气态结合成离子晶体所释放的能量。P1624.有效离子半径：(以Pauling提出的配位数为6的O（2-）半径为140pm，F（-）半径为133pm作为出发点，用Goldschmidt方法将离子间距划分为离子半径，后来经过多次修正，提出了一套较完整的离子半径数据，称为有效离子半径。)P1685.正离子配位数：(将于正离子连接的最邻近的负离子称为正离子的配位数。用符号CN+表示。)P1726.配位多面体：将与正离子相配位的各负离子中心相连得到的多面体。P1727.离子极化现象：离子在相互电场作用下，使电子分布的中心偏离原子核而发生电子云变形的现象。P1748.三种分子间作用力：静电力、诱导力、色散力。P1799.范德华半径：代表相邻分子中原子之间最小接触距离的平均值。10.超分子化学：研究凭借分子间作用力组装的分子聚集体。聚集体的组装过程及其结构与性能的关联学科。P18511.超分子：(由两种或两种以上分子以非共价键的分子间作用力结合在一起而形成的，较复杂的、有组织的缔合体，并能保持确定的完整性，具有特定的相行为和比较明确的微观结构和宏观特征。)P18512.分子识别:(是指不同分子间的一种特殊的、专一的相互作用。)P18613.超分子自组装:(是指一种或多种分子，依靠分子间相互作用，自发地结合起来，形成分立的或伸展的超分子。)14.晶体工程：(通过分子堆积了解分子间的相互作用，用以设计具有特定的物理性质和化学性质的新晶体。)P188二、简答题1. 离子晶体的堆积方式?答：离子间的作用力主要是以库伦静电引力为基础，故离子晶体中的离子要以正、负离子相间的形式排列，即可以看作半径较小的正离子以一定的比例填入负离子堆积形成的空隙中，所以，对于简单的二元离子晶体可以用不等径球密堆积，大球（负离子）密堆积，小球（正离子）填空隙的模型来表达他们的结构。2. 简述中性有机分子中，官能团间氢键的形成规则？P183答：1）所有强的给体和受体的位置全部利用；2）能形成六圆环的分子内氢键，优先于分子间氢键；3）在规则上没有用上的质子给体和受体将彼此形成分子间氢键。三、判断题1. 离子半径变化规律：P1701）同族元素的离子半径随原子系数的增大而增大；2）同一周期，核外电子数相同的正离子系列中，离子半径随核电荷数的增大而减小；3）就同一元素各种价态的离子，电子数越多，离子半径越大；4）核外电子数相同的负离子，随着负电价的增加，半径略有增加。第五章 有机高分子材料一、填空题1.根据高分子材料的使用性质可以分为：塑料、橡胶、纤维、黏合剂与密封材料和涂料五大类。2.高密度聚乙烯（HDPE)结构为-（-CH2CH2-）n-是高分子结构最为简单的一种，它的单体是乙烯，重复单元为CH2CH2,称为链节，n为链节数，也称聚合度P。3.高分子的链结构是指单个高分子链的结构和形态，包括近程结构和远程结构。前者属于化学结构，也称一级结构；后者是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。4.聚合反应能顺利进行，采用适当的聚合反应实施方法是非常必要的，聚合物反应的实施方法有：本体聚合、溶液聚合、乳汁聚合、悬浮聚合等。5.涂料组成：成膜物质（固着剂）、颜料、稀料和各种辅料。二、名词解释1.高分子材料：以高分子化合物为基本组分，加入适当助剂，经过一定加工制成的材料。P2282.高分子链的构型：分子中由化学键所固定的原子或取代基在空间的几何排列。P2343.高分子链的柔顺性：由单链内旋转引起原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种现象，称为高分子链的构象，由构象变化获得不同卷曲程度的特征称为高分子链的柔顺性。P2364.聚合物球晶的生长过程：(球晶的生长以非均相的晶核为中心，从初级晶核生长的片晶，在结晶缺陷点发生变化，形成新的片晶，它们在生长时发生弯曲和扭转，并进一步分支成新的片晶，如此反复，最终形成以晶核为中心，三维向外发散的球形对称结构。)P2405.配位聚合：单位分子首先在活性的空位上配位，形成某种形式向络合物。随后单位分子相继插入过滤金属一烷基键中进行增长。P2536.自由基聚合：聚合反应活性中心为自由基的链式聚合反应。P250三、简答题1. 高分子化合物和小分子化合物的区别？P243（答：相对分子质量明显不同；高分子化合物的相对分子质量和分子链尺寸存在多分散性；分子间作用力不同；高分子化合物具有线链状和交联结构。）四、判断题1. 氯丁橡胶有“万能橡胶”之称。六 纳米材料一、选择题1. 溶解-凝胶法中凝胶颗粒尺寸范围（B）A 1um B1-100nm C 1um B10um C Tc时，没有凝聚，T=Tc时，开始凝聚，T=0时，超流子占100%。2. 何为光电效应？主要的有哪些光电效应？答：1）光电效应：物质由于受到光照而引起其某些电性质变化的现象。2）光电效应主要有光导效应，光生伏特效应和光电子发射效应三种。前两种效应在物体内部发生，统称为内光电效应。光电子发射产生于物体表面，又称外光电效应。3.何为压电效应和逆压电效应？答：1）压电材料受到机械压力时，会引起电极化，其极化值与机械应力成正比，其符号则取决于应力的方向，这种现象叫正压电效应； 2）材料在电场的作用下，产生了一个在数量上与电场强度成正比的应变，叫逆压电效应。第八章 固体能带理论和晶体轨道简介一、判断1.在晶格中运动的电子，由于受周期势场的作用，其有效质量依赖于所处能带的位置，不仅数值可以不同，而且可以是正值，也可以是负值。2.对于金属，不考虑温度的影响，电子最高占据能级就是Fermi能级Ef。课后作业总结1. 请说明空穴的含义？答：（空穴，又称电洞，是一个科技名词。在固体物理学中它是指共价键上流失一个电子，最后在共价键上留下空位的现像。该现象主要用于研究如何制造能量。 共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴 ） 2. 一维绝缘体为什么通常不会发生绝缘体-金属相变？1、 判断题1. 材料化学的特点是跨学科性和多样性。(F)2. 在周期表中同周期从左到右电正性逐渐减小，同族由下到上逐渐减小。（T)3. 在周期表中同周期从左到右原子半径逐渐减小，同族由下到上逐渐增大。（F）4. 氢键的作用力强弱介于化学键与范德华力之间。（T）5. 范德华健不具有方向性和饱和性，而离子键既有方向性又有饱和性。（F）6. 一般晶体都有规则的几何外形和固定的熔点。（T）7. 对于具有缺陷的晶体是不完美的，一般在制备材料上要避免。（F）8. 以二氧化硅为主体的材料在酸性条件下是稳定存在的。（T）9. 热性能与材料中原子的震动相关，一般表现为热传导、热膨胀和热辐射。（F）10. 衡量材料介电性能的指标为介电损耗，其值越小绝缘性能越好。（F）11. 含有共轭基团的材料一般为无色透明材料。（F）12. 金属由于对所有光波吸收后又释放，所以呈现金属光泽。（T）13. 埃灵罕姆图中位于G-T上方的点氧化物可以使下方的元素氧化。（T）14. 固态反应中颗粒尺寸越小，比表面积越大、反应速度越快。（T）15. 在热力学上，非晶态是一种稳定的状态。（F）16. 在铁碳和金中马氏体塑性最好而奥氏体硬度最高。（F）17. 淬火处理可以减低合金的脆性提高韧性和切削性能。（F）18. 水泥的标号越高硬化后的强度也越高。（T）19. 目前产量最高用途最广泛的玻璃是有机玻璃。（F）20. 玻璃钢和钢化玻璃是同一种物质。（F）21. 陶瓷材料与玻璃材料的区别是：玻璃透明而陶瓷不透明。（F）22. 塑料材料的玻璃化转变温度一般要比橡胶材料要高。（T）23. PVC一般有悬浮聚合与乳液聚合两种产品，其中悬浮聚合分子量分布窄。（F）24. 应用最广泛的复合材料是聚合物基复合材料。（T）25. 金属的纳米颗粒对可见光具有较好的反光性，所有都有金属光泽。（F）26. 纳米颗粒一般需要采用一定保护措施来防止团聚。（T）27. 超导材料的迈斯纳效应就是指超导体的零电阻现象。（F）28. 饱和性和无定向性是离子键的特点。（T）29. 制的非晶态材料，最根本的条件是使熔体快速冷却到材料的再结晶温度以下。（T）30. 组元是材料性能的决定性因素。（T）31. 如果只形成空位而不形成等量的空隙原子，这样形成的缺陷称为弗仑克尔缺陷。（F）32. 在晶态聚合物中，通常可能同时存在晶态和非晶态两种结构。（T）33. 非晶态金属材料不存在长期有序性，但能观察到晶体的存在，存在近程有序性。（F）34. 空位缺陷的存在会增高离子晶体的电阻率和金属晶体的电导率。（F）35. 纳米微粒的熔点和烧结温度比常规粉体要高。（F）36. 定向凝固和粉末冶金技术可以提高合金的高温强度。（T）2、 填空题1. 材料的种类繁多，性能千差万别，应用领域也十分广泛。若按照材料的使用性能可以将分为结构材料和功能材料两大类，前者主要利用材料的力学性能，后者则主要利用材料的物理和化学性能。2. 材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究。3. 材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。4. 范德华力有三种来源分别取向力、诱导力和色散力。5. 金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。6. 铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等。7. 聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。8. 纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应。9. 无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐、等含氧酸盐组成。10. 晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。11. 晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。3、 选择题1. 立方最紧密堆积中最紧密排列层为（A）；而六方最紧密堆积中的最紧密排列曾为（A）。A（111），（0001） B（110），（1000） C（100），（0001） D（111），（1000）2. NaCl单位晶胞中的“分子数”为4，Na+填充在Cl-所构成的（B）空隙中。A：全部四面体 B：全部八面体 C：1/2四面体 D：1/2八面体3. CsCl单位晶胞中的“分子数”为1，Cs+填充在Cl-所构成的（C）空隙中。A：全部四面体 B：全部八面体 C：全部立方体 D：1/2八面体4. 根据鲍林（Pau