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中级物理化学复习题20121、 尖端材料膜模拟的基本方法胶体化学方法的基本原理:大部分现代材料是通过固态方法凭经验制成的。一般包括陶瓷粉末的烧结、用高分子改良的混凝土、合金的机械加工如研磨、将离子植入半导体中、晶体生长等。现代的技术可以做到在分子水平上一层一层地分子束外延，但公平地讲，人们在分子水平上对这些过程的了解还很少，人们不断取得进展主要得益于精巧的工程技术。开发新一代的尖端材料需要全新的化学设计，这是一项在原子水平上从根本上 了解相互作用和反应的基本工作。化学家已奋起承担此任，并已对材料科学做出极大贡献。2、 为什么胶体化学特别适用于尖端材料？胶体化学特别适用于尖端材料：1/ 由于大量新技术的使用和理论的发展，胶体化学日臻成熟并成为一门定量化和能做出预测的科学。2/ 很多尖端材料的尺寸和行为都属于胶体化学范围。3/ 材料加工时包含固固、固液或固气的界面反应，通过溶胶凝胶工艺生产陶瓷膜是一个典型的例子。4/ 胶体聚集体被用作制备尖端材料的容器或模板，为此，单层、多层以及其他聚集体将是本教材的内容。5/ 最为重要的是许多组成大自然中“尖端材料”的生物矿物体，也可认为是胶体体系。作为本教材的一个重要的主题，生物矿物体的模拟方法显然是以胶体化学为中心的。3、 LB膜的结构及种类？基板+多个单分子（两亲分子）层X型多分子层，Y型多分子层，Z型多分子层，交替X型，交替Z型，中心不对称交替Y型,中心对称交替y型，成对交替y型4、 如何构建LB膜？每次实验要求达到一个理想的转移比，首先要求有一个稳定的，压得好的，均一的单分子层。其次单分子层的转移应当在一个稳定的，缓慢的速度下（每秒几个毫米的数量级）进行，实际上有一个极限的速度，超过它则无法进行单分子层的转移。将一个干净的板（基板）通过水溶液空气界面，使得在浸入或拉出板时单分子层能转移到固体基板上，憎水的基板喜欢吸引表面活性剂的尾部，因此在浸入时单分子层将板分子转移上去，相反，极性基板喜欢表面活性剂头部，因此在将板拉出的过程中实现单分子层的转移。5、 LB膜的检测方法？人们已能有效地使用荧光显微镜、X射线衍射测量、FTIR光谱和X射线光电子能谱来表征LB膜6、 自组装单分子膜和多分子膜有几种形式？如何制作？1 有机硅衍生物的自组合单分子层和多分子层 p69将十分仔细清洁过的玻璃片、聚乙二醇片、氧化聚乙烯片及喷铝薄片基底浸入毫摩尔浓度的正十八烷基三氯硅烷（C18H37SiCl3,OTS）的有机溶液中（8CHCl3+12%CCl4+80%正十六烷，体积比）。在OTS中的浸渍时间甚短，放入和取出的速度大约为2.7mm/s，他用化学吸附及SiCl在基底表面上的水解以及随后的SiOSi网络的形式来解释自组合的模拟2 有机硫化合物化学吸附到金及其它金属上的自组装单分子层和多分子层 p87用蒸汽沉积法在清洁硅（ 纯度99.999）上面镀上一层金的薄膜（约2000? ，99.999纯度），随后将此基片浸入103101M的长链烷基硫醇（或双烷基硫醇）的溶液中，其溶剂（乙醇、己烷、丙酮、二氯甲烷等）是高纯度的，结果产生了表面活性剂在金表面上的化学吸附。根据所用的表面活性剂，浸渍时间由几分钟到几天。最后将多余的表面活性剂和溶液用乙醇淋洗掉，整个自组装过程可用椭偏仪监控。在室温下烃基硫醇在金上的SA可以是长期稳定的。 自组装过程是由硫醇表面活性剂的（或二硫化物）头部和金表面的强烈作用力以及由表面活性剂尾部的强作用力所控制的。人们利用两种表面活性剂在金表面上的竞争吸附以形成混合型SA单分子层，从而可再次深入地了解自组装过程。7、 自组装单分子膜和多分子膜有何特点？由有机硅衍生物产生的SA单分子层和多分子层是十分稳定的。他们能经得住含1洗涤剂的热水的洗涤，经得住有机溶剂的长期抽提及酸的处理。而热稳定性则因体系而异。 SA的相对易于形成以及高度分子水平组装的能力，加上其物理与化学的稳定性，使SA单分子层和多分子层成为尖端材料构筑的十分合适的基体。8、 用图示表示胶束、反胶束和微乳液的结构并说明其特点。水性胶束的水力学半径具有2050?的量纲。水性胶束的形成是一个协同过程，极性头的相斥和憎水链的相吸是形成胶束的主要力。一般来说，憎水链愈长CMC愈小。水性胶束是所有有序表面活性剂组合体中最没有次序的聚集体，它们在两个已知过程中迅速地破坏和重新形成。反胶束所含的水池是很特殊的，它们与体相水的性质很不一样，在一个相对小的水/表面活性剂比例时(=810，=水/表面活性剂)，所用的水分子是牢固地结合到表面活性剂基团上的。被增溶的底物在受限制的反胶束水池中将会具有不同的解离常数、反应能力和反应产物。增加表面活性剂包含水的量就会形成大的聚集体以至最终形成油包水（W/O）微乳液。在AOT W/O微乳液中加入明胶或合适的聚合物，在水池中会产生有机凝胶。9、 囊泡的结构、性质及种类？结构：由磷脂形成的（脂质体）或由表面活性剂形成的（囊泡）封闭型双层聚集体，代表着一个最完善的生物膜模型性质：不同于水胶束，SUV在形成后在稀释时不破裂。对于SUV来说，没有相当于CMC这一概念。另外，根据化学组分不同，泡囊寿命可以稳定几天到几个月。SUV像膜一样，是有渗透压活性的。增加电解质会使泡囊萎缩。而当将它们放到比内部电解质更稀的溶液中时，则会产生膨胀。SUV也象膜一样，在加入表面活性剂或醇时会破坏。 在低于相转变温度时，SUV中的表面活性剂会排列成有一定斜度的一维格子，处于一种高度有序的“固”态。在高于相变温度时，它们彼此会有所分离，形成类似液体的结构，处于一种“液”态。由温度引起的相转变及相分离，是泡囊的重要特征。底物的被捕获、停留和离子渗透性是聚合泡囊的重要性质。种类：表面活性剂囊泡、聚合囊泡和聚合物的囊泡10、 如何构建聚合囊泡？由于需要提高泡囊的稳定性，得到可控的渗透率和形态，聚合表面活性剂泡囊的工作得到了发展。能形成这类泡囊的表面活性剂的烃链或极性基上具有丙稀、异丁烯酸、联乙炔、异氰基、苯乙烯等功能团，这样SUV就会在双层内或通过极性基头聚合。对于后一种情形，可以是泡囊的外部单独聚合或内外表面同时聚合（如图）。光聚合使内外表面都连接；通过加入水溶性引发剂（如过硫酸钾）则选择性地只使泡囊外表面进行聚合。 当将表面活性剂泡囊的聚合反应限制在外表面发生时会形成非对称的SUV（如图）。例如：在极性基头上以酯连接的紫精（Viologen）成分的表面活性剂所形成的聚合泡囊，就会产生化学不对称。将泡囊外表面上脆弱的酯基团断裂，就能产生一个紫精官能团在内表面，羧基在其外表面的泡囊。11、 双层类脂膜BLM的结构？12、 BLM的制作方法？BLM是在很小的聚四氟乙烯小孔中形成的。聚四氟乙烯小孔分隔含水溶液的两室。典型的方法是在针孔上覆盖溶在烃类溶剂中的表面活性剂（或类脂）。起初形成的膜颇厚并有灰色光反射。数分钟之内，膜变薄，反射光呈现干涉颜色，最终变为黑色（如图）。此时膜被认为是双分子层，其厚度为5.01.0nm。用其他方法也可形成BLM。在这一过程中，溶解在非极性中溶剂中的表面活性剂（或类脂）在针孔两边的水表面铺展，这样在针孔下面就形成了单分子层。 BLM也可通过MontalMueller方法用表面活性剂泡囊SUV制备。注入溶液中的SUV形成单层膜，然后可转变为BLM（囊泡通过自动单分子层的形成而转化为平板状的双分子层）13、 多重双层铸膜的结构和性质？性质：超薄膜保持了泡囊的规则双层结构 是与基片表面成45o和65o倾斜 制备的SUV形成铸膜，X射线散射证明表面活性剂的垂直取向和铸膜后再聚合在膜中的高度有序。因为聚合的SUV比起它们没有聚合的对应体在干燥过程中更可能保持其结构 那些先形成SUV接着聚合的膜在电解质溶液中仍然稳定。相反由于聚合的SUV制备的铸膜在电解质溶液中膨胀14、 多重双层铸膜的制作方法？控制蒸发基片上的SUV和MLV导致超薄膜的形成，这种超薄膜保持了泡囊的规则双层结构。这些不动的双层膜称为“双层铸膜”由含氟碳表面活性剂的 SUV并连接聚乙烯醇也可铸成薄膜。利用可聚合的表面活性剂和含可聚合基头（CH2=CHCOO）的表面活性剂为稳定双层铸膜提供了另一种途径。人们已采用了两种方法：第一种方法涉及聚合化泡囊铸型；第二种方法是由预聚泡囊进行铸型，然后铸好的膜聚合。15、 多重双层铸膜的检测方法？X射线散衍射、XPS测量、电子旋转光谱及计算机模拟所得的EPR光谱、TEM、SEM16、 金属、准金属、非金属的原子族的检测方法？等离子体吸收峰的检出标志着金属性的出现，直径在510nm的银微粒，当胶体水溶液的浓度在毫摩尔范围内被看成是金属性的；而对于210nm的较小微粒，它们的吸收峰从等离子体谱带蓝移了，故被认为是准金属的，这些微粒是量子尺寸的；更小的微粒在紫外区有特定的吸收峰，是非金属的原子族。17、 金属颗粒及颗粒膜的常规制备方法？P212反胶束和微乳液常用作基体,原位生产纳米尺寸的铂、钯、铑、铜和银微粒。也可用同样方法制得了单分散的硼化镍、硼化钴、硼化镍-钴、氧化铼、氧化铂-铼、硼化铁-氧化铁催化剂。所用的反胶束和微乳液，它们的结构和化学组成不会因为引进制备微粒的组分（即金属离子和还原剂）而受到影响。一般说来，包入在微乳液中的催化剂能在几个月中保持稳定，一个重要的优点是金属催化微粒能够转移到固体支撑物上而不发生明显的结构变化。一些聚离子和聚合物被用来稳定纳米尺寸的钴、铜、金、镍、铑和银微粒。一个特殊的例子是在聚（N-乙烯-2-吡咯烷酮）存在下，同时还原HAuCl4和PaCl2而制得了相对比较均匀的、直径为1.6nm 的双金属原子簇。分子筛中的通道为银、硅以及硒原子簇的生成提供了位置，铜原子簇可以在蒙脱土的层间生成，铜、铂、钯原子簇可在二氧化硅的晶格点阵中生成。a. 表示反应气体（如CO）的注入b. 表示反应物（如甲醛蒸气）的产生方法 用电化学方法在单层膜和溶液的界面上还原银原子，同样可以银微粒膜在含HAuCl4水相上铺展硫醇单层膜暴露于CO中，可生成金微粒膜。将微粒膜（转移到石英基片上）在140C?下退火十分钟，导致了金胶体微粒的继续长大18、金属颗粒及颗粒膜的特性？金属颗粒被广泛地用来作为高效和选择性工业催化剂。它们的性能极大地依赖于表面的面积与结构，一般来说，催化面积越大，催化剂越有效。 用电化学或化学方法制得的颗粒膜，由表面粗糙的金属微粒相连组成的超薄金属膜，可用于催化、电子转移、非线性和表面增强光学以及其他方面。19、半导体胶体颗粒及颗粒膜的制作方法？0221这种制作方法的优点？0223硫化物、硒化物、碲化物、磷化物、砷化物的半导体颗粒可以通过控制H2S、H2Se、H2Te、PH3和AsH3与适当的金属水溶液的沉淀反应来制备。这些胶体一般都用聚磷酸钠作为稳定剂。半导体胶体颗粒及颗粒膜是近来发展起来的，它有一系列优点：1 它们对尺寸和维数的依赖性对于研制和开发电光器件极其重要，在适当的能带时具有宽的吸收光谱和高的消光系数，并且可以通过掺杂或物理或化学修饰使之敏化。2 可以将半导体胶体制成颗粒足够小、浓度比较稀的体系，减少光散射的影响，便于光谱测试；有大的表面积，因而是有效的吸光物质-光激发产生的电子和空穴很快被颗粒表面所捕获，且容易从这个小颗粒上转移到另一个受体。如图。3 相对而言，半导体胶体分散体的产生是非常廉价的。20、哪些小区可以用来制作半导体胶体颗粒及颗粒膜？P259-27021、LB膜和SA膜的导电性如何测定？ 可以测量横跨（即垂直于整齐排列的表面活性剂）或平行（即平行于整齐排列的表面活性剂）LB膜和SA膜的电导率。表面活性剂具有大的非极性区和高的介电常数，因此，可以认为是绝缘体。在两个电极之间放置已知其特征的并假设为无缺陷的LB膜，就可以研究电子隧道效应和光导效应，以及这些效应与膜厚及分子组合的关系。研究在电极间LB膜上距离为2430长链脂肪酸的电导率，发现其电阻随距离的增加比欧姆定律预计的要大，因此，其电导率是由于量子力学隧道效应引起的。22、 作为薄的电介质， LB膜和SA膜可被用来制备何种多层尖端材料？作为薄的电介质， LB膜和SA膜可被用来制备金属-绝缘体-半导体(MIS)、金属-绝缘体-金属(MIM)、超导体-绝缘体-超导体(Josephson)结的尖端材料。构筑具有侧面直流导电性的LB膜是一项刚开始的研究。由N-二十二烷基吡啶TCNQ形成不导电的LB膜，然后将它暴露于碘蒸气中，其侧向电导率可达0.1S/m的数量级。23、 无机超导体的制备方法？P311 聚丙烯纤维中灌以聚合物-金属-溶液。在真空中加热至80?C，在160 ?C时保持2h，在300 ?C保持2h，在600 ?C保持2min，其结果是形成了一个金属互化物YBa2Cu3Ox的中空纤维。最后是在氧气流下300 ?C焙烧2h， 600 ?C下焙烧2h，900 ?C和930 ?C下2h(如图)。交流磁化率测量说明YBa2Cu3Ox空腔纤维具有高温超导行为(78K)。24、 顺磁性、铁磁性、反铁磁性、铁氧磁性形成的原因？铁磁行为是由平行排列的电子自旋造成的。在低于居里温度(Tc)时、在无外加磁场时就具有宏观的自发磁化，具有大的正磁化率(约102)，并在固定的外加场下有一特征饱和磁矩。铁磁性由宏观的磁畴所组成，它们各自几乎自动磁化到饱和，但由于它们相互定向使得宏观上的净磁矩为零，施加外场就使磁畴定向，使之由微观定向变为宏观定向。随着温度的增加，热能变得可与交换能相比，因此，铁磁体的自动磁化随着温度的上升而下降，而在温度超过Tc时磁性消失；在Tc温度以上，铁磁体变成顺磁体并服从Carie-Weiss定律，铁、钴、镍等金属及其合金以及-Fe2O3是铁磁材料的例子。在反铁磁体中，相邻电子的自旋排列成逆平行，在没有外加场时没有净偶极矩，并且在低于尼尔点(Neel)温度TN时，磁化率是各向异性的。大多数反铁磁体都是绝缘固体，例如，氧化镍和氧化锰。 相邻电子的自旋大小不等且逆向平行排列的材料称为铁氧磁体。这一范畴的典型化合物由含有两个不同的亚晶格(如铬酸铁)的两种不同化学种类组成。25、 如何制备磁性超薄膜？人们巳用反胶束、表面活性剂泡囊、聚合物和多孔硼硅酸耐热玻璃(参见下表)来包藏磁性颗粒。人们也在铸成的多层双分子膜里原位制备磁性颗粒26、 高级陶瓷与传统陶瓷之间的区别？传统陶瓷:从广泛意义上来说，传统的陶瓷除了包括粘土烧制产品诸如瓷器、陶器、瓷砖外，还包括有混凝土、水泥等多种材料。高级陶瓷:在高温轻质发动机和高温原子核反应器中已利用了高级陶瓷材料。另外还可作卫星隔热板、绝缘体、半导体、超导体、光学和光电元件和超细纤维、人造骨及膜等。它们之所以被挑选来作这些应用是由于其特性所决定的，诸如：硬度、轻质及抗磨损、抗侵蚀、耐化学剂腐蚀(甚至在高温下1500或更高温度下)，但是它们也有缺点，诸如：脆性和低抗拉强度。通过把陶瓷颗粒加人到辅助基质中，从而产生例如陶瓷-金属(合金陶瓷)和陶瓷-聚合物(聚合物陶瓷)复合材料，已能克服这些问题。传统的陶瓷来源于天然的粘土矿物、硅酸盐和氧化物。相反，高级陶瓷则由化学合成或从天然材料高度精制而得。27、 胶体化学方法制备陶瓷的典型过程及优越性？最简单的溶胶-凝胶过程包括：(i)将金属盐转变为可分散的氧化物颗粒；(ii)在水中形成分散胶体(溶胶)；(iii)从溶胶除去水或除去阴离子以制备在所需形貌下的凝胶(即相转变)；(iv)干燥和烧结(或锻烧)凝胶以得到陶瓷材料。在最佳条件下的简单溶解-沉淀或重结晶，同