材料化学

环氧树脂是聚合物基复合材料中最为重要的基体材 料。以双酚A与环氧氯丙烷缩合而得的双酚A环氧为 主，其分子量可以从几百至数千，常温下为黏稠液状 或脆性固体。

材料化学

• 纳米材料
  • 填空题
    • 纳米科技主要包括纳米物理学、纳米化学、纳米材料 学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七 个相对独立又相互渗透的学科，及纳米材料、纳米器件、 纳米尺度的检测与表征三个研究领域。
    • 原子团簇中最典型的是富勒烯，于1985年被发现，是继金刚石和石墨之后碳元素的第三种晶体形态，C60是最先发现的富勒烯，由六十个碳原子组成，与足球拥有完全相同的外形
    • 碳纳米管的尺寸尽管很小，但其电导率却是铜的 1万倍，强度是钢的100倍，而重量只有钢的七分之一。 它像金刚石一样硬，却有柔韧性，可以拉伸，它的熔 点是已知材料中最高的。
    • 纳米效应包括：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
    • 按照制备原理不同，纳米材料制备方法可分为：物理法、化学法、综合法；按照制备系统的状态分类，分为：气相法、液相法、固相法
  • 名词解释
    • 原子团簇是介于单个原子与固态块体之间的原子集合体，其尺寸 一般小于1nm,约含几个到几百个原子。
    • 超晶格是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生 长并保持严格周期性的多层膜，是特定形式的层状精细复合 材料。
    • 蓝移现象 与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝 移”现象，即吸收带移向短波方向。（长波方向是红移）
    • 磁流体也祢磁性液体，是由磁性超细微粒包覆一层长链 的有机表面活性剂，高度弥散于基液中所形成的液体。其可 以在外磁场作用下整体运动，因此具有其他液体所没有的磁 控特性。
  • 简答题
    • 什么是纳米材料
      • 广义地说，纳米材料指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度(1~100nm)调制的固体超细材料，或以其为 基本单元构成的材料。
    • 分类
      • 根据化学组成和结构：纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料、纳米复合材料；
      • 根据力学性能：纳米增强高分子材料、纳米改性高分子材料、纳米耐磨及润滑材料；。
      • 光学性能：纳米吸波材料、光过滤材料、光导电材料、纳米抗紫外线材料；。
      • 电子性能：纳米半导体传感器材料、纳米超纯电子浆料；。
      • 磁性能：高密度磁记录介质材 热学料、磁流体、纳 米磁性吸波材料、纳米磁性药物等；
      • 以热学性能划分，有纳米热交换材料、低温烧结材料、 特种非平衡合金等；
      • 以生物和医用性能划分，有纳米药物、纳米骨和齿修复 材料、纳米抗菌材料；
      • 以表面活性划分，则有纳米催化材料、吸附材料、防污 环境材料等。
      • 在纳米材料研究中，通常按维数不同，把纳米材 料的基本单元分为零维、一维和二维。
    • 自组装技术
      • 自组装技术是由法国科学家Decher等提出的一种基 于静电作用的制备超薄膜的方法，制备的超薄膜是高度 有序和方向性。其特点是方法简单、无需特殊装置，釆 用水为溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级可控制的优 点。
    • 为何超微颗粒的熔点会下降
      • 纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，活性大且体积远 小于大块材料，因此纳米粒子熔化时所需增加的内能小得多, 使得纳米微粒熔点急剧下降。
      • 例如常规尺寸金的熔点为1064摄氏度，其颗粒小到2nm以下 时熔点仅为327摄氏度
• 复合材料
  • 填空
    • 按基体材料类型不同，复合材料可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料
    • 按增强相形态不同，复合材料可分为纤维增强复合材料，颗粒增强复合材料，板状增强体、编织复合材料
    • 复合材料的命名以相为基础，命名的方法是将增强相或分散相放在前，基体相放在后，再缀以“复合材料”。如由硼纤维和环氧树脂构成的复合材料称为硼纤维-环氧复合材料
    • 碳/碳复合材料是由碳纤维增强体与碳基体组成的复合材料，简称碳/碳复合材料
    • 环氧树脂是聚合物基复合材料中最为重要的基体材料。以双酚A与环氧氯丙烷缩合而得的双酚A环氧为主，其分子量可以从几百至数千，常温下为黏稠液状或脆性固体。
    • 聚芳酰胺纤维是分子主链上含有密集芳环与芳酰胺结构的聚合物，经溶液纺丝获得的合成纤维，最有代表性的商品为Kevlar纤维，被杜邦公司于1968年发明。在我国亦称芳纶，
    • 手糊工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单 的方法。
  • 名词解释
    • 复合材料(Composite Materials)是由两种或两种以上不同性能、形态的组分通过复合工艺而形成的多相材料。
    • 在复合材料中，连续的一相称为基体相
    • 聚酰胺是一类具有许多重复酰氨基的线形聚合物的总称，通常称为尼龙。
  • 简答题
    • 简述金属基体的选择原则
      • 可以作为金属基复合材料的金属材料、合金材料非 常多，比较常见的包括铝及铝合金、镁合金、铁合金、 镍合金等。在选择基体时需作多方面考虑。
      • 1) 金属基复合材料的使用要求 这是选择金属基体材料最重要的依据，不同应用领 域和工况条件对复合材料构件的性能要求有很大的差异。
      • (2) 金属基复合材料的组成特点 增强相的性质和增强机理也将影响基体材料的选择。针对不同的增强体系，要充分分析、考虑增强相的特点，正确选择基体合金。
      • （3）基体金属与增强相的相容性 由于金属基复合材料需要在高温下成型，故制备过程中，纤维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应层。该反应层大多是脆性的，当其达到一定厚度后，材料受力时将会产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤维断裂，导致复合材料整体破坏。 同时由于基体金属中常含有不同类型的合金元素，这些合金元素与增强相的反应程度不同，反应产物也不同，需在选用基体合金成分时尽可能选择既有利于金属与增强相浸润复合，又有利于形成稳定界面的合金元素。 因此，在选择基体时应充分注意基体与增强物的相容性（特别是化学相容性)，并尽可能在复合材料成型过程中，抑制界面反应。
    • 简述复合材料中基体的主要作用
      • 材料中基体的作用主要有三种： ①把纤维粘在一起； ②分配纤维间的载荷； ③保护纤维不受环境影响。制造基体的理想材料，其原始状态应该是低黏度的液体，并能迅速变成坚固耐久的固体，足以把增强纤维粘住。
• 高分子材料
  • 填空
    • 成高分子化合物的小分子原料称为单体。将存在于聚合物分子中重复出现的原子团称为结构单元。高聚物中结构单元的数目称为聚合度，
    • PP：聚丙烯；PB：聚丁二烯；PS：聚苯乙烯；PVC：聚氯乙烯
    • 高分子的链结构指单个高分子链的结构和形态，包括近程结构和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括高分子链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序等。远程结构指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。
    • 自由基型聚合反应主要包括链引发、链增长、链终止等几步基元反应
    • 对于某些阴离子聚合，则是快引发，慢增长、无终止，
    • 酚醛塑料由酚醛树脂外加添加剂构成，是世界上最早实现工业化生产的塑料， 合成橡胶中产量最大的是丁苯橡胶，聚丙烯腈纤维的主要优点是蓬松柔软、轻盈、保暖性好，性能极似羊毛，故有“人造羊毛”之称
    • 实际应用的橡胶种类已达20余种，有多种分类方法，但基本上分为天然橡胶和合成橡胶两大类。
    • 按照其功能或用途所属的学科领域，可将功能高分子分为物理功能高分子、化学功能高分子和生物功能高分子三大类。
  • 名词解释
    • 蠕变：是在应力保持恒定的情况下，应变随时间的延长而增加的情况
    • 应力松弛：是在应变保持恒定的情况下，应力随时间延长而逐渐衰减的现象
    • 内耗：是在交变应力作用下出现的黏弹性现象
  • 简答
    • 按加工条件下的流变性能分为： • ①热塑性塑料 指在特定温度范围内具有可反复加热软化、冷却硬化特性的塑料品种，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。热塑性塑料具有线型高分子链结构。 • ②热固性塑料 指具有不溶、不熔的特性，经加工成型后，形状不再改变，若加热则分解的品种，如聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂等。 • (2) 若按使用性能分类： • ①通用塑料 通常指产量大、成本低、通用性强的塑料，聚氯乙烯、聚乙烯等。 • ②工程塑料 具有较高的力学性能，耐热、耐腐蚀，可以代替金属材料用作工程材料或结构材料的一类塑料，如聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸酯等。 • ③特种塑料 具有某些特殊性能的塑料，如耐高温、耐腐蚀等。此类塑料产量少，价格较贵，只用于特殊场合。
    • 组成包括： •①生胶 • 橡胶制品的主要组分，起黏结剂的作用。使用不同的生胶，可以制成不同性能的橡胶制品，其来源可以是天然的，也可以是合成的。 •②橡胶配合剂 • 主要有硫化剂、硫化促进剂、防老化剂、软化剂、发泡剂等，能提高橡胶制品的使用性能或改善其加工性能 应用：丁苯橡胶：空心轮胎、软管；顺丁橡胶：胶带、轮胎；