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新型无机材料思考题答案

新型无机材料思考题答案
新型无机材料思考题答案

1、材料的分类及特点

分类:按材料的发展过程来分,可分为传统材料和新型材料

特点:传统材料:需求量大,生产规模大,但环境污染严重

新型材料:建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上,以材料的

优异性能、高品质、高稳定性参与竞争,属高新技术的一部分;投

资强度高,更新换代快,风险性大,知识和技术密集程度高

增补信息:般将材料分为传统材料与新型材料两大类。

传统材料:是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料,如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于用量大、产值高、涉及面广泛,又是很多支柱产业的基础,所以又称为基础材料。

新型材料(或称为先进材料):是指那些正在发展,且具有优异性能和应用前景的一类材料。

从原子结合键类型,或者说从物理化学属性来分,可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料组成的复合材料。

金属材料的结合键主要是金属键,无机非金属材料的结合键主要是共价键或离子键,而高分子材料的结合键主要是共价键、分子键、氢键。按材料用途或者性能要求的特点来分,又可分为结构材料和功能材料两大类。

2、新型材料的定义及特点

新型材料是指新出现的或正在发展中的,具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料;或采用新技术(工艺,装备),使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料;一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新型材料的范畴。

特点:高附加值、低碳环保、功能性强(比如导电导热率高、比强度比模量高等)等等。

3、临界条件下新型材料制备特征

临界技术包括:低温技术,超低温技术,冷冻干燥,超高压技术,元件工作速度的高速化技术,超纯、超净、超精细加工技术,超临界萃取技术,强磁场技术。材料在普通条件下难以实现所需性能,为了达到特定要求,研究了各种临界技术,开发临界条件下新型材料。该技术开发的新型材料往往具备一些特定性能,比如超导、超纯等等。

4、论材料科学中的矛盾运动

材料在人类物质生活巾的重要性早已为人们所熟知。当今, 材料和能源、信息被称为现代科学技术的三大支柱, 一个国家所生产的材料品种、产量和质量, 是衡量这个国家科学技术、经济发展水平的重要标志之一。

但是, 由于历史的种种原因, 目前我国的材料工业及材料科学水平, 与一些经济发达国家相比,尚有一定的差距。为了改变这种状况, 这里除了应在材料科学本身作大量、长期的研究工作外, 运用马克思哲学原理, 探讨材料科学中的矛盾运动及其发展规律, 这对于推动我国材料科学的发展, 同样具有重要的意义。

从古到今, 人类使用的材料种类繁多, 千姿百态, 性能各异。我们不禁要问# 为何某种材料具有某些性能而其它材料则不然呢?为何同一种材料在不同的环境或加工条体下又具有不同的性能呢?我们知道, 所谓材料的性能, 是指材料在某种物理场或化学场的作用下所

表现的宏观特征, 它可以由人们观察或由仪器测定, 而材料的物质属性, 即组成材料的化学成分、结构和组织则是人们借助各种特殊仪器测试, 再经理论分析而得到的微观特征。正是材料这种宏观表象和微观本质之间的对立统一,构成了整个材料科学的基本矛盾, 而这个基本矛盾的运动则推动着材料科学不断向前发展。

今天, 随着科学技术的进步、生产的发展, 人类文明正向纵深发展, 从海洋开发到星际旅行, 从微观粒子到宏观宇宙, 人类活动和探索的领域不断扩大, 各种新技术领域不断诞生。这样, 传统的材料再也不能满足生产和技术的要求, 从而对材料科学和技术提出了一个又一个新的任务。这种生产的需要与材料工业现状的对立统一, 就构成了当今材料科学的主要矛盾, 即材料单一性能和综合性能的矛盾。概括起来, 这个主要矛盾主要表现在以下几个方面。1)材料强度和韧性的矛盾;2)材料表面性能和心部性能的矛盾;3)材料的机械性能和其性能之间的矛盾。

综上所述, 人类认识和使用材料的历史、实际上也是人类运用唯物辩证法!不管是自觉地还是不自觉地认识和改造客观世界的历史。因此, 在材料科学研究中, 以马克思主义哲学基本原理为指导, 运用现代科学技术所提供的理论和物质手段, 分析材料内部组成和性能的关系, 揭示材料变化发展的内在规律, 对于材料科学技术的发展是非常重要的。

当前, 材料科学已进入一个崭新的发展阶段, 层出不穷的新材料正直接或间接地改变着世界的面貌。在这样的形势下, 如果我们材料科学工作者能从哲学的角度, 按照辩证法的原理, 阐明其发展趋势及可行性, 从而从根本上为材料科学研究指明方向, 这对于促进我国材料工业的发展, 推动现代化建设, 将产生深远的影响。

参考文献:科学、技术与辩证法1988年第一期应用辩证法论材料科学中的矛盾运动程树红

5、列举几个对近代科技发展起关键作用的新材料

1)硅:高纯的单晶硅是重要的半导体材料。集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造,

在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型和p型半导体结合在一起,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。光导纤维通信,最新的现代通信手段将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变

单晶硅是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分,处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势,近三十年来,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展,成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

2)钛及其合金:因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域尤其

是航空航天领域,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,记忆钛合金在航空航天领域内的广泛应用,人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前,将抛物面天线折叠起来装进卫星体内,火箭升空把人造卫星送到预定轨道后,只需加温,折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复抛物面形状

3)激光材料:实现了激光在工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域的广泛应用

石英光纤是以二氧化硅(SiO2)为主要原料

光纤通讯(Fiber-optic communication)也作光纤通信,是指一种利用光与光纤(optical fiber)传递资讯的一种方式。属于有线通信的一种。光经过调变(modulation)后便能携带资讯。自1980年代起,光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性,同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大,保密性好等优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。将需传送的信息在发送端输入到发送机中,将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上,然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端,由接收机解调出原来的信息。

6、列举几个浙江省新材料的重点发展领域,并加以说明

1)磁性材料:浙江省是最主要的磁性材料生产基地,目前,磁电共存这一基本规律导致

磁性材料必然与电子技术相互促进而发展。人们正在研究新的非晶态和稀土磁性材

料,磁性液体已进入实用阶段

2)硅材料:重点发展大功率LED封装技术,照明灯具和芯片设计制造及其相关检测设备

3)太阳能:重点发展太阳能电池用低成本多晶硅和单晶硅及其生产装置,太阳能薄膜电

池,太阳能热利用技术等等

4)纳米材料:一些新兴领域例如纳米制造,纳米量衡,功能和分子纳米技术。人们应该

在不夸大纳米技术,积极调整传统产业结构,发展纳米技术

7、传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别

新型无机材料指由非金属元素组成的或由非金属元索与金属元素或由它们与常温下呈气态的单质组成的、具有特殊结构、特定性能、可为新技术服务的固体材料。

不同的化学组成,构成形形色色的新型无机材料.非金属元素与金属元素化台形成的无机材料,如金娼碳化物、碳化钨、碳化钍等,均属硬质材料.非金属元素与气态单质化合形成的水晶(压电晶体、氧化碲( 声光晶体)氮化硅( 高温高强材料)氮化硼(超硬材料)等.前2种属氧化物材料,后2种属非氧化物材料.金属元素在周期表中占大多数,与气态元素化台构成的无机材料也最多.如Al2O3,、MgO、ZrO2、ZnO、AIN、MgF2等.这些氧化物和非氧化物尚可形成各种复台物.如氮化物和氧化物结合成氨氧化物、氟化物和氧化物结合成氟氧化物等.除了上述各种单质、化合物和复合物外,尚有各种盐类和复合盐类构成的无机材料.传统的硅酸盐用作各种建筑材料、日用陶瓷和玻璃等已有几千年历史.随着无机材料的发展和扩大.硅酸盐专业已不限于传统的硅酸盐材料.还包括各种不含硅的新型无机材料.为与传统的硅酸盐材料区别开来.人们提出了无机材料。或无机新材料。这些名词,其范围涉及:铝酸盐、锗酸盐、钛酸盐、锆酸盐、铌酸盐、钮酸盐等,当然也包括新型的非传统的硅酸盐材料.所以,从化学的角度看.无机材料大致可分5类.——非金属元素材料、无机化台物材料、无机复台物材料无机盐类材料和无机复合盐类材料.其中具有特定性能和应用价值、能为新技术服务的就有可能发展为新型无机材料。

它是以人工合成的高纯原料经特殊的先进工艺制成的材料。与高新技术发展相辅相成8、新型玻璃的特点及分类,列举并几种典型的新型玻璃材料

定义:新型玻璃是指除平板玻璃和日用器皿玻璃以外的,采用精确、高纯或新型原料,采

用新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制得的具有特殊功能或特殊用途的玻

璃。

新型玻璃的特点:

1)成分:(硅、硼、磷、锗、铅)酸盐、卤族、硫族等

2)形状:板状、薄膜、纤维

3)玻璃态:单一玻璃态、乳浊玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃

4)功能:光、电、磁、声、生物等

5)制备工艺:坩埚、池窑、电加热、真空熔炼等

新型玻璃材料的分类:

1)光学玻璃材料:SiO2光学纤维、激光玻璃、红外玻璃

2)电磁玻璃材料:液晶显示器用导电玻璃、磁性玻璃

3)热学玻璃材料:抗热震性、耐热、导热、透明微晶玻璃

4)力学及机械玻璃材料:云母切削微晶玻璃、氧氮玻璃等

5)生物化学玻璃材料:生物微晶玻璃、自清洁玻璃、多孔玻璃

举例:

1)光导纤维:光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1~100μm左右。它是

由内芯和外套(如聚氨基甲酸酯)两层组成,内芯的折射率大于外套的折射率,

光由一端进入,在内芯和外套的界面上经多次全反射,从另一端射出。光导纤维

可以用在通信领域,具有许多突出的优点(例如频带宽、损耗低、重量轻、抗干

扰度能力强、保真度高等),同时还可用在医学领域(光导纤维内窥镜)、传感器、

光纤艺术以及井下探测技术应用等。

2)微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃,是将加有晶核

剂的特定组合的玻璃,在有控条件(一定温度)下进行晶化热处理,成为具有微

晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶体由玻璃相与结晶相组成。两者的分布

状况随其比例而变化。玻璃相占的比例大时,玻璃相为连续的基体,晶相孤立地

均匀地分布在其中;如玻璃相较少时,玻璃相分散在晶体网架之间,呈连续网状;

若玻璃相数量很低,则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。性能特点:机械强度

高,绝缘性能优良,介电损耗少,介电常数稳定,热膨胀系数可在很大范围调节,

耐化学腐蚀,耐磨,热稳定性好,使用温度高。应用举例:计算机硬盘基板、天

文望远镜镜坯、微晶玻璃轴承、LCD面板、微晶玻璃装饰板、电器配套面板等。

9、新型陶瓷的特点、分类及发展趋势

新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面,有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等;在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能;在生物方面,具有一定生物相容性能,可作为生物结构材料等。但也有它的缺点,如脆性。

按化学成分划分,主要分为两类:一类是纯氧化物陶瓷,如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等;另一类是非氧化物系陶瓷,如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。

按性能与特征划分,可分为:高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进,新型陶瓷层出不穷。

按其应用不同划分,又可将它们分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。

发展趋势:发展纳米陶瓷材料、梯度材料、智能材料

10、光导纤维制备的工艺原理及控制手段

方法:

1)两步法:沉积反应SiCl4 (Ge)+O2=SiO2,沉积后熔缩成透明预制棒;拉丝:将预制棒

一端加热至1600度进行拉丝

2)棒管法和坩埚法

3)复合纺丝法

控制手段:

11、溶胶-凝胶法制备太阳能薄膜电池的特点

1)在超低温条件下,制备材料;大多数Sol-gel过程都在低温下进行,热处理温度也较

其它方法低

2)工艺成本相对便宜,设备简单,但工艺过程要求高,使工业化应用受到限制

3)够在其它材料(金属、陶瓷颗粒和三维物体)涂覆一种或多种材料

4)均匀性好,由于溶胶由溶液制得,化合物在分子级水平混合,材料的均匀性很好,可

以合成相当均匀的化合物及复合材料

5)度,制备过程无需机械混合,不易引入杂质,获得高纯度材料,可以合成高纯度

(99.9999%)的材料

6)材料合成在分子水平上执行,可以在过程早期对材料复合进行早期设计制作

7)控制最终材料的微观结构及物理、机械及化学性能

8)上镀膜 ,可以明显地改善基体的光学性质,增大光的透过率

9)适合大面积制膜

12、碳纤维制备原理、研究现状及发展趋势

1)碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得;碳纤维

的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等4个过程。

2)碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼具纺织纤维的柔软可加工性,是新一

代增强纤维,广泛用于民用,军用,建筑,化工,工业,航天等领域。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外,一般不单独使用,多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中,构成复合材料。随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究,使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。同时,碳纤维发热产品,碳纤维采暖产品,碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。

3)未来碳纤维行业将加快发展,碳纤维生产将加大力度,生产能力将以空前的

速度增长。研究者莫不致力于改善其性质及降低制造成本。

13、无机材料制备技术的分类及特点

无机材料的制备方法分:固相合成法:热分解法,固相反应法,自蔓延高温燃烧合成法;液相合成法:溶胶凝胶,水热法,共沉淀法,化学气相法合成CVD。

1)热分解法:金属的冶炼方法之一。加热金属氧化物、碘化物、羰基化合物等使其分

解制取纯金属。比如碘化钛在钨丝上加热分解,沉积出金属钛。方法简单,但体系

局限性大。

2)固相反应法:高温下使两种以上的金属氧化物或盐类的混合物发生反应而制备粉体

的方法。方法简单,但是合成出的颗粒大,不均匀。

3)自蔓延高温燃烧合成法:利用物质反应热的自传导作用,使不同的物质之间发生化

学反应,在瞬间形成化合物的一种高温合成法。

4)溶胶凝胶:溶胶-凝胶法由于能在材料制备的初期进行控制,使材料的均匀性达到

亚微米、纳米级甚至分子级水平,从而控制材料的显微结构,进而控制材料的性

能,即可以制备多种形式的材料及复合材料。有点粒径可控,并且均匀。

5)水热法:水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质

溶解,或反应生成该物质的溶解产物,通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以

形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。1)合成的晶体具有晶面,热应力较小,

内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。2)密闭的容器中进行,无法观察

生长过程,不直观;3)设备要求高(耐高温高压的钢材,耐腐蚀的内衬)、技术

难度大(温压控制严格)、成本高;4)安全性能差。

6)共沉淀法:沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合,在混合液中加

人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧,从而制得相应的

粉体颗粒。化学共沉淀法不仅可以使原料细化和均匀混合,且具有工艺简单、煅烧

温度低和时间短、产品性能良好等优点。

7)化学气相法合成:化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物

质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制

得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物

理气相沉积(PVD)。1)在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反

应而形成固体物质沉积在基体上。2)可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、

通常真空沉积膜层质量较好)。3)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学

反应,使沉积可在较低的温度下进行。4)涂层的化学成分可以随气相组成的改变

而变化,从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。5)可以控制涂层的密度和涂层

纯度。6)绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种

复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好,所以可涂覆带有槽、沟、孔,甚至是盲孔

的工件。7)沉积层通常具有柱状晶体结构,不耐弯曲,但可通过各种技术对化学

反应进行气相扰动,以改善其结构。8)可以通过各种反应形成多种金属、合金、

陶瓷和化合物涂层。

14、溶胶-凝胶法制备新材料的特点

Sol-gel是指在低温下液相合成溶胶,经胶化(陈化) 过程成为凝胶(gel) ,再经干燥和焙烧(煅烧/热处理)后成为块体、颗粒(粉末)、薄膜、纤维(晶须)等形状、尺寸的氧化物、其它化合物固体材料。特点:

1)在超低温条件下,制备材料;大多数Sol-gel过程都在低温下进行,热处理温度也

较其它方法低

2)工艺成本相对便宜,设备简单,但工艺过程要求高,使工业化应用受到限制

3)可以同时合成2到3种材料

4)能够在其它材料(金属、陶瓷颗粒和三维物体)涂覆一种或多种材料

5)化学均匀性好,由于溶胶由溶液制得,化合物在分子级水平混合,材料的均匀性

很好;可以合成相当均匀的化合物及复合材料

6)超纯度,制备过程无需机械混合,不易引入杂质,获得高纯度材料,可以合成高纯

度(99.9999%)的材料

7)由于材料合成在分子水平上执行,可以在过程早期对材料复合进行早期设计制作

8)精确控制最终材料的微观结构及物理、机械及化学性能

15、溶胶-凝胶技术的产业应用存在的问题?

1)原料成本较高

2)较长的反应时间,对于产业应用有一定的限制

3)反映涉及大量的过程变量

4)多金属离子体系难以获得均匀溶胶

5)有开裂,气孔,残留碳

16、溶胶-凝胶技术工艺过程及控制手段

1)原料前驱体,也称先驱体,起初基本上都采用金属醇盐,要求其具有易蒸馏、重结晶技术纯化、可溶于普通有机溶剂、易水解等特性。近几年,采用无机盐、有机聚合单体、有机络合剂等替代或部分金属醇盐为前驱体,大大降低了溶胶凝胶工艺成本,使研究领域更为扩展, 可以说是前驱体的替代成为了溶胶凝胶技术的转折点原料还包括有机溶剂、催化剂以及一些添加剂前驱体的不同必然导致不同的水解机理。

前驱体的水解:

a)无机盐水解

金属盐在水中的性质受金属粒子半径大小、电负性、配位数的影响。它们溶于纯水中常电离析出MZ+离子并溶剂化。根据溶液的酸度和相应的电荷转移大小,水解反应存在下列平衡关系:

[M—OH2 ]Z+≒[M—OH](Z-1)++H+ ≒[M = O] (Z-2)++2H+

特点:化学过程简化,没有或很少有有机残余物;但不易形成溶胶,不易形成单相凝胶。

b)金属醇盐的水解

金属醇盐除铂醇盐外均极易水解。水解反应是溶胶凝胶法中醇盐原料转化为凝胶的主要反应。水解过程可表示为:

M—OR+H2 O≒M—OH+ R—OH

特点:溶胶化过程较易发生,可控性好;但对于多组分化学成分,有时形成双相凝胶,材料化学计量、相组成不易保证,醇盐应用具有局限性。

c)有机聚合物的水解

这类聚合物主要是一些烷氧基硅烷、脂类(正硅酸乙脂),特点: 利用有机网络结构,可以制备有机-无机杂化材料

2)溶胶的提纯

在实验过程中所采用的原料与最终所期望的产物之间仍有差别,产物中存在不希望的离子,而且溶胶中少量电解质的存在会影响溶胶的稳定性。常用的提纯法有渗析法、电渗析法及超过滤法。在这几种提纯过程中常常用到半透膜。

3)凝胶的形成

凝胶是针对溶胶而言的。溶胶向凝胶的转变过程可描述为:缩聚反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为粒子簇,充满整个容器即可称为凝胶。溶胶粒子的凝聚是通过PH值和浓度变化引起的。溶胶在敞口或密闭容器中放置时,或由于溶剂蒸发,或由于缩聚反应继续进行而导致向凝胶的逐步转变。胶体粒子逐渐聚集形成网络结构,液相被包裹在固相骨架中,整个体系失去流动性。完成从溶胶到凝胶转变所需的时间即胶凝时间或陈化时间。

4)凝胶的干燥

在干燥阶段, 颗粒间的水会通过毛细管力将它们拉紧、拉近,在脱水的最后阶段, 其它金属的盐类杂质还会在颗粒间形成结晶盐固相桥, 从而形成团聚体。干燥方式对该阶段的团

聚程度具有显著影响。目前主要以下几干燥方法:

一是利用自然蒸发或低温烘箱干燥得到干凝胶;

二是利用超临界干燥技术在高层釜中进行,该技术是利用液体临界点以上气-液界面消失,表面张力不复存在,此时毛细孔中就不存在由表面张力产生的附加压力,可保持凝胶原先的分散结构, 就可避免“硬”团聚的形成。

三是采用添加控制干燥的化学添加剂(DCCA) 法。DCCA 一种具有低蒸气压的有机液体,其作用机理不尽相同。如在制作硅凝胶时加入甲酰胺,可提高网络强度,使凝胶孔径增大,且布均匀,但加入丙三醇时,在于其对胶体粒子有较强的吸附能力从而改变凝胶表面的润湿性能。但其共同特点是能将不同孔径中的醇溶剂的不均匀蒸发大大减少, 从而减少干燥应力。

四是冷冻干燥技术,先冷冻凝胶,再使溶剂升华。固气接转化避免了在孔内形成弯曲液面,从而减少了应力的产生,可以获得无团聚的材料

5)干凝胶的热处理

干燥后的凝胶中可能还含有水分子、有机溶剂以及一些有机、无机离子等杂质,热处理的目的是去除这些杂质,同时获得所需材料及其特性,如晶型、结构及粒径等。热处理所获得得材料具有极大的比表面积和高的活性, 在较低温度下, 紧密接触的颗粒之间即会发生烧结、形成烧结颈而产生硬团聚体。因此, 选择合适的煅烧温度是必要的。煅烧温度过高易产生硬团聚体和超微颗粒的长大, 而温度过低则会因残留有未分解的氢氧根及一些有机杂质。目前有人在热处理中引入压力及气氛控制,目的在于针对具体的材料采用不同的热处理方法。通过热处理后,即可获得所需制品。

17、溶胶-凝胶技术未来的发展趋势

1)在基本理论方面,主要包括非硅体系的水解动力学研究,H2O、乙醇等普通溶剂相反的

惰性溶剂的开发,陈化过程的物理化学变化的研究,多组份水解过程研究等;

2)在工艺方面,主要包括粉体团聚方面控制及解聚,凝胶干控制,溶胶粒子稳定性控制及

其在功能材料、复合材料中用机理研究等;

3)应用方面,继续在一些低温合成材料中广泛应用,尤其在光、电、磁、热等特殊领域得

到推广应用;开展微小、纳级功能器件制备的应用开发;

4)在工业应用方面,重在促进溶胶-凝胶法制备材料的工业化应用研究,包括减少工艺成

本,缩短工艺过程,工艺重复性好等。

18、水热法制备无机材料特点,并列举几种新兴的水热法

特点:

1)合成的晶体具有晶面,热应力较小,内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。 2)密闭的容器中进行,无法观察生长过程,不直观;

3)设备要求高(耐高温高压的钢材,耐腐蚀的内衬)、技术难度大(温压控制严格)、成本高;

4)安全性能差;

水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多

19、均匀沉淀法和共沉淀法制备新材料的特点及差异

特点:制得的新材料化学成分均一,颗粒粒径小且分布均匀

差异:均匀沉淀法通常只含有一种阳离子,而共沉淀法含有两种或多种阳离子。

20、烧结的主要推动力?固相、液相及气相烧结的机理及驱动力

烧结推动力:表面自由能降低。

位错、结构缺陷,弹性应力等的消失,以及外来杂质的排除等,亦将使体系自由能降低

烧结模型烧结机理驱动力

气相蒸发-凝聚蒸汽压的差异

液相粘滞流动, 溶解-沉淀毛细管力, 表面张力

固相扩散自内能或化学位差异

21、常见的新型无机材料烧结方式

常压、热压、微波烧结、自蔓延烧结、电弧等离子。

1)常压烧结主要有(1) 空气常压气氛烧结;(2) 气氛(即通氧气、氮气、氢气等)常压烧

结;(3) 控制挥发气氛( PbO等)常压烧结;

2)热压烧结主要有间歇热压烧结、连续热压烧结、等静压热压烧结、反应热压烧结、

超高热压烧结。

22、热压烧结的原理、特点以及在新材料制备中的重要作用

热压烧结与一般烧结工艺不同之处,在于高温烧结过程中,对工件施加了很

大的机械作用力。有两种传质机制: 粒界滑动传质, 挤压蠕变传质。挤压初期,

粒界之间的压力差较大,空格点浓度差及扩散速度也比较大,故密度增加还不算

很慢。到挤压后期,各处粒界压已趋近平衡,蠕变式的传质已不明显,致密化速

度将大为降低。热压后期外加压力的作用已很不明显,传质基质与常态烧结相

似,界面压力差推动下的粒界移动和气孔沿粒界的进一步排除。分为热等静压

烧结,反应热压烧结,超高热压烧结等等。

特点:

1)可降低烧结温度;

2)可避免二次晶粒长大, 对于烧结温度较窄、结晶能力强的粉料是比较有益的;

3)压力可有效促进器件收缩,可获得较高的致密陶瓷。

23、在纳米科学技术的发展史的重要事件,你认为其中哪几个事件特别重要(选择2-3个)?为什么重要?

1962年,久保(Kubo)等人提出了超微粒子的量子限域理论,推动了实验物理学家向纳米尺度微粒进行探索。理论的提出使人们在研究的过程中与一定的知道方向,不再是完全的盲目探索。

1982年科学家发明研究纳米的重要工具--扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。作为一种新的实验检测工具,大大促进了纳米科技的发展。

1991年:碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点。碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值,如:其独特的结构是理想的一维模型材料;巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维,有望用作为分子导线,纳米半导体材料,催化剂载体,分子吸收剂和近场发射材料等。

24、纳米科技的体系范畴构成

1)纳米材料物理学

2)纳米材料化学

3)纳米材料学

4)纳米测量学

5)纳米电子学

6)纳米机械学

7)纳米生物医学

25、纳米材料的效应及特性,举例说明

纳米效应——(量子限域效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应)

纳米材料特性——幻数结构,磁、力学等特性,小尺寸效应,宏观量子隧道效应,量子尺寸效应,表面效应。

举例:纳米微器件

纳米材料,特别是纳米线,可以使芯片集成度提高,电子元件体积缩小,使半导体技术取得突破性进展,大大提高了计算机的容量和进行速度,对微器件制作起决定

性的推动作用。

世界最小的激光器:纳米激光器

该激光器比一根头发还细1000倍,能发射紫外光,且能将蓝色光变成远紫外光。

该激光器可在室温下工作,纳米激光器最终可能用来制造一些器件,而这些器件

可用于鉴别化学物、增加计算机磁盘存储信息量及用于光计算机中。

26、纳米材料的应用的涉及领域

应用:微电子学、航空航天、光电、生物工程、医学、化工、环境雨能源、建筑、陶瓷等。

1)微电子学领域:

研制成功各种纳米器件、单电子晶体管、红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管 利用纳米丝、巨磁阻效应制成超微磁场探测器研制成功具有奇特性能的碳纳米管,为纳米电子学的发展起到了关键作用

用磁性纳米微粒制备纳米磁记录材料可提高信噪比,改善图像质量

纳米磁性材料:纳米微晶软磁性材料的应用领域将沿着高频多功能发展(如功率变压器、脉冲变压器、高频变压器、扼流圈、互感器磁头、磁开关、传感器等),它将成为铁氧体有力的竞争者;尤其新近发现的纳米微晶软磁材料在高频场中具有巨磁阻抗效应。纳米微晶稀土永磁材料,其磁性高于铁氧体5-8倍且稀土含量减少生产成本下降,并且不易被氧化或腐蚀,可以作为粘结永磁体的原材料,用于磁制冷具有效率高、功耗低、噪声小、体积小、无污染等优点。

微器件:纳米材料,特别是纳米线,可以使芯片集成度提高,电子元件体积缩小,使半导体技术取得突破性进展,大大提高了计算机的容量和进行速度,对微器件制作起决定性的推动作用。

传感材料:纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征,是适合用作传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳米粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化,利用其电阻的显著变化可做成传感器,其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。

2)航天航空领域:

用于机身及其辅助装置、机翼、发动机及其部件、螺旋桨、火箭喷嘴、点火器等

纳米氧化物弥散强化高温合金已部分用于航空发动机导向叶片、涡轮工作叶片

把金属钨制成纳米介孔的金属骨架,把相对低熔点的铜或银等填充在孔隙中,制成“发汗金属”

利用纳米微粒材料的尺寸远小于红外和雷达波波长及磁损耗大的特点,可制成电磁波吸收率非常高的隐身材料

3)光电领域:

将纳米发光材料用于阴极射线发光、场发射及电致发光等技术,获得比传统材料更优越的发光特性,提高发光器件的分辨率

用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高10倍至几百倍,甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察

美国的研究人员把被激发的钡原子单个送入激光器中,每个原子发射一个有用的光子,效率很高

4)生物工程领域:

利用生物分子在运动中的状态变化,结合纳米技术,可以设计量子计算机

美国科研人员应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法,有效地解决了目前计算机无法解决的问题“哈密顿路径问题”,使人们对生物材料的信息处理功能和生物分子的计算技术有了进一步的认识

利用纳米技术制备分子生物芯片,实现对细胞、蛋白质、DNA及其其它生物组份的准确、快速、大信息量的检测,应用于疾病诊断、预测、药物筛选、基因测序等众多领域。

5)医学领域:

科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离,用金的纳米粒子进行定位病变治疗,以减少副作用等

利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展

利用纳米技术获取生命信息,制造出分子机器人

利用纳米Fe3O4和γ-Fe2O3的顺磁性,包敷药物后制得纳米磁粒子,在外磁场作用下,将药物引至病灶,利用交变磁场加热,起到治病效果。

纳米类骨磷灰石晶体可用于制备高性能仿生组织修复和替换生物材料的核心材料。

6)化工领域:

纳米Si02和橡胶分子的接技作用,制造出多功能的纳米Si02改性彩色橡胶,也可制成纳米Si02改性彩色防水卷材及配套胶粘剂,纳米Si02改性场地材料以及彩色轮胎等 纳米ZnO用于制造高速耐磨的橡胶制品,例如飞机轮胎、高级轿车用子午胎等具有防老化、抗摩擦着火,使用寿命长等功能

纳米技术是未来微型化工厂的基础和关键

7)环境和能源领域:

能源存储:物理和化学储氢设备昂贵,碳纳米材料是一种有效而清洁的储氢方式,碳储氢材料只要储存其自重6.5%的氢即使燃料电池汽车具有实用价值(设定两个加油站间的距离是500km)

能源转换:当金属细分到小于光波波长的尺寸时,金属超微颗粒对光反射很低,通常小于1%,大约几微米的厚度即可完全消光,利用这一特殊的光学特性,可制造高效率的光热、光电转换材料,以很高的效率转变为热能或电能。

节省资源:纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品技术。这种从小到大的制造方式需要的材料很少,造成环境污染程度低,产品微型化,使所需资源减少,不仅可以达到可持续发展目的,而且价格低廉。可以预测,将来资源浪费、造价昂贵的大型机械设备会逐渐淘汰,以实现资源消耗的“零增长”。

水处理:纳米级净水剂吸附吸收能力是普通氧化铝的10-20倍,将污水中悬浮物完全吸附并沉淀,再采用纳米磁性物质、纤维和活性碳的净化装置,最后通过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,可得到高质量的

纯净水。

防止电磁辐射:在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时,可以加入纳米涂层,能达到提高遮挡电磁波辐射性能。

环境监测:碳纳米碳管可以探测有毒的二氧化氮和氨气,造价低廉,并且体积微小,只有3um长,仿佛是用微芯片进行化学分析的“芯片实验室”。

8)建筑领域:

在涂料中引入TiO2纳米粒子制备得到光催化涂料、抗菌防霉涂料、金属闪光面漆及特殊纳米界面涂料

引入CaCO3纳米粒子有效提高涂料附着力,耐水、耐碱、耐擦洗性能趋好

引入SiO2纳米粒子使涂料的干燥时间缩短,耐洗刷和老化性能提高,且附着力、表面硬度、涂膜自洁能力显著提高

纳米ZnO粒子可显著提高涂料的耐人工老化能力,还具有很好的抗菌性能

各种功能涂料(吸波、除味、储光、杀虫、防辐射)和下一代的智能涂料(气敏、温敏、光致变色等)也正在开发中,预计3-5 年陆续进入市场

内装修用的具有杀虫、防放射性纳米材料改性的涂料也在实验室研制成功,应用前景看好

纳米材料减轻建筑玻璃重量的研究也开始进行布署,一些超细化和纳米添加剂两项技术可以使水泥性能全面升级,提高水泥抗弯折的能力,在建筑和采油工业上应用前景看好

纳米塑料、纳米防水密封材料、纳米材料改性混凝土等技术也在建筑中得到广泛应用9)陶瓷领域:

在陶瓷领域中应用表现在:(1)纳米陶瓷;(2)微/纳米复合陶瓷;(3)纳米材料低温助烧、增强陶瓷;(4)纳米表面工程;(5)纳米抗菌陶瓷;(6)无机纳米材料改性古陶瓷

27、描述未来纳米材料的发展趋势

纳米制造:指在不少于100 nm的尺寸范围进行材料的制备

纳米量衡:所制备的尺寸小于100 nm结构的精确测量,也包括这些检测技术的发展功能纳米技术:纳米结构的应用,并产生光、电、磁性能

纳米机械设备及仪器:将目前毫米级机器和毫米制动器进入纳米级尺寸

分子纳米技术:在分子水平进行的技术,如生物/医学、无机/有机复合等

颗粒、团簇及催化剂:产生数10亿英镑的工业产值,超过了19世纪和20世纪的胶体科学

纳米结构材料: 可以提供高强、耐磨和耐腐蚀等潜在性能

“极致”纳米技术: 原子和分子操作和组装,是最有风险,又有很大前途的技术

仿生学:通过复制自然生物技术,创造奇异性能的材料,或者修复现有材料,或者利用有机体制备新兴材料

计算机模拟:模拟原子水平需要纳米世界的新的物理学,通过计算机模拟来预测新兴材料的性能、物化特性等

28、流延成型法定义、特点以及应用

定义:流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分,得到均匀分散的稳定料浆,在流延机上制得要求厚度薄膜的一种成型方法。

特点:具有可连续操作、生产效率高、自动水平高、工艺稳定等特点。

应用:在功能材料的成型工艺中得到广泛运用,为电子设备、电子元件的微型化及超大规

模集成电路的实现提供了广阔的前景。

29、热压铸成型的基本过程及特点

热压铸成型的工艺流程:

1)陶瓷粉体中加入表面改性剂如油酸、硬脂酸等,球磨混合,使之具有亲油性,和蜡

液良好融合。

2)将改性后的粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀。

3)将混好的料浆加入热压铸成型机中,以适当压力和温度注入模具成型。

4)脱模并对坯体进行适当修整。

5)将坯体埋入吸附剂中,以适当速度升温至900℃-1100℃,使坯体完全排除石蜡并

具有一定强度。

6)再将坯体放入烧结炉中烧成最终制品。

热压铸工艺的优点:

1)可成型形状复杂的陶瓷制品,尺寸精度高,几乎不需要后续加工,是制作异形陶瓷

制品的主要成型工艺

2)成型时间短,生产效率高。

3)相比其它陶瓷成型工艺,生产成本相对较低,对生产设备和操作环境要求不高。

4)对原料适用性强,如氧化物、非氧化物、复合原料及各种矿物原料均可适用。

热压铸工艺的缺点:

1)气孔率高、内部缺陷相对较多、密度低,制品力学性能和性能稳定性相对较差。

2)需要脱蜡环节,增加了能源消耗和生产时间。因受脱蜡限制,难以制备厚壁制品。

3)不适合制备大尺寸陶瓷制品。

4)难以制造高纯度陶瓷制品,限制了该工艺在高端技术领域的应用。

30、电子陶瓷常用的几种电学性质参数及其意义

电容量、介质损耗、电容温度系数、介电强度、绝缘电阻。

1)电容量是电容器基本特征,电容量与ε、极板面积S、单板厚度h及层数n相关。

在S、h、n一定,电容量主要与ε有关,即电容量∝ε(其余条件一定);ε是衡量

电介质储存电荷能力的参数,通常又叫介电系数或电容率,也是材料的特征参数。

2)陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗,一部分电场能转变为热能。单位时间内

消耗的电能叫介质损耗。介质损耗仅由电导(直流下)引起,用电导率γ表示介质损

耗。单位体积的介质损耗p=γE2

3)介电强度是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度. 它定义为试样被击穿时, 单

位厚度承受的最大电压, 表示为伏特每单位厚度. 物质的介电强度越大, 它作为

绝缘体的质量越好.

4)绝缘电阻是在直流下, 电容器抗漏电能力的量度

5)电容温度系数是在给定的温度间隔内,温度每变化1℃时,电容的变化数值与该温

度下的标称电容的比值。

31、MLCC结构特点、与单层电容差异及其在电子信息产业中的应用

片式多层陶瓷电容(MLCC)具有体积小、比电容高、介质损耗小等特点,广泛应用于电子整机的振荡、耦合、滤波和旁路电路,是世界上用量最大、发展最快片式元件。MLCC

的结构主要包括三大部分:陶瓷介质,金属内电极,端电极。而MLCC 是一个多层叠合的结构,简单地说它是由多个简单平行板电容器的并联体。

MLCC(1类)—微型化,高频化,超低损耗,低ESR,高稳定,高耐压,高绝缘,高可靠,无极性,低容值,低成本,耐高温.主要应用于高频电路中.

MLCC(2类)—微型化,高比容,中高压,无极性,高可靠,耐高温,低ESR,低成本.主要应用于中,低频电路中作隔直,耦合,旁路和滤波等电容器使用。

单层的就是瓷片电容。陶瓷材料作介质,在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜,再经高温烧结后作为电极而成的电容器。通常用于高稳定振荡回路中,作为回路、旁路电容器及垫整电容器优点:稳定,绝缘性好,耐高压缺点:容量比较小。瓷片电容分高频瓷介和低频瓷介两种。具有小的正电容温度系数的电容器,用于高稳定振荡回路中,作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用,或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。这种电容器不宜使用在脉冲电路中,因为它们易于被脉冲电压击穿。

33、预测MLCC今后的发展趋势

MLCC是片式多层陶瓷电容,广泛应用于电子整机的振荡、耦合、滤波和旁路电路。在今后电子设备需要它小型化;通信产业的快速发展对元器件要求的高频化;更为经济应用广泛的低成本化;高可靠性;和为适应整机小型化、多功能化的需求的复合化;电源电路、开关电源、变换器和显像管高压电路中高压化的趋势。

34、LTCC技术特点、零收缩LTCC 材料优点及实现途径

结合了共烧技术和厚膜技术的优点,所有电路被叠层热压并一次烧结,有利于生产效率的提高, 降低了成本可实现无源器件的高度集成,减少表面安装元件的数量,提高布线密度, 减少了引线连接与焊点的数目,提高了电路的可靠LTCC材料的介电常数可在很大范围内变化, 增加了电路设计灵活性。材料具有高Q特性,保证电路系统高品质因数和低信号损失可适应大电流及耐高温特性要求,比普通PCB(印制电路基板)路具有优良的热传导性具有较好的温度特性,如小膨胀和频率温度系数。

实现途径:

流延:

致密、厚度均匀、有一定强度和韧性,适合于流延成型料浆粘度范围500‐2000mPa.s 厚度控制:控制刀高

打孔:

三种方式:钻孔、冲孔和激光打孔

钻孔的速度3~5孔/s, 精度±50um, 最小孔径 0.25mm

冲孔的速度8~10孔/s, 精度±10um, 最小孔径 0.05mm

激光打孔250~300孔/s, 精度±25um, 最小孔径 0.1mm

通孔直径最佳0.15~0.25mm

通孔填充

通孔填充主要为丝网印刷、掩模印刷

⑴丝网印刷以250目以上不锈钢或高开孔率尼龙丝网,丝网乳胶厚

度约为30um

⑵掩模印刷用黄铜或不锈钢作掩模,厚度25~30um

通孔浆料应有良好的流变性能和合适黏度(1000~2500Pa.s)调节

内电极印刷

内电极图案化有:丝网印刷、计算机描绘、光刻、薄膜沉积

(1)丝网印刷成本低、效率高、线宽极限150um

⑵计算机描绘无需制板和印刷对位, 但操作复杂、生产能力低,

线宽最小可到100um

⑶光刻: 分辨率高、布线密度高、线宽至75um,但需光刻设备

⑷薄膜: 分辨率高、布线密度高、线宽至50um,薄膜设备

预叠层和热压

将印刷过电极的各层生瓷片按预先设计的层数和次序叠到一起, 在一定的温度和压力下, 使它们紧密相连, 形成一个完整的多层坯体。为了使叠层后形成的生瓷片在排胶、烧结时不致起泡分层、烧结时收缩率一致且符合设计要求, 必须对生瓷片进行等静压切片

先将等静压后的膜块在70℃下预热, 使膜块与热熔纸充分粘合后进行切割, 切割温度设置60~100℃按膜块顶层的菱形切割标记(cutting mark)进行对位, 用CCD摄相系统完成切割标记的捕捉, 确保刀片切割在菱形标记的两头尖对角线上, 分X/Y二个方向切割成大小一致的产品形状。

排胶烧结

排胶可在马福炉或隧道炉进行, 升温速度0.2~0.5℃/min, 至400 ~500℃保温, 避免升高过快引起的分层烧结升温速度5~10 ℃/min, 至850~900 ℃保温. 过快, 烧结后基板平整性差, 收缩大,也会出现翘曲。

35、LTCC技术对材料的要求

LTCC技术对陶瓷材料要求:

LTCC技术主要包括设计技术、生磁(瓷)料带技术和混合集成(制造)技术, 材料性能是关键。LTCC材料特性与材料种类、组成、颗粒控制等有很大关系。

具体要求:

介电常数: 2~20000范围内系列化以适用于不同f

-3.8~5.9 适用于高速数字电路的设计

-6~80 适用于微波谐振器件和高频线路设计

-几千到几万可作为高容性器件集成到多层结构中

介电损耗tanδ小或品质因数Q 值高, 保证优良的选频特性和降低器件在高频下的插入损耗。对于多层微波器件, 一般要求Q >1000

烧结温度应控制在1000℃以下, 使用导电率高且熔点较低的银、铜等低成本金属作为内电极

良好的热稳定性, 要求热膨胀系数(CTE)可以调整到所载芯片的CTE。LTCC材料CTE为4×10–6℃–1, Si的CTE为3.5×10–6℃–1, 两者具有良好的CTE匹配性。含微波器件的集成材料, 其ηf应尽可能低≤10×10–6℃–1

陶瓷的配方应有利于浆料配制、流延成型以及满足后道LTCC制造工艺要求。

材料主体组分和添加剂

共烧材料匹配:1、不同介质材料(电阻、电容、电感、导体)共烧(烧结收缩率、致密化速率、热膨胀系数、化学相容性)2、LTCC共烧体系沿X‐Y方向的收缩一般为12%~16%;借助无压烧结或助压烧结技术,LTCC结构在X、Y方向上的尺寸变化只有0.1%左右, 基板将沿Z方向进行收缩补偿3、介质基片与电极共烧匹配是难点! 介质基片与

电极烧结不匹配主要有三方面: (1)烧结致密化温度不一致(2)烧结收缩率不一致(3)烧结致密化速率不匹配。表面不平整、翘曲、分层、相互间附着力下降

36、列举LTCC技术几个典型的应用领域

高频无线通讯领域:功率放大器组件、前端射频模块、蓝牙模块

航天航空与军事领域:卫星控制组件、电子装置组件

MEMS与传感技术:微机电系统、精密压力传感器系统

汽车电子:汽车引擎控制模块

37、列举LTCC几个典型的应用领域

高频无线通讯领域:功率放大器组件、前端射频模块、蓝牙模块

航天航空与军事领域:卫星控制组件、电子装置组件

MEMS与传感技术:微机电系统、精密压力传感器系统

汽车电子:汽车引擎控制模块

38、薄膜材料相对块体材料有何特殊性

块体固体理论是以原子周期排列为基本依据,电子在晶体内的运动服从布洛赫定理,电子迁移率很大;在薄膜材料中,由于无序性和薄膜缺陷态的存在,电子在晶体中将受到晶格原子的散射,迁移率变小(除部分近单晶薄膜外),将使薄膜材料的电学、光学、力学等性能受到很大影响。

薄膜材料的厚度很薄,很容易产生尺寸效应,因此薄膜料的物性会受到薄膜厚度的影响薄膜材料的表面积同体积之比很大,所以表面效应很显著,表面能、表面态、表面散和表面干涉对它的物性影响很大

在薄膜材料中还包含有大量的表面晶粒间界和缺陷态,对电子输运性能影响较大

薄膜与基片之间的粘附性和附着力,以及内应力问题。

39、薄膜和基片的附着力分类及其增强方法

化学键合、范德华力、静电力、相互扩散、锚连作用、浸润。

1)增加基片活性。用洗涤剂清洗基片,利用腐蚀液(HF)等进行刻蚀及离

子轰击,机械研磨。

2)加热会使相互扩散增强。

3)氧化物具有特殊的作用。通过沉积过渡层的方法(SiO、SiO2等),增加

金属与基片的附着力。

40、薄膜材料制备方法分类及特点

薄膜是指尺度在某个一维方向远远小于其他二维方向,厚度可从纳米级到微米级的材料。薄膜是不同于通常气态、液态、固态和等离子态的一种新的凝聚态物质。薄膜与块体一样,可以是单晶、多晶、微晶、纳米晶、多层膜、超晶格膜等。

制备方法:

1)真空蒸发法。源单层蒸发;单源多层蒸发;多源反应共蒸发

特点:成膜速度快0.1-50um/min,设备比较简单,操作容易;制备的薄膜纯度高,

薄膜生长机理简单。缺点:附着力小,结晶不够完全,工艺重复性不够好。

2)真空溅射法。磁控溅射,直流磁控测射[单靶(反应)溅射;多靶反应共溅射] ,射频

磁控溅射[单靶(反应)溅射;多靶反应共溅射]。获得薄膜厚度均匀,速度快,致

密等。但是工作压强较高。

3)离子束溅射,薄膜质量好,结合牢固。沉积速率低。

4)化学气相沉积。金属有机物化学气相沉积(MOCVD) ,热解化学气相沉积(热解CVD),

离子体增强化学气相沉积(PECVD),激光诱导化学气相沉积(LCVD),波等离子体化学

气相沉积(MWCVD)

5)溶胶-凝胶法(sol-gel),设备简单,成本低,薄膜质量均匀等,但局限性大,周期长。

6)电镀法,化学镀。成本低,设备简单,但是膜质量相比不高,环境污染问题。

7)LB膜

优点:

1)膜厚为分子级水平(纳米数量级),具有特殊的物理化学性质;

2)可以制备单分子膜,也可以逐层累积形成多层LB膜,组装方式任意选择;

3)可以人为选择不同的高分子材料,累积不同的分子层,使之具有多种功能;

缺点:

1)由于LB膜淀积在基片上时的附着力是依靠分子间作用力,属于物理键力,因此膜

的机械性能较差;

2)要获得排列整齐而且有序的LB膜,必须使材料含有两性基团,这在一定程度上给

LB成膜材料的设计带来困难;

3)制膜过程中需要使用氯仿等有毒的有机溶剂,这对人体健康和环境具有很大的危害

性;

4)制膜设备昂贵,制膜技术要求很高。

41、气相法制备薄膜材料的原理及过程

气相法制备薄膜材料的制备合成途径是:直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后在冷却过程中凝聚、长大,形成纳米微粒沉积在基材表面。显然,在此类气相法制备过程中物质经历了相的变化,而相变过程中能量变化是主要决定因素。

1)气相成核理论

微粒的形成起源于一个生长核心,该核心通常是一个液滴,即内部具有液体的体相密度,外部具有原子蒸气密度的球形液滴。其形成一般分为两种机制:(1)蒸气的异相成核:以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂质或固体表面上的台阶等缺陷为成核中心,进行微粒的形核及长大。(2)蒸气的均相成核:无任何外来杂质或缺陷的参与,过饱和蒸气中的原子因相互碰撞而失去动能,由于在局部范围内温度的不均匀和物质浓度的波动,在小范围内开始聚集成小核。当小核半径大于临界半径r,时就可以不断吸收撞击到其表面的其他原子、继续长大,最终形成微粒。在气相成核过程中,近似球形的液滴的半径须大于某个临界半径r

才能使系统物质由亚稳相转变为稳定相,即释放能量、使体系的总吉布斯自由能降低。在此过

程中,气、液相之间的体自由能之差(ΔG

v

)单调下降;但由于体系中气、液相之间的界面不

断增大,形成蒸气和液滴间的界面所需的界面自由能(ΔG

s

)则单调增加。因此,在成核作用

过程中,体系总的吉布斯自由能改变为:ΔG=ΔG

v +ΔG

s

对球形液滴核:ΔG

s =-(4πr3/3)△g/Ωs;ΔG

s

=4πr2ζ

则:ΔG=-(π4 △r3/3) △g/Ω

s

+4πr2ζ

式中:Ω

s

为每一单个原子的体积;△g为每个原子由气相转变为液相的自由能改变;盯为气、液相界面的比表面自由能;r为晶核半径。随着r的增大,AG。以r2倍增大,而AG。以r3的关系减小;在r=r。(临界半径)时,体系总自由能达到最大值。半径ro的核才能继续长大,以致成为微粒。

2)物理气相沉积是指利用物理过程实现物质转移,将原子或分子有源转移到基材表面

上的过程。常用的PVD法制备薄膜的方法包括脉冲激光沉积法、磁控溅射、分子束

外延、反应溅射等。

3)化学气相沉积的方法要经历气固过程或气液过程,即蒸发源材料在升温过程中汽

化,蒸汽在特定的温度、压力和原子气氛条件下沉积到基底上,得到了各种形貌的

纳米粒子。常用的CVD法制备薄膜的方法包括金属有机化合物气相沉积、单源化学

气相沉积、等离子体化学气相沉积等。

42、溶胶-凝胶法制备薄膜材料的过程及特点

溶胶凝胶法制备薄膜材料首先必须制得稳定的溶胶,可通过有机和无机途径,最多的是使用有机途径,既是通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶胶。大致过程如下:制备溶胶-溶剂挥发-加稳定剂/稀释剂制成溶液-甩胶成膜

特点:工艺设备简单,不需要任何真空条件或昂贵设备;工艺过程中温度低;很容易大面积的在各种不同形状不同材料的基底上制备薄膜;容易制出均匀的多元氧化物薄膜,易于实现定量掺杂;用料省,成本较低。

43、解决工业污染的模式及特点

工业发展可分为三种模式:

第一种是工业生产的传统模式,即不顾环境的工业生产。(起自工业化初期直至20世纪中叶,直至现在,我国的一些乡镇企业仍在沿袭这种模式。)其特点是“先污染,后治理”。

第二种模式是凡排放物不能达到容许排放标准的,即不允许排放或需交付一定的罚款。即在环境法规允许的范围内进行生产,如:为废水建造废水处理站,为废气安装除尘、脱硫装置,为固体废物配置分化炉或填埋场。称为“末端治理”阶段。

第三种模式是清洁生产即对产品整个生命周期采取污染预防战略。清洁生产的最高目标是实现工业的生态化。称为“污染预防,全程控制”阶段。

通向可持续发展的不同阶段:

自然稀释扩散,污染控制,清洁生产,工业生态学,可持续发展

末端流程治理

生态工业下的清洁生产

清洁生产优于末端治理主要体现在以下四方面:

1)在资源、能源的充分利用和削减污染物量方面;

2)在废弃物处理效果方面;

3)在实施方案所产生的经济效益方面;

4)在保护企业员工的健康方面。

44、清洁生产与末端治理的区别与联系

凡排放物不能达到容许排放标准的,即不允许排放或需交付一定的罚款。即在环境法规允许的范围内进行生产,如:为废水建造废水处理站,为废气安装除尘、脱硫装置,为固体废物配置分化炉或填埋场。称为“末端治理”阶段。

清洁生产优于末端治理主要体现在以下四方面:

1)在资源、能源的充分利用和削减污染物量方面;

2)在废弃物处理效果方面;

3)在实施方案所产生的经济效益方面;

4)在保护企业员工的健康方面。

无机材料科学基础试题及答案

1螺位错:柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞:指晶体结构中的平行六面体单位,其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。 5聚合:由分化过程产生的低聚合物,相互作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部分Na2O,这个过程称为缩聚,也即聚合。 6非均匀成核:借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散:扩散质点浓度分布不随时间变化。 8玻璃分相:一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相),并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物:是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解,分解产物是一种液相和一种晶相,两者组成与化合物组成皆不相同,故称不一致熔融化合物。10晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。 11非本征扩散:受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点迁移。(2.5)本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷,由此而引起的质点迁移。 12稳定扩散:若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0。不稳定扩散:扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化,即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。(2.5分) (2.5分) 13可塑性:粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团,该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后,可以塑造成任何形状,当去除应力泥团能保持其形状,这种性质称为可塑性。(2.5晶胞参数:表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。 15二次再结晶:是液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。(2.5) 16泰曼温度:反应物开始呈现显著扩散作用的温度。(2.5) 17晶子假说:苏联学者列别捷夫提出晶子假说,他认为玻璃是高分散晶体(晶子)的结合体,硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成,玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说:凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样,也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体(三角体或四面体)构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成,而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。 18正尖晶石;二价阳离子分布在1/8四面体空隙中,三价阳离子分布在l/2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被

无机化学第四版第六章思考题与习题答案

第六章分子的结构与性质 思考题 1.根据元素在周期表中的位置,试推测哪些元素之间易形成离子键,哪些元素之间易形成共价键。 答:ⅠA、ⅡA族与ⅥA、ⅦA元素之间由于电负性相差较大,易形成离子键,而处于周期表中部的主族元素原子之间由于电负性相差不大,易形成共价键。 2.下列说法中哪些是不正确的,并说明理由。 (1)键能越大,键越牢固,分子也越稳定。不一定,对双原子分子是正确的。 (2)共价键的键长等于成键原子共价半径之和。不一定,对双原子分子是正确的。 (3)sp2杂化轨道是由某个原子的1s轨道和2p轨道混合形成的。×由一个ns轨道和两个np轨道杂化而成。 (4)中心原子中的几个原子轨道杂化时,必形成数目相同的杂化轨道。√

(5)在CCl4、CHCl3和CH2Cl2分子中,碳原子都采用sp2杂化,因此这些分子都呈四面体形。×sp3,CCl4呈正四面体形;CHCl2和CH2Cl2呈变形四面体形。 (6)原子在基态时没有未成对电子,就一定不能形成共价键。×成对的电子可以被激发成单电子而参与成键。 (7)杂化轨道的几何构型决定了分子的几何构型。×不等性的杂化轨道的几何构型与分子的几何构型不一致。 3.试指出下列分子中那些含有极性键? Br2CO2H2O H2S CH4 4.BF3分子具有平面三角形构型,而NF3分子却是三角锥构型,试用杂化轨道理论加以解释。BF3中的B原子采取SP2杂化,NF3分子的N原子采取不等性的SP3杂化。 5.CH4,H2O,NH3分子中键角最大的是哪个分子键角最小的是哪个分子为什么CH4键角最大(109028,),C采取等性的SP3杂化,NH3(107018,),H2O分子中的N、O采用不等性的SP3杂化,H2O分子中的O原子具有2对孤电子对,其键角最小(104045,)。 6.解释下列各组物质分子中键角的变化(括号内为键角数值)。

无机化学实验思考题

无机化学实验思考题 一。氯化钠的制备 1.氯化钠能通过重结晶提纯吗 答:因为氯化钠的溶解度随温度变化很小,所以不能通过重结晶来提纯。 2.氯化钙能代替毒性更大的氯化钡来去除盐中的硫酸根离子吗?答:不,硫酸钙微溶,不能达到净化的目的。 3.尝试用沉淀溶解平衡原理解释碳酸钡去除盐中Ca2+和硫酸根离子的基础和条件。溶液中的钙离子和硫酸根离子分别与碳酸根离子和钡离子结合,生成比碳酸钡更不溶的碳酸钙和硫酸钡沉淀,从而除去它们。 4.如果粗盐中的镁离子以氢氧化镁的形式被除去,如何控制酸碱度?答:据说在不添加太多试剂的情况下,pH11 ~ 12已经可以保证Mg2+的完全沉淀。(这可以自己计算。。。大约是10.9左右的完全降水) 5.在提纯原盐的过程中,哪个步骤会去除钾离子? 答:在晶体清洗的最后一步,氯化钠和KCl有不同的溶解度,因此过滤。 两个。硫酸亚铁铵的制备 1.这个实验前后水浴加热的目的有什么不同?答:前者是一种合成反应,加热会加快反应速度。后者应该是蒸发以减少水分含量。 2.当计算硫酸亚铁铵的产率时,它是基于铁的量还是硫酸铵的量?过多的铁对硫酸亚铁铵的制备有什么影响?

答:用硫酸铵的量。因为铁需要过量并且含有少量的油。 在硫酸亚铁铵制备过程的早期阶段制备硫酸亚铁的过程中,可以通过过量的铁或过量的硫酸获得硫酸亚铁,但是纯度受到影响。过量的铁可以防止硫酸亚铁被氧化,但是大量过量的铁会消耗酸来促进Fe2+的水解。 3.碱煮去除铁屑和油渍的目的是什么? 4.当1 Fe和H2SO4 2蒸发并浓缩溶液时,为什么要用水浴加热答案:1。使用水浴加热来加快反应速度,而不会导致温度上升过快而产生Fe3+。 2.防止Fe2+氧化成三价铁离子并添加杂质。 5.当铁与硫酸反应时,你为什么经常拿出锥形瓶并摇动它?适当的补水是什么意思?为什么不完全反应? 答:锥形瓶经常被摇动,以便反应可以充分进行。适当的补水是为了防止硫酸亚铁沉淀。当反应不完全时,二价铁离子的氧化被阻止。6.如何得到更大颗粒的硫酸亚铁铵晶体?:控制蒸发和浓缩的时间,待晶体膜出现后冷却。缓慢冷却。 控制溶液的浓度,使其变小。 三个。五水硫酸铜的制备 1.在减压和过滤过程中(1)如果在真空泵开关打开(2)和真空泵开关在过程结束时关闭之前,沉淀被转移到布氏漏斗中,每一个会有什么影响?(1)滤纸容易漂浮,晶体可能从滤纸边缘泄漏 (2)水箱中的水将回流到吸瓶中,造成反吸并污染滤液。

新型无机非金属材料有哪些

新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些?“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务,请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 (1)是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 (2)包括以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 2、陶瓷 (1)从制备上开看,陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 (2)从组分上来看,陶瓷是多晶、多相(晶相、玻璃相和气相)的聚集体。 3、玻璃 (1)狭义:熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 (2)一般:若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质,则不管其组成如何都可称为玻璃(具有玻璃转变温度 Tg)。 玻璃转变温度:玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状,加入适量水后,可成为塑性浆体,能在空气或水中硬化,并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料,通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联,从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 (1)可塑性原料:黏土质陶瓷成瓷的基础(高岭石、伊利石、蒙脱石) (2)弱塑性原料:叶蜡石、滑石 (3)非塑性原料:减塑剂——石英;助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的

无机材料科学基础答案

1、熔体的概念:不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系(决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素就是硅氧四面体网络连接程度) 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 与BaO 、PbO 等,随加入量增加,粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中,当Al2O3/Na2O ≤1时,用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用,从而提高粘度。一般加入Al2O3、SiO2与ZrO2有类似的效果。 流动度为粘度的倒数,Φ= 粘度的理论解释:绝对速度理论η=η0exp(ΔE/kT) 自由体积理论η=B exp [ ]=Aexp( ) 过剩熵理论η = Cexp [ = Cexp( ) 2、非晶态物质的特点 :近程有序,远程无序 3、玻璃的通性 (1)各向同性(若有应力,为各向异性) (2)介稳性 (3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、 Tg 、Tf , 相对应的粘度与特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明:熔融温度范围内,粘度为50~500dPa·s 。工作温度范围粘度较高,约103~107dPa·s 。退火温度范围粘度更高,约1012、5~1013、5 dPa·s 。 Tg-脆性温度、退火温度,Tf-软化温度、可拉丝的最低温度 5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。 单键强度 < 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250~335 kJ/mol 为——中间体,其作用介于玻璃的网络形成体与网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点: 熔体就是物质在TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低,熔体释放能量大小不同,冷却途径分为结晶化,玻璃化,分相 ΔGv 越大析晶动力越大,越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小,越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点: 过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结与吸附在晶核表面,有利于成核。 过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大。 过冷度与成核速率Iv 与晶体生长速率u 必有一个极值。 玻璃形成的结晶化学观点: (1)、键强(孙光汉理论) 熔点低的氧化物易于形成玻璃 (2)、键型 三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。 )(00T T KV -α0T T B -)(0T T C D P -?0T T B -η1

《无机化学》(上)习题标准答案

《无机化学》(上)习题答案

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第1章 原子结构与元素周期律 1-1在自然界中氢有三种同位素,氧也有三种同位素,问:总共有多少种含有不同核素的水分子?由于3H 太少,可忽略不计,问:不计3H 时天然水中共有多少种同位素异构水分子? 解: 共有18种不同核素的水分子 共有9种不同核素的水分子 1-2.答:出现两个峰 1-3用质谱仪测得溴的两种天然同位素的相对原子质量和同位素丰度分别为 79Br 78.9183 占 50.54%,81Br 80.9163 占 49.46%,求溴的相对原子质量。 解: 1-4铊的天然同位素203Tl 和205Tl 的核素质量分别为202.97u 和204.97u ,已知铊的相对原子质量为204.39,求铊的同位素丰度。 解: 设203Tl 的丰度为X ,205Tl 的丰度为1-X 204.39 = 202.97X + 204.97(1-X) X= 29.00% 1-5等质量的银制成氯化银和碘化银,测得质量比m (AgCl ):m (AgI )= 1:1.63810,又测得银和氯的相对原子质量分别为107.868和35.453,求碘的原子量。 解: X= 126.91 1-8为什么有的元素原子量的有效数字的位数多达9位,而有的元素的原子量的有效数字的位数却少至3~4位? 答:单核素元素只有一种同位素,因而它们的原子量十分准确。而多核素元素原子量的准确性与它们同位素丰度的测量准确性有关(样品的来源、性质以及取样方式方法等)。若同位素丰度涨落很大的元素,原子量就不可能取得很准确的数据。 1-13.解:(1)r=c /λ=(3×108)/(633×10-9) = 4.74×1014 Hz 氦-氖激发是红光 (2)r=c/λ=(3.0×108)/(435.8×10-9) = 6.88×1014 Hz 汞灯发蓝光 18)33(313131323=+ ?=?+?c c c c 9 )21(313121322=+?=?+?c c c c 91.79%46.499163.80%54.509183.78)Br (=?+?=Ar X 107.86835.453107.86863810.11)AgI ()AgCl (++== m m

无机化学基础实验思考题

无机化学基础实验思考题 7.在制备CuSO4·5H2O的实验中,量取比重为d、百分浓度为C、体各为V的CuSO4溶液,制得质量为w的CuSO4·5H2O,已知CuSO4的分子量为160,CuSO4·5H2O的分子量为250。写出收率的公式。 答:回收率=W·160/250/d·V·C·×100% 8.除掉了SO42-Ca2+、Mg2+和多余的Ba2+和 CO32-后,将溶液蒸发至稀糊状(切勿蒸干!)后冷却、减压过滤。在此,“切勿蒸干”的目的是(C)。 A.便于烘炒 B.便于抽滤C.除去K+离子 D.除去少量的Ca2+、Mg2+离子 9.用已知标准浓度的NaOH溶液滴定HAC溶液达终点时,若滴定管尖还挂有一滴碱液,则(C) A.直接续数 B.将此一滴碱液靠入锥瓶后续数 C.滴定失败,重新滴定 D.估计出这一滴碱液的体积 10.在酸碱滴定操作中,下列仪器需要用待量取的溶液润洗的是(A.B) A.滴定管 B.移液管 C.容量瓶 D.锥瓶 11.测定醋酸电离度和电离常数的实验中,为什么要记录室温? 答:因为不同的温度下,醋酸的电离常数不同,同一浓度的醋酸溶液不同温度下,其电离度亦不同. 12.关于PH值的读数,下列值中哪一个是正确的? (C) A.4 B.4.2 C.4.27 D.4.275 13.用酸度计测定PH值之前,必须定位,定位液选择下列溶液中的哪一种? (D) A蒸馏水 B.一定PH值的盐酸溶液 C.一定PH值的NaOH溶液 D.PH值接近于待测液的标准缓冲溶液 14.用酸度计测定一组溶液的PH值,测量的顺序以下列哪一种为最佳? (A) A.从稀到浓 B.从浓到稀 C.无所谓次序 15.关于PH电极(玻璃电极或复合电极),下列说法哪一条是错误的? (A) A.电极的敏感玻璃泡有轻微的破损或擦伤对其性能无影响 B.电极不可长期浸在蒸馏水、蛋白质溶液和酸性氟化物溶液中 C.电极在长期未用后再次使用前需活化 D.电极测量后,应及时清洗并保护放置 16.在化学反应速度和活化能实验中,用定量加液器往混合液中加K2S2O8溶液时,若加液器中含有气泡,可能会使反应时间(A) A.变长 B.变短 C.无影响 17.在测定活化能的实验中,在低温点的实验时,若用手拿着小烧杯有溶液的部分进行操作,会使Ea的测量值比实际值(B) A.大 B.小 C.无影响 18.如何除去硫酸铜溶液中的杂质铁?制备硫酸铜的过程中,如何除去杂质铁? 答:(1) 40℃-50℃时加H2O2水 2)HaOH或NH3H2O调PH值3-3.5(3)加热煮沸溶液(4)保温10-15分钟(5)过滤(普滤)

新型无机非金属材料.doc

新型无机非金属材料 课题: 教学重点:的特点。 教学过程: 引言:能源、信息、材料是文明的三大支柱。而能源问题的解决和信息社会的飞速发展都是以材料的突破为前提的。材料与我们的生活密切相关,是人类社会生活中不可缺少的物质基础,它们在现代电子、航天航空等尖端科学中应用广泛。人类使用和制造材料有着悠久的历史,制造出的第一种材料是陶。 设问:提出问题,让学生讨论。 1.玻璃刀能划玻璃靠的是什么材料?(刀头上的金刚石) 2.手表中的"钻"指的是什么材料的多少?(人造红宝石) 3.煤气炉中电子打火靠的是什么材料?(压电陶瓷) 4.信息高速公路是依靠什么材料来铺设的?(光导纤维) 板书:第三节新型无机非金属材料 材料包括很多种,可以把它们分类:投影: 一、材料的分类和特点: 1.材料可分为:无机非金属材料传统无机非金属材料如:水泥、玻璃、陶瓷 新型无机非金属材料如:高温结构陶瓷、光导纤维 金属材料如:fe、cu、al、合金等。

高分子材料如:聚乙烯、聚氯乙烯 讲解:今天,我们主要学习和了解的是新型无机非金属材料。请看课本中的有关内容,可以讨论,交流,也可以起来发言。注意总结出要点。 交流并及时小结:1.传统的硅酸盐材料有什么优、缺点? 优点:抗腐蚀、耐高温;缺点:质脆、经不起热冲击。 2.新型无机非金属材料有哪些特性? ①承受高温,强度高。②具有光学特性。③具有电学特性。④具有生物功能。 板书:二、新型无机非金属材料简介 新型无机非金属材料很多,现列举几种:压电材料;磁性材料;导体陶瓷;激光材料,光导纤维;超硬材料(氮化硼);高温结构陶瓷;生物陶瓷(人造骨头、人造血管)等等。 今天,我们主要了解其中的两种高温结构陶瓷和光导纤维。 板书: (一)、高温结构陶瓷 1.氧化铝陶瓷 展示:高压钠灯。外罩是玻璃,里面的灯管是氧化铝陶瓷,是一种高温结构材料。 高压钠灯内温度高达1400℃,同时钠蒸气具有很强的腐蚀性。 展示:坩埚、高温炉管。 让学生概括出氧化铝陶瓷的主要性能和用途。可以看书、交流。 讲解:性能:熔点高、硬度大、透明、耐高温;用途:坩埚、高温炉管、刚玉球磨机、高压钠灯管管

无机化学第四版第三章思考题答案

第三章酸碱反应和沉淀反应 思考题 1.阐述下列化学名词、概念的含义。 解离常数,解离度,分步解离,水解常数,水解度,分步水解,水的离子积, 缓冲溶液,溶度积,溶度积规则,分步沉淀,沉淀完全,沉淀转化。 2.在氨水中加入下列物质时,NH3·H2O的解离度和溶液的pH值将如何变化? (1) 加NH4C1;NH3·H2O的解离度下降,pH值↓ (2) 加NaOH;NH3·H2O的解离度下降,pH值↑ (3) 加HCl;NH3·H2O的解离度增大,pH值↓ (4)加水稀释。解离度α↑,溶液pH值的变化与加水的多少有关。 3.是非题: (1) 酸性水溶液中不含OH-,碱性水溶液中不含H+;× (2)1×10-5 mol·L-1的盐酸溶液冲稀1000倍,溶液的pH值等于8.0;× (3)使甲基橙显黄色的溶液一定是碱性的;×

(4)在一定温度下,改变溶液的pH值,水的离子积不变;√ (5)弱电解质的解离度随弱电解质浓度降低而增大;√ (6)H2S溶液中c(H+)=2c(S2-)× 4.下列说法是否正确? 为什么? (1) 将氨水和NaOH溶液的浓度各稀释为原来的1/2,则两种溶液中OH-浓度均减小为原来的1/2;× (2) 若HCI溶液的浓度为HOAc溶液的2倍,则HCl溶液中H+浓度也为HOAc溶液中H+浓度的2倍;× (3) 中和同浓度、等体积的一元酸所需的碱量基本上是相等的,所以同浓度的一元酸溶液中H+浓度基本上也是相等的;前半句√、后半句× (4) 氨水的浓度越小,解离度越大,溶液中OH-浓度也必越大。 5.根据弱电解质的解离常数,确定下列各溶液在相同浓度下,pH值由大到小的顺序。 ③NaOAc ②NaCN ④Na3PO4 ⑧H3PO4⑦(NH4)2SO4⑥HCOONH4 ⑤NH4OAc ⑩H2SO4⑨HCl ①NaOH。 6.试回答下列问题; (1) 如何配制SnCl2、Bi(NO3)3、Na2S溶液? 先用浓HCl溶解SnCl2固体、先用浓HNO3溶解Bi(NO3)3固体、先用浓NaOH溶解Na2S固体后再稀释。

《无机化学实验》习题及参考答案.

《无机化学实验》习题及参考答案 1、烘干试管时,为什么开始管口要略向下倾斜? 答:开始试管口低于管底是以免水珠倒流炸裂试管。 2、容量仪器应用什么方法干燥?为什么? 答:晾干法或吹干法,否则会影响容量仪器的精度。 3、酒精灯和酒精喷灯的在使用过程中,应注意哪些安全问题? 答:在酒精灯使用中,对于旧的特别是长时间未用的酒精灯,取下灯帽后,应提起灯芯瓷套管,用洗耳球轻轻地向灯壶内吹几下以赶走其中聚集的酒精蒸气。燃着的酒精灯,若需添加酒精,首先熄灭火熄,决不能在酒精灯燃着时添加酒精。点燃酒精灯一定要用火柴点燃,决不能用燃着的另一酒精灯对点。使用酒精喷灯时,应在预热盘酒精快燃完,能使液态酒精转化为酒精蒸气时再打开挂式喷灯的酒精贮罐。另外,要准备一块湿抹布放在喷灯旁,当酒精液滴洒落到实验台上引起小火时给予及时扑灭。座式酒精喷灯连续使用超过半小时,必须熄灭喷灯,待冷却后,再添加酒精继续使用。若座式喷灯的酒精壶底部凸起时,不能再使用,以免发生事故。 4、在加工玻璃管时,应注意哪些安全问题? 答:切割玻璃管时,要防止划破手指。熔烧玻璃管时,要按先后顺序放在石棉网上冷却,未冷之前不要用手拿,防止烫伤。在橡皮塞上装玻璃管时,防止手持玻璃管的位置离塞子太远或用力过猛而将玻璃管折断,刺伤手掌。 5、切割玻璃管(棒)时,应怎样正确操作? 答:切割玻璃管(棒)时,应将坡璃管(棒)平放在实验台面上,依所需的长度用左手大拇指按住要切割的部位,右手用锉刀的棱边在要切割的部位向一个方向(不要来回锯)用力锉出一道凹痕。锉出的凹痕应与玻璃管(棒)垂直,这样才能保证截断后的玻璃管(棒)截面是平整的。然后双手持玻璃管(棒),两拇指齐放在凹痕背面,并轻轻地由凹痕背面向外推折,同时两食指和两拇指将玻璃管

无机材料科学基础答案第六,七,九,十章习题答案

6-1 略。 6-2 什么是吉布斯相律?它有什么实际意义? 解:相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律,又称吉布斯相律,用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F=C-P+2。其中F为自由度数,C为组分数,P为相数,2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。 6-3 固体硫有两种晶型,即单斜硫、斜方硫,因此,硫系统可能有四个相,如果某人实验得到这四个相平衡共存,试判断这个实验有无问题? 解:有问题,根据相律,F=C-P+2=1-P+2=3-P,系统平衡时,F=0 ,则P=3 ,硫系统只能是三相平衡系统。 图 6-1 图6-2 6-4 如图6-1是钙长石(CaAl2Si2O)的单元系统相图,请根据相图回解:(1)六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少?(2)三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的?你是如何判断出来的?(3)正交晶型是热力学稳定态?还是介稳态? 解:(1)六方钙长石熔点约1300℃(B点),正钙长石熔点约1180℃(C点),三斜钙长石的熔点约为1750℃(A点)。 (2)三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型,而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。 (3)正交晶型是介稳态。

6-5 图6-2是具有多晶转变的某物质的相图,其中DEF线是熔体的蒸发曲线。 KE是晶型 I的升华曲线;GF是晶型II的升华曲线;JG是晶型III的升华曲线,回答下列问题:(1)在图中标明各相的相区,并写出图中各无变量点的相平衡关系;(2)系统中哪种晶型为稳定相?哪种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变? 解:(1)KEC为晶型Ⅰ的相区,EFBC 过冷液体的介稳区,AGFB晶型Ⅱ的介稳区, JGA晶型Ⅲ的介稳区,CED是液相区,KED是气相区; (2)晶型Ⅰ为稳定相,晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相;因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的,即它们的自由能较高,有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势; (3)晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的,不可逆的,多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点;晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的,双向的,多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。 6-6 在SiO2系统相图中,找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 解:可逆多晶转变:β-石英←→α-石英α-石英←→α-鳞石英 不可逆多晶转变:β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英 6-7 C2S有哪几种晶型?在加热和冷却过程中它们如何转变?β-C2S为什么能自发地转变成γ-C2S?在生产中如何防止β-C2S 转变为γ-C2S? 解:C2S有、、、四种晶型,它们之间的转变如右图所示。由于β-C2S 是一种热力学非平衡态,没有能稳定存在的温度区间,因而在相图上没有出现β-C2S的相区。C3S和β-C2S 是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物,但当水泥熟料缓慢冷却时,C3S将会分解,β-C2S将转变为无水硬活性的γ-C2S。为了避免这种情况的发生,生产上采取急冷措施,将C3S和β-C2S迅速越过分解温度或晶型转变温度,在低温下以介稳态保存下来。

无机化学部分思考题答案(简答题)

《无机及分析化学》部分思考题参考答案

十230 2 准确度是测定值(x)与真值(T)之间的一致程度,准确度可用误差表示;精密度是在规定条 件下独立测定结果之间的一致程度,精密度可用偏差表示。准确度是由系统误差和随机误 差共同决定的;精密度是由随机误差决定的。精密度高是准确度高的必要条件,但不是充 分条件;精密度高,准确度不一定高;准确度高,但精密度不高时结果不可信。 232 补充 十一247 2 (1)反应必须定量地完成。这是定量计算的必要条件。要求反应按一定的化学反应方程式进 行;反应完全程度要求达到99.9%以上;且无副反应。 (2)反应速率要快。要求滴定反应要求在瞬间完成;对于速率较慢的反应,可加热或加催化 剂使反应加速。 (3)要有较简便的方法确定滴定终点。 3 基准物质必须具备下列条件: (1)组成要与化学式完全符合,若含结晶水,其含量也与化学式符合。 (2)纯度要高,含量不应低于99.9%。 (3)性质要稳定。如烘干时不易分解,称量时不易潮解,不易吸收空气中的CO2和H2O,不易 被空气氧化。 (4)参加反应时,按照反应方程式定量进行,无副反应。 (5)最好具有较大的相对分子质量,以减少称量误差。 255 1 (1)滴定前,弱酸在溶液中部分电离,与强酸相比,曲线开始点提高; (2)滴定开始时,溶液pH升高较快,这是由于中和生成的Ac-产生同离子效应,使HAc更难 离解,[H+]降低较快; (3)继续滴加NaOH,溶液形成缓冲体系,曲线变化平缓; (4)接近化学计量点时,溶液中剩余的HAc已很少,pH变化加快; (5)化学计量点前后,产生pH突跃,与强酸相比,突跃变小; (6)化学计量点前后,pH仅由滴定剂过量的量计算,曲线与强酸相同。 3 (1)浓度越大,突跃范围越大。滴定突跃的终点越高。 (2)酸的K aθ(或碱的K bθ)越大,突跃范围越大。滴定突跃的起点越低。 补充

无机材料科学基础 陆佩文 课后答案

2-1 名词解释(a )弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;(b )刃型位错和螺型位错 (c )类质同象与同质多晶 解:(a )当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。(b )滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。(c )类质同象:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有,共同组成均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 2-6(1)在CaF 2晶体中,弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ,肖特基缺陷的生成能为5.5eV ,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度?(k =1.38×10-23J/K ) (2)如果CaF 2晶体中,含有百万分之一的YF 3杂质,则在1600℃时,CaF 2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。 解:(1)弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ,小于肖特基缺陷形成能5.5eV ,所以CaF 2晶体中主要是弗仑克尔缺陷,肖特基缺陷可忽略不计。-----------1分 当T =25℃=298K 时,热缺陷浓度为: 242319298 1006.2)2981038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f ----2分 当T =1600℃=1873K 时,热缺陷浓度为: 423191873 107.1)18731038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f -----2分 (2)CaF 2中含百万分之一(10- 6)的YF 3时的杂质缺陷反应为: Ca F Ca CaF V F Y YF ''++??→??62223 由此可知:[YF3]=2[Ca V ''],所以当加入10- 6YF3时,杂质缺陷的浓度为: 73105][2 1][-?==''YF V Ca 杂--------------------1分 此时,在1600℃下的热缺陷计算为: Ca i Ca V Ca Ca ''+→?? x x +5×10- 7 则:8241089.2)107.1()exp(][]][[--???=?=?-==''kT G k Ca V Ca f Ca Ca i 即:871089.21 )105(--?=?+x x ,x ≈8.1×10-4 热缺陷浓度: 4101.8][-?=≈''x V Ca 热------------------1分

无机化学习题及答案

第一章化学反应的一般原理 1.是非题(对的在括号内填 +,错的填 -) (1) 已知下列过程的热化学方程式为: UF 6 (l) → UF 6 (g) θ1r m 30.1kJ mol H -?=? 则此温度时蒸发 1mol UF 6 (l),会放出热 30.1 kJ. ( ) (2) 在定温定压条件下,下列两化学反应放出的热量相同。 ( ) 2221H (g)O (g)H O (l)2 +→ 2222H (g)O (g)2H O (l)+→ (3) ?r S 为正值的反应都是自发反应。 ( ) (4) 在常温常压下,空气中的N 2和O 2长期存在而不会生成NO ,这表明此时该反应的吉布斯函数变是负值。 ( ) (5) 反应 C(s) + H 2O (g) = CO (g) + H 2 (g),θ1r m (298.15K)131.3kJ mol H -?=?,由于方程式两边物质的化学计量数的总和相等,所以增加总压力对平衡无影响。 ( ) (6) 上述反应达平衡后,若升高温度,则正反应速率增加,逆反应速率减小,即平衡向右移动。 ( ) (7) 反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数。 ( ) 2. 选择题(将所有正确答案的标号填入空格内) (1) 下列反应中,反应 ______ 放出的热量最多。 (A) 4222CH (l)2O (g)CO (g) + 2H O (g)+= (B) 4222CH (g)2O (g)CO (g) + 2H O (g)+= (C) 4222CH (g)2O (g)CO (g) + 2H O (l)+= (D) 4223CH (g)O (g)CO(g) + 2H O (l)2 += (2) 定温定压下,某反应的θ1r m ()10kJ mol G T -?=?,这表明该反应 _______。 (A) 能自发进行。 (B) 不能自发进行。 (C) 能否自发进行,还需要具体分析。

生物无机化学思考题

什么是生物体的必需元素和有害元素?区分必需元素和有害元素的标准1一 是什么?)宏量元素都是必需元素;而微量元素不一定都是必需元素。必需微(1 F 、、V、Sn、、Cu、Mn、Cr、Mo、Co、SeNi 量元素:Fe、Zn 、. B)Sr(SiI、、有害元素:指哪些存在于生物体内时,会阻碍生物机体正常代谢过程和影响生理功能的微量Be等Pb 、As 、元素,如:Cd 、Hg、 该元素直接影响生物体的生物功能,并参与正常代谢过程。)条件(1)(2 )该元素在生物体内的作用不可能被其它元素所代替。(2)缺乏该元素时,生物体内会发生某种病变,补充该元素时,可防止3(异常的发生或使其恢复正常。你如何理解这种看起来矛有的元素既是人体必需的,又是对人体有害的,2. 盾的现象?。即它们既是必需的,又是有害的。“双重品格”是生物体重要的微量元素,对肿瘤有抑制作用,成人每(元素浓度)Se例 ,可能引起癌症、心肌损伤等;但过gg。若长期低于50μμ天摄取量为100 量摄取又可能造成腹泻、神经官能症及缺铁性贫血等中毒反应,甚至死亡。铁是重要的必需微量元素,正常人体内的铁几乎全部(元素存在形式)如 被限制在特定的生物大分子结构包围的封闭状态之中,这样的铁才能担负正常的生理功能3生物体内的宏量元素包括哪些?举例说明生物体内的微量元素。Mg 、Na 、Ca、、N、P S、Cl、K、C: 宏量元素11种、H、O 宏量元素是指含量占生物体总质量%以上的元素。、、Mn、FeCu、Zn 微量元素:指含量占生物体总质量%以下的元素。Cr 、Se 、I 、Mo 、Si等 4. 必需微量元素具有哪些主要的生物功能?举例说明。 (硒)对免疫系统的影响 1973年证明硒是代谢过氧化氢的酶—谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPX)的必需成分。硒参与过氧化物的代谢,体内各种吞噬细胞如中性粒细胞、单核细胞、吞噬细胞中均含有GSHPX。 硒对细胞保持氧化还原的平衡和清除活性氧起重要作用,最起码的作用是延缓衰老。硒缺乏所致的免疫系统的改变与肿瘤的易患性增加,一些慢性炎症及病毒性疾病的发生与此有关 锌与免疫 锌缺乏可削弱免疫系统功能,导致机体对多种致病因素易感性增高,而许多种疾病可导致锌缺乏而影响免疫系统功能。这些疾病包括酒精中毒、肾病、烧伤、消化道 功能紊乱以及HIV感染和腹泻。 锌对免疫系统作用包括对淋巴细胞成熟、细胞因子产物、细胞凋亡及基因表达的影. 响等方面。锌缺乏可导致胸腺萎缩和淋巴细胞减少。儿童缺锌可导致发育缓慢,甚至影响大脑发育。 铁与免疫 实验表明缺铁时中性白细胞的杀菌能力降低,淋巴细胞功能受损,在补充 铁后免疫功能可能可以得到改善。铁过剩和缺铁时均可引起机体感染性增加,微生物生长繁殖也需要铁的存在,有时补铁会增加感染的危险性什么是微量元素的拮抗和协同作用?它们有何生物学意义?5. 拮抗作用:指生物体内的一种元素抑制另一种元素的生物学作用的现象。协同作用:指一种元素促进生物体内另一种元素的生物学作用的现象。CuCu和Zn呈

无机材料科学基础试卷资料

1. 不一致熔融化合物,连线规则 答:不一致熔化合物是一种不稳定的化合物,加热到一定温度会发生分解,分解产物是一种液相和一种固相,液相和固相的组成与化合物组成都不相同。(2.5分) 连线规则:将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点是该界线上的温度最高点。(2.5分) 2. 非本征扩散,稳定扩散 非本征扩散:受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点迁移。(2.5) 稳定扩散:若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。(2.5分) 3. 非均匀成核, 一级相变 非均匀成核:是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。(2.5) 4. 晶粒生长,二次再结晶 晶粒生长:平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。(2.5分) 二次再结晶:是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。(2.5分) 5. 一致熔融化合物,三角形规则 答:一致熔融化合物是一种稳定的化合物,与正常的纯物质一样具有固定的熔点,熔化时,产生的液相与化合物组成相同。(2.5分) 三角形规则:原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物;与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。(2.5分) 6. 晶粒生长,二次再结晶 晶粒生长:平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。(2.5分) 二次再结晶:是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。(2.5分) 7.液相独立析晶,切线规则 答:液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。(2.5) 切线规则:将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交,如交点在连线上,则表示界线上该处具有共熔性质;如交点在连线的延长线上,则表示界线上该处具有转熔性质,远离交点的晶相被回吸。 8.本征扩散,不稳定扩散, .答:本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷,由此而引起的质点迁移。(2.5)不稳定扩散:扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化,即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。(2.5分) 9.均匀成核,二级相变, 答:均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。(2.5分) 相变时两相化学势相等,其一级偏微商也相等,但二级偏微商不等的相变。(2.5分)10.烧结,泰曼温度 答:烧结:由于固态中分子(或原子)的相互吸引,通过加热,使粉末体产生颗粒粘结,经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。(2.5) 泰曼温度:反应物开始呈现显著扩散作用的温度。(2.5)

无机化学思考题和课后习题答案整理(1-5章)

第一章思考题 1.一气柜如下图所示: A 假设隔板(A)两侧N2和CO2的T, P相同。试问: (1)隔板两边气体的质量是否相等? 浓度是否相等?物质的量不等而浓度相等 (2)抽掉隔板(假设不影响气体的体积和气柜的密闭性)后,气柜内的T和P 会改变?N2、CO2物质的量和浓度是否会改变?T和P 会不变,N2、CO2物质的量不变而浓度会改变 2.标准状况与标准态有何不同? 标准状况指气体在27.315K和101325Pa下的理想气体,标准态是在标准压力下(100kPa)的纯气体、纯液体或纯固体 3.化学反应方程式的系数与化学计量数有何不同?对某一化学反应方程式来说,化学反应方程式的系数和化学计量数的绝对值相同,但化学反应方程式的系数为正值,而反应物的化学计量数为负值,生成物的化学计量数为正值 4.热力学能、热量、温度三者概念是否相同? 试说明之。 5.试用实例说明热和功都不是状态函数。 6.判断下列各说法是否正确: (1)热的物体比冷的物体含有更多的热量。× (2)甲物体的温度比乙物体高,表明甲物体的热力学能比乙物体大。× (3)物体的温度越高,则所含热量越多。× (4)热是一种传递中的能量。√ (5)同一体系: (a)同一状态可能有多个热力学能值。× (b)不同状态可能有相同的热力学能值。√ 7.判断下列各过程中,那个ΔU最大: (1)体系放出了60kJ热,并对环境做了40kJ功。 (2)体系吸收了60kJ热,环境对体系做了40kJ功。√ (3)体系吸收了40kJ热,并对环境做了60kJ功。 (4)体系放出了40kJ热,环境对体系做了60kJ功。 根据ΔU=Q+W, (1) ΔU=-60+(-40)=-100KJ (2) ΔU=+60+40=+100KJ ,(3) ΔU=+40+(-60)=-20KJ (4) ΔU=-40+60=+20KJ因此通过计算可以看出,(2)过程的ΔU最大. 8.下列各说法是否正确: (1)体系的焓等于恒压反应热。× (2)体系的焓等于体系的热量。× (3)体系的焓变等于恒压反应热。√ (4)最稳定的单质焓等于零。×

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 成分结构 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂,并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一,硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定,抗腐蚀耐高温等优点,但质脆,经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。 业务培养目标: 本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识,能在

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