物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)
October Acta Phys.?Chim.Sin.,2006,22(10)：1175~1180
ZnO?CNTs纳米复合材料的制备及性能表征朱路平1,2黄文娅3马丽丽4傅绍云1,*余颖4贾志杰4 (1中国科学院理化技术研究所,北京100080；2中国科学院研究生院,北京100049；
3武汉耀华玻璃有限公司,武汉430010；4华中师范大学纳米科技研究院,武汉430079)摘要以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)和经硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)为原料,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂,
采用溶胶法制备得到ZnO?CNTs纳米复合材料,并通过XRD、TEM、SEM、IR、PL等手段对样品进行了表征,
TEM及SEM结果显示,负载在碳纳米管上的氧化锌纳米颗粒的尺寸小于25nm.讨论了反应时间、反应温度等
因素对产品形貌的影响,并对复合材料的光致发光效应及其形成机理进行了初步的探讨.PL结果表明,相对于
纯ZnO,ZnO?CNTs纳米复合材料的近紫外发射峰峰位发生了明显的蓝移.
关键词：溶胶法,ZnO?CNTs,纳米复合材料,红外吸收,光致发光光谱
中图分类号：O648
Synthesis and Characteristics of ZnO?CNTs Nanocomposites
ZHU,Lu?Ping1,2HUANG,Wen?Ya3MA,Li?Li4FU,Shao?Yun1,*YU,Ying4JIA,Zhi?Jie4 (1Technical Institute of Physics and Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing100080,P.R.China；2Graduate School of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,P.R.China；3Wuhan Yaohua Pilkington Safety Glass Co.Ltd.,Wuhan 430010,P.R.China；4Institute of Nano?Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan430079,P.R.China)
Abstract ZnO?CNTs nanocomposites were successfully synthesized by sol method using Zn(CH3COO)2·2H2O and
treated multiwalled carbon nanotubes(CNTs)as raw materials and diethyleneglycol(DEG)as regent.The samples
were determined by means of X?ray diffraction(XRD),transmission electron microscopy(TEM),scanning electron
microscopy(SEM),infrared(IR)absorbence,and photoluminescence(PL)spectrum.TEM and SEM images indicated
that the coating layer was composed of ZnO nanoparticles with size less than25nm.The effects of various
experimental conditions,such as reaction duration and reaction temperature on the obtained composites were
investigated as well.Finally,PL function and possible formation mechanism of ZnO?CNTs nanocomposites were
proposed.The PL spectra of ZnO?CNTs nanocomposites showed obvious blue?shifts compared with that of pure ZnO
nanomaterial.
Keywords：Sol method,ZnO?CNTs,Nanocomposite,IR absorbence,PL spectrum
碳纳米管(CNTs)自从1991年[1]被发现以来,由于其独特的结构、纳米级的尺寸、高的有效比表面积和可呈现导体的性质,使其在工程材料的纳米增强相和半导体材料等方面很受关注.同时,由于其具有极大的比表面积和化学稳定性,以及独特的电子结构、孔腔结构和吸附性能,也被认为是一种良好的载体[2?6].近几年来,由于碳纳米管管壁的官能化的发展,加之其优良的电子传导性,对反应物种和反应产物的特殊吸附及脱附性能,特殊的孔腔空间立体选择性,碳与金属催化剂的金属?载体强相互作用以及碳纳米管的量子效应而导致的特异性催化和光催化性质,使其越来越多地用作催化剂载体[7].目前
[Article]https://www.doczj.com/doc/d914838355.html,
Received:March22,2006;Revised:April14,2006.*Correspondent,E?mail:lpzhu@https://www.doczj.com/doc/d914838355.html, or syfu@https://www.doczj.com/doc/d914838355.html,;Tel/Fax:010?82543752.国家自然科学基金(20207002)资助项目
鬁Editorial office of Acta Physico?Chimica Sinica
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已有Pt 、TiO 2、CdS 、Ru 、Fe 2O 3等多种催化剂被成功地负载于碳纳米管上[8?12].
ZnO 作为一种宽禁带半导体(禁带宽度为3.37eV),除了可以广泛应用于橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置外,还具有光催化性能,可以以太阳光为光源来降解有机污染物,这将使其在环境污染治理方面发挥重要的作用.在太阳光的照射下,它能分解有机物,并有抗菌和除臭作用.这一光催化性质已被广泛应用于纤维、化妆品、陶瓷、环境工程、玻璃和建材等工业中.在光催化降解偶氮类染料方面,有文献报道其光催化效果甚至强于TiO 2[13?14].而纳米氧化锌颗粒的反应速率是普通氧化锌颗粒的100~1000倍,而且与普通颗粒相比,它几乎不引起光的散射,且具有大的比表面积和宽的能带,被认为是极具有应用前景的高活性光催化剂之一[15].但是,ZnO 存在着严重的光腐蚀,部分限制了其应用.将纳米氧化锌与碳纳米管进行复合,可以较好地减少其光腐蚀,提高纳米氧化锌的利用率.因此成功制备氧化锌?碳纳米管复合材料,并对其进行深入的研究,对于理解纳米复合材料的光电、催化、屏蔽、吸波及隐身性能等具有重要的理论和实用价值.
本文采用溶胶法制备得到ZnO ?CNTs 纳米复合材料,并通过XRD 、TEM 、SEM 、IR 、PL 等手段对样品进行了表征,同时讨论了反应时间、反应温度等因素对产品形貌的影响及其形成机理.
1实验部分
1.1实验试剂
无水乙醇(A.R.)；乙酸锌(A.R.)；一缩二乙二醇(DEG,A.R.)；浓硝酸(A.R.)；浓硫酸(A.R.)；碳纳米管(华中师范大学纳米科技研究院).
1.2碳纳米管的纯化
用硝酸氧化法对碳纳米管进行纯化,即将一定量的碳纳米管样品加入到400mL 浓HNO 3中,在140℃回流4h,用G ?4砂芯漏斗抽滤,并用蒸馏水洗涤直至中性后,烘干备用.纯化结果表明,经过酸处理后,样品中的大块颗粒消失,纯度明显提高.1.3ZnO 溶胶的制备
1.10g 醋酸锌(Zn (CH 3COO)2·2H 2O)溶入250mL 一缩二乙二醇(DEG),加入10mL 水,升温至170~180℃,搅拌5min 后,有白色混浊出现,在室温下静置2h,得到无色透明的ZnO 溶胶.1.4ZnO ?CNTs 复合材料的制备
将纯化后的CNTs 加入ZnO 溶胶中,超声分散30min,然后加热升温至170~180℃,磁力搅拌,反应1.5h 后,离心并用无水乙醇和蒸馏水洗涤,在110℃干燥12h.1.5表征及测试
用Y ?2000型X 射线粉末衍射仪(Cu K α,λ=0.154178nm)进行物相分析测定,扫描速率为0.03(°)·s -1；用JEM ?100CXV 透射电镜(加速电压80kV)和JEOL ?6700F 扫描电镜(加速电压5000V)观测产品的形貌和尺寸；采用Shimadzu IR ?440型红外光谱仪进行红外光谱测定；样品的光致发光性能用PMT928型荧光光谱仪(激发光源：He ?Cd,325nm)在液氦温度下测定.
2结果与讨论
2.1TEM 和SEM 分析
图1(a)为ZnO ?CNTs 的TEM 图片.在碳纳米管的表面负载着ZnO 纳米颗粒,粒径在20nm 左右,分布致密均匀.图1(b)为样品的SEM 图片,可以看出,碳纳米管表面负载ZnO 纳米颗粒并不是碳纳
图1(a)ZnO ?CNTs 的TEM 照片;(b)ZnO ?CNTs 的SEM 照片Fig.1(a)TEM photograph and (b)SEM photograph of ZnO ?
CNTs
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傅绍云等：ZnO ?CNTs 纳米复合材料的制备及性能表征
米管的个别现象,而是具有很大的普遍性.另外,经
过多次水洗和超声振荡处理,碳纳米管表面的负载情况没有明显变化,表明ZnO 纳米颗粒与碳纳米管表面具有较强的结合力.
为了研究反应时间对碳纳米管表面负载ZnO 的影响,在不同的反应时间段对其进行TEM 测试,结果如图2所示.当反应20min,碳纳米管表面只零星负载着ZnO 纳米颗粒(图2(a)所示),粒径约为8nm ；当反应时间延至50min,碳纳米管表面的ZnO 有所增加,且长成直径10~12nm,长20~25nm 的短柱形(图2(b)).这可能是碳纳米管的空间效应和溶剂DEG 的共同作用,而使得ZnO 生长基元优先接近成核晶体的自由一端,从而驱使ZnO 晶体发生定向生长[17].当反应时间延至70min 时(图2(c)所示),可以明显地观察到碳纳米管的外表面已均匀负载了一层致密的ZnO 颗粒.随着反应时间的进一步延长,碳纳米管表面负载的ZnO 的厚度也会相应增加(图2(d)所示),直至反应完全.这说明碳纳米管表面的ZnO 颗粒是成核中心,醋酸锌水解产生的生长基元直接负载在碳纳米管表面已有的ZnO 颗粒上,而不是在溶液中形成新的成核中心.因此,可以通过改变ZnO 和CNTs 的反应时间,来控制CNTs 表面ZnO 的负载量.
另外,为了测试反应温度对结果的影响,分别在室温(25℃)和90~100℃进行了实验.温度较低时,碳纳米管表面仅有零星的ZnO 纳米颗粒.升温至90~100℃,可见较多的ZnO 颗粒负载在碳纳米管表面.这是因为醋酸锌水解后,在液相中首先生成[Zn(OH)4]2-基元,然后再脱水形成ZnO 晶核.温度升高可加速脱水反应的进行,有利于形成更多的晶
核.此外,作为溶剂的DEG,除了可以与生成的醋酸发生酯化反应,加速生长基元的形成外,还提高了溶液的粘度,降低了晶核聚集、重结晶的速率,从而增加了晶核与碳纳米管的接触几率,极大地促进了ZnO 粒子在碳纳米管上负载.2.2XRD 分析
图3为ZnO ?CNTs 复合材料的XRD 图,在2兹为26.069°、32.080°、34.660°、36.550°、47.776°、56.796°、63.072°、68.158°和69.370°处,分别对应碳纳米管的特征衍射峰和ZnO 的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)和(201)晶面,其与六方纤锌矿标准卡片(JCPDS No.36?1451)基本一致.此外,没有观察到其它杂峰,说明所制得的样品为碳纳米管和氧化锌复合体.根据Scherrer 公式,可以求得碳纳米管表面负载的ZnO 颗粒的平均粒径约为22nm,这与TEM 图像的结果基本吻合.
此外,还可以看出,随反应时间延长,XRD 衍射
图3不同反应时间制备出的样品的XRD 图谱
Fig.3XRD spectra of CNTs coated by ZnO prepared
with sol 鄄gel process at different reaction times
(a)50min ；(b)20min
图2反应时间对ZnO 负载量的影响
Fig.2Quantity of ZnO coating on CNTs at different reaction times
(a)20min ；(b)50min ；(c)70min ；(d)90
min
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峰强度增强,峰形变得更加尖锐,说明颗粒晶化程
度更高,晶形更完整.2.3红外光谱分析
图4(a)为经浓HNO 3处理后的CNTs 的红外光谱图,在3425cm -1和1408cm -1左右呈现明显的羟基吸收峰,表明经HNO 3处理后碳纳米管表面已存在羟基官能团,实现了碳纳米管表面官能团衍生化.碳纳米管表面负载ZnO 的红外光谱图中(如图4(b)所示),422cm -1左右处的吸收峰是纳米ZnO 的特征吸收峰,该吸收峰较单一ZnO 颗粒发生了一定的红移,这可能是由于晶粒细化过程中纳米材料结构的有序度下降,从而发生了高对称向低对称的转变,总结果是晶体场减弱,能级间距减小,这就导致了同样吸收峰在弱晶场下发生红移[18].2.4光致发光(PL)分析
半导体纳米晶体的结构导致了其具有量子尺寸效应和介电限域效应,并由此派生出半导体纳米晶体独特的发光特性.当一束光照射到半导体上时,半导体吸收光子后,价带上的电子通过电子跃迁进入导带,而导带上的电子通过跃迁既可以再重新回到价带,放出光子,也可以落到半导体中的电子陷阱中而淬灭.当电子落入较深的电子陷阱后,绝大部分以非辐射的形式淬灭了,只有极少数的电子以光子的形式跃迁回到价带或以非辐射的形式回到导带[19].
为了检测不同样品的光致发光特性,分别对处理后的CNTs,1∶1合成的ZnO ?CNTs,1∶2合成的ZnO ?CNTs,1∶3的ZnO ?CNTs 以及纯的ZnO 进行了低温(11K)光致发光性能的测试,其结果如图5所示.通常ZnO 材料的光致发光主要表现为近带边紫
外发光和深能级发光,近紫外发射峰为宽禁带导体氧化锌近带边变化,即通过激子?激子碰撞过程产生的自由激子复合[20],深能级发射是与结构缺陷和杂质相关的,其中所有结构缺陷主要来自ZnO 生长过程中氧供给量不足,即锌和氧的化学计量比失衡[21].如图所示,纯ZnO 的发射峰位主要在399nm 和590nm 附近,399左右的发射峰为近紫外发射,位于590nm 处的峰对应深能级发射.而碳纳米管在整个波长范围内无发射峰.将ZnO 负载在CNTs 表面后,近紫外发射峰强度略有下降,而深能级发射峰强度则明显降低,几乎为零.这一方面可能是由于碳纳米管表面负载的ZnO 晶型较为完整,结构缺陷及杂质较少,而引起深能级发射强度显著下降[22],另一方面,也可能是氧化锌与碳纳米管复合后,表面态减少,从而使得可见荧光强度有较明显的减弱.
图5各种样品的低温PL 光谱
Fig.5Low 鄄temperature photoluminescence spectra
(1)pure ZnO ；(2)1∶3ZnO ?CNTs ；(3)1∶1ZnO ?CNTs ；(4)1∶2ZnO ?CNTs ；(5)CNTs
图4样品的红外吸收光谱图Fig.4IR spectra of the samples
(a)CNTs purified by HNO 3；(b)ZnO ?
CNTs
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No.10傅绍云等：ZnO?CNTs纳米复合材料的制备及性能表征
此外,水的加入也可能导致可见荧光强度的减弱.在该体系中,水除了可能引起颗粒尺寸增大而削弱可见荧光强度外,其也可能吸附且占据ZnO表面的特殊位置,并水解产生OH-,当吸附的水分子及水解生成的OH-对光生空穴的过量俘获也将使可见荧光强度减弱[23].
此外,从图5还可以看出,比例为1∶3的ZnO?CNTs的近紫外发射峰相对于纯ZnO近紫外发射峰,其峰位发生了明显的蓝移；比例为1∶2的ZnO?CNTs的近紫外发射峰相对于1∶3的ZnO?CNTs近紫外发射峰的峰位的蓝移程度更大.估计这是由于纳米粒子的量子尺寸效应使得能隙变宽造成的,发光谱中的峰位随着样品晶粒的减小而会出现一定程度的蓝移[24].当半导体颗粒尺寸减小至接近激子Bohr 半径时,电子能级由准连续变为离散能级,能隙变宽,便会表现出量子尺寸效应[25].而1∶1的ZnO?CNTs 的近紫外发射峰的峰位并没有明显的移动,这可能是因为碳纳米管表面负载的ZnO太厚的原因(超过了50nm).另外,半导体颗粒尺寸降低,导致禁带宽度增加,使得近带边紫外发光较难发生,因此当ZnO负载在碳纳米管上后,其近紫外发射峰的强度有所降低.至于其光致发光的更为详细机制还有待进一步研究.
2.5反应机理
二水合醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)热分解为ZnO的温度为350℃,而在本实验中,反应体系的温度为170~180℃,因而ZnO溶胶的形成是通过醋酸锌的水解,而不是醋酸锌的热分解.
Zn(CH3COO)2+H2O寅ZnO+2CH3COOH
醋酸锌水解后,在液相中首先生成[Zn(OH)4]2-基元,然后经脱水反应直接形成ZnO晶核,再经聚集、重结晶而长大.在该反应体系中,DEG一方面可与反应生成的醋酸发生酯化反应,从而加速生长基元的形成；另一方面,DEG作为溶剂,可以提高溶液的粘度,使得晶核聚集,重结晶的速率放慢,较好地抑制了ZnO的团聚长大.这是由于质点的生长速率与介质的粘度有关系,它控制着物质扩散到质点表面的速率[26].
碳纳米管经氧化处理后,其壁上引入了大量的官能团,当碳纳米管分散到ZnO溶胶后,由于物理吸附和化学吸附作用,ZnO胶体微粒负载在碳纳米管外壁上,成为新的成核中心.众所周知,纳米晶的形貌和尺寸由晶体的内部结构所决定,同时也受到外部条件的影响.成核后ZnO的生长更多地受到反
应条件(特别是温度、反应时间等)的影响.纳米粒
子生长过程中,只有生长取向各向异性时,才可能
得到纳米短柱.ZnO晶体属六方晶系,空间群为C46v?P63mc,Zn原子按六方紧密堆积排列,每个锌原子周
围有4个氧原子,构成[ZnO4]6-配位四面体,四面体之间以顶角相互连结.四面体的一个顶角指向c轴负方向,锌原子和氧原子在c轴方向不对称分布,具有明显的极性生长特征,即晶体沿着c轴正方向和负方向生长[27].根据Ostwald成熟过程理论,即大的晶体颗粒逐渐长大,同时小的晶体颗粒逐渐减小直至消失,并且ZnO负载在碳纳米管表面后有可能会降低整个反应体系的能量,因而碳纳米管表面负载的ZnO颗粒逐渐长大.DEG作为溶剂,一方面增加了体系的粘度,使得晶核的相互融合作用较弱,容易形成独立的短柱状晶体[28]；另一方面,在ZnO晶体生长过程中,DEG偏析于ZnO晶体的某些晶面上,抑制了这些晶面的生长,从而使得ZnO晶体在某一方向的生长远大于其它方向,形成纳米短柱[29].
3结论
以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)为原料,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂,采用溶胶法制得ZnO颗粒均匀负载于碳纳米管表面的纳米复合材料.实验结果表明,负载于碳纳米管表面的ZnO颗粒具有为六方纤锌矿结构,制备条件对ZnO颗粒在碳纳米管表面上的负载情况有较大的影响；其吸收峰在弱晶场下红移；其光致发光光谱表明,碳纳米管表面ZnO颗粒的负载情况不同,其性质也有较大差异.这种方法能拓宽到其它金属、氧化物或硫化物的碳纳米管复合材料的合成中.实验制备的ZnO?CNTs纳米复合材料有望作为功能元件在纳米尺度的器件及光降解催化剂中得到应用.
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勘误
物理化学学报,2002,18(8):764?765,文中2.1部分中所有的Er(III)应改为Ni(II),文中的2.1部分及图1、图2和图3的标题部分中所有ErCl3和CrCl3应改为NiCl2.特此更正！
Corrigendum
Acta Phys.?Chim.Sin.,2002,18(8):764?765,all the“Er(III)”in Part2.1should be Ni(II),and all the“ErCl3”and“CrCl3”in Part2.1and in the captions of Fig.1,Fig.2,and Fig.3should be NiCl2.
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材料结构与性能历年真 题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
2009年试题 1.一外受张应力载荷力500MPa的无机材料薄板(长15cm，宽10cm，厚，其 中心部位有一裂纹(C=20μm)。该材料的弹性模量为300GPa，(1Pa=1N/m2)断裂能为15J/m2(1J=1Nm)。 a)计算该裂纹尖端应力强度因子K I (Y=) b)判断该材料是否安全 ,可知，即材料的裂纹尖端应力强度应子超过了材料的临界断裂应子，则材料不安全。 2.测定陶瓷材料的断裂韧性常用的方法有几种并说明它们的优缺点。 答： 方法优点缺点 单边切口梁法(SENB)简单、快捷①测试精度受切口宽度的影响，且过分要求窄的切口；②切口容易钝化而变宽，比较适合粗晶陶瓷，而对细晶体陶瓷测试值会偏大。 Vickers压痕弯曲梁法 (SEPB)测试精度高，结果较准 确，即比较接近真实值 预制裂纹的成功率低；控制裂纹的深度尺 寸较困难。 直接压痕法(IM)①无需特别制样；②可 利用很小的样品；③测 定H V的同时获得K IC， 简单易行。 ①试样表面要求高，无划痕和缺陷；②由 于压痕周围应力应变场较复杂，没有获得 断裂力学的精确解；③随材料性质不同会 产生较大误差；④四角裂纹长度由于压痕 周围残余应力的作用会发生变化；产生压 痕裂纹后若放置不同时间，裂纹长度也会 发生变化，影响测试精度。
3.写出断裂强度和断裂韧性的定义，二者的区别和联系。 答： 断裂强度δr断裂韧性K IC 定义材料单位截面承受应力而不发生断裂的能力材料抵抗裂纹失稳扩展或断裂能力 联系①都表征材料抵抗外力作用的能力；②都受到E、的影响，提高E、既可提高断裂强度，也可提高断裂韧性；③在一定的裂纹尺寸下，提高K IC也会提高δr，即增韧的同时也会增强。 区别除了与材料本身的性质有关外，还与 裂纹尺寸、形状、分布及缺陷等有关 是材料的固有属性，是材料的结构和显微 结构的函数，与外力、裂纹尺寸等无关 4.写出无机材料的增韧原理。 答：增韧原理：一是在裂纹扩展过程中使之产生有其他能量消耗机构，从而使外加负载的一部分或大部分能量消耗掉，而不致集中于裂纹扩展上；二是在陶瓷体中设置能阻碍裂纹扩展的物质场合，使裂纹不能再进一步扩展。 根据断裂力学，抗弯强度，断裂韧性，可以看出要提高陶瓷材料强度，必须提高断裂表面能和弹性模量以及减小裂纹尺寸；要提高断裂韧性，必须提高断裂表面能和弹性模量。 5.试比较以下材料的热导率，并按大小顺序排列，说明理由。氮化硅(Si3N4)陶 瓷、氧化镁(MgO)陶瓷、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、纯银(Ag)、镍铬合金 (NiCr)。 答：热导率大小顺序：纯银>镍铬合金>氮化硅>氧化镁>镁橄榄石 理由：1)一般金属的热导率比非金属的热导率高，这是由于金属中存在大量的自由电子，电子质量轻，平均自由程很大，故可以快速的实现热传导；而非金属主要是通过声子来进行热传导的，声子的平均自由程要比自由电子的小很多，自由电子的热传导速率是声子的20倍，故纯银和镍铬合金的热导率高。2)单质的热导率要比混合物质的热导率高，故纯银大于镍铬合金。3)固溶体的热导率要比纯物质的小，故镁橄榄石的热导率小于氮化硅和氧化镁。4)共价键强的晶体热导率高，故氮化硅的热导率强于氧化镁。 6.对于组成范围为0-50%K2O，100-50%SiO2的玻璃，推断其膨胀系数的变 化，试通过玻璃的结构来解释所得的结果。
涂膜性能及测量 1、涂膜的制备 国家标准《GB1727—— 79（88）漆膜一般制备法》中分别列出刷涂法、喷涂法、浸涂法和刮涂法的涂膜制备方法。但在制备时需要依赖操作人员的技术熟练程度，涂膜的均匀性较难保证。采用仪器制备涂膜在当前普遍推行，方法有旋转涂漆法和刮涂器法。 2、涂膜外观及光泽测定 （1）涂膜外观 通常在日光下肉眼观察涂膜的样板有无缺陷，如刷痕、颗粒、起泡、起皱、缩孔等，一般与标准样板对比。 （2）光泽的测定基本上采用两大仪器，即光电光泽计和投影光泽计，前者用得较多。 3、涂膜的鲜映性测定 鲜映性是指涂膜表面反映影象（或投影）的清晰程度，以DOI值表示（distinctness of image）。它能表征与涂膜装饰性相关的一些性能（如光泽、平滑度、丰满度等）的综合效应。它可用来对飞机、汽车、精密仪器、家用电器，特别是高级轿车车身等的涂膜的装饰性进行等级评定。 鲜映性测定仪的关键装置是一系列标准的鲜映性数码板，以数码表示等级，分为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、2.0共13个等级，称为DOI值。每个DOI值旁印有几个数字，随着DOI值升高，印的数字越来越小，用肉眼越不易辨认。观察被测表面并读取可清晰地看到的DOI值旁的数字，即为相应的鲜映性。 4、涂膜雾影测定 雾影系高光泽漆膜由于光线照射而产生的漫反射现象。雾影光泽仪是一台双光束光泽仪，其中参与光束可以消除温度对光泽以及颜色对雾影值的影响。仪器的主接收器接收漆膜的光泽，而副接收器则接收反射光泽周围的雾影。雾影值最高可达1000，但评价涂料时，雾影
《材料结构与性能》习题 第一章 1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。 第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的裂，且此裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：
与 是一回事。 4、一瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。 6、一瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；② 0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 1.62 MPa·m2。讨论诸结果。
浅谈中职学校就业方向英语教学 摘要：中职学校英语教学具有很强的挑战性和灵活性，老师不但要具有深厚的专业知识，更需要根据中职学生与普通中学学生性质的不同而有针对性地进行英语教学。中职英语老师需要有针对性的备课，灵活多变的课堂组织教学，以及不可忽略的课后教学。 关键词：中职学生就业方向英语教学 中图分类号： g718 文献标识码： c 文章编号：1672-1578（2011)11-0215-02 许多中等职业学校的教师都认为教学就是把自己所学知识倾囊 相授，这些年教学实践使笔者明白中职英语教学具有很强的挑战性和灵活性，老师不但要具有深厚的专业知识，更需要根据中职学生与普通中学学生的性质不同，而有针对性地进行英语教学。下面笔者主要针对就业方向的中职学生浅谈一下英语教学应该注意的几点： 1 有针对性地备课 中等职业学校学生的文化知识一般比较差，英语老师在教学前是否认真的有针对性的备课是教学是否成功的首要条件，备课时教师要熟悉大纲和教材，把握教学内容；分析教学任务，明确教学目标；研究学生特点和性质以及学生的知识基础，选择教学方法；设计教学过程，编写教学计划，从而为上课做好充分的准备。中等职业学校就业方向的英语教学应以“适用”为备课原则，以求学生能掌握一些基础英语知识以及能说一些日常生活适用的英语，很多属于高
考的英语知识点或难点则可以选择不予讲解。 2 进行有效的课堂组织教学 2.1激发学习英语的激情与兴趣 每个教师都明白学习兴趣对于教学的重要性，而在中职学校教学过程中这一点显得尤为重要，中职学生在中学的文化课已经相对薄弱，这严重导致了他们缺乏对文化课的学习兴趣，进入中职学校还要学习文化课，他们显然没有任何的学习兴趣，尤其是英语这一学科，一些学生甚至连26个英语字母都在中学时没能掌握，不能准确的针对国际音标发音，怎能还有学习兴趣？所以作为一名中职学校的英语教师，怎样唤醒中职学生的英语学习兴趣是一个教学过程中的一个重点也是难点，培养中职学生学习英语的激情与兴趣应该从两点出发：首先，要从教师本身出发。我们很多人都认为老师一般都需要在学生面前建立自己的威信，这点的确需要，但是往往很多老师过于严肃，让学生产生了相当大的畏惧心理，再加上教学内容全是枯燥的英语语法知识，中职学生怎能对英语学习充满学习兴趣？其实老师上英语课应该一改严肃的教学风格，上课可以带上丰富的肢体语言，英语语言可以抑扬顿挫，面部表情可以根据授课内容而变化，同时老师面对学生要少一点架子，多一点的尊重和真诚，少一点尖酸刻薄，多一点赏识和信赖，少一些冷漠，多一点的热情和交流.师生之间只有互相了解，互相沟通，互相平等，学生才会喜欢你，才会爱你，到那时候，“亲其师而信其道”，一名这样的英语教师在学生喜欢的环境下教学必定充满了教学乐趣，学生同时也
高分子部分 一、简答题 1、什么是高分子缩聚反应？ 缩合聚合反应（简称缩聚）： 由含有两种或两种以上单体相互缩合聚合而形成聚合物的反应称为缩聚反应，同时会析出水、氨、醇、氯化氢等小分子物质。 若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产品为均缩聚物；若缩聚反应的单体为多种，反应称为共缩聚反应，产品为共缩聚物。 2、什么是复合材料？复合材料区别于传统材料有什么特点？ 简单地说，复合材料是用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。 复合材料区别于传统材料的一个重要特点是依靠不同的组分材料分散和承载负荷。 （1）特点 ①可设计性 ②材料与结构的同一性 ③发挥复合效应的优越性 ④材料性能对复合工艺的依赖性 （2）优点 ①比强度、比模量大 ②耐疲劳性能好 ③阻尼减震性好 ④破损安全性高 3、举例说明什么是超分子聚合物及其与传统聚合物的区别。 超分子聚合物和化学键联聚合物的最大区别：成键弱，可逆过程。 把单体结构组元之间由非共价键这种弱分子间相互作用组装而成的分子聚集体称为超分子聚合物。 之所以将其称为超分子聚合物, 一方面是因为这种聚集体中的长链或网络结构类似聚合物结构，另一方面是因为弱分子间作用力赋予这种材料各种软性的类聚合物性能。 如：氢键超分子聚合物（氢键型超分子聚合物是指重复单元通过与氢键相关的自组装生成的稳定超分子聚合物），配合物型超分子聚合物（金属- 超分子聚合物是由金属离子与配体之间的相互作用形成的, 是一类具有多样化几何构造和拓扑结构的新型功能高分子），∏-∏堆积超分子聚合物（∏-∏堆积又称∏-∏共轭、芳环堆积。当2个芳环平行或近似平行排列时，由于∏电子云相互排斥，相邻芳环平面间距小于芳香环的范德华厚度，这种想象就是∏-∏堆积），离子效应超分子聚合物。 4、简述有机发光二极管的工作过程。 OLED由以下各部分组成（自下而上）： 基层（透明塑料，玻璃，金属箔）——基层用来支撑整个OLED。 阳极（透明）——阳极在电流流过设备时消除电子（增加电子“空穴”）。 导电层——该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。 发射层——该层由有机塑料分子（不同于导电层）构成，这些分子传输从阴极而来的电子；
一、名词解释（分） 原子半径，电负性，相变增韧、气团 原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途 电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途 相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途 气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分） 答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分） 答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分） 答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。）原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物，则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中，使预聚物吸附在层状硅酸盐上，然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物，如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀，然后单体在层间引发聚合，引发可以采
1、What is the definition for Materials Properties （MP ）?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性（MP ）的定义是什么？我们如何分类材料特性，请列出一些MP 的分类。) 答：MP ：Materials ’Response to External Stimulus. 材料性能：材料在给定的外界条件下的行为。 怎样分类：根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。 分类：复杂性能（使用性能，工艺性能，复合性能） 化学性能（抗渗入性，耐腐蚀性等） 力学性能（刚度强度韧性等） 物理性能（热学光学磁学电学性能） 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials properties, what should we consider first to do with the materials? （材料科学与工程的核心是什么关系？为了获得所需的材料性能，我们应该首先考虑的材料的什么？） 答：材料科学与工程学的核心关系是性能（课件上面那个三角形的图） 为了提高对于材料性能的期望，我们首先要研究材料的结构与性能的关系，即研究材料学。 3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?（材料力学性能的决定因素是什么？为什么呢？） 答：材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能，影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括：subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度，塑性韧性，刚度等性质，所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。 4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? （材料的强度是什么？请尝试找出屈服强度，拉伸强度，疲劳强度和理论断裂强度的差异？）(中文ppt) 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。 屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时，往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。 理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值， 其中E 为杨氏模量，为解理面的表面能，a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? （请描述为材料的屈服现象(书上p16)，其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象，我们如何确定的屈服强度？） 屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志，对应图中bd 段， 2 1)(a E c s γσ≈
第一章XRD 1.X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。 答：X射线定义：高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。性质：看不见；能使气体电离，使照相底片感光，具有很强的穿透能力，还能使物质发出荧光；在磁场和电场中都不发生偏转；当穿过物体时只有部分被散射；能杀伤生物细胞。 连续X射线产生：经典物理学解释——由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。量子力学解释——大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。特点：强度随波长连续变化 特征X射线产生：当管电压达到或高于某一临界值时，阴极发出的电子在电场的加速下，可以将物质原子深层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子有自发回到激发态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量降低。原子从高能态变为低能态时，多出的能量以X射线的形式释放出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能级差一定，故辐射出波长一定的特征X射线。特点：仅在特定的波长处有特别强的强度峰。 2.X射线与物质的相互作用 答：X射线与物质的相互作用，如图所示 一束X射线通过物体后，其强度因散射和吸收而被衰减，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 散射分为两部分，即相干散射和不相干散射。当X射线照射到物质的某个晶面时可以产生反射线，当反射线与X射线的频率、位相一致时，在相同反射方向上的各个反射波相互干涉，产生相干散射；当X射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，产生波长比入射X射线波长长的X射线，且波长随着散射方向的不同而改变，这种现象称为不相干散射。其中相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。 物质对X射线的吸收是指X射线通过物质时，光子的能量变成了其它形式的能量，即产生了光电子、俄歇电子和荧光X射线。当X射线入射到物质的内层时，使内层的电子受激发而离开物质的壳层，则该电子就是光电子，与此同时产生内层空位。此时，外层电子将填充到内层空位，相应伴随着原子能量降低，放出的能量就是荧光X射线。当放出的荧光X射线回到外层时，将使外层电子受激发，从而产生俄歇电子而出去。产生光电子和荧光X射线的过程称为光电子效应，产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。示意图见下：
纳米复合材料制备文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发
生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。） 原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PVA[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合
选课课号：04000150 北京理工大学2009-2010学年第二学期 2006 级《材料结构与性能表征》学期末试题B 卷参考答案 班级 学号 姓名 成绩 1、下图是在DMSO-d 6中测定得到的、用于自由基活性/可控聚合的大分子引发剂 的1H NMR 谱图。 ① 试在分子式中标出各NMR 谱峰所对应的质子。（10分） 答案如下图所示： ② 利用谱图中所给出相应峰的积分面积求出数均分子量的数值，同时写出根据1H NMR 分析计算该大分子引发剂数均分子量的公式。（10分） 答案： (1)根据以上谱图指认，考虑到两侧的b 共振谱峰共对应有四个氢质子，而聚乙二醇链段中d 共振谱峰对应氢质子的数量为4n ，由两者积分面积之比，即可确定出以上大分子单体的聚合度m ： 4/)3(4-=n b d 的积分面积 峰的积分面积峰 8703.1/01.983≈=-n 903=+=n m ② 根据每个结构单元的分子量，聚合度n ，以及两端基的分子量，即可求出
预聚物的分子量。 + 90= 44 ? . = ? Mn + . 00 4278 03 16 2 151 0. 其中44.03为乙二醇结构单元的分子量，151.0为2-溴异丁酰基的分子量， 16.00为氧原子的原子量。 ③也可以利用其它相应峰的积分面积之比求出聚合度，进而得到分子量。因 误差的原因，结果略有差别。 2、以下分别是采用原子转移自由基活性聚合方法制备得到的聚丙烯酸乙酯的分子式和以2,5-二羟基苯甲酸为基质、三氟乙酸钠为离子化试剂测定得到的大分子质谱图： 根据谱图中各峰的位置，试判断该聚合物结构是否正确？（计算时每一谱峰所对应的分子量可保留一位小数）（20分）
《材料结构表征及应用》课程教学大纲 一、《材料结构表征及应用》课程说明 （一）课程代码：08131016 （二）课程英文名称：Characterization and Application of Material structure （三）开课对象：物理系材料物理专业 （四）课程性质： 本课程是材料物理专业的一门专业必修课。 （五）教学目的 全面理解材料的结构与性能之间的关系，掌握材料结构表征的基本方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系，从而实现材料设计的功能。 （六）教学内容： 介绍一些目前比较流行的基本的材料研究方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系。 （七）学时数、学分数及学时数具体分配 学时数：72 学分数：4 （八）教学方式： 课堂教学 （九）考核方式和成绩记载说明： 考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定，出勤情况占20％，平时成绩占20％，期末成绩占60％。 二、讲授大纲与各章的基本要求 第一章绪论 教学要点： 通过本章的教学使学生初步了解表征材料结构的几种方法及其基本特点，概略的介绍本书将要介绍的内容。
1．了解材料的内在结构决定了材料的外在性能。 2．了解材料表征的基本方法 教学时数：2 教学内容： 第一节材料结构与材料性能的关系 第二节材料结构表征的基本方法 一、化学成分分析 二、结构测定 三、形貌观察 考核要求： 1．材料的结构决定材料的性能（领会） 2．材料结构表征的基本方法（识记） 第二章红外光谱及激光拉曼光谱 教学要点： 了解红外光谱的基本原理，掌握红外光谱实验的制样技术和结果分析方法，了解红外光谱实验的应用范围和前景，了解激光拉曼光谱的基本概念、实验原理和应用范围。 教学时数：16 教学内容： 第一节：红外光谱的基本原理 一、双原子分子的振动——谐报子和非谐振 二、多原子分子的简正振动 三、红外光谱的吸收和强度 第二节：红外光谱与分子结构 一、基团振动与红外光谱区域的关系 二、影响基团频率的因素 第三节：红外光谱图的解析方法 一、谱带的三个重要特征 二、解析技术 三、影响谱图质量的因素 第四节：红外光谱仪及制样技术 一、红外光谱仪的进展 二、傅里叶变换红外光谱仪原理 三、傅里叶变换红外光谱法的主要优点 四、红外光谱的表示方法 五、样品的制备技术 第五节：红外光谱在材料研究领域中的应用 一、高分子材料的研究 二、材料表面的研究 三、无机材料的研究 四、有机金属化合物的研究 第六节：红外光谱新技术及其应用 一、时间分辨光谱 二、红外光热光声光谱技术
高分子纳米复合材料的制备 摘要： 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”［1, 2］。 关键词：高分子纳米复合材料，纳米单元，制备 由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性，展示了广阔的应用前景；同时它也为常规的复合材料的研究增添了新的内容，含有纳米单元相的纳米复合材料［5］通常以实际应用为直接目标，是纳米材料工程的重要组成部分，正成为当前纳米材料发展的新动向，其中高分子纳米复合材料［6～10］由于高分子基体具有易加工、耐腐蚀等优异性能，且能抑止纳米单元的氧化和团聚，使体系具有较高的长效稳定性，能充分发挥纳米单元的特异性能，而尤受广大研究人员的重视。 高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，所采用的纳米单元按成分分可以是金属，也可以是陶瓷、高分子等；按几何条件分可以是球状、片状、柱状纳米粒子，甚至是纳米丝、纳米管、纳米膜等；按相结构分可以是单相，也可以是多相，涉及的范围很广，广义上说多相高分子复合材料，只要其某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度范围（1 nm～100 nm）内，就可将其看为高分子纳米复合材料。对通常的纳米粒子/高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种：0-0复合，0-2 复合和0-3复合，纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散，也可以非均匀分散；可能有序排布，也可能无序排布，甚至粒子聚集体形成分形结构；复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数，空间分布参数和体积分数，本文主要涉及后两种类型的高分子纳米复合材料。此外，还有1-3复合型，2-3复合型高分子纳米复合材料，高分子纳米多层膜复合材料，有机高分子介孔固体与异质纳米粒子组装的复合材料等等［1］。 纳米单元与高分子直接共混 此法是将制备好的纳米单元与高分子直接共混，可以是溶液形式、乳液形式，也可以是熔融形式共混。可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多［15～18］，通常有两种形式的制备：从小到大的构筑式，即由原子、分子等前体出发制备；从大到小的粉碎式，即由常规块材前体出发制备（一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能，常采用构筑式制备法）。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。 物理方法有物理粉碎法，采用超细磨制备纳米粒子，利用介质和物料间相互研磨和冲击，并附以助磨剂或大功率超声波粉碎，达到微粒的微细化；物理气相沉积法（PVD）：在低压的惰性气体中加热欲蒸发的物质，使之气化，再在惰性气体中冷凝成纳米粒子，加热源可以是电阻加热、高频感应、电子束或激光等，不同的加热方法制备的纳米粒子的量、大小及分布等有差异；还有流动液
2.1.7涂料的检验项目及检验方法 1、固体份 标准《 GB/T1725-79（89）》 测定方法 仪器设备： 瓷坩埚：25ml，玻璃干燥器（内放变色硅胶），温度计：0-300℃，天平：感量为0.01g，鼓风恒温烘箱 方法步骤： 称取2-4g 涂料，精确至0.01g，然后置于已升温至规定温度的鼓风恒温烘箱内焙烘一定的时间后，取出放入干燥器中冷却至室温后，称重，再放入烘箱内按规定温度焙烘规定时间后，于干燥器中冷却至室温后，称重（同时取样2组以上） 计算： 固体份=烘烤后的样重/取样重量3100% 2、粘度（涂-4杯） 标准《GB/T1723-93》 仪器设备：涂-4粘度计，温度计，秒表，玻璃棒 操作方法： 测定之前，须用纱布蘸溶剂将粘度计内部擦拭干净，在空气中干燥或用冷风吹干，注意漏嘴应清洁通畅。 清洁处理后，调整水平螺钉，使粘度计处于水平位置，在粘度漏嘴下面放置150ml盛器，用手堵住漏嘴孔，将试样倒满粘度计中，用玻璃棒将气泡和多余的试样刮入凹槽，然后松开手指，使试样流出，同时立即开动秒表，当试样流丝中断时止，停止秒表读数（秒），即为试样的条件粘度。 两次测定值之差不应大于平均值的3%。 测定时试样温度为25±1℃ 涂-4粘度计的校正：用纯水在25±1℃条件下，按上述方法测定为11.5±0.5秒，如不在此范围内，则粘度计应更换。 3、细度（μm）标准《GB/T 1724-79（89）》 仪器：刮板细度计 测定方法： 细度在30微米及30微米以下的，用量程为50微米的刮板细度计，30-70微米时用量程为100微米的刮板细度计。
刮板细度计使用前必须用溶剂仔细洗净擦干。 将试样充分搅匀后，在细度计上方部分，滴入试样数滴； 双手持刮刀，横置在磨光平板上端（在试样边缘外），使刮刀与表面垂直接触，在3秒钟内，将刮刀由沟槽深部向浅的部位（向下）拉过，使漆样充满板上，不留有余漆。 刮刀拉过后，立即（不超过5秒种）使视线与沟槽平面成15-30度角观察沟槽中颗粒均匀显露处，记下读数；如有个别颗粒显露在刻度线时，不超过三个颗粒时可不计。 平行试验三次，结果取两次相近读数的算术平均值。 2.1.8涂料性能检测 一般涂料产品的贮存稳定性检测，以涂料在购进入库之前（产品取样按GB 3186—88执行），应对其进行相应的检查和验收，以避免在涂装过程中可能产生的质量事故，以致造成生产延误和一系列的经济损失。 一般涂膜的制备：国家标准《GB1727-79（88）漆膜一般制备法》中分别列出刷涂法、喷涂法、浸涂法和刮涂法的涂膜制备方法。但在制备时需要依赖操作人员的技术熟练程度，涂膜的均匀性较难保证。采用仪器制备涂膜在当前普遍推行，方法有旋转涂漆法和刮涂器法。 检测项目分别叙述如下。 一、外观 一般涂料产品的贮存期为6—12个月，由于颜料密度较大，存放过程中难免会发生沉降，此时特别需要检查沉降结块程度。一般可用刮刀来检查，若沉降层较软，刮刀容易插入，则沉降层容易被搅起重新分散开来，待检查其他性能合格后，涂料可以继续使用。 检测通过目测观察涂料有五分层、发浑、变稠、胶化、返粗及严重沉降现象。对于存放时间较长或已达到或超过贮存期的涂料品种，也应作相应检查。 图2-8 测力仪 涂料的沉降结块性也是评价涂料贮存稳定性的手段，可用测力仪(图2—8)
《材料结构与性能》试题 一、名词解释（20分） 原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。（15分） 答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类，与合金的性能有什么关系（15分） 答：点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外，还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大。另外，点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。
材料结构与表征 2017-2018复习整理 2018-1-4 暨南大学 ——D.S
2017-2018材料结构与表征重点整理 目录 绪论 (1) 第一章 X射线物理学基础 (2) 第二章 X射线衍射方向 (3) 第三章 X射线衍射强度 (3) 第四章多晶体分析方法 (4) 第五章物相分析及点阵参数精确测定 (5) 第六章（不考） (5) 第七章（不考） (5) 第八章电子光学基础 (5) 第九章透射电子显微镜 (6) 第十章电子衍射 (7) 第十一章晶体薄膜衍衬成像分析 (7) 第十二章（不考） (8) 第十三章扫描电子显微镜 (8) 第十四章（不考） (8) 第十五章电子探针显微镜分析 (8) 第十六章 (9) 参考文献 (10)
2017-2018材料结构与表征重点整理 绪论 1.组织结构与性能 本书主要介绍X射线衍射和电子显微镜分析材料的微观结构。 材料的组织结构与性能：a.结构决定性能；b.通过一定方法控制其显微组织形成条件。 加工齿轮实例： a.预先将钢材进行退火处理，使其硬度降低，以满足容易铣等加工工艺性能要求； b.加工好后再进行渗碳处理，使其强度、硬度提高，以满足耐磨损等使用性能的要求。 2. 显微组织结构分析表征： a.表面形貌观察（形态、大小、分布和界面状态等——光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜等； b.晶体结构分析（物相，晶体缺陷，组织结构等）——X射线衍射、电子衍射、热谱分析； c.化学成分分析（元素与含量、化学价态、分子量、分子式等）——光谱分析，能谱分析等。 3.传统测试方式 a.光学显微镜——分辨率200nm——只能观察表面形态而不能观察材料内部的组织结构，更不能进行对所观察的显微组织进行同位微区分析； b.化学分析——能给出试样的平均成分，不能给出元素分布，和光谱分析相同。 4.X射线衍射与电子显微镜 1.XRD——分辨率mm级——是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、不同结构相的含量及内应力的方法，可以计算样品晶体晶体结构与晶格参数。 2.电子显微镜 透射电子显微镜——分辨率0.1nm——通过透过样品的电子束成像，可以观察微观组织形态并对观察区域进行晶体结构鉴定； 扫描电子显微镜——分辨率1nm——利用电子束在样品表面扫描激发出的代表样品表面特征的信号成像，观察表面形貌（断口）和成分分布； 电子探针显微分析——利用聚焦很细的电子束打在样品微观区域，激发出特征X射线，可以确定样品微观区域的化学成分，可与扫描电镜同时使用进行化学成分同位分析。