材料的制备与技术题库（一）1、为什么成型技术是复合材料研发的重要内容？答：复合材料是由有机高分子，无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，他既保留原组成材料的重要特色，又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。
但复合材料的最终性能与效益不仅取决于基体和增强材料，还取决于其加工工艺。
整体成型技术可将几十甚至几百个零件减少到个或几个零件，减少分段和对接，从而大幅度地减少结构质量，降低制件的成本。
2、简述树脂传递模塑（RTM）工艺的工艺概要以及工艺的优缺点。
答：工艺概要：1.增强体置于上下模之间；2.合模并将模具夹紧；3.压力注射树脂；4.固化后打开模具，取下产品。
优缺点：树脂要充满模腔。
注射压力0.4-0.5MPa。
RTM免除了将纤维制成预浸料，再切割成层片然后再铺叠成预型件的过程，摆脱了大投资的热压罐，工艺易于实现自动化，具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。
缺点：浸渍效果不好，缺陷发生，产品性能不均匀和重复性以及质量效果差。
缺点：1.不宜制作小产品 2.模具复杂且成本高。
（二）2、请给出含能分子carbonyl diazide 分解为3N2和CO 的示意图。
CON 3C(O)N 2/6+−−→−∆νh（三） 1、 什么是二维晶体材料？以一个例子说明二维晶体材料与块体材料相比有什么特殊性质？答：二维晶体材料是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体材料。
特殊性质：溶涨稳定且可逆。
2、 如何获得二维晶体材料及其有什么用途？答：干法：等离子体化学气相沉积法，溅射法，热分解化学气相沉积法，真空沉积法，准分子脉冲激光沉积法；湿法：溶胶-凝胶法，计量棒涂布法，凹版印刷法，逆转辊涂布法，浸渍法，旋涂法。
功能薄膜材料：防紫外薄膜，近红外屏蔽薄膜，热屏蔽薄膜，消反射薄膜，等离子电视消反射/红外屏蔽薄膜，抗污薄膜，防静电薄膜，抗菌薄膜，光催化，光电变色薄膜，绝缘薄膜，（四）1、 MOF-74是一例经典的金属有机框架材料（Metal-Organic Framework ）。
以下三个问题均基于此材料。
（1）简要介绍此材料的命名历程、基本组成、和结构特点；（2）列举2015-2016年间，在知名化学或材料期刊上有关MOF-74材料功能化研究的实例报道，不少于两例（明确阐明该材料的后处理方式以及在新功能方面所起的关键作用，即MOF-74材料与其新功能之间的必然联系）；（3）结合自己所在课题组的研究方向，给出一个能把MOF-74材料结合进去的合理设想。
2、ZIF-8是一例经典的金属咪唑类分子筛材料（Zeolitic Imidazolate Framework），也属于一类金属有机框架材料（Metal-Organic Framework）。
以下三个问题均基于此材料。
（1）简要介绍此材料的命名历程、基本组成、和结构特点；（2）列举2015-2016年间，在知名化学或材料期刊上有关ZIF-8材料功能化研究的实例报道，不少于两例（明确阐明该材料的后处理方式以及在新功能方面所起的关键作用，即ZIF-8材料与其新功能之间的必然联系）；（3）结合自己所在课题组的研究方向，给出一个能把ZIF-8材料结合进去的合理设想。
（五）1、请论述纳米材料应用于传感器所产生的效益2、利用纳米材料进行表面功能化，会给电化学电极/电化学传感器/生物传感器的性能带来哪些优势。
答：纳米材料具有表面效应，体积效应，和介电限域效应等不同于块体材料和原子或分子的介观性质，加之具有导电性和完整的表面结构，可以作为优良的电极材料，纳米颗粒尺寸很小，具有体积效应，表面的键态和电子态与内部不同，导致其表面活性位置增加，可用作催化剂，具有很高的活性和选择性，当利用纳米材料对电极进行修饰时，除了可将材料本身的物化特性引入电极界面外，同时也会拥有纳米材料的大比表面积，粒子表面带来较多功能基团等特性，从而对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应，另外，还可降低过电位，提高电化学反应的速率，电极的选择性，电极的灵敏度，测定多种具有电活性和非电活性的样品等。
纳米材料在化学与生物传感器中所起的作用主要有如下五个方面：1）固定生物分子，2）电化学反应的催化作用，3）电子传递的增强作用，4）生物分子的标记，5）直接作为试剂参与反应。
纳米材料在传感器上的特性主要体现为气敏性，湿敏性，压敏性，热敏性以及高生物活性，髙电子传输能力等，可制成灵敏度高，响应迅速，稳定性强，使用寿命长的传感器，纳米传感器具有高分辨率，小体积，极少的样品需求量等优越性。
纳米材料引入生物传感器领域后，提高了生物传感器的检测性能，并促发了新型的生物传感器。
纳米材料的独特的化学和物理性质使得其对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时间也得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测分析。
（六）1、请举例说明现有哪些方法可以合成有机/无机杂化聚合物材料？答：1、溶胶-凝胶方法包括两个步骤：（1）烷氧基金属(或元素)化合物[M(OR)2，M＝Si、Ti、Zr、A1、Mo、V、W、Ce等]的水解过程；（2）水解后的羟基化合物的缩合(缩聚)过程。
通过溶胶-凝胶过程形成溶剂溶胀的分枝状三维无机网络，经过干燥、陈化得到无机氧化物。
2、单体聚合方法包括两个步骤：（1）将单体分散在多孔二氧化硅基质上；（2）进行单体聚合。
如：将多孔结构的SiO2干凝胶浸入单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)中，使单体在无机网络中聚合。
聚合完成后，除去外表面包着的聚合物即可得到杂化聚合物材料。
Pope (J Mater Res, 1989，4：1018)用此法得到了含30％(摩尔分数)PMMA的透明材料。
通过改变硅胶中孔的尺寸可调节有机相的相对含量。
对这种材料的透明性、折射率、强度、耐磨性等的测试结果表明该材料具有纯PMMA和纯SiO2凝胶的综合性能。
答：1）溶胶-凝胶方法：包括两个步骤：（1）烷氧基金属(或元素)化合物[M(OR)2，M＝Si、Ti、Zr、A1、Mo、V、W、Ce等]的水解过程；（2）水解后的羟基化合物的缩合(缩聚)过程。
通过溶胶-凝胶过程形成溶剂溶胀的分枝状三维无机网络，经过干燥、陈化得到无机氧化物。
2）单体聚合方法，包括两个步骤：（1）将单体分散在多孔二氧化硅基质上；（2）进行单体聚合。
如：将多孔结构的SiO2干凝胶浸入单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)中，使单体在无机网络中聚合。
聚合完成后，除去外表面包着的聚合物即可得到杂化聚合物材料3）以弱相互作用结合的杂化聚合物材料，带有羰基、羟基等可与Si02网络上末反应的Si-OH间形成氢键的基团的聚合物常被选为有机相：如聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、双酚A型聚碳酸酯、聚乙烯基恶唑啉等4）以共价键结合的杂化聚合物材料：使高分子链上带有可参与水解、缩合过程的基团(如三烷氧基硅基-Si(OR)3；)，通过这些功能性官能团与无机前驱体(如Si(OR)4等)一起水解缩合，就可形成有机聚合物与无机相间以共价键结合的杂化聚合物材料。
5）SI ATRP以及SI RAFT，可以在金，钛，Fe3O4，聚合物微球，SiO2的表面引发单体聚合。
2、请举例说明纳米材料在哪些应用方面可以发挥其特有的性能？至少列举5种不同的应用实例。
答：由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。
因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。
应用实例：1、陶瓷增韧：陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。
因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。
2、纳米材料在催化领域的应用：纳米金属、半导体粒子的热催化。
金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。
也可以掺杂到高能密度的材料，如炸药，增加爆炸效率；也可以作为引爆剂进行使用。
为了提高热燃烧效率，将金属纳米粒子和半导体纳米粒子掺杂到燃料中，以提高燃烧的效率，因此这类材料在火箭助推器和煤中作助燃剂。
目前，纳米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃剂。
3、纳米材料在光学方面的应用：优异的光吸收材料。
纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象。
纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象。
纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性。
通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分散到树脂中制成膜，这种膜对紫外有吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分。
目前，对紫外吸收好的几种材料有：30～40nm的TiO2纳米粒子的树脂膜；Fe2O3纳米微粒的聚酯树脂膜。
前者对400nm波长以下的紫外光有极强的吸收能力，后者对600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半导体器件的紫外线过滤器。
4、纳米技术与纳米材料在环境保护方面的作用：纳米TiO2与环境保护。
由于纳米TiO2除了具有纳米材料的特点外，还具有光催化性能，使得它在环境污染治理方面将扮演极其重要的角色。
降解空气中的有害有机物、降解有机磷农药、处理毛纺染整废水、解决石油污染问题、处理城市生活垃圾、高效的杀菌剂、自洁作用。
一般常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分如内毒素。
内毒素是致命物质，可引起伤寒、霍乱等疾病。
利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。
在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米TiO2光催化剂还具有除臭作用。
5、纳米技术在纺织工业上的应用：在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。
6、纳米材料在化妆品方面的应用：纳米微粒与树脂结合用于紫外线吸收，如防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。
如纳米TiO2、ZnO、SiO2等。
一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。
（七）1、什么是物质的第四态？请例举4种属于第四态的物质。
什么是液晶？按照分子排列的形式和有序性，其可以分为哪四类？答：物质的第四态：指的是自然界的物质除了固、液、气之外存在的一种状态。
属于第四态的物质：等离子态，超固态（中子态），液晶，超临界液体，黑洞，塑晶，超导体。
液晶：某些物质的结晶受热熔融或被溶剂溶解以后，虽然失去固态物质的刚性，而获得液态物质的流动性，却仍然部分地保存着晶态物质分子的有序排列，从而在物理性质上呈现各向异性，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的过渡状态，这种中间态称为液晶态，处在这种状态下的物质称为液晶。