功能材料学复习题

1. 功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其转化的功能，用以实现对信息和能量的感受、计测、显示控制和转化为主要的非结构性高新材料。

2. 从材料学角度仿生材料可分为成分和结构仿生、功能和性能仿生、过程和加工制备仿生。

3. 嵌入化合物的结构特征是主体材料要有一定程度的结构开放性，能允许外来的原子或离子易于扩散进或逸出晶体。

4. 在高温高压的水热条件下，水的性质会产生蒸汽压变高、密度变低、表面张力降低、黏度降低、离子积增加等变化。

5. 自组装是指在无人为干涉条件下，基本结构单元(分子、纳米材料、 微米或更大尺度的物质)通过非共价键自发地缔结成热力学上稳定、结构上确定、性能上特殊的聚集体（如有序结构）的过程。自组装过程一旦开始，将自动进行到某个预期终点。

6. 形成自组装或超分子体系有两个重要条件：一是有足够量的非共价键或氢键；二是自组装的体系能量较低。

7. 根据纳米结构体组装系构筑过程中的驱动力是靠外因还是内因，可以分为人工纳米结构组装体系 和 纳米结构自组装体系。

8. 晶体生长过程主要分为成核控制和扩散控制。

9. C60由32个面构成，其中20个六边形，12个五边形，C60 的直径为0.7nm。

10. 10. 生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料，它应该具有 、 和 等特征。

11. 材料按其组成可以分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。材料的性能不同都是由其内部结构决定的，即原子结构，结合键，原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。

12. 结构材料是指用于制造各种结构，通俗地说就是要受力，因此对它的要求主要是机械性能，如强度、延伸率(达到极限强度断裂时伸长了多少，延伸率小的材料便容易脆断)、硬度、韧性( 受冲击力时容不容易断裂)、刚性(容不容易保持形状不变)等等。有时不要求其能经受住严峻的环境条件，如要求耐热性、抗腐蚀性等等。

13. 功能材料的分类：电功能材料、磁功能材料、光功能材料、热功能材料、能源功能材料、功能高分子、精细复合功能材料、纳米化功能材料、软凝聚态功能材料、超级材料与智能材料等等。

14. 纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的材料。其特点有：1 ）原子畴（晶粒或相）尺寸小于100nm；2） 很大比例的原子处于晶界环境；3） 各畴之间存在相互作用。

15. 原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于 1nm），如Fen，CunSm，CnHm和碳簇（C60, C70和富勒烯等）等。绝大多数原子团簇的结构不清楚，但已知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等．

16. 多壁碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，其中石墨层可以因卷曲方式不同而具有手性。碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现很好的金属导电性或半导体性。

17. 一般将纵横比（长度与直径的比率）小于20的称为纳米棒，纵横比大于20的称作纳米丝。

18. 纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造一种新的体系，包括一维、二维、三维体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇、纳米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的孔洞。根据纳米结构体组装系构筑过程中的驱动力是靠外因还是内因，分为：人工纳米结构组装体系和纳米结构自组装体系。

19. 对于介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中的连续的能带分裂为分立的能级，能级间的距离随颗粒尺寸减小而增大。

20. 纳米相材料中电子散射非常强是因为材料中存在大量的晶界。

21. 纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键，具有不饱和性质，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，具有很高的化学活性。

22. 沉淀法是指在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH--，CO32-, C2O42-等)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子除去，经热分解或脱水即得到所需的化合物粉料。

23. 高温高压下水热反应具有的三个特征是：1）使得离子间的反应加速；2） 使得水解反应加速；3）使得其氧化还原电位发生变化。

24. 水热条件下水的作用是：1）有时作为化学组分参加化学反应；2）是化学反应和分子重排的促进剂；3）其压力传递介质的作用；4）其溶剂的作用；5）低熔点物质的作用；6）提高物质的溶解度；7）无毒。

25. 自组装能否实现取决于基本结构单元的特性, 如表面形貌、 形状、 表面功能团和表面电势等, 组装完成后其最终的结构具有最低的自由能。

26. 实现自组装的关键是体系的内驱动力。主要有：范德华力、 氢键、 静电力、表面张力、 毛细管力等。

27. 形成自组装的两个重要条件是：1）有足够量的非共价键；2）自组装体系的能量较低。

28. 经常使用的硬模板包括分子筛，多孔氧化铝膜，径迹蚀刻聚合物膜，聚合物纤维，纳米碳管和聚苯乙烯微球等等。

29. 软模板通常为两亲性分子形成的有序聚集体，主要包括：胶束、反相微乳液、液晶等。

30. 材料的表征就其任务来说主要有三个：成分分析、结构测定、形貌观察。

31. 热分析：在程序控制温度条件下，测量材料物理性质与温度之间关系的一种技术。从宏观性能的测试来判断材料结构的方法。

32. 显微技术是一种直观表征材料微观外貌的方法，显微技术是采用显微镜作为工具来进行材料分析，最常用的显微镜有：光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜。

33. 设计智能材料的两个指导思想:材料的多功能复合和材料的仿生设计。因此，智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

34. 压电效应只存在于没有对称中心的晶体中。

35. 智能高分子凝胶的特点是当环境条件发生变化时可以发生体积相转变，而这种转变是可逆的、非连续的。

36. 智能高分子凝胶按其刺激响应性可以分为：pH响应性凝胶、生化响应性凝胶、盐敏凝胶、温度响应性凝胶、 光响应性凝胶、 压力敏感性凝胶、电场响应性凝胶、磁场响应性凝胶

37. 仿生材料: 受生物启发或者模仿生物的各种特性而开发的材料。

38. 氢能使用面临的两个主要问题是：制氢工艺和氢的贮存。

39. 贮氢材料(Hydrogen storage materials)是在通常条件下能可逆地大量吸收和放出氢气的特种金属材料。贮氢材料的作用相当于贮氢容器。

40. 对于以氢为能源的燃料电池驱动汽车来说，不仅要求贮氢系统的氢密度高，而且要求氢所占贮氢系统的质量分数要高(估算须达到(H) =6.5％)。

41. 可以用作锂离子电池正极材料有：

42. 嵌入化合物是涉及到客体（Guest，简称嵌质G，如Li+，H）在主体晶格(Host，简称嵌基H， 如C、Li1-xMO2，LaNi5)中的嵌入、脱出量以及主体的可逆嵌脱循环性能（即二次电池的容量与循环寿命），这些性能与主体材料的结构及嵌脱过程中的结构变化密切相关，其中最重要的结构特征就是主体材料要有一定程度的结构开放性，能允许外来的原子或离子易于扩散进或逸出晶体。

43. 嵌脱反应指涉及客体物质可逆地嵌入主体基质结构而主体结构基本不变的固态反应。主体提供可到达的末占据位置有四面体、八面体的间隙位置或层状化合物层与层之间存在的范德华空隙等。

44. 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，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一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。

45. 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。

46. 事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑。

47. 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。

48. 纳米相材料中电子散射非常强是因为材料中存在大量的晶界。

49. 纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键，具有不饱和性质，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，具有很高的化学活性。

50. 库仑堵塞能是前一个电子对后一个电子的库仑排斥能。

51. 由于库仑堵塞效应的存在，纳米材料中电流随电压的上升不再是直线上升(欧姆定律)，而是在I—V曲线上呈现锯齿形状的台阶。

52. 金属醇盐水解法一般只能用来制备纳米金属氢氧化物或氧化物。

53. 自组装过程一旦开始，将自动进行到某个预期终点，分子等结构单元将自动排列成有序的图形，即使是形成复杂的功能体系也不需要外力的作用

54. 热重法是在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析方法。

55. 差热分析是在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种热分析技术。

56. 差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输给试样与参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。

57. 电流变液体是具有高介电常数的小颗粒和低介电常数油液的均匀悬浮状液体。

58. 相对于电流变液，磁流变液具有较大的剪切应力和较长的效应响应时间长。

59. 在某些晶体材料上施加机械力时，晶体表面会产生电荷，这种现象称正压电效应。在一定范围内，电荷密度与作用力成正比。

60. 蜘蛛丝是强度最大的天然高分子化合物，其主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物。由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉；另外蜘蛛丝含有吸湿的呲咯烷酮，尽管在自然界免不了遭受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力。

61. 荷叶的自洁性源于其表面微米结构的乳突与表面蜡质晶体的共同作用。

62. 与一般化学反应的不同，嵌入反应有一定的非计量范围。

63. 名词解释：