功能材料期末复习资料答案

1、精选优质文档-倾情为你奉上(一)名词解释(共9个)(1)功能材料：是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。 (2) 超导体临界磁场Hc：超导电性可以被外加磁场所破坏。对于温度为T(TTc)的超导体,当外磁场超过某一数值Hc(T)的时候，超导电性就被破坏了，Hc(T)称为临界磁场。在临界温度Tc，临界磁场为零。(3)粒子数反转：这种体系中位于高能级上的原子数目远远大于位于低能级上的原子数目的状态称为“粒子数反转”。（4）非线性光学效应：介质在

2、强激光场作用下产生的极化强度与入射辐射场强之间不再是线性关系，而是与场强的二次、三次以至于更高次项有关，这种关系称为非线性。凡是与非线性有关的光学现象称为非线性光学现象，属于非线性光学的研究内容。（5）晶格常数：晶轴上晶胞三个边的长度 a， b，c 和 其夹角，称为 晶格常数 (Lattice parameters)（6）正压电效应：压电效应(piezoelectric effect)是指对材料施加压力,张力或切向力时,发生与应力成比例的介质极化以及在晶体的两端出现正负电荷的现象.这种由于应力诱导而极化,称正压电效应.（7）气敏陶瓷：气敏陶瓷对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓

3、度(分压力)作有规则的变化，检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别可达十亿分之一的量级，故有“电子鼻”之称。（8）n型半导体：在Si,Ge等四价元素中掺入五价元素如P,Sb,Bi,As等，除可以与临近的硅或锗原子形成四个共价键外,还多出一个价电子，这个电子与原子的结合不那么紧密,在导带附近形成由杂质造成的能级，多余的一个电子只需很小的能量(Eg)就可以跃迁到导带上去，这类电子型导电称为n型半导体。（9）化合物半导体：由两种或两种以上的元素以确定的原子配比形成的化合物并具有确定的禁带宽度和能带结构(如不确定就是固溶体半导体)等半导体性质的化合物称之为化合物半导体.(10)纳米量子尺寸效应：当纳米

4、粒子的尺寸下降到某一值时 ,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级 ;纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级 ,使得能隙变宽的现象 ,被称为纳米材料的量子尺寸效应。(11)近晶型液晶：近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类。在这类液晶中，棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。(12)光致抗蚀感光材料：是指高分子材料经过光照后，分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。(13)增感剂：在光化学反

5、应中，直接反应的例子并不多见，较多的和较重要的是分子间能量转移的间接反应。它是某一激发态分子D*将激发态能量转移给另一基态分子A，使之成为激发态 A*，而自己则回到基态。A*进一步发生反应成为新的化合物。这时，A被D增感了或光敏了，故D称为增感剂或光敏剂。(14)光聚合反应：光聚合反应本质上是在光照下，引发剂引发具有化学活性的液态物质迅速转变为固态的链式反应。与传统的热聚合反应类似，一旦引发开始，反应就以很快的聚合速度进行下去。(15)液膜分离：液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。(16)渗透蒸发分离：渗透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的

6、推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。（17）异质结：两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结（P-p结或N-n结）和异型异质(P-n或p-N)结，多层异质结称为异质结构。（18）纳米材料的量子尺寸效应（19）逆压电效应：在晶体上施加电场而引起介质极化时,如果产生了与电场强度成比例的变形或机械应力时,称其为负压电效应.（20）光生伏特效应：半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压（21）光致诱蚀感光材料：当高分子材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为可溶性。（22）超导迈斯纳效应：当金属处在超导状态

7、时，这一超导体内的磁感兴强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。(23)高温超导：具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。(二)填空(共19个空) (1)红宝石激光晶体(Al2O3:Cr3+)基质是刚玉单晶(-Al2O3) ，晶体内掺有约0.05（重量比）的Cr2O3。发射波长为可见光波长为694.3nm的红色光。钕钇铝石榴石激光器(YAG:Nd3+)是一种固体激光器，其产生激光的波长为1064nm，属于红外光频段(2)在1966年，英籍华裔科学家高锟博士指出：光纤的高损耗是由材料中所含的杂质引起的。如果降低材料中的杂质含量，可使得光纤的损耗降至20dBkm，甚至更小.

8、目前在光纤最低损耗窗口的1.55m 处,光纤损耗可做到0.2dBkm。 (3)将红宝石激光器发生的波长694nm的激光束聚焦在倍频晶体 (石英)上，通过摄谱仪发现，输出的光束除原波长谱线 外，还有倍频波长为347nm的紫外光。磷酸钛氧钾晶体(KTiOPO4)晶体被公认为1064m激光倍频的首选材料，它可以把1064m的红外激光转换成053m的绿色激光。（4）世界上第一块气敏陶瓷是用二氧化锡和氯化钯混合再研得极细，在高温炉中烧结而成的.它颗粒极细，吸附气体能力很强，此外，它又能显半导体性质，随吸附气体多寡，可改变导电率，所以，气敏陶瓷又被称作“电子鼻”。（5）碲镉汞(MCT)是一种连续固溶体半导

9、体,是目前最重要的红光探测器件材料,它由碲,镉,汞三种元素组成, 化学计量式为Hg1-xCdxTe,物理性质随组份X可连续地从金属性变为半导性,X=0.17时为0eV,X=1时为1.6eV,为直接跃迁型半导体.是继硅,砷化镓之后第三代半导体中最有前途和应用最广泛的光电子材料之一。（6）热敏陶瓷可以根据其阻温特性分为:(1)正温系数热敏陶瓷(PTC),(2) 负温系数热敏陶瓷(NTC),(3) 临界温度系数热 敏陶瓷(CTR),(4) 线性阻温特性热敏陶瓷（7）第三代半导体材料是以GaN(氮化镓)材料P型掺杂的突破为起点，以高亮度蓝光发光二极管(LED)和蓝光激光器的研制成功为标志的。它们的禁带

10、宽度大都在3个电子伏以上，在室温下不可能将价带电子激发到导带，器件的工作温度可以很高，是制作高功率,高频率,高温“三高”器件的优良材料(8)形成溶致性高分子液晶的分子结构必须符合两个条件： 分子应具有足够的刚性； 分子必须有相当的溶解性。然而，这两个条件往往是对立的。这是溶致性高分子液晶研究和开发的困难所在。(9)聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是以六甲基磷酰（HTP）和N甲基吡咯烷酮（NMP）混合液为溶剂，两种单体进行低温溶液缩聚而成的。PPTA具有刚性很强的直链结构，分子间又有很强的氢健，因此只能溶于浓硫酸中。用它纺成的纤维称为Kevlar纤维，比强度优于玻璃纤维。(10)液晶现象是188

11、8年奥地利植物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer）在研究胆甾醇苯甲酯时首先观察到的现象。现已发现许多物质具有液晶特性。形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构。导致液晶形成的刚性结构部分称为致晶单元。(11)重铬酸盐水溶液 亲水性高分子感光体系中,CrVI能以酸性铬酸离子 (HCrO4)以及铬酸离子(CrO42 -)等形式存在。其中只有HCrO4是光致活化的。因此，使用的高分子化合物必须是供氢体，否则不可能形成HCrO4。(12)自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许多其它

12、类型的分离膜。(13)膜分离过程的主要特点是:以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等(14)在高分子膜分离技术中,分离溶液中分子量低于500的低分子物质，应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500的大分子或极细的胶体粒子可以选择超滤膜，而分离溶液中的直径0.110m的粒子应该选微孔膜。(15)原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。目前，在实用的有机高分子膜材料中,一半以上是纤维素酯类、1/3左右为聚砜类,其余为聚酰胺类及其他材料.(16)对于渗透

13、蒸发膜来说，只有对所需要分离的某组分有较好亲和性的高子物质才可能作为膜材料。如以透水为目的的渗透蒸发膜，应该有良好的亲水性，因此,聚乙烯醇（PVA）或醋酸纤维素（CA）是较好的膜材料；而当以透过醇类物质为目的时，憎水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）则是较理想的膜材料。（17）将超导体冷却到某一临界温度（TC）以下时电阻突然降为零的现象称为超导体的零电阻现象，不同超导体的临界温度各不相同。 （18）由于在纳米结构材料中有大量的界面，这些晶界面为原子提供了短程扩散途径，因此纳米结构材料具有具有较高的扩散率,这种性能使一些通常在较高温度才能形成的稳定相在较低温度下就可以存在，可使纳米结构材料的烧结温度

14、大大降低（19）以BaTiO3系陶瓷为代表,是实用范围最广的PTC热敏半导体陶瓷材料. BaTiO3是典型的铁电体,为ABO3型钙钛矿结构,只有在氧化气氛中烧结和在高于900的氧化气氛中绶慢降温热处理才能表现出PTC效应,在还原气氛中烧结或高温直接淬火,PTC效应很低或根本没有PTC效应.（20）高分子载体药物中应包含四类基团：药理活性基团、连接基团、输送用基团和使整个高分子能溶解的基团。（21）根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。（22）氮化镓、碳化硅和氧化锌等都是宽带隙半导体材料(第三代电子材料)，器件的工作温度可以很高，比如碳化硅,可以工作到60

15、0摄氏度,又有较大的热导率,宽禁带, 高击穿电压等特性,是制作：高功率,高频率,高温 “三高”器件的优良材料.(三)判断题(1)光学材料主要是指光介质材料,还有光功能材料,光纤材料是光介质材料，而激光材料是光功能材料。（正确）(2)二能级的系统来做激活媒质实现粒子数反转是不可能的。要想获得粒子数反转，必须使用多能级系统。在现代的激光器中，第一台激光器红宝石激光器是四能级系统。（错误）是三能级(3)形成波导传输的纤维结构有阶跃型(突变型)和梯度型(渐变型光纤)两类,入射光在阶跃型光纤的纤芯和包层的界面产生全反射，呈锯齿状曲折前进。所以单模光纤都采用突变型, 而多模光纤多为渐变型光纤。（正确）（4

16、）以BaTiO3系陶瓷为代表,是实用范围最广的PTC热敏半导体陶瓷材料. BaTiO3是典型的铁电材料,为ABO3型钙钛矿结构,只有在还原气氛中烧结和在高于900的还原气氛中绶慢降温热处理才能表现出PTC效应,在氧化气氛中烧结或高温直接淬火,PTC效应很低或根本没有PTC效应（错误）氧化还原互换(5)按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。主链型液晶大多数为高强度、高模量的材料，侧链型液晶则大多数为功能性材料。（正确）(6) 胆甾型液晶都是胆甾醇及其衍生物（错误）(7)作为感光性高分子材料，应具有一些基本的性能，如对光的敏感性、成像性、显影性、膜的物理化学性能等。但对不同的

17、用途，要求并不相同。如作为电子材料及印刷制版材料，感光固化速度和涂膜性能等则显得更为重要。（错误）粘合剂、油墨和涂料（8）光化学反应的可表示为光化学反应中起反应的分子数与吸收的光量子数之比, 在光化学反应中,量子收率值的变化范围极大，大可至上百万，小可到很小的分数。1时是直接反应；1时是连锁反应。（正确）(9)用波长366nm的光照射萘和二苯酮的溶液，得到萘的磷光。但萘并不吸收波长366nm的光，而二苯酮则可吸收,此时可以认为二苯酮为猝灭剂，而萘则为增感剂。（错误）二者换一下 (10)由于光聚合型感光材料是在操作中经光照固化的，因此，适用于该体系的单体必须满足一个基本前提，即在常温下必须是不易

18、挥发的。一切气态的或低沸点的单体都是不适用的。（正确）(11)膜分离过程的共同优点是:成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质，特别适合于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离，因而在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。（正确）(12)微滤膜主要用于截留粒径在0.11nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.51MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间（错误）纳滤膜（13）在光化学反应中,分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活化的分子传递来

19、的能量而活化，即分子间的能量传递。（正确）(14)膜分离过程没有相的变化，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此在膜分离过程食品、医药等行业使用具有独特的优点.（正确）(15)根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。（正确）（16）相对于氧化物高温超导体而言，元素、合金和化合物超导体的超导转变温度较低(Tc30K)，其超导机理基本上能在BCS理论的框架内进行解释。（正确）（17）激光材料是光介质材料，光纤材料而是光功能材料。（错误）两者互换 （18）在一个原子体系中，在光和原子体系

20、的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在的。是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。（正确）（19）根据感光基团的种类分类，感光高分子材料可分为重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。（正确） （20）纤维素酯类膜具有良好的化学、热学和水解稳定性，强度也很高，pH值适应范围为113，最高使用温度达120，抗氧化性十分优良。因此已成为重要的膜材料之一。（错误）聚砜类树脂（21）胆甾型液晶物质都是胆甾醇及其衍生物。（错误） （22）红宝石激光器中，用高压氙灯作“泵浦”，受激发射的波长是694.3nm的红色激光。（正确）(四)问答题(共3题)(1)简述材料的性能与功能的区别

21、材料的性能（performance）：材料对与外部各种刺激（水、外力、热、光、电、磁、化学品等 ）的抵抗。通常称耐水性、耐热性、透光性、耐化学品性等。材料的功能(function)：当对材料输入“信号”（能量）时会发生质和量的变化，其中任何一种变化有输出作用。（如光致聚合、离子交换、氧化还原、能量转换（压电、磁转换成热、光）等）。（2）试按能级生成理论解释半导体气敏陶瓷的导电机理半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触粒界势垒理论。(通过阻值变化来实现敏感探测) 按能级生成理论，当SnO2、ZnO等N型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入

22、N型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低，增大电子形成电流的能力 ，使陶瓷电阻值下降；当N型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给予半导体，并以负离子形式与半导体相吸， 而进入N型半导体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增大。 接触粒界势垒理论则依据多晶半导体能带模型，在多晶界面存在势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值变化。（3）与其它太阳能电池相比，非晶硅太阳电池具有哪些独特的优势？（1）材料和制造工艺成本低。这是因为衬底材料，如玻璃、不锈钢、塑料等，价格低廉。硅薄膜仅有数千埃厚度，昂责的

23、纯硅材料用量很少。制作工艺为低温工艺（100一300），生产的耗电量小能量回收时间短。 （2）易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合制作持大面积无结构缺陷的a-Si合金薄膜；只需改变气相成分或者气体流量便可实现PIN结以及相应的迭层结构；生产可全流程自动化。 （3）品种多，用途广。薄膜的a-Si太阳电池易于实现集成化。器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高，适合作制作室内用的低功耗电源，如手表电池、计算器电池等。由于a一Si膜的硅网结构力学性能结实。适合在柔性的衬底上制作轻型的大“电池。灵活多样的制造方法，可以制造建筑集

24、成的电池，适合户用屋顶电站的安装。 (4)什么是纳米材料的小尺寸效应,试举例简单说明当纳米微粒尺寸与光波的波长、传导电子的得布罗意波长以及超导态的相干长度这类物理特征尺寸相当时 ,晶体周期性的边界条件将破坏 ,声、光、电、磁、热、力学等特性均会呈现新的尺寸效应,称为小尺寸效应。金的熔点是1063，而2nm的纳米金只有330，熔点降低近700；银的熔点由金属银的690降为纳米银的100。纳米金属熔点的降低不仅使低温烧结制备合金成为现实，还可使不互溶的金属冶炼成合金。 (5) 简述近晶型液晶和向列型液晶的特点近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类。在这类液晶中，棒状分子互相平行排列成层状结构。

25、分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列，但重心排列则是无序的。在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。 (6)简述主链型高分子液晶中,柔性链段的含量、相对分子质量、致晶单元间的间隔基团对主链型高分子液晶的相行为的影响通过对共聚酯的化学结构与液晶相行为的关系的大量研究，发现分子链中柔性链段的含量与分布、相对分子质量、间隔基团的含量和分布、取代基

26、的性质等因素均影响液晶的相行为。（1）共聚酯中柔性链段含量与分布的影响 研究表明，完全由刚性基团连接的分子链由于熔融温度太高而无实用价值，必须引入柔性链段才能很好呈现液晶性。柔性链段越长，液晶转化温度越低，相区间温度范围也越窄。柔性链段太长则失去液晶性。2）相对分子质量的影响 研究表明，共聚酯液晶的清亮点Tcl随其相对分子质量的增加而上升。当相对分子质量增大至一定数值后，清亮点趋于恒定。（3）连接单元的影响 主链型高分子液晶中致晶基团间的连接单元的结构明显影响其液晶相的形成。间隔基团的柔性越大，液晶清亮点就越低。例如将连接单元CH2与O相比，后者的柔性较大。其清亮点较低。又比如具有(CH2)n

27、连接单元团的高分子液晶，随n增大，柔性增加，则清亮点降低。（4）取代基的影响 非极性取代基的引入影响了分子链的长径比和减弱了分子间的作用力，往往使高分子液晶的清亮点降低。极性取代基使分子链间作用力增加。因此取代基极性越大，高分子液晶的清亮点越高。取代基的对称程度越高，清亮点也越高。 (7)简述微孔过滤膜的主要优缺点及主要应用领域应用领域： 原料药.药用溶剂.注射用水.针剂输液等的终端过滤。 高纯水矿泉水果汁软饮料葡萄酒白酒啤酒乳品等的终端过滤。 光刻胶化学试剂等的终端过滤。 血浆过滤。 (8)简要回答在过滤式高分子分离膜中,如何利用微粒或组分分子的利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速

28、率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等；（9）简述近晶型液晶和向列型液晶的特点（10）晶体碲镉汞是一种连续固溶体半导体,是目前最重要的红光探测器件材料，请从结构上分析碲镉汞作为探测器 材料的优势和缺点碲镉汞(MCT) 是一种连续固溶体半导体,是目前最重要的红光探测器件材料,它由碲,镉,汞三种元素组成, 化学计量式为Hg1-xCdxTe,物理性质随组份X可连续地从金属性变为半导性,其禁带宽度从HgTe的负值过渡到CdTe的正值,可随意改变材料的能隙宽度,X=0.17时为0eV,X=1时为1.6eV,为直接跃迁型半导体.是继硅,砷化镓之后第三代半导体中最有前途和应用最广泛的光电子材料之一。碲镉汞探测器 1959年，英国Lawson等首先制成可变带隙Hg1xCdxTe固溶体合金，提供了红外探测器设计空前的自由度。 碲镉汞有三大优势： 1）本征激发、高的吸收系数和高的量子效率(可超过80)且有高的探测率； 2）其最吸引人的特性是改变Hg、Cd配比调节响应波段，可以工作在各