新材料科学导论期末复习题(有答案版)
、填空题：
1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。
2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。
5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。
6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。
7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。
8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。
9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有光，
电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。
10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。
11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚合
度。
12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为
增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15 页）
13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）；
（3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。
14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。
15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效
应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。
16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。
17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高分
子材料的制备主要有以下三种基本类型：
①功能小分子固定在骨架材料上；
②大分子材料的功能化；
③已有功能高分子材料的功能扩展；
18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。
19.1977 年，美国化学家MacDiarmid ，物理学家Heeger 和日本化学家Shirakawa 首次发现掺杂碘的聚乙炔具
有金属的导电特性，并因此获得2000 年诺贝尔化学奖。
20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。
第二部分名词解释
1.高分子的柔顺性
高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。
抗蠕变性 材料在恒定应力（或者恒定载荷）下，抵抗形变的能力。
功能陶瓷 功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现
某种 使用功能的先进陶瓷 （现代陶瓷 ）。
韧性
指材料从塑性形变到断裂全过程吸收能量的能力。
聚合物的应力松驰 聚合物材料受外力迅速形变后，若长时间固定形变，产生内部应力减少的现象。这种现象是由于材料的粘弹性 导致的。
抗拉强度 材料承受拉伸载荷时，断裂前单位面积上所承受的最大应力。
硬度 材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。
高分子的玻璃化转变温度 高聚物分子链开始运动或冻结的温度。
疲劳强度
材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
乳液聚合 单体在介质中，由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合。
聚合物的粘弹性 聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，两者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间的特性。 （金属） 材料的 “合金化 ”（个人订正，见作业《金属材料》 ）
为了使钢具有某种优良的性能 ,可通过增加某些元素的含量来实现 ,这些元素大多以铁合金的形式加入到钢液 中 ,这个过程称为合金化。 （来源 -中国知网）
功能材料 指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的材料。
复合材料
由两种或两种以上物理、 化学、力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料叫做复合材料。 材料组织（组织结构）
组成材料的不同物质表示出的某种形态特征。 高分子的高弹性
2. 3. 4.
5.
6.
7. 8. 9. 10.
11.
12. 13.
14.
15.
16.
这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性。
17. 高分子的玻璃态高分子的链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，具有虎克弹性形变的力学
状态。
18. 功能金属材料（万用性答法??）指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的金属材
料。
19. 高分子合金高分子合金是由两种或两种以上高分子材料经由物理或化学方法复合而成的复合体系。
20. 塑性外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。
第三部分判断题
1.界面的特性对复合材料起着举足轻重的作用。T
2.抗拉强度是材料承受拉伸载荷时，断裂前单位面积上所承受的最大应力。T
3.功能陶瓷指具有一定声、光、电、磁、热等物理、化学性能为特征的陶瓷材料。T
4.聚乙烯从是目前产量最大，应用最广泛的品种。T
5.陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强。T
6.硬度指材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。T
7.材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。T
8.高分子的重均分子量和数均分子量之比称为多分散系数，用来表征分子量的分散程度。T
9.现代材料科学家对材料成分、结构的认识是由分析、检测实现的。T
10.疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。T
11.功能高分子和高性能高分子都属于特种高分子材料的范畴。T
12.材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。T
13.材料在弹性范围内，应力与应变保持直线关系，开始偏离直线时的应力称为弹性应力。 F
14.材料性能是随着外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发生量变的积累，而性质保持质的相对稳定
性；当量变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。T
15.高分子按结构单元的化学组成可分为碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子。
T
16.在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计
的方法。（请百度） T
17.测定高聚物分子量的方法有光散射法、端基分析法、气相渗透法凝胶渗透色谱法、超速离心沉降平衡法等。
T
18.韧性指材料从塑性变形到断裂全过程中吸收的能量。F
19.纤维增强金属基复合材料的目标是，提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量。
20.受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环的塑料称为热塑性塑料。
第四部分简答题
1.与小分子比较，高分子有哪些特征？
与小分子相比，高分子：
1，分子量不确定，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；
2，没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；
3，分子间力很大，没有沸点，加热到2000C~3000C 以上，材料破坏（降解或交联）。
2.聚合物常用的几种统计平均分子量是什么？几种分子量统计平均值之间的关系？多分散系数指什么？
数均分子量M n、重均分子量M w、Ｚ均分子量M z、粘均分子量M 。M n M M w M z；
对单分散试样有：M n M M w M z。1时，M w M z；1时，M n M z。
d M
M n w
称为多分散系数，用来表征（分子量）分散程度。
3.高分子有哪三种力学状态？各有什么特点？高分子有玻璃态、高弹态、粘流态三种力学状态。
玻璃态链段运动处于“冻结”状态，模量高形变小。具有虎克弹性行为，质硬而脆。
高弹态链段运动已充分发展。在较小应力下，即可迅速发生很大的形变，除去外力后，形变可迅恢复。
粘流态由于链段的剧烈运动，整个大分子链重心发生相对位移，产生不可逆位移即粘性流动；交联聚合物无粘流态存在
4.简述金属功能材料的功能设计方法金属功能材料的功能设计主要有以下两个方面：
1，寻找具有特定功能的金属材料。
2，利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。
5.简述聚合物溶剂选择的原则
极性相似原则、溶剂化原则、溶解度参数相近原则。
6.简述影响储氢材料吸氢能力的因素
影响储氢材料吸氢能力的因素有：
1，活化处理：如去除表面的氧化膜以及吸附的水以及气体。
2，耐久性（抗中毒性能）：储氢材料能够容忍的不纯物质（如水汽，氧气等）的量。
3，抗粉末化性能：指材料抵抗在吸收与释放氢气产生反复膨胀与收缩所造成的粉末化的性能。
4，导热性能：（由于粉末化使导热性能大幅下降，）材料能否将释氢过程产生的热量导出的能力。
5，滞后现象：储氢材料的结合氢与环境游离氢之间的平衡关系。
7.功能复合材料中的隐身材料按照电磁波吸收剂的使用，可分为涂料型和结构型两类，它们都是以树脂为基体的复
合材料。请简述隐身材料的基本原理。
隐身材料的基本原理
1.降低目标自身发出的或反射外来的信号强度；
2.减小目标与环境的信号反差，使其低于探测器的门槛值；
3.使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。
8.简述自由基聚合反应的特征
1，可分为链引发、链增长、链终止、链转移等基元反应——慢引发、快增长、速终止
2，只有链增长反应使聚合度增加，且不能停留在中间聚合阶段
3，单体浓度随聚合时间逐步降低，聚合物浓度逐步提高
4，少量阻聚剂（0.01 ～0.1%）足以使自由基聚合终止。
9.简述复合材料的发展趋势
1，由宏观复合向微观复合发展；
2，向多元混杂复合和超混杂复合发展；
3，由结构复合为主向结构复合与功能复合并重的方向发展；
4，被动复合向主动复合材料发展；由常规设计向仿生设计方向发展；
10.什么是纳米材料？简述纳米材料的主要制备技术。
纳米材料是指块体中的颗粒或粉体粒度在1－100 纳米之间，使其性能发生突变的材料。
制备方法包括：气相冷凝法、球磨法、溶胶－凝胶法和非晶晶化法。
11.陶瓷材料的力学性能有何特点并做出简要的解释
硬度大陶瓷的硬度很高，多为1000Hv ～1500Hv 陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价
晶体中电子云的重叠程度高引起的。
刚度大陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。
强度高陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100 多倍。陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。
塑性、韧性差陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，由于裂纹尖端的应力集中，内部裂纹在受到外应力时扩展很快，这是导致陶瓷材料断裂的根本原因。
12.为什么会出现高分子链聚集态结构？高分子链聚集态结构包含哪些内容？（M 记解析）由于高分子长链具有极高
的自由度，加上链之间的次级键（分子间作用力）作用，使到无数长链高分子聚集成为高聚物时分子相互堆砌排列的相对稳定状态（在物理学中分子聚集状态称为凝聚态）。晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构以
及织态结构。
13.什么是聚合物共混复合材料？其基本特征是什么？通过简单的工艺过程把两种或两种以上的均聚物或共聚物或不同
分子量、不同分子量分布的同种聚合物混合而成的聚合物材料，也称聚合物合金。
基本特征：
1、共混是通过物理的方法把不同性能的聚合物混合在一起
2、工艺简单，但共混时存在相容性问题，若两种聚合物共混时相容性差，混合程度（相互的分散程度）很差，易
出现宏观的相分离，达不到共混的目的，无实用价值
14.测定高聚物分子量的方法有哪些？有哪些途径可以提高材料的刚性？
光散射法、GPC 法、端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、粘度法。
1，在主链中引入不能内旋转的芳环、芳杂环等环状结构或者有π 键的共轭结构，可提高分子链的刚性。
2，侧基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，也可提升刚性。
3，氢键的影响比极性更显著，可大大增加分子链的刚性。
第五部分问答题
1. 高分子的溶解现象比小分子化合物复杂的多，具有哪些与小分子化合物不同的特性？与小分子相比，高分子：
1，分子量不确定，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；2，没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；
3，分子间力很大，没有沸点，加热到2000C~3000C 以上，材料破坏（降解或交联）。
2. 你认为材料工作者需要具备什么样的条件？你认为哪些方面是新技术新材料的代表？在材料科学研究及工程化应用
中，材料人员应具备这样一种能力：能针对不同的使用环境，提取出关键的材料性质并选择优良性能的材料。
准晶、纳米材料和界面科学等是新的研究课题，都主要是围绕成分与结构展开的，向上追溯到材料的合成与加工，向下则牵联到材料的特征性质。可以说，这些研究是新材料新技术的代表。
3.与金属材料和无机非金属材料比较，高分子材料的组成和结构有什么特征？
（1）组成上：高分子材料是以高分子化合物为主要组成部分的材料。高分子化合物是相对分子量很大的有机化合物。所以与金属材料和无机非金属材料相比高分子材料的相对分子质量大得多。
（2）结构上：高分子材料按其分子在空间的排列，可分为晶态和非晶态两类且往往是晶态和非晶态共存。而金属材料的典型的晶体结构有三种：面心立方结构、体心立方结构和密排六方结构。无机非金属材料的基本相结构是晶体相、玻璃相并存在一些气相。三者差异较大。
4.材料的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。
材料的四大要素是: 成分结构、基本性质、合成加工、使用性能。其中性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。材料的成分结构、合成加工决定了材料的性质。
在材料设计中首先应该了解材料应该具备什么样的使用性能，这样的使用性能决定材料应该具备什么样的基本性
质，然后，通过成分的设计，加工合成方法的选择制备出具有这样性质和性能的材料。
5.将低分子单体变为聚合物，可通过哪些聚合机理合成？采用哪些聚合实施方法实现？为什么？按聚合机理和动力学
过程，将聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合两大类。
连锁聚合:自由基、阳离子、阴离子、配位聚合；逐步聚合：缩合聚合和逐步加成聚合采用本体聚合、溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合等基本实施方法。
6.聚合反应有四种基本的实施方法，分别指什么，各有什么特点？
A）本体聚合：不加任何其它介质, 仅是单体在引发剂、热、光或辐射源作用下引发的聚合反应。
优点：聚合物纯净，后处理简单。
缺点: 聚合热不易扩散, 反应温度较难控制, 易局部受热, 反应不均匀, 分子量分布宽, 有气泡, 可能爆聚。
B）溶液聚合：单体和引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合反应。
优点: 体系粘度低, 混合和传热容易, 温度易控制, 较少凝胶效应。
缺点: 聚合速率低，设备利用率低，链转移使分子量低，需溶剂回收。
C）乳液聚合：借助机械搅拌和乳化剂的作用, 使单体分散在水或非水介质中形成稳定的乳液（直径1.5 ～5μ m）而
聚合的反应。
优点：（1）以水为分散介质，粘度低，传热快；
2）聚合速率快，分子量高，可在低温聚合；
3）在直接使用乳液的场合较方便，如乳胶漆，胶粘剂，织物处理剂等。
缺点：（1）需要固体产物时，后处理复杂（破乳、洗涤、脱水、干燥
2）有残留乳化剂，对性能有影响。
D）悬浮聚合：借助机械搅拌和分散剂的作用, 使油溶性单体以小液滴（直径1～10-3cm）悬浮在水介质中, 形成稳定的悬浮体进行聚合。
优点: 传热容易, 分子量高。
缺点: 附有少量分散剂残留物。
7.按聚合机理分类，将聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合两大类。二者各有何特点，有何差异？
1，连锁聚合的特点：
（a）聚合需要活性中心，如自由基、阳离子、阴离子等，因此有自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合之分。
（b）聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。
（c）聚合过程中相对分子质量变化不大，体系始终由单体、高分子量聚合物和引发剂组成。没有分子量递增的产物。
（d）单体转化率随时间增加。
2，逐步聚合的特点：
（a）低分子单体通过官能团间的缩合逐步形成大分子。体系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成。
（b）每一步反应的速率和活化能基本相同。
（c）反应初期大部分单体很快形成低聚物，短期内转化率很高。随后低聚物相互反应，分子量缓慢上升。
（d）大部分是平衡反应。
8.高分子结构通常分为三级结构（近程、远程和聚集态），分别指什么？举例说明，相互之间有什么联系。近程结
构：结构单元的化学组成、连接顺序、立体构型，以及支化、交联等。远程结构：高分子链的形态（构象）以及高分子的大小（分子量）聚集态：晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。
近程结构和远程结构属于链结构，由链结构聚集形成高分子，链结构是聚集态结构的基础