新材料概论答案

1. 简述什么是材料及其在生产生活中的重要意义。

可为人类社会接受的、经济地制造有用物品的自然界物质。

广义：“物品”包括食品、衣物和器件，狭义：“物品”仅包括器件；意义：我们的衣食住行的必备条件，人类一切生活和生产活动的物质基础，先于人类存在，并且与人类的出现和进化有着密切的联系。

2. 简述材料与原料以及物质的关系。

原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随化学变化。

材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生化学变化。

材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。

材料总是和一定的用途相联系，可由一种或若干种物质构成。

同一种物质，由于制备方法或加工方法不同，可成为用途迥异的不同类型和性质的材料。

3.简述传统材料与新型材料的关系。

传统材料：指已经成熟且在工业中批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。

由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，又称为基础材料。

新型材料：正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。

新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。

传统材料是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。

4.材料科学与工程研究的主要内容是什么。

研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用效能以及它们之间的关系。

5. 什么是金属材料，其基本特点有哪些。

以金属元素为主而构成的并具有一般金属特性的材料，包括纯金属和合金。

固体状态下具有晶体结构，具有独特的金属光泽且不透明，导电导热性良好，有延展性。

6. 什么是无机非金属材料，其基本特点有哪些。

无机非金属材料：以金属元素或非金属元素的化合物或非金属元素单质为组元，原子与原子之间通过离子键和共价键而键合。

主要有凝胶材料（玻璃、陶瓷、水泥），传统材料（混凝土、氧化物），新型材料（氧化、非氧化物陶瓷、复合陶瓷）。

耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀、延展性低。

7. 什么是高分子材料，其基本特点有哪些由M较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料和高分子复合材料等。

分子量大，密度小，绝缘绝热，力学性能好。

8.什么是复合材料，其基本特点有哪些。

由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，复合材料中，通常有一相为连续相，成为基体；另一相为分散相，称为增强材料。

比强度大、比刚度大，成型工艺性能好，抗震性能好，高温性能好，抗蠕变能力好，耐腐蚀性能好。

9.什么是晶体，其基本特点有哪些。

晶体：由原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列构成的固体物质。

晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性，隔一定的距离就重复出现；固定的熔点；各向异性：不同方向的性能不同；一般有规则的外形。

10.有哪七大晶系，立方晶系的晶胞参数有什么特点。

立方晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。

即其晶胞参数有a=b=c，α=β=γ=90°的特征。

11.什么是材料的力学强度、塑性、硬度和韧性。

强度（strength）：材料在力的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度等。

塑性（plasticity）：塑性是金属在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能；硬度（hardness）：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度；韧性（toughness）：韧性是指金属在冲断前吸收变形能量的能力，即抵抗冲击破坏的能力。

12什么是合金，其基本特点是什么。

合金，是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。

通性：熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点；硬度大于其任一组分的硬度；导电性和导热性低于任一组分的金属；有的抗腐蚀能力强。

13. 什么是形状记忆合金，举例说明其可能的用途。

合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用。

例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等。

14. 什么是陶瓷，其基本优缺点是什么？陶瓷是金属与非金属的固体化合物，以离子键（如MgO、Al2O3）、共价键（金刚石、Si3N4、BN）以及离子键和共价键的混合键结合在一起。

优点：熔点高、硬度大、化学稳定性好、耐高温、耐磨损、耐氧化和腐蚀、比重小、强度和模量高等，可在各种苛刻的环境下工作；另一方面，陶瓷材料在磁、电、光、热等方面的性能和用途具有多样性和可变性；弱点：脆性大、韧性差，常因存在裂纹、空隙、杂质等。

15. 普通陶瓷的传统制备技术包括那几步？陶瓷原料的处理——陶瓷原料经过配料和加工——坯料成型——坯体干燥——施釉—烧成16.普通混凝土的组成是什么？普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。

17. 什么是压电陶瓷，举例说明其可能的应用。

压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。

这是一种具有压电效应的材料。

在打火机、煤气灶、燃气热水器等用具上都可以见到它的踪影。

地质探测仪里有压电陶瓷元件，用它可以判断地层的地质状况，查明地下矿藏；医生将压电陶瓷探头放在人体的检查部位，便能了解人体内部状况。

18.根据主链结构，高分子材料可以分为哪几类，其基本特点各是什么？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。

碳链高分子指主链完全由碳原子构成的大分子。

根据主链上碳原子间化学键的类型，又分为饱和键和不饱和键碳链高分子。

杂链高分子是指大分子主链中既有碳原子，又有氧、氮、硫等其它原子。

常见的这类高分子材料有聚醚、聚酯、聚酰脑、聚服、聚矾、聚硫橡胶等。

元素有机高分子是指大分子主链上没有碳原子，而由硅、硼、铝、氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团如甲基、乙基、芳基等组成。

典型的例子是有机硅橡胶。

无机高分子：主链及侧基均无碳原子。

19.聚合反应的反应机理包括哪两种，其基本特点是什么？链式聚合：整个聚合过程由链引发、链增长、链终止等几步基元反应，体系始终由单体、相对分子质量高的高分子和微量引发剂组成，没有相对分子质量递增的中间产物。

随聚合时间延长，高分子物质的生成量(转化率)逐渐增加，而单体则随时间而减少。

逐步聚合：逐步进行。

早期大部分单体很快聚合成二聚体、三聚体、四聚体等低聚物，短期内转化率很高。

随后低聚物间继续反应，直至转化率很高(＞98％)时，相对分子质量才逐渐增加到较高的数值。

20.简述聚合物的结构特点。

链结构：1 一级结构（进程结构）：直线型链状，存在分子链支化、交联、互穿网络等2 二级结构：联众单间可旋转，键的空间位置受其键角的限制，可看成由多个链段组成，形态有伸直链、无规线团、折叠连、螺旋链，柔顺性。

聚集态结构（三级结构）：可能呈无规线团构象，也可能排列整齐，呈现伸展链、折叠连及螺旋链等构象，有吃形成非晶态（包括玻璃态、高弹态）、结晶态（包括不同晶型及液晶态）和粘流态等聚集状态。

21.简述高分子材料的分子量及其分子量分布的特点。

分子量有两大特点：一是相对分子质量很高，达几万至几百万；二是具有多分散性。

根据相对分子质量分布因数成分布曲线，还可定义相对分子质量分布的宽度，用以表征其多分散性的程度。

22.什么是高分子的数均和重均分子量，如何计算。

聚合物溶液冰点的下降、沸点的升高、渗透压等，只决定于溶液中大分子的数目，这就是聚合物溶液的依数性。

根据溶液依数性测得的聚合物分子量平均值称为数均分子量。

聚合物溶液的另外一些性质，如对光的散射性、扩散性质等，不但与溶液中大分子的数目有关，还与大分子的尺寸有关。

根据这些性质测得的平均分子量叫重均分子量。

23.什么是聚合物分子的多分散系数及其特点。

聚合物多分散系数d用来表示聚合物分子量分布宽度：更加清晰而细致地表明聚合物分子量的多分散性，便于讨论材料性能与微观结构的关系。

特点：分子量分布窄，d=1的体系称单分散体系；d＞1或偏离1越远的体系，为多分散体系。

24简述高分子材料在生物体内的降解吸收过程。

.降解：最常见的是水解反应，涉及高分子主链的断裂，分子量降低。

包括酶催化水解和非酶催化水解。

通过酶专一性反应降解称为酶降解；而通过与水或体液接触发生水解称为非酶降解。

吸收是高分子材料在体内降解以后，进入生物体的代谢循环而被摄取。

要求高分子应当是正常代谢物或其衍生物通过可水解键连接起来的。

25. 简述聚乙炔为什么能导电。

聚乙炔为共轭聚合物，组成主链的碳原子有四个价电子，其中三个为σ电子（两个与相邻的碳原子连接，一个与氢原子链合），余下的一个价电子π电子与聚合物链所构成的平面相垂直。

由于分子中双键的π电子的非定域性，因此表现出一定的导电性。

26.什么是复合材料的界面，其特点和作用是什么？复合材料中增强体与基体接触构成的界面。

特点：具有一定厚度，在结构和性能上与基体和增强体有明显差别的界面相。

可以是反应产物层、扩散结合层、成分过渡层、残余应力层、涂层或间隙。

作用：传递作用（将外力传递到增强物）、阻断作用（阻止裂纹扩散，分散应力）、保护作用（防腐蚀，保护增强体）27.常见的纤维增强材料有哪几种？玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须（芳纶纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、石英纤维）。

28. 按导电性能，材料可以分为哪几种？（超导体）、导体、半导体、绝缘体29. 按磁学性质，材料可以分为哪几种？顺磁性、抗磁性、铁磁性。

30.简述半导体的能带结构特点，及其与绝缘体的区别。

半导体的能带结构：价带为满带，禁带宽度ΔEg≈0～2 eV绝缘体的能带结构：价带为满带，禁带较宽ΔE g≈3～6 eV31. n型半导体的结构特点是什么？在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。

每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。

32. p型半导体的结构特点是什么？在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。

这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。

由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。

33.什么是本征半导体？本征半导体：是指不含杂质的半导体；通常由于载流子数目有限，导电性能不好。