天津大學材料學院功能材料習題課答案

2021-03-04 09:35:23 字數 3843 閱讀 9479

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第一章1功能高分子材料的特點: ①產量小,產值高,製造工藝複雜

②有與常規聚合物明顯不同的物理化學效能,並具有某些特殊功能

③既可以單獨使用,也可與其它材料復合製成構建,實現結構/功能一體化

一次功能:向材料輸入的資訊能量與從材料輸出的資訊能量屬於同一種形式,即材料僅起能量和資訊傳遞作用時,稱這種功能為一次功能

二次功能:材料輸入和輸出的能量具有不同形式,材料其能量轉化作用,這種功能稱二次功能

2功能材料的分類:①按功能分類:物理功能高分子,化學功能高分子,生物功能和醫用高分子,其它功能高分子

②按性質和功能分類:反應型高分子材料,光敏型高分子材料,電活性高分子材料,膜型高分子材料,吸附性高分子材料,高效能工程材料,醫用高分子材料,其他功能高分子材料

3製備:化學法: ①功能型小分子高分子化②已有通用高分子材料功能化

物理法:①聚合物包埋法

②已有通用高分子材料的功能化的物理方法:小分子高分子共混等

③功能高分子在讀功能化的物理方法

表徵途徑:紅外,x射線衍射,透射電鏡,掃瞄電鏡

第二章1離子交換樹脂功能:離子交換功能,催化功能,吸附功能,脫水功能,脫色功能

應用:水處理,環境保護,海洋資源利用,冶金工業,原子能工業,食品工業,化學合成

2絮凝劑特點:用量少,ph適用範圍廣,受鹽類及環境影響較小,汙泥量少,處理高效,應用廣,天然絮凝劑基本元素,易老化降解,不造成二次汙染

作用原理:①帶電絮凝劑可與帶反電荷的微粒使電荷中和,降低雙電層厚度使碰撞增加

②乙個分散微粒可以同時吸附兩個以上的高分子鏈,在高分子鏈間起吸附架橋

作用,由高分子鏈包覆使微粒變大,加速沉降

③乙個高分子鏈也可同時吸附兩個以上微粒,高分子樂意在多出與微粒結合

一同下降

影響因素:①分子鏈結構的影響②懸浮體系的性質:固體微粒種類、粒徑、電量、含量,介質ph值,溫度③使用方法影響

3高吸水性樹脂吸水機理:因為其具有天然或合成的高分子電解質三維交聯結構,首先由於樹脂中親水基團與水形成氫鍵,產生相互作用,水進入樹脂而使其溶脹,但交聯構成的三維結構又阻止樹脂的溶解,此後,吸水後高分子中電解質形成離子相互排斥而導致分子擴充套件,同時產生的由外向內的濃度差又使得更多的水進入樹脂,是樹脂的三維結構擴充套件,但是交聯結構又阻止其擴充套件繼續,最後擴充套件和阻止擴充套件力達到平衡,水不再進入樹脂內,熱吸附的水也被保持在書之內構成了含有大量水的凝膠狀物質。

吸水能力:與樹脂交聯密度,親水性,電荷密度,離子交聯密度等有關

第三章1緻密膜:又稱密度膜,指孔徑小於1nm的膜,多用於電滲析,反滲透,滲透氣化,氣體分離等領域。

多孔膜:孔徑大於1nm,分為微孔膜和大孔膜,用於混合物水溶液的分離,如滲透、微濾、超濾納濾和親和膜等。

2驅動力:①壓差驅動力:膜兩側施加不同壓力,物質會從高壓一側通過膜進入低壓端

②濃差驅動力:當濃度不同的液體接觸時,溶質會從高濃度區域自發擴散到低濃

度區域,其原因是布朗運動。

電場驅動力:當膜的兩側施加電場時,帶電粒子或分子將受到電場力的驅動向相反電荷的電極移動,並趨於透過膜、

3滲透蒸發製備海水淡化原理:首先海水混合物中的水溶解於上側與混合物接觸的膜表面中,溶解於膜表層的滲透組分以分子擴散形式透過膜,到達膜下側,在膜下側由於滲透作用組分蒸發,離開膜後冷凝**

第四章1摻雜使無機中的概念,指的是在純淨的無機半導體材料中加入商量不同價態的第二組分,改變其半導體中空穴和自由電子的分布狀態,但導電聚合物的摻雜指氧化/還原過程,其實質是電荷轉移

不同點還有:①無機半導體摻雜量極低(萬分之幾),而導電高聚物摻雜量很大,可達50%

無機半導體沒有脫摻雜過程,但是導電聚合物不僅有脫摻雜過程,且大多數摻雜和託摻雜完全可逆

通常聚合物的摻雜方式有化學摻雜和物理摻雜,化學摻雜包括:質子酸摻雜、氣象摻雜、液相摻雜,電化學摻雜等,物理摻雜一般是注入式摻雜

2分類:可分為結構型(本徵型)導電高分子和複合型導電高分子

也可以分為電子導電高分子、離子導電高分子和氧化還原高分子

第二種分類方式的導電載流子分別為聚合物中的自由電子和空穴、正負離子和氧化

還原反應中電子。他們的特徵分別為有大的線性共軛體系、親水性特備好能在一定條件下表現出液體性質、骨架上有可逆的氧化還原活性中心。

3高分子電致發光的機理:在電場力的作用下由正極和負極分別注入載流子(空穴和電子),發生遷移並在高分子內部相遇,復合成單線態激子或者三線態激子,單線態激子通過符合輻射衰減而發射光子,而三線態激子由於能量比單線態激子低得多,其衰減基本為非輻射。

第五章1光導電基本過程:光激發,載流子生成和載流子遷移

光致發光:指的是物體在外界光源照射時獲得正能量,產生激發導致發光的現象。

光致變色:是指在光照射時呈現顏色或者在可見光照射下產生顏色變化,停止光照後又能恢復原來顏色的現象

2光刻膠原理:高分子在光照射下發生化學反應(交聯或者降解)或者其他的結構變化,使溶解效能發生顯著變化,不溶解時樹脂對底材具有抗化學腐蝕的作用

分類:有兩類,正膠和負膠

正膠在光照時發生降解反應使溶解度增加,在顯影過程中被除去,使其覆蓋的部分

在刻蝕過程中被腐蝕掉。

負膠在光照後發生交聯反應,使膠的溶解性下降,在顯影過程中被保留下來,在可是過程中保護氧化層

3光力學現象:光敏性凝膠在光照下,在溶劑中發生溶脹

原理是光照發生時,接在分子鏈上的順反異構化合物順反異構發生變化,集團結構發生變化,實質是光能轉化為機械能。

第六章1奈米效應:材料的尺寸達到奈米尺度時,將具有與巨集觀材料不同的性質。有小尺寸效應,表面效應和巨集觀量子隧道效應三方面。

小尺寸效應使巨集觀物理性質發生變化:如奈米微粒在熔點電磁效能,光學效能等方面表現不同性質

表面效應使材料比表面積公升高,表面粒子處於配位不足狀態,表面能大幅提高

巨集觀量子效應影響顆粒的磁化強度、量子相干器與磁通量以及電荷的隨到相應

2溶膠凝膠法機理:矽(或金屬)烷氧基化合物如si(oc2h5)4 、ti(oc4h9)4 等溶於溶劑中形成均勻的溶液,然後在催化劑(酸或鹼)的作用下和水進行水解和縮聚反應,水解後的羥基化合物繼續發生縮聚反應,通過控制水解條件使之水解逐漸形成無機網路,轉變成凝膠,對凝膠進行乾燥處理,即可制得奈米級的凝膠網路。

提高相容性:①常選用在高分子鏈上帶有羰基或者羥基的聚合物,一般是將聚合物、無機粒子和含功能基團緩和無或無機前驅體配成穩定溶液或溶膠

②還可以在聚合物中引入可與無機粒子形成化學鍵的基團

③將奈米金屬及半導體引入矽膠無機網路中,得到一種三相復合體系

3表徵內容和方法:①化學成分,方法有x射線螢光分析、電子探針微區分析、sem

②奈米顆粒:顆粒度、形貌、分散狀況特性和晶體結構分析。方法有:

xrd、tem、sem、雷射小角散射法

③奈米顆粒表面:方法有掃瞄探針顯微技術、譜分析技術、場離子顯微

鏡技術及熱分析法

第七章1向列型:分子剛性部分之間相互平行排列,僅一維有序,且液晶分子在沿其長軸方向可以相互運動而不影響晶相結構。

近晶型:sa最接近於固體結晶結構,分子剛性部分相互平行排列,並構成垂直於長軸方向的層狀結構,層內分子可以沿著層面相對運動,保持流動性。sc相類似sa相,在結構上的不同之處在於sc相的分子層與層面成同一角度的傾斜排列

膽甾型:分子本身具有不對稱碳原子,本身不具有映象對稱性,長軸與層面平行,在兩相鄰層之間,由於伸出平面外的光學活性基團作用,分子的長軸取向依次旋轉一定角度。

2液晶分子的主要單元:剛性部分和柔性部分。

作用:剛性部分是維持其棒狀或者碟狀的幾何形狀。柔性部分也可用易極化的原子或原子團代替,它使分子間有強的相互作用,具有液態下維持分子的某種有序排列所必須的凝聚力

3溶致型液晶:是由溶劑破壞固態結晶晶格而形成的液晶,或者說聚合物達到一定濃度時形成的,體系中含有兩種或以上的組分,其中一種是溶劑,僅在一定濃度範圍內出現液晶相(有序排列各向異性)

熱致型液晶:由於加熱破壞固態結晶晶格,但保留一定去代後有序性形成液晶,即單組分物質在一定溫度範圍內出現液晶相的物質。

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