材料表面与界面课后思考题 (胡福增)
第一章
1.试述表面张力（表面能）产生的原因。怎样测试液体的表面张力？
（1）原因
液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。
（2）测试
①毛细管上升法
测定原理
将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则γ=1 /2(ρl-ρg)ghrcosθ(1)
(1)式中γ为表面张力, r为毛细管的半径, h为毛细管中液面上升的高度,ρl为测量液体的密度,ρg为气体的密度( 空气和蒸气) , g为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小, 而且θ=0 时, 则上式(1)可简化为γ=1/2ρghr (2）
②Wilhelmy 盘法
测定原理
用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为:
W总-W片=2γlcosφ
式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角。
③悬滴法
测定原理
悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace 公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为
式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O处的静压力。
定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径, ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H=β(de/b)2 则得γ= (ρl-ρg)gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知, 即可求出表(界) 面张力。即可算出作为S的函数的1/H值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表(界)面张力。
④滴体积法
测定原理
当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ实验结果表明, 实际体积小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3), 则更精确的表面张力可以表示为:γ= mg/{2πrf(r/v1/3)}其中m为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子。只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面张力。
⑤最大气泡压力法
测定原理
若在密度为ρ的液体中, 插入一个半径为r的毛细管, 深度为t, 经毛细管吹入一极小的气泡, 其半径恰好与毛细管半径相等。此刻, 气泡内压力最大。根据拉普拉斯公式, 气泡最大压力为
⑥差分最大气泡压力法
测定原理
差分最大气泡压力法原理是:两个同质异径的毛细管插入被测液体中, 气泡从毛细管中通过后到达液体中, 测量两个毛细管中气泡的最大压力p1和p2, 表面张力是压差的函数, 计算公式为
式中Δp 为两毛细管的压差, Δt 为两管插入液面的高度差。
2.弯曲面的附加压力△p与液体表面张力和曲率半径之间存在怎样的关系？若弯曲面为球面、平面又怎样？
3.什么是Young方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？根据Young-Dupre方程，请设计测定固-液界面黏附功的方法。
Young方程：界面化学的基本方程之一。它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv，γSL，γLv与接触角θ之间的关系式，亦称润湿方程，表达式为：γsv-γSL=γLvCOSθ。该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。
关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0.cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好；90°＜θ＜180°，液体不润湿固体；θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。
方法：
4.比较Langmuir单分子层吸附理论和BET多分子层吸附理论的异同，怎样测定材料的比表面积？
（1）异同
Langmuir单分子层吸附理论：P21；BET多分子层吸附理论：P23
（2）测定：气体吸附法。书P25
第二章
1.什么是表面活性剂？表面活性剂的分子结构有什么特点？表面活性剂的浓度对溶液的表面张力有怎样的影响？为什么有这样的影响？
（1）表面活性剂是指能使溶剂表面张力降低，且使表面呈现活性状态的物质。
（2）分子结构是由两种不同性质的基团所组成。一种为非极性亲油基团，另外一种为极性亲水基团，即表面活性剂既具有亲水性又有疏水性，形成一种所谓的“两亲结构”的分子。（3）随着表面活性剂浓度的增加，表面张力而下降，当达到临界浓度时，表面张力就不再发生变化。
（4）表面活性剂其亲水端向水，亲油段相空气，其浓度的上升会使分子聚集在表面，这样，空气和水的接触面减小，表面张力急剧下降，与此同时，水中的表面活性剂也聚集在一起，排列成憎水基向里，亲水基向外的胶束。表面活性剂浓度进一步增加，水溶液表面聚集了足够多的表面活性剂的分子，无间隙地布满在水溶液表面上，形成单分子膜。此时，空气和水完全处于隔绝状态，表面张力趋于平缓。
2.何谓HLB值？HLB值对表面活性剂的选用有何指导意义？
（1）HLB 值是指表面活性剂的亲水性与亲油性的相对大小。
（2）HLB 越大表示该表面活性剂的亲水性越强,HLB 值越低,则亲油性越强.由此,可根据表面活性剂的HLB 值的大小,初步选择我们所需要的活性剂类型.
3.什么是相转移温度？用PIT表示表面活性剂的亲水、亲油性较HLB值有什么优点？（１）相转型温度是指非离子型表面活性剂在低温下可形成水包油(O/W)型乳状液,随着温度升高,溶解度降低,HLB 值下降,使得乳状液从原来的（Ｏ／Ｗ）型转变为油包水型（Ｗ／Ｏ）所对应的温度．又称为亲水-亲油平衡温度．
（２）PIT与HLB都可以反映出亲水亲油性，但是，PIT可以反映出油的种类、水溶液性质、温度和相体积等的影响。同时PIT测定简单、精度高。
4.什么是CMC浓度？试讨论影响CMC的因素。请设计一种实验测定CMC的方法。
（1）CMC 浓度是指随着表面活性剂浓度上升，溶液的表面张力逐渐下降，直至表面张力几乎不变时所发生转折时的浓度。
（2）疏水基的影响、亲水基、温度、添加剂（电解质、有机物）。
（3）测定方法：测定电导率、渗透压、冰点、增溶性、洗净力等物理量发生显著变化的转折点
5.温度对离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂溶解度的影响有什么不同？为什么离子型表面活性剂在K.P点以上溶解度迅速增大，而非离子型表面活性剂溶液在C.P点变成浑浊？
（1）离子型：在足够低的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到一定值后，溶解度会突然增大——Krafft 现象
非离子型：溶解度随温度升高而下降，当温度升高到一定温度时，溶液会突然变浑浊
（2）离子型：表面活性剂以胶束形式溶解
非离子型：温度上升时，氢键被削弱，达到C.P.点时，氢键断裂，表面活性剂从溶液中析出，溶液变得浑浊。
第三章
1.有人将二甲基硅氧烷低聚物接枝到聚苯乙烯大分子链上，发现接枝聚合物的表面张力随接枝率的增高而下降，当接枝率达到一定值后，高聚物的表面张力接近于聚二甲基硅氧烷，试分析其原因。
2.总结固体聚合物表面张力的测试方法。
①温度与表面张力的关系。
②分子量与表面的关系。
③等张比容估算。
④内聚能估算。
⑤测定液体对聚合物的接触角θ
⑥几何平均法、调和平均法计算。
⑦用同系物液体测出其对高聚物的接触角θ以cosθ?σLV作图，求临界表面张力σc。
⑧用一系列测试液测定其对高聚物的接触角θ由式，求出
，用对作图，求的状态方程法。
3.嵌段、接枝、共混对聚合物合金的表面张力有怎样的影响？
4.为什么聚合物与聚合物的相容性较差？如何提高聚合物与聚合物的相容性？
（1）书P86-89
（2）①用接枝、嵌段共聚物作增容剂②在共混组分之间引入特殊相互作用③加入低分子量化合物作增容剂④其它
5.对聚合物进行表面处理的目的是什么？聚烯烃薄膜经电晕处理后表面性能可能发生怎样的变化？
（1）①改变表面化学组成，增加表面能②改善结晶形态和表面的几何性质③清除杂质或脆弱的边界层。
（2）经过电晕处理后，聚合物表面可形成各种的极性基团，改善聚合物的粘接性和润湿性，对油墨的附着力显著改善，表面张力、剥离力明显提高。
6.低温等离子处理对聚合物的表面改性能产生哪些效果？
（1）表面交联：等离子体中高能粒子轰击聚合物表面，产生了大量的自由基，自由基间的相互作用，在表面形成致密的交联结构，同时也形成了大量的不饱和键。（2）极性基团的引入：等离子体表面氧化反应为自由基链反应，氧的介入，可以引入大量的含氧基团，如羧基、羰基、羟基。（3）对润湿性的影响改善表面的润湿性，使聚合物表面张力增大，接触角变小。（4）对粘接性的影响极性基团的引入使其与其它的材料的粘结强度大大增强。（5）其它作用引起聚合物失重、表面形成小坑。裂解产物中分子量较大的降解聚合物，与未降解的相比，分子量较低，其玻璃化温度和粘度较低，因此可以通过界面的流动性和相互的扩散改善可粘结性。
7.聚合物表面接枝有哪些方法？其原理各是什么？
（1）表面接枝聚合大分子偶合添加接枝共聚物
（2）表面接枝聚合：在光、辐射线、紫外线、等离子体使聚合物表面产生活性种，引发乙烯基单体自由基聚合，进行表面接枝。
大分子偶合：聚合物表面产生反应性活性基团，使之与带有反应基团的大分子反应偶合，实现其表面接枝。
添加接枝共聚物在欲改性的高聚物中添加有界面活化性能的共聚物成型，共聚物亲基材段嵌入到基材内部，留下接枝段在基质聚合物的表面上，达到表面改性的目的。
第四章
1.简述无机固体的理想表面、清洁表面和真实表面。
理想表面是将一块晶体沿某晶面切开，而不改变切开面附近原子的位置和电子的密度分开，所形成的表面称为“理想表面”,理想表面在自然界是不存在的。假设除了确定一套边界条件外，系统不发生任何变化，即半无限晶体中的原子位置和电子密度都和原来的无限晶体一样，这种理想的表面实际上不可能存在。
清洁表面是指表面经过特殊处理后，保持在10－9~10－10 超高真空下的状态。特殊处理的方法很多，有离子轰击和退火热处理，解理，热蚀，外延，场效应蒸发等，其中离子轰击加退火热处理是目前最普遍采用的方法。
实际表面是指经过研磨，抛光处理后的状态。在电子显微镜下观察，其表面都是相当不平整的，表面除出现明显的起伏，还可能伴有裂纹和空洞。表面的不平整性，对光刻，细微加工，磁记录，电位器噪声都有很大的影响，而且与材料的润湿，摩擦，抗蚀等也密切相关。
2.叙述固体表面的弛豫现象、表面弛豫与无极超细粉体性能之间的关系。
弛豫是指表面区原子或离子间的距离偏离体内的晶格常数，但晶胞结构基本不变。离子晶体的主要作用力是库仑静电力，是一种长程作用，因此表面容易发生弛豫，弛豫的结果产生表面电矩。例如NaCl 晶体的弛豫，在表面处离子排列发生中断，体积大的负离子间的排斥作用，使Cl－向外移动，体积小的Na+则被拉向内部，同时负离子易被极化，屏蔽正离子电场外露外移，结果原处于同一层Na+和Cl－分成相距为0.026nm的两个亚层，但晶胞结构基本没有变化，形成了弛豫。弛豫主要发生在垂直表面方向，又称为纵向弛豫，弛豫时的晶格常数变化将取决于材料的特征和晶向。弛豫不仅于表面一层，而且会延伸到一定范围，例如NaCl(100)面的离子极化是发生在距表面5 层的范围。许多金属氧化物的表面都容易发生弛豫，并使表面带负电，产生表面电矩。
当金属氧化物以粉体形式存在时，颗粒尺寸为亚微米极超细粉，则表面非常大，弛豫产生的表面电矩使粉体难以紧密接触，给成型工艺带来困难。对于大多数粉体来说，表面原子都有不同程度的弛豫，V 族元素原子向外移动，Ⅲ族元素原子向内移动，弛豫使键能发生旋转，并对表面态产生影响。
3.何谓多晶的晶界？晶界的结构特征如何？
（1）晶界是晶粒之间界面的简称，亦称晶粒间界，是固体材料界面的一种特殊情况。由于实际应用的材料多数为多晶体，境界问题对于材料研究便具有了极大的普遍性。就其本意而言，晶界是同材质同结构不同取向的晶粒之间的界面，这就使得其处理比相界面大大简化。在这种简化处理得到的模型的基础上，再推广到一般的相界上，就容易多了。而实际的晶界远比上述设想复杂。材料本身经常就是多相的，而且在晶界上还会有各种杂质相析出，这就使得晶界不再是同种材料之间的界面，而成为多相界面。
（2）有二种不同的分类方法，一种简单地按两个晶粒之间夹角的大小来分类。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相邻两个晶粒的原子排列铝合的角度很小，约2`～3`。两个晶粒间晶界由完全配合部分与失配部分组成。界面处质点排列着一系列棱位。当一颗晶粒绕垂直晶粒界面的轴旋转微小角度，也能形成由螺旋位错构成的扭转小角度晶界。大角度晶界在多晶体中占多数，这时晶界上质点的排列已接近无序状态。另一种分类是根据晶界两边原子排列的连贯性来划分的。当界面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向，越过界面原子面是连续的。这样的界面称为共格晶界。
4.影响晶界电荷的因素有哪些？
书P122-123
5.讨论晶界应力与材料的物理性能的关系。
书P120-122
6.何谓晶界偏析？举例说明晶界偏析对PTC陶瓷性能的影响。
（1）晶界附近的组分与晶粒内部不同。产生的原因：第一是晶粒内部总是存在或多或少的杂质离予，但是环绕杂质的弹性应变场较强，而晶界区由于开放结构及弱弹性应变场，因此在适当的高温下下杂质将从晶粒内向晶界扩散而导效偏析以降低应变能。第二是晶界上电荷随温度下降而增加，因此在降温过程中也会引起杂质的偏析。例如MgO 饱和的A1203 中，晶界电荷符号为正，引起化合价比Al3+低的Mg2+的偏析，以降低静电势。第三是固溶界限，当温度降低时，溶质在晶格中的固溶度降低，偏析量也随之增加，一般氧化物固溶体中的固溶热(固溶时所需能量)都较大，固溶界限就较低，易引起溶质偏析。
（2）BaTiO3 陶瓷是否具有PTC 效应，完全是由其晶粒和晶界的电性能决定，没有晶界的单晶是不具有PTC 效应。晶粒和晶界都充分半导化及晶粒半导化而晶界或边界层充分绝缘化的BaTiO3 陶瓷都不具有PTC 效应，而只有晶粒充分半导化，晶界适当绝缘化的BaTiO3 陶瓷才具有显著的PTC 效应。一般是通过掺杂制备PTC 陶瓷，Mn 对PTC 效应的影响最为显著。Mn 离子提高PTC 效应是在晶界层的偏析。对Mn，Nb 共掺杂的BaTiO3 陶瓷进行观察，发现Mn 在晶界处的偏析行为。
7.试叙述表面组成与实际组成（内部）组成差异的原因。
玻璃表面的化学组成与玻璃主体的化学组成有一定的差异，即沿着玻璃表面的垂直方向的个组成含量不是恒值，也就是说组成随深度变化而变化。
造成玻璃表面与主体组成上的差异，主要有熔制、成形、热加工以及玻璃表面受大气、水和其他溶液侵蚀等不同原因造成的。在熔制、成形和热加工过程中，由于高温时一些组成的挥发，或各组分对表面能的贡献大小不同，而造成表面中某些成分的富集，某些成分的减少。当玻璃处在粘滞状态下，使表面能减少的组分，就会富集到玻璃表面，以使玻璃表面能尽可能低；相反，赋予表面能高的组分，就会迁离玻璃表面内部移动，所以这些组分在表面比较少。常用的玻璃成分中的Na+、B3+是容易挥发的。Lyon 认为Na+在成形温度范围内，Na+自表面向周围介质挥发的速度大于Na+从玻璃内部向表面迁移的速度。故用拉制法或吹制法成形玻璃的表面还是少碱的。他认为只有在退火温度下，Na+从内部迁移到表面的速度大于Na+从表面挥发的速度。但实际生产中，退火时对迁移到表面的高Na+层与炉气中的SO2 结合生成Na2SO4 白霜。而这层白霜和容易洗去，结果表面层还是少碱。
8.试叙述玻璃表面结构与玻璃力学性质的关系。
玻璃的实际强度要比理论强度低几个数量级，这是因为实际玻璃存在着微观和宏观缺陷，特别是表面微裂纹，使实际强度大大降低。
Weyl 的玻璃亚表面理论解释了玻璃理论强度大大小于实际强度。假设了玻璃表面亚表面层厚度为胶体粒子大小，不完全对称，配位不全，有缺陷。特点为：几何表面熵值最高，向内部成梯度降低；原子或质点表面不对称，缺陷多，空隙大，成为微多孔性；表面的无序高于内部；表面易析晶。
9.试叙述玻璃表面结构和组成与化学稳定性之间的关系。
书P128-133
第五章
1.为什么说界面对复合材料的性能起着重要的作用？
（1）复合材料界面包含着两相之间的过渡区域的三维界面相，界面相内的化学组分、分子排列、热性能、力学性能等呈连续性变化。
（2）复合材料的性能并非组分材料的性能简单加和，而是产生了1+1〉2的协同效应。（3）两相复合过程中，会出现热应力（导热系数、膨胀系数的不同）、界面化学效应（官能团之间的作用或反应）和界面结晶效应（成核诱发结晶、横晶）。这些效应引起的界面微观结构和性能特征，对复合材料的性能产生直接的影响。
2.什么是偶联剂？说明硅烷偶联剂对玻璃纤维增强塑料的作用机理。用偶联剂进行表面处理有哪些方法？
（1）偶联剂是分子含有两种不同性质基团的化合物，其中一种基团可与增强材料发生物理或化学作用，另一种基团可与基体发生物理或化学作用。
（2）①X 基团的水解，形成硅醇；②硅醇的羟基之间以及硅醇的羟基与玻璃纤维表面的羟基形成氢键；③硅羟基间脱水形成硅氧键。
3.举例说明高性能纤维的表面处理方法，怎样表征纤维处理后表面结构与性能的变化？
书P186
4.什么是化学键理论？化学键理论有什么缺陷？举例说明化学键理论在碳纤维表面处理中的应用。
（1）化学键理论认为两相之间实现有效的粘接，两相的表面应含有能相互发生化学反应的活性基团，通过官能团的反应以化学键合形成界面。若两相不能进行化学反应，也通过偶联剂的媒介作用以化学键相互结合。
（2）缺陷：不能解释以下现象①有些偶联剂不含有与基体树脂起反应的活性基团，却有很好的处理效果。②偶联剂在增强纤维表面有多层结构而并非由化学键理论推导的单层结构，③基体树脂固化，热应力松弛效应。
（3）应用：在表面氧化或等离子、辐射等处理过程中，纤维表面产生了羧基、羟基等含氧活性基团，提高了与环氧等基体树脂的反应能力，使界面形成了化学键，大大提高了粘接强度。
第六章
1.聚丙烯经马来酸酐接枝前后其表面对水的侵润性发生怎样的变化？如何证明其侵润性的变化？
2．甲基丙烯酸缩水甘油醚（GMA）是一种含有碳碳双键和环氧基的双官能团化合物，如何将其接枝到聚丙烯的分子侧链上？请设计一种证明GMA是否接枝到聚丙烯上的方法。
3.增强纤维经低温等离子或辐照处理表面会产生自由基，处理后纤维在放置过程中表面活性会逐渐衰减。如何实验证明自由基的产生和衰减？
4.界面结合强度是否越强越好？为什么？
5.复合材料界面力学性能表征有哪些方法？用单丝模型和宏观力学性能测试复合材料的界面力学性能各有什么优缺点？
（1）复合材料界面力学性能标准可归纳为两大类：一是常规材料力学实验法如短梁弯曲、
层间剪切。二是单丝模型法如单丝拔脱实验法断片实验法界面粘接能测试。
（2）单丝模型法：即用单纤维埋在基体中制样，考察外力作用下的界面破坏过程。
优点：排除了其它非主要的因素的干扰，直接研究纤维与基体的界面。
缺点：试验材料与实际材料性能相差较远。
宏观力学性能测试：
优点：方法简单易行，试验材料性能与实际材料性能很接近。
缺点：材料在常规宏观力学性能测试中的破坏不完全是界面破坏过程，而是多种破坏因素综合结果，不利于研究界面的微观破坏过程。
第七章
1.简述生物材料的定义及其发展现状。
（1）生物材料也称为生物医用材料，是一种能对机体的细胞、组织和器官进行诊断、治疗、替代、修复、诱导再生或增进其功能的材料。狭义上讲，生物材料只包括长期与生物体相接触的或植入生物体内起某种生物功能的天然或人工合成材料；广义上讲，生物材料还包括用于医学治疗方面的生物材料，如医学诊断试剂、药物释放材料、一次性临床使用材料及其与之相关的各种原材料等。
（2）①惰性生物材料阶段：惰性生物材料是指对人体组织化学惰性，其物理机械和功能特性与组织匹配，使材料在应用过程中不致产生不利于功能发挥和对其它组织影响的反应，特别是与组织接触或短时间不产生炎症或凝血现象，无急性毒性或刺激反应，一般无补体激活产生的免疫反应的一类功能材料。这类材料的应用基于对材料本身性能的全面了解，是人类最早、最广泛应用的生物材料。
②生物材料生物化阶段：随着材料科学、医学的发展，以及先进仪器设备的发明，带动了生物材料的发展。集中表现在发现新型生物材料，以及更多关注惰性生物材料所制成的人工器官和医疗器械在使用过程中与组织或血液产生的界面反应，也即材料在使用过程中逐渐生物化。
③组织工程支架材料阶段：材料生物化毕竟不能改变材料的基本结构，这为材料的长期使用留下隐患，同时器官(尤其是组织)是一个复杂的系统，不可能用单一无活性的材料来模仿其全部或大部分功能。因此在器官(或组织)供体来源非常有限的情况下，如何在体外培养出正常的组织供手术使用，是医学界和生物医学工程学界追求的目标之一。组织工程的出现和发展为这一目标的实现提供了可能。
2.简述材料的生物相容性及其主要影响因素。
（1）定义
材料在特定的环境中引起恰当的宿主反应的能力。
（2）影响因素
①材料因素：本体化学、表面化学、表面粗糙度、表面能、表面电荷、化学稳定性、降解产物的化学特性、降解产物的物理特性；
②装置因素：大小、形状、弹性模量/刚性；
③宿主因素：种类、组织类型及位置、年龄、性别、健康状况、给药状态；
④系统因素：操作技术、植入组织附件、感染。
3.什么是组织工程和细胞外基质？
（1）组织工程是近十年发展起来的一门新兴学科，它是应用生命科学和工程的原理与方法，研究、开发用于修复、增进或改善人体各种组织或器官损伤后功能和形态的新学科，作为生
物医学工程的一个重要分支，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑。
（2）细胞外基质(extracellular matrixc,ECM),是由动物细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子, 主要是一些多糖和蛋白, 或蛋白聚糖。这些物质构成复杂的网架结构，支持并连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。细胞外基质是动物组织的一部分, 不属于任何细胞。它决定结缔组织的特性，对于一些动物组织的细胞具有重要作用。
4.蛋白质在材料表面的吸附取决于哪些影响因素？
材料的表面性能、蛋白质性能及蛋白质与表面作用的效率。
5.为何细胞在材料表面的黏附对组织再生以及植入物的修复效果起着关键作用？
细胞外基质ECM是细胞发挥功能的环境，细胞指导ECM的合成，ECM提供细胞所需的力学和化学信息，但细胞必须与ECM黏附，才能进行迁移、分化的增殖。细胞和ECM之间的黏附以各种方式影响着细胞的功能发挥。细胞一旦与ECM黏附就会产生应答，其应答反应取决于细胞类型、ECM的组成结构及瞬时状态。其应答方式有改变细胞自身形状、迁移、增殖、分化甚至修正活性等。粘附细胞的ECM不仅保持组成结构，还利用细胞表面受体将结构化配体、信号肽、蛋白酶及其抑制剂的信息传导至所黏附细胞的内部。ECM还充当生长因子和细胞因子的储存库，在适当的时候释放出来，向邻近的细胞提供这些因子。
6.生物材料表界面的表征主要有哪些方法？简述之。
接触角分析、福利叶变换红外光谱（FTIR）、X射线电子谱、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等。具体见书P256-260
7.细胞与材料表面之间的相互作用主要有哪些？简述之。
（1）细胞黏附：细胞在生物材料表面的黏附是材料生物医学应用的关键，也是诱发组织整合及组织重建的基础。细胞的增殖直接跟与之接触的材料表面的生物特异性密切相关，基材的表面能量是影响哺乳动物细胞黏附的重要因素。
（2）蛋白质吸附：是细胞与生物材料表面相互作用的中介，细胞在材料表面黏附受材料表面吸附的蛋白质控制。
（3）细胞识别：是生物体的一种自我保护，也是机体产生移植排斥的根本原因。
8.细胞与材料表面之间相互作用的影响因素主要有哪些？
（1）表面化学性能
（2）表面蛋白吸附能力
（3）表面自由能
（4）表面亲疏水能力
（5）表面电荷性能
（6）表面生物活性
（7）表面拓扑结构
具体见书P262-264
9.生物材料的表面修饰主要有哪些方法？简述之。
（1）表面固定蛋白对生物材料进行表面修饰
（2）表面固定氨基酸及其衍生物对生物材料进行表面修饰
（3）表面固定多肽对生物材料进行表面修饰
（4）表面固定细胞生长因子对生物材料进行表面修饰
（5）表面固定酶类对生物材料进行表面修饰
（6）利用微模型技术对生物材料进行表面修饰
（7）人工骨和人工关节表面修饰
具体见书P265-270
10.生物材料表面的拓扑结构对细胞黏附有何影响？
人工ECM的拓扑结构会改变细胞表面的应力分布，从而改变细胞的形态。研究表明，不管是材料表面吸附蛋白质还是整联蛋白调节细胞的黏连，细胞的形态都是控制细胞生长和凋亡的重要因素。同时，人工ECM的拓扑结构还能影响细胞的定向、迁移及细胞骨架的排列能力。进一步研究显示，细胞在细微构型或特意设计的拓扑结构上的生长良好，从而更加证明了人工ECM表面拓扑结构对细胞生长的作用。而细胞的表型在一定程度上也依赖于人工ECM 与细胞核结构间的相互作用。
第八章
1.纳米材料的表界面有哪些基本特征？试举例说明与普通材料相比的不同之处。
2.纳米粒子的成核生成过程有什么特征？如何用表面化学手段控制纳米粒子的形态？
3.纳米粒子的稳定性取决于哪些因素？谈谈提高纳米粒子稳定性的主要方法。
（1）①纳米粒子周围的双电层②胶体粒子电子转移动力学③胶体成核和纳米离子稳定性（不确定）
（2）书P285-289
4.什么是粒子表面的纳米工程？主要有哪些方面？
(1)书P289
(2)a.聚合物涂层
①通过聚合过程表面修饰
②自组装的聚合物层
b.无机和复合物的涂层
①沉淀和表面反应
②纳米粒子的控制组装
c.生物大分子层
5.简述如何用粒子表面的纳米工程技术构筑有机/有机、有机/无机和无机/无机核壳粒子。试述它们在材料领域中的应用。
6.简述自组装的定义。
所谓自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关
联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。
7.纳米结构的半导体薄膜有哪些制备方法？试比较各自的优、缺点。
（1）由胶态悬浮体制备薄膜
（2）化学溶液沉积方法
（3）电化学沉积方法
（4）自组装层
优缺点见书301-305
8.什么是电致变色和光致变色效应？从材料结构角度，讨论提高电致变色和光致变色效应的措施。
（1）①电致变色：电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。②光致变色：光致变色是指一个化合物A，在适当波长的光辐照下，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物B，由于结构的改变导致其吸收光谱（颜色）发生明显的变化, 而在另一波长的光照射或热的作用下，产物B又能恢复到原来的形式。如下式所示：
（2）书P305-308
9.简述光电流产生的原理和光催化机理，结合实例阐述选用纳米结构材料的优势和作用机理。
（1）①光电流：金属物体在光的照射下发射电子，使金属带正电的现象叫光电效应。发射出的电子叫光电子。很多光电子形成的电流叫光电流。要金属发射电子的条件是：入射光的频率必须大于金属的极限频率。当有光电子发出后，光电流的强度跟入射光强度成正比。
②光催化机理：光催化是通过光触媒起作用的反应。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用。
使用TiO2作为光催化剂，完成光催化过程共含7个可能的步骤：由光子形成荷电体；荷电体重新结合释放热；由一个夹带空穴引起的氧化途径的发生；由一个导带电子引起的还原途径的发生；进一步的热和光催化反应，产生矿物化产品；在悬挂的表面间捕捉一个导带电子产生Ti3+；在表面的钛团簇上捕捉一个价带空穴。
（2）书P311-312
10.什么是光敏化？光敏化半导体薄膜有何潜在的应用价值？
（1）有些物质不能直接吸收某种波长的光，即对光不敏感，但若在体系中加入另外一种物质，该物质能吸收这种光辐射，并把光的能量传递给反应物，使反应物能够发生化学反应。所加入的这种物质就称为光敏剂，这样的反应称为光敏化反应。利用光敏化，即将光活性化合物化学吸附或物理吸附于纳米半导体表面，可扩大激发波长范围，达到在可见光区的光谱响应范围，从而能增加光催化反应的效率。
（2）书P313-315
最新环境材料学期末复习题及参考答案
最新环境材料学期末复习题及参考答案第一章绪论 1、专业词汇： 最新环境材料学期末复习题及参考答案 材料流Materials Flow 物质流Mass Flow 生命周期评价Life Cycle Assessment/LCA 目标与范围确定goal and scope definition 清单分析inventory analysis 影响评价impact assessment 结果解释life cycle interpretation 生态设计Eco-design/ED 清洁生产Zero Waste Processing 2、最新环境材料学期末复习题及参考答案 （1）定义：生态环境材料是一种具有与环境协调的特殊功能材料，是指在设计、制造、加工、使用以及再生过程中均考虑到资源、环境、生态等因素，具有最低环境负荷、最大使用功能、或者是能够改善环境的人类所需材料.既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料. （2）特点： ?先进性：能为人类开拓更广阔的活动范围和环境，发挥其优异性能.在发展新材料、新技术体系时，既要考虑到技术环境负担的大小，材料本身对环境的污染程度，又要顾及材料使用时的传统性能（材料的先进性），在要求优异的使用性能这一点上，新材料与传统材料是相同的. ?环境协调性（优先争取的目标）：使人类的活动范围同外部环境协调，减轻地球环境的负担，使枯竭性资源完全循环利用.在材料的生产环节中资源和能源的消耗少，工艺流程中采用减少温室效应气体的技术，废弃后易于再生循环.材料及技术本身要具备环境协调性，这是区别于传统材料观念而增加的概念. ?舒适性：使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适，人们很乐于接受和使用. 3、从手段、目标和要求角度阐述环境材料的研究内容 4、从基础研究、应用研究和评价系统层次阐述环境材料的具体研究内容 （1）基础研究：材料的开发、应用、再生过程与生态环境相互作用和相互制约的关系的理论研究. a. 人类的材料需求活动引起的生态环境的变化及规律； b. 环境恶化对人类生存所需材料的质量和数量的影响； c. 与环境协调并适应环境发展的材料开发、应用和再生理论； d. 低环境负担的合金理论，无机材料理论和高分子材料理论； e. 可循环性的材料自分解和分离理论； f. 材料再生循环难易程度的热力学和动力学
表面与界面习题
表面与界面习题
Chapter 1 1、表面与界面的定义。 1)表面：固体与真空的界面； 2)界面：相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 2、叙述表面与本体的不同点。 表面与本体：结构、化学组成、性质都存在不同。材料与外界的相互作用是通过表面来进行的。因此，表面具有特殊性，它的性质将直接影响材料的整体性质。材料的性质虽然与组成的本体有关，但其表面对性能的影响却占很大的比重。因为，不少性能是通过表面来实现的，如表面硬度、表面电导，同时，材料某些性能将通过表面受到外界环境的影响。 3、什么叫相界面？有哪几类？ 1)相界面：相邻相之间的交界面成为相界面。 2)分为3类：固相与固相的界面，固相与气相的界面，固相与液相的界面。 4、材料表面与界面的表征手段有哪些？ 材料表面与界面的表征主要通过对比表面积、表面张力（表面能）等测定来实现 1）比表面积
同,表面由此产生表面张力。 6、单位体积的物体所具有的表面积称为比表面，请得 出下列结果： (1)半径为r 的球形颗粒，其比表面为： (2)质量为m ，密度为ρ的球形颗粒的比表面： (3) 边长为L 的立方体的比表面为： (4) 质量为m ，密度为ρ的立方体的比表面为： 7.水蒸气迅速冷却至25℃会发生过饱和现象。已知25℃时水的表面张力为71.49×10－3 N/m ，当过饱和水的蒸气压为正常平衡蒸气压的4倍时，求： （1）在此过饱和情况下，开始形成液滴的半径； （2）一滴此种水滴中含有多少个水分子？ 8.在20℃下，若水的密度为ρ＝998.2kg/m 3,表面张力为72.8Х10-3N/m ，若水滴半径为10-6cm ，求水的过饱和度。 r M 2r V 2P P ln RT 0ρσ=σ=
材料表面与界面_习题含答案
第一章 1、什么是Young 方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？ 答：Young 方程：界面化学的基本方程之一。它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv，γSL ，γLv 与接触角θ之间的关系式，亦称润湿方程，表达式为： γsv -γSL =γLv COSθ。该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。 关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0.cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好；90°＜θ＜180°，液体不润湿固体；θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。 2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，试气温骤降至293K ，水气的过饱和度（P/Ps ）达4，已知在293K 时，水的表面能力为0.07288N/m ，密度为997kg/m 3，试计算： （1）在此时开始形成雨滴的半径。 （2）每一雨滴中所含水的分子数。 答：（1）根据Kelvin 公式有 开始形成的雨滴半径为： 将数据代入得： '2ln 0R RT M P P ργ=0ln 2'p p RT M R ργ=
（2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M=rV/M ，得 个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=???????===-A A N M R N M V N ρπρ 3、在293k 时，把半径为1.0mm 的水滴分散成半径为1.0μm 的小水滴，试计算（已知293K 时水的表面Gibbs 自由为0.07288J .m -2）（1）表面积是原来的多少倍？（2）表面Gibbs 自由能增加了多少？（9分） 答：（1）设大水滴的表面积为A 1，小水滴的总表面积为A 2，则小水滴数位N ，大 水滴半径为r 1,小水滴半径为r 2。 212 21244r r N A A ππ= 又因为将大水滴分散成N 小水滴，则 32313434r N r ππ= 推出 321???? ??=r r N =93100.1mm 0.1=??? ??um 故有 ()()10000.140.141022 912=???=mm um A A ππ 即表面积是原来的1000倍。 （2）表面Gibbs 自由能的增加量为 ()()212212421r Nr r A A dAs G A A -=-==??πγγ =4*3.142*0.07288*[109*（10-6）2-（10-3）2] m R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-?=?????=
材料表界面范围
第一章绪论 名词解释：表、界面；物理表面 表界面是指由一个相到另一个相的过渡区域。 物理表面：三维规整点阵到体外空间之间的过渡区域；厚度随材料种类而异，从一个到多 个原子层不等。 基本知识点： 1、表、界面现象的研究对象通常为具有多相性的不均匀体系，即体系中一般存在两个或两个以上不同性能的相。 2、表界面指相与相之间的过渡区域，因此表界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度变化。 3、按照扩散的微观机制可将表面扩散分为两类：自扩散和互扩散。 4、固体中的扩散是通过原子的随机运动进行的，因此扩散的前提是有可供原子运动的空间。 5、扩散过程的微观机制是缺陷的运动。 6、晶界迁移是重要的界面扩散传质现象，可由不同的驱动力引起；晶界迁移的特点与处于一定能量状态的晶界原子结构特点密切相关，其过程的本质是晶界能量的下降。 公式： 第二章液体界面 名词解释：表面张力：液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力表面 自由能：广义，保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义，保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能。 特劳贝(Traube)规则；在同系物溶液中，欲使表面张力降低得一般多，所需溶液浓度因分子中每增加一个亚甲基-ch2-而减少为原来的三分之一。 基本知识点： 1、表面张力本质上是由分子间相互作用力，即范德瓦尔斯力产生的； 2、表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力不平衡引起的； 3、处在液体表面层的分子与其内部分子所受力场相同（错）； 4、气液界面的分子净受到指向液体内部的引力，该引力主要是范德华力；（对） 5、由于系统的能量越低越稳定，所以液体表面有自动收缩的能力；（对） 6、表面弯曲的液体在表面张力的作用下，表面上承受着附加压力，且方向总是指向液体内部；（错） 7、跨过平液面不存在压差；（对） 8、毛细管法测液体表面张力时，要求毛细管被所测液体完全浸润。（错） 9、Kelvin公式表明：液滴的半径越小，其蒸汽压越大；气泡的半径越小，其蒸汽压越小。 10、利用毛细管法测液体表面张力时，当毛细血管浸在液体中，若液体能浸润管壁，则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形；若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面。 11、跨过一个平表面不存在压力差，而跨过曲面必然存在压力差。（对） 12、弯曲表面，△P与表面张力成正比，而与曲率半径成反比；（错） 13、人工降雨利用凸液面饱和蒸气压大于平液面蒸气压的原理，向云层提供凝结中心达到降雨目的；（对） 简答题： 1、应用Kelvin公式解释以下现象：①人工降雨；②过热液体；③过饱和溶液。 根据公式： （1）当空气中的水蒸气凝结时，首先形成非常小的液核，在液核存在的基础上继而长大形成大的液滴，从而发生水蒸气的凝结。初始形成的液核半径非常小，对应的饱和蒸气压远
环境材料学课后思考题教程文件
环境材料学课后思考 题
1 用自己的理解给出生态环境材料的定义。 答：生态环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能，并在其制备、使 用及废弃过程中对资源和能源消耗较少，对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。 1 你认为那些材料属于生态环境材料？举例说明。（举例之后还要简要说明一下） 答：比如：生态水泥、环保建材、降解树脂、环境工程材料 天然资源环境材料、电磁波防护类材料、电子功能材料领域的毒害元素替代材料 2 试用物质不灭和能量守恒的理论来说明材料与资源、环境的关系 答：众所周知，材料的生产往往要消耗大量的资源。当生产效率一定时，除有效产品外，大量的废弃物被排放到环境中去，造成了环境的污染。因此对材料的生产和使用而言，资源消耗是源头，环境污染是末尾。也就是说，材料的生产和使用与资源和环境有密不可分的关系。 2 图2-1是一个典型的开环工业生产链，从环保的角度看，若能实现闭环的工业生产链，可明显减少废弃物排放。请选择一个你感兴趣的产品设计一个闭环生产流程。 资能源资能源资能源
铁矿铁水钢胚成品（热轧钢板等）使用废弃污染物污染物污染物 4 选择一个你所熟悉的材料产品或过程，用物质流方法进行资源效率分析，并就如何提高资源效率提出具体的技术措施。 答：钢铁的资源效率高达10.4%，就是生产1t纯金属材料所消耗的原材料将近12t。具体技术措施：1）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入废钢，可提高流程铁资源效率；2）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入铁矿石等自然铁资源，可提高该流程铁资源效率。3）通过提高电炉钢比，提高铁资源效率。 5 根据你对可持续发展的理解，考虑如何实现（1）金属材料，（2）高分子材料，（3）无机非金属材料（选一种）的可持续发展，并提出几项可具体实施的技术措施。 金属材料：利用微生物冶金；代替含稀缺合金元素的新型合金材料和不含毒害元素的材料，以及废弃物无害资源化转化技术；少合金化与通用合金，形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再生利用。高分子材料：1）建立必要的法规，加强全民的环保意识；2）回收塑料，变废为宝：燃烧废旧塑料利用热能，热分解提取化工原料和改进操作技术、设备3）发展环境友好高分子：可降解塑料的开发和合成，采用生物发酵的方法合成的生物高分子。
材料表面与界面复习题
第一章 1.试述表面张力（表面能）产生的原因。怎样测试液体的表面张力？ （1）原因 液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。 （2）测试 ①毛细管上升法 测定原理 将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则γ=1 /2(ρl-ρg)ghrcosθ(1) (1)式中γ为表面张力, r为毛细管的半径, h为毛细管中液面上升的高度,ρl为测量液体的密度,ρg为气体的密度( 空气和蒸气) , g为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小, 而且θ=0 时, 则上式(1)可简化为γ=1/2ρghr (2） ②Wilhelmy 盘法 测定原理 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为: W总-W片=2γlcosφ 式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角。 ③悬滴法 测定原理 悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace 公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为 式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O处的静压力。 定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径, ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H=β(de/b)2 则得γ= (ρl-ρg)gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知, 即可求出表(界) 面张力。即可算出作为S的函数的1/H值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表(界)面张力。 ④滴体积法 测定原理 当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ实验结果表明, 实际体积小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3), 则更精确的表面张力可以表示为:γ= mg/{2πrf(r/v1/3)}其中m为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子。只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面张力。 ⑤最大气泡压力法 测定原理
(完整word版)环境材料学课后习题第1-5章
第一章 1-1 用自己的理解给出环境材料的定义 环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能，并在其制备、使用及废弃过程中对资源和能源消耗少，对环境影响小且再生利用率高的一类材料。 1-2 从人类的历史进程分析一下材料科学与技术的发展，找出材料与环境的关系。 在人类历史上，有许多时代都是以材料的发展来命名的，如远古时期的石器时代、青铜器时代和铁器时代、现代的高分子时代，都是由于材料科学和技术的发展而推动了历史车轮的前进。同时就材料科学与技术本身的发展来看，也是随着历史发展的需要而诞生的，如20世纪60年代的半导体材料、20世纪70年代的能源材料、20世纪80年代的信息材料以及20世纪90年代的环境材料，他们都是应时代的要求、社会的需要而产生和发展起来的。 1-3 你认为哪些材料可以属于环境材料？试从你身边找出一些环境材料的例子。 冰箱内的全无氟制冷剂、可降解塑料、可食用包装袋、无溶剂涂料、生态水泥、环保建材、降解树脂、环境工程材料、天然资源环境材料、电磁波防护类材料、电子功能材料领域的毒害元素替代材料 1-4 用自己的理解分析一下，环境材料的研究内容应该包括哪几部分。 包括材料的环境影响评价、生态设计及清洁生产、废弃物再生循环利用、环境材料关键技术、环境功能材料、环境友好材料、环境工程材料。 1-5 结合自己的体会，分析一下环境材料的未来发展趋势。 1. 材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能，各种环境材料及绿色产品的开发将成为材料产业发展的一个主导方向。 2. 环境治理材料仍然是环境工程材料的主要研究内容，更高的性能、更长的寿命以及更低的成本成为新型环境治理材料必须具备的性质，环境修复替代材料和废弃物的自资源化研究也将成为环境工程产业的另一大热门。 3. 大力推广环境友好型的材料设计和制备工艺，开发环境友好型的新材料及绿色材料制品。 4. 功能化、智能化的环境功能材料在技术进步的带动下正渐渐走下“高端”的神坛，更好的耐久性能和经济性能将成为环境功能材料研究的主攻方向。 1-6 环境材料是材料和环境两大学科之间的一个交叉学科。考虑如何从交叉学科这个角度去发展环境材料。 环境材料作为跨材料和环境两大领域的一门新兴交叉学科，在保持资源平衡。能量平衡和环境平衡，实现社会和经济的可持续发展等方面产生着积极的作用。将环境性能融入21世纪所有的新材料开发，完善材料环境负担性评价的理论体系，开发各种环境相容性新材料及绿色产品，研究降低材料环境负担性的新工艺、新技术和新方法，也将成为21世纪材料科学与技术发展的一个主导方向。
材料表面与界面名词解释和简
材料表面与界面 1、材料表界面对材料整体性能具有决定性影响，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、粘结、化学反应、复合等等，无不与材料的表界面密切有关。 2、应用领域：a. 航空和航天器件； b.民用;c.特种表面与界面功能材料； d.界面是复合材料的重要特征。 3、隐形涂料：这种涂料含有大量的铁氧体粉末材料，依靠其自身自由电子的重 排来消耗雷达波的能量。 4、表面与界面概念：常把从凝聚相（固相、液体）过渡到真空的区域称为表面; 从一个相到另一个相之间的区域称为界面. 5、表界面尺寸：可以是一个原子层或多个原子层，其厚度随材料的种类不同而 不同。 6、在物质的气、液、固三态中，除了两种气体混合能完全分散均匀而不能形成 界面外，三种相态的组合可构成五种界面：液－气，液－液，固－气，固－液，固－固。 7、物质的分类。从形态上：固体，液体，气体，胶体，等离子体。从结构上： 晶体，无定形。 8、固体表面的分类：理想表面；清洁表面（高温热处理，离子轰击加退火，真 空解理。真空沉积。场致蒸发等）。吸附表面。 9、清洁表面发生的常见重要物理化学现象：(a)表面弛豫；（b）重构；(c) 偏析又称偏聚或分凝；(d)台阶化；(e) 形成化合物；(f)吸附 10、表面处离子排列发生中断，体积大的负离子间的排斥作用，使C1-向外移动，体积小的Na+则被拉向内部，同时负离子易被极化，屏蔽正离子电场外露外移， 结果原处于同一层的Na+和C1-分成相距为0.020 nm的两个亚层，但晶胞结构基本没有变化，形成了弛豫。 11、重构：表面原子重新排列，形成不同于体相内部的晶面。 12、偏析又称偏聚或分凝指化学组成在表面区域的变化但结构不变。 13、台阶化表面附近的点阵常数不变，晶体结构也不变，而形成相梯度表面。 14、形成化合物：指表面化学组成和结构都发生改变，在表面有新相生成。 15、吸附指表面存在周围环境中的物种。分类：物理吸，附和化学吸附。 16、物理吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层，由范德华力作用力引起，则此吸附称为物理吸附。特点：物理吸附过程中没有没有电子转移、没有化学键的生成和破坏，没有原子重排等等，产生吸附的只是范德华力。物理吸附的作用力是范德华力，包括：定向力/偶极力、诱导力、色散力；作用力。 17、化学吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层由化学键作用力引起，则此吸附称为化学吸附。特点：表面形成化学键；有选择性；需要激活能；吸附热高（21- 42 KJ/mol）。吸附的物种可以是有序=也可以是无序=吸附在表面，也可以是单层=，也可以是多层=吸附。因表面的性质和被吸附的物种而定。 18、表面产生吸附的根本原因：（1）电荷在凝聚相表面发生迁移，包括负电荷的电子迁移和正电荷的离子迁移。（2）表面存在可以构成共价键的基团：A、过渡金属原子空的d轨道如Pt(5d96s1)；B、化学反应成键。 19、固体的表面特性：①表面粗糙度r : 实际表面积与光滑表面积之比值。表面粗糙度测定方法:1)干涉法：适合测量精密表面；2)光学轮廓法；3)探针法；4）比较法；5）感触法。
胶凝材料学-期末复习题
一、填空题 1．石膏板不能用作外墙板的主要原因是由于它的性差。 2．石膏制品应避免用于和较高的环境。 3．按消防要求我们尽可能用石膏板代替木质板材，是因为石膏板具有好的特性。 4．石灰熟化时放出大量的______，体积发生显著______；石灰硬化时放出大量的______，体积产生明显______。 5．石灰浆体的硬化包括______和_____两个交叉进行的过程，而且______过程是一个由_____及______的过程，其硬化速度_____。 6．在石灰应用中，常将石灰与纸筋、麻刀、砂石等混合应用，其混合的目的是______，否则会产生______。7．在水泥砂浆中掺入石灰膏制成混合砂浆，掺入石灰膏是利用了石灰膏具有______好的特性，从而提高了水泥砂浆的______。 8．生石灰按氧化镁的含量，分为__________和__________两类。 9．生石灰在使用前的陈伏处理：是使其在储灰池中存放______天以上，储存时要求水面应高出灰面，是为了防止石灰______。 10．菱苦土在使用时不能用水拌制，通常用_________水溶液拌制，由于菱苦土与各种_________粘结性好，且______较低，因此常用之与木屑等植物质材料拌制使用。 11．菱苦土耐水性差，吸湿后会产生______变形，表面___，强度______。为了改善其耐水性，可采用MgSO4 7H2O等来拌制。 12．常用水泥中，硅酸盐水泥代号为_______、________，普通水泥代号为_______，矿渣水泥代号为_______，火山灰水泥代号为________，粉煤灰水泥代号为________。 13．改变硅酸盐水泥的矿物组成可制得具有不同特性的水泥，提高含量，可制得高强水泥，提高_____和__的含量，可制得快硬早强水泥，降低_______和_______的含量，提高_______的含量，可制得中、低热水泥；提高_______含量、降低________含量可制得道路水泥。 14．常用的活性混合材为___________、___________、________，活性混合材的主要化学成分是________和________，这些活性成分能与水化产物________反应，生成________和________而参与水泥凝结硬化。15．引起硅酸盐水泥体积安定性不良的原因是________、________和_______；沸煮法能检验_______的危害；安定性不良的水泥应作______处理。 16．影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素有_______、________、________、_______、______和______等。17．活性混合材的激发剂分为________和________两类。 18．水泥熟料中掺加活性混合材可使水泥早期强度_______，后期强度_______，水化热________，耐酸及耐水性________。 19．水泥石腐蚀的类型主要有________、____、_____、_________。 20．硅酸盐水泥的细度用________表示，其他品种的通用水泥用________表示。细度越大，水泥活性________，但细度过细，水泥硬化过程中易引起________。 21．水泥初凝时间是指自________起，到水泥浆________为止所需的时间。初凝的作用是为了________________________________。终凝时间是指自______起，至水泥浆________开始产生为止所需的时间。终凝的作用是为了_______________________。 22．与硅酸盐水泥相比，掺混合材的硅酸盐水泥具有早期强度________，后期强度________，水化热________，耐软水和铝酸盐侵蚀性________，其蒸汽养护效果________，抗冻性________，抗碳化能力________的特性。其中矿渣水泥具有________好，火山灰水泥在干燥条件下________差，在潮湿条件下________好，粉煤灰水泥具有________小、________好的特性。 23．高铝水泥具有早期强度________，水化热________，耐蚀性________，耐热性________的特性，高铝水泥由于晶型转化，不宜用于长期_______的结构，同时高铝水不能与硅酸盐水泥等能析出________的材料混合使用，否则会出现________，无法施工，同时高铝水泥不适宜于________养护，也不宜用于________条件下施工。 24．在生产硅酸盐水泥时掺入适量石膏后，石膏可与水泥熟料水化生成的__ ______反应，生成难溶于水的________，减少了溶液中的高价________，从而________水泥浆的凝聚速度，但如果石膏加入量过大会造成水泥___________不良的后果。 25．水泥是一种具有_______大且________强的粉体材料，在运输或贮存时，水泥会吸收空气中________和________与之发生化学反应，故水泥是一种随着时间的增长强度逐渐降低的材料。因此水泥必须在有效期内进行使用，有效期是指自__________起______个月，为了防止使用时水泥强度等级不符合标准，通常新出厂水泥28天抗压强度应比标准规定的强度最低值有所富裕。 26．我国南方水位变化区（淡水）的工程，宜选用________水泥；我国北方，冬季施工混凝土宜选用________水泥；抗淡水侵蚀强，抗渗性高的混凝土宜选用________水泥；要求早强高、抗冻性好的混凝土宜选用________水泥；填塞建筑物接缝的混凝土宜选用________水泥。 二、选择题 1．石膏适合制作雕塑和模型是由于它______。 A．凝结硬化速度快B．强度高C．硬化时体积微膨胀D．耐水性好 2．______水泥需水量大，干缩大，抗冻性差，抗渗性好。
材料表面与界面复习题
第一章 1.试述表面力（表面能）产生的原因。怎样测试液体的表面力？ （1）原因 液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体部并垂直于表面的引力作用，即为表面力。这里的分子间作用力为德华力。 （2）测试 ①毛细管上升法 测定原理 将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则γ=1 /2(ρl-ρg)ghrcosθ (1) (1)式中γ为表面力, r为毛细管的半径, h为毛细管中液面上升的高度,ρl为测量液体的密度,ρg为气体的密度( 空气和蒸气) , g为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小, 而且θ=0 时, 则上式(1)可简化为γ=1/2ρghr (2） ②Wilhelmy 盘法 测定原理 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面力, 公式为: W总-W片=2γlcosφ 式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角。 ③悬滴法 测定原理 悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面力和密度有直接关系。由Laplace 公式, 描述在任意的一点P 曲面外压差为 式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O处的静压力。 定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径, ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H=β(de/b)2 则得γ= (ρl-ρg)gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知, 即可求出表(界) 面力。即可算出作为S的函数的1/H 值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表(界)面力。 ④滴体积法 测定原理 当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面力以及滴头的大小有关。表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ实验结果表明, 实际体积小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3), 则更精确的表面力可以表示为:γ= mg/{2πrf(r/v1/3)}其中m为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子。只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面力。 ⑤最大气泡压力法 测定原理
材料表面与界面-习题含答案培训资料
材料表面与界面-习题 含答案
第一章 1、什么是Young 方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？ 答：Young 方程：界面化学的基本方程之一。它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv，γSL ，γLv 与接触角θ之间的关系式，亦称润湿方程，表达式为：γsv -γSL =γLv COSθ。该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。 关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0.cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好；90°＜θ＜180°，液体不润湿固体；θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。 2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，试气温骤降至293K ，水气的过饱和度 （P/Ps ）达4，已知在293K 时，水的表面能力为 0.07288N/m ，密度为997kg/m 3，试计算： （1）在此时开始形成雨滴的半径。 （2）每一雨滴中所含水的分子数。 答：（1）根据Kelvin 公式有 '2ln 0R RT M P P ργ=
开始形成的雨滴半径为： 0ln 2'p p RT M R ργ= 将数据代入得： m R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-?=?????= （2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M=ρV/M ，得 个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=???????===-A A N M R N M V N ρπρ 3、在293k 时，把半径为1.0mm 的水滴分散成半径为1.0μm 的小水滴，试计算（已知293K 时水的表面Gibbs 自由为0.07288J .m -2）（1）表面积是原来的多少倍？（2）表面Gibbs 自由能增加了多少？（9分） 答：（1）设大水滴的表面积为A 1，小水滴的总表面积为A 2，则小水滴数位N ，大水滴半径为r 1,小水滴半径为r 2。 212 21244r r N A A ππ= 又因为将大水滴分散成N 小水滴，则 32313434r N r ππ= 推出 3 21???? ??=r r N =93100.1mm 0.1=??? ??um 故有 ()()10000.140.141022 912=???=mm um A A ππ 即表面积是原来的1000倍。 （2）表面Gibbs 自由能的增加量为
材料表界面
一、答：表、界面是指由一个相到另一相的过渡区域，通常把凝固相和气相之间的分界面称为表面，把凝固相之间的分界面称为界面。分为两大类：物理表面和材料表面。物理表面又分为：理想表面、清洁表面、吸附表面；材料表面有如下几类：机械作用界面、化学作用界面、固态结合界面、液相或气相沉积界面、凝固共生界面、粉末冶金界面、粘结界面、熔焊界面等。 在国民经济建设各领域，表、界面科学亦显示出愈来愈重要的作用。主要应用在食品、土壤化学、造纸、涂料、橡胶、建材、冶金、能源、电子工业和航天技术等领域。 二、答：溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种类型，第一类物质的加入会使溶剂的表面张力略为升高，属于此类物质有强电解质（如无机盐、酸、碱）；第二类物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐降低（如低碳醇、羧酸等有机物）；第三类物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但到一定浓度后，表面张力变化很缓慢或几乎不下降，趋于一个稳定值。 我们把能使溶剂（通常为水）表面张力降低的物质称为具有表面活性的物质，如第二类和第三类物质都能使溶剂表面张力降低，它们都具有表面活性。 表面活性剂的种类很多，按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主要方法，表面活性剂溶于水能电离生成离子的叫做离子型表面活性剂；不能电离的叫非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂按生成离子的性质可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。按相对分子质量分类：低分子表面活性剂，相对分子质量200-1000；中分子表面活性剂，相对分子质量1000-10000；高分子表面活性剂，相对分子质量10000以上。按工业用途分类:表面活性剂可分为渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、抗静电剂防锈剂等。有的表面活性剂可同时具有几种功能。 三、答：陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形成的多晶聚集体。表面结构:由于表面处原子周期性排列突然中断，形成了附加表面能，表面原子的排
环境材料学课后思考题
1 用自己的理解给出生态环境材料的定义。 答：生态环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能，并在其制备、使 用及废弃过程中对资源和能源消耗较少，对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。 1 你认为那些材料属于生态环境材料？举例说明。（举例之后还要简要说明一下） 答：比如：生态水泥、环保建材、降解树脂、环境工程材料 天然资源环境材料、电磁波防护类材料、电子功能材料领域的毒害元素替代材料 2 试用物质不灭和能量守恒的理论来说明材料与资源、环境的关系 答：众所周知，材料的生产往往要消耗大量的资源。当生产效率一定时，除有效产品外，大量的废弃物被排放到环境中去，造成了环境的污染。因此对材料的生产和使用而言，资源消耗是源头，环境污染是末尾。也就是说，材料的生产和使用与资源和环境有密不可分的关系。 2 图2-1是一个典型的开环工业生产链，从环保的角度看，若能实现闭环的工业生产链，可明显减少废弃物排放。请选择一个你感兴趣的产品设计一个闭环生产流程。 资能源资能源资能源 铁矿 污染物 4 选择一个你所熟悉的材料产品或过程，用物质流方法进行资源效率分析，并就如何提高资源效率提出具体的技术措施。 答：钢铁的资源效率高达10.4%，就是生产1t纯金属材料所消耗的原材料将近12t。具体技术措施：1）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入废钢，可提高流程铁资源效率；2）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入铁矿石等自然铁资源，可提高该流程铁资源效率。3）通过提高电炉钢比，提高铁资源效率。 5 根据你对可持续发展的理解，考虑如何实现（1）金属材料，（2）高分子材料，（3）无机非金属材料（选一种）的可持续发展，并提出几项可具体实施的技术措施。 金属材料：利用微生物冶金；代替含稀缺合金元素的新型合金材料和不含毒害元素的材料，以及废弃物无害资源化转化技术；少合金化与通用合金，形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再生利用。高分子材料：1）建立必要的法规，加强全民的环保意识；2）回收塑料，变废为宝：燃烧废旧塑料利用热能，热分解提取化工原料和改进操作技术、设备3）发展环境友好高分子：可降解塑料的开发和合成，采用生物发酵的方法合成的生物高分子。
材料表面与界面知识复习资料题库
1.液体原子结构的主要特征。 （1）液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大； （2）在液体原子的自由密堆结构中存在五种间隙，四面体间隙占了主要地位。 （3）液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。 2.液体表面能的产生原因。 液体表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小表面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功，从而增加分子的位能，这种位能就是液体的表面能。 3.液体表面张力的概念和影响因素。 液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因此在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，其合力指向液体内部的作用力，这种力称为液体表面张力。 液体的表面张力大小受很多因素的影响。如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附，液体表面张力大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。 （1）液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。一般来说，液体中原子或分子间的结合能越大，表面张力越大。具有金属键原子结合的物质的表面张力最大；其次由大到小依次为：离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。 (2)液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高，液体的表面张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低，液体的表面张力越大。 （3）液体的表面张力还与温度有关。温度升高，液体的密度降低，液体内部原子或分子间的作用力降低，因此液体内部原子或分子对表面层的原子或分子吸引力减弱，导致液体的表面张力下降。预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为： γ = γ0(1－T/T c)n 式中T c为液体的气化温度，γ0为０K时液体的表面张力。 ( 举例：水的表面张力随温度的升高而下降的趋势。这一变化规律可以从两个方面进行解释：一方面，随温度升高，水的体积膨胀，内部分子间距离增大，导致水中内部分子对表面分子的吸引力降低；另一方面，随温度升高，蒸汽压提高，气相中的分子对水表面分子的吸引力增大。) 4.固体表面能的影响因素。 影响固体表面能的主要因素有：固体原子间的结合能、固体表面原子的晶面取向和温度。 （1）由于表面能的大小主要取决于形成固体新表面所消耗的断键功，因此原子间的结合能越高，断开相同结合键需要消耗的能量越高，所形成的固体表面能越高。 （2）由于固体晶体结构是各向异性的，不同晶面的原子面密度不同，所以形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量不同，导致所形成的表面能不同。一般来说，固体表面原子面密度越高，形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量越小，表面能越低。
材料表面与界面-习题含答案
第一章 1、什么是Young 方程接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系 答：Young 方程：界面化学的基本方程之一。它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv，γSL ，γLv 与接触角θ之间的关系式，亦称润湿方程，表达式为： γsv -γSL =γLv COSθ。该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。 关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=θ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好；90°＜θ＜180°，液体不润湿固体；θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。 2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，试气温骤降至293K ，水气的过饱和度（P/Ps ）达4，已知在293K 时，水的表面能力为m ，密度为997kg/m 3，试计算： （1）在此时开始形成雨滴的半径。 （2）每一雨滴中所含水的分子数。 答：（1）根据Kelvin 公式有 '2ln 0R RT M P P ργ= 开始形成的雨滴半径为： 0ln 2'p p RT M R ργ= 将数据代入得：
m R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-?=?????= （2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M= V/M ，得 个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=???????===-A A N M R N M V N ρπρ 3、在293k 时，把半径为的水滴分散成半径为μm 的小水滴，试计算（已知293K 时水的表面Gibbs 自由为 .m -2）（1）表面积是原来的多少倍（2）表面Gibbs 自由能增加了多少（9分） 答：（1）设大水滴的表面积为A 1，小水滴的总表面积为A 2，则小水滴数位N ， 大水滴半径为r 1,小水滴半径为r 2。 21221244r r N A A ππ= 又因为将大水滴分散成N 小水滴，则 32313434r N r ππ= 推出 3 21???? ??=r r N =93100.1mm 0.1=??? ??um 故有 ()()10000.140.141022 912=???=mm um A A ππ 即表面积是原来的1000倍。 （2）表面Gibbs 自由能的增加量为 ()()212212421r Nr r A A dAs G A A -=-==??πγγ =4***[109*（10-6）2-（10-3）2]
《环境材料学》课程各章重点内容
《环境材料学》课程各章重点内容 1环境与材料 材料生产对环境的依存关系、环境材料概念、环境材料的五个判据、主要环境材料种类、环境材料与传统材料、新材料的关系、环境材料学及其主要研究内容。 2材料的环境影响综合评价 传统材料和环境材料的评价理论有何不同？材料的评价三角形分析。环境负荷、材料的寿命全程概念，评价内容描述、环境负荷各项目计算中权重系数的取值问题、废弃物排放因子用加权模型计算时权重系数的计算、环境负荷各项目如何汇总？减少环境负荷的措施。 材料的再生循环设计概念、再生循环设计过程中应考虑的问题、材料的再生循环利用度评价方法、再生过程能量评价与分析。 环境质量评价模型及其各自有缺点、适用场合、计算过程等。 3微生物材料 微生物能作为材料使用的原因。微生物塑料的制备原料与传统塑料制备原料的来源有何不同？微生物塑料的主要生产原料。紫膜能作为微生物功能材料使用的原理及优点。两种类型的微生物计算机的原理有何不同？微生物传感器的基本原理及其应用、特点。微生物燃料电池与传统电池的区别、应用原理。微生物环境修复材料的特点、微生物固定方式。微生物环境修复材料的工业应用。 4石墨材料 石墨材料加工过程，加工原料的特点。石墨层间化合物的“阶层”、插入物对石墨层间距离的影响及其计算、石墨层间化合物的奇异膨胀性及其膨胀机理。石墨密封材料与传统密封材料的比较、石墨密封材料成型方法及其特点、为增强石墨密封材料性能采取的措施。石墨材料净化含油废水的原理、与传统净化材料活性炭、棉花比有何特点？石墨材料净化大气中SO2有何特点？温度对净化大气中SO2有何影响？ 5绿色建材 什么是绿色建材？传统建材有何缺陷？绿色涂料在生产原料上有何特色？涂料的水性化、高固体化和粉末化区别。生态水泥生产原料，它与传统硅酸盐水泥在成分和使用过程有何不同？保健环境建材的概念及其种类、特点。 6沸石材料 沸石的结构、沸石水和沸石金属离子的性质和作用。沸石洗涤剂助剂与传统助剂助洗机理比较。沸石太阳能冰箱制冷原理分析。沸石在净化废水、废气中的应用。 7云母珠光颜料 传统珠光颜料种类。云母珠光颜料的种类及其用途、制造工艺分析。云母钛中TiO2的晶型及其光学效果。云母钛构造及其显色机理。 重点思考题： 1、试用物质不灭和能量守衡理论来说明材料与资源、能源和环境的关系。 2、表达材料的环境影响有许多方法，试对这些方法加以讨论，并提出一种可以表征材料环 境性能的无量纲化指标。 3、有两种材料：钢和碳-塑复合材料。通常复合材料成本较高，加工和使用性能也较好。钢 比复合材料中，制造过程需要更多的能量，但与复合材料不同的是，在汽车报废后钢可以回收利用。设想你是一名汽车设计师，你可以从上述两种材料中选择一种作汽车的引擎盖，你将选哪种？为什么？ 4、从环保的角度分析一下，材料的再生循环设计是属于末端治理还是初始端治理？