先進材料進展復(fù)習(xí)文件

17/17HYPERLINK"/"什么是超順磁性？簡述超順磁性納米顆粒的制備流程。答：超順磁性材料：就是一種材料加上外磁場的時候，其會立即被磁化，當一撤去磁場時其的磁化作用會立即消失。它的這種性能在生物應(yīng)用中有著很重要的影響。制備流程：（1）混合。把納米顆粒超聲分散在十二烷基硫酸鈉水溶液中，然后加入St顆粒均勻混合；（2）聚合。將上述混合物80℃聚合20小時后，烷基與兩種顆粒上的基團發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚苯乙烯包覆層；（3）改性。加入Tween20與納米顆粒反應(yīng)，得到Tween20包覆的納米顆粒。再加入正硅酸乙酯、氨水、丙醇與Tween20反應(yīng)生成硅包覆層，從而得到超順磁性納米顆粒。超順磁性納米顆粒有那些應(yīng)用，試舉一例。答：生物的分離純化；疾病的早期診斷；藥物的導(dǎo)向和緩釋；基因治療；便攜式生物傳感器；集成芯片；四輻條如“早孕”檢測試紙的應(yīng)用。在生物傳感器上的應(yīng)用（portableanddisposalbiosensor）。其利用的原理是磁極納米材料本身在磁場的誘導(dǎo)下可以產(chǎn)生很大的磁化強度，然而撤去磁場后其喪失磁場強度，然后利用其表面的感應(yīng)性與特定的材料（巨磁阻抗材料）相結(jié)合，在這種材料的基體上采取做成一個多倍高通電網(wǎng)率的芯片的模式，然后在特定的位點上連接生物分子。這種材料只要被檢測到反應(yīng)物，這些磁性納米顆粒在其表面可以產(chǎn)生特異性的反應(yīng)，就表明了這個樣品里面有所要檢測的生物分子。同時通過反應(yīng)磁性納米顆粒所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場會導(dǎo)致芯片上的電阻會發(fā)生巨大的改變，并能轉(zhuǎn)化為電信號，通過電信號可以檢測是否有我們感興趣或需要的生物分子存在。根據(jù)表面活性劑和無機源之間的作用方式，列舉出三種常見的合成有序介孔硅的路線，并分別舉出一例典型的介孔硅代號。答：a.陰離子表面活性劑模板合成介孔硅：使過硫酸銨鹽的氨基與有機弱酸鹽的羧基相互作用弱弱結(jié)合。酸性陰離子表面活性劑的羧基與氨基通過離子中和作用結(jié)合在一起。丙基連接氨基和硅原子，之后硅原子和其他基團與羧基形成介孔材料的殼壁，進一步合成有序介孔硅。這種方法合成的一系列介孔硅為AMS1-10；b.陽離子表面活性劑模板合成介孔硅：在酸性條件下用陽離子表面活性劑合成了介孔材料，在酸性條件下陽離子表面活性劑的頭部精銨鹽是永久帶正電荷，而硅源、中間體在酸性條件下也帶正電，這樣就不能相互作用，但是在酸性溶液中存在陰離子，這些陰離子在中間起到一個橋梁的作用，所以也能形成非常好的介孔硅。如KSW-n（日本）、SBA-n；c.非離子表面活性劑模板合成介孔硅：非離子表面活性劑不帶電荷，最好硅源也不帶電荷，在酸性條件下非離子表面活性劑和硅源通過氫鍵和靜電的共同相互作用形成的介孔硅是非常有序的二維立方結(jié)構(gòu)。如S0（IX）0有序介孔碳的合成方法有哪些？目前得到的介孔碳有哪幾種，分別有什么應(yīng)用？答：介孔碳主要是通過硬模板法，選擇適當?shù)奶荚辞膀?qū)物如葡萄糖、蔗糖乙炔、中間相瀝青、苯酚/甲醛樹脂等，通過浸漬或氣相沉積等方法，將其引入介孔氧化硅的孔道中，在酸催化下使前驅(qū)物熱分解碳化，并沉積在模板介孔材料的孔道內(nèi)，用NaOH或HF溶掉模板，即可得到介孔碳。2005年發(fā)現(xiàn)了一種前軀體酚醛樹脂，可以和表面活性劑發(fā)生很好的相互作用(氫鍵作用)形成有序碳。a.碳氣溶膠的方法，及利用間苯二酚和甲醛，通過溶膠凝膠的方法的到碳溶膠，然后和不同的嵌段共聚物相互作用，最后制備出碳溶膠。b.采用簡單的間苯二酚和甲醛組份，然后苯酚和甲醛預(yù)縮聚形成低聚的苯醛樹脂，苯醛樹脂與嵌段共聚物發(fā)生作用。在這期間會利用到自主裝的方法，通過乙醇的揮發(fā)帶動了嵌段共聚物的自組裝。又因為酚醛樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度要比嵌段共聚物高，所以嵌段共聚物可以很好的被脫除，最后酚醛樹脂在氮氣的保護下煅燒得到碳。目前得到的介孔碳：（1）硅團簇：用于催化劑載體及吸附；（2）非硅團簇，如TiO2，可用于催化劑、電極；（3）金屬氧化物，如Fe2O3，可用于磁性材料和吸附劑；（4）金屬，如Ni、Co、Pd，如催化劑；（5）有機官能團，用于吸附劑和催化劑；（6）非金屬，如F、N，用于電極。請簡單介紹通過軟模板法和硬模板法合成介孔材料的機理，并各舉一例。答：a.軟模板機理：利用表面活性劑有序自組裝可以形成棒狀、球狀或?qū)訝畹扔行蚰z束，以這種表面活性劑自組裝形成的有序膠束為模板，與無機物種之間發(fā)生匹配性相互作用，然后再組裝形成特定的結(jié)構(gòu)，最后將其內(nèi)部的表面活性劑脫除，即得到具有有序孔道的介孔材料。由于模板完全來自于表面活性劑自組裝形成的膠束，因此稱之為軟模板機理。如：1992年提出的液晶模板組裝機理，獲得了一類有序介孔材料，我們稱這一類介孔材料為M41S系列材料。surfactantmicelle→micellerod→hexagonalarray→silicate→calcinationb.硬模板機理：實際上是指在納米尺度上的澆鑄行為，首先合成作為模板的無機材料（如二氧化硅），然后向模板的孔道中灌注所要合成的材料（如鹽，蔗糖，聚合物等），最后將無機模板清除即得到與無機材料孔道結(jié)構(gòu)一致的的介孔材料，這種方法稱為硬模板機理。如：碳材料的合成，由于碳沒有能與有機表面活性劑相互作用的前軀體，因此不能采用軟模板方法。1999年韓國科學(xué)家利用上述硬模板機理將蔗糖灌入二氧化硅孔道中，合成了結(jié)構(gòu)與模板孔道一致的碳材料。請給出納米纖維的定義，簡述纖維素基納米纖維的制備方法及其孔隙率的表征方法。答：狹義的納米纖維是直徑1nm~100nm的纖維。廣義地說,零維或一維納米材料與三維納米材料復(fù)合而制得的傳統(tǒng)纖維,也可以稱為納米復(fù)合纖維或廣義的納米纖維。納米纖維一般是指纖維的直徑是在納米級，有些人把直徑小于1μm的纖維稱為納米纖維，也有文獻將納米纖維定義為直徑為納米級、長度超過1μm的物質(zhì)。納米纖維最大的特點就是比表面積大，導(dǎo)致其表面能和活性增大，從而產(chǎn)生了小尺寸效應(yīng)、表面貨界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)等，在化學(xué)物理（熱、光、電、磁）性質(zhì)方面表現(xiàn)出特異性。纖維素基納米纖維的制備：（1）從木素漿粕中制備纖維素微纖，得到的微纖直徑為40μm左右；（2）將四甲基哌啶氧化物（TEMPO）、溴化鈉（NaBr）、次氯酸鈉（NaClO）與制的的微纖混合，進行氧化，得到氧化后的纖維素微纖（氧化后可作化學(xué)嫁接）；（3）進行力學(xué)處理，得到超細纖維素基納米纖維，其直徑為5nm左右。表征：纖維素基納米纖維的孔隙大小和孔徑分布是通過測量其截留分子的分子質(zhì)量來進行表征的。截留分子量的測量是在25℃，10psi的條件下，以濃度為5000ppm而分子量不同的左旋糖水溶液為過濾對象，而進行測定。根據(jù)功能的不同，無機涂層可以分為哪幾類？應(yīng)用于空間科學(xué)領(lǐng)域的涂層需要滿足哪些要求？答：第一類是涂層通過自身與基材不同的特性使基材的性能獲得顯著提升，比如耐磨涂層等；第二類是涂層本身具有某種性能獨立發(fā)揮作用，比如導(dǎo)電涂層，著色涂層等；第三類是涂層和基材組合起來產(chǎn)生某種功能，比如玻璃表面的減反射膜，比玻璃本身要有更好的透過性。必須滿足要求：其一，涂層材料要滿足空間穩(wěn)定性；航天器在空間運行時要經(jīng)受真空、紫外輻照、粒子輻照、高低溫交變等空間環(huán)境的作用,所以,對熱控涂層來說,不僅應(yīng)具有良好的初始性能,而且經(jīng)上述環(huán)境的作用后，仍應(yīng)保持良好的性能,也就是說，他們應(yīng)具有良好的空間穩(wěn)定性其二，熱控涂層材料還必須具有一定的防靜電性；在外空間中，由于高光能粒子的存在，電位比較高，衛(wèi)星表面會因帶電粒子的撞擊而充電，若表面是絕緣的，充電電位可達數(shù)千伏，到達一定電位后突然放電，會干擾星上電子設(shè)備工作，引起衛(wèi)星故障，因此衛(wèi)星的熱控涂層還要有抗靜電能力。此外，對于某些特殊設(shè)備還要求涂層具有良好的散熱性，防激光性，防熱變性等。超支化聚合物有哪些特性，其在生物醫(yī)藥方面有那些應(yīng)用？超支化聚合物特性:高支化度；末端有很多官能團；三維結(jié)構(gòu)；大的自由體積；無鏈纏結(jié)；低的粘度；低的機械特性。超支化聚合物具有三種不同的單元：支化單元、線性單元、末端單元。支化單元和線性單元隨機分布在分子結(jié)構(gòu)中，末端單元永遠位于末端。這就導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性以及末端有很多官能團。超支化聚合物中主要是支化部分,支化點較多,支化部分至少呈的幾率增長。分子具有類似球形的三維空間結(jié)構(gòu),流體力學(xué)回轉(zhuǎn)半徑小,有較大的自由體積，分子鏈纏結(jié)少,所以相對分子質(zhì)量的增加對粘度影響較小。具有較低的粘度和機械特性。超支化聚合物及其自組裝在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用：藥物輸送、蛋白質(zhì)輸送：選用生物相容性、生物降解性、易于制備、高的載藥率、可控的藥物釋放結(jié)構(gòu)、靶向能力（末端改性）的載體如超支化聚磷酸酯?；蜣D(zhuǎn)移（目前用的最多和最典型的聚合物為PEI）；抗菌復(fù)合材料；抗蛋白質(zhì)凝聚材料；生物探測材料（超支化聚合物有許多空腔，因此可以把納米級的粒子包在里面，再通過一定的方法去除末端基從而形成一種新的高聚物——生物探針，可檢測該細胞的癌變等癥狀）；9.什么是燃料電池，與其他能源相比它哪些優(yōu)勢？答：燃料電池可簡單描寫為這樣的電化學(xué)裝置：就是可連續(xù)不斷的將外部供給的燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。優(yōu)勢一、高能量轉(zhuǎn)換效率；二、高能量密度；三、零排放或低排放：這三點正好符合現(xiàn)在的低碳經(jīng)濟；四、安靜：因為燃料電池沒有可移動的部件，所以不會發(fā)出聲音；五、燃料多樣性：按燃料分可以分為甲醛燃料電池、甲酸燃料電池、甲醇燃料電池、氫氧燃料電池（也可叫氫空燃料電池）；若按膜分又可以分為質(zhì)子交換膜（PEMFC）、甲醇燃料電池(BEMC)等，因操作溫度、內(nèi)部材料不同、性能不同可以分為很多種燃料電池；六、高質(zhì)量的電能；七、對負載變化相應(yīng)快；八、維護少。10.燃料電池由哪幾部分構(gòu)成，其工作原理如何？燃料電池由陰極、陽極、催化層和質(zhì)子交換膜組成。工作原理：工作時向陽極供給燃料（氫），向陰極供給氧化劑（空氣）。氫在陽極在催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向陰極。用電的負載就接在外部電路中。在陽極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達陰極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)：陽極：陰極：QUOTE總反應(yīng)：QUOTE11.什么是鑄造？請介紹一下砂型鑄造和熔模鑄造的過程。答：鑄造——熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能鑄件的成型方法。砂型鑄造過程：在砂型中生產(chǎn)的鑄造方法。鋼、鐵和大多數(shù)有色鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。根據(jù)零件樣品首先利用木質(zhì)體制得零件模型和芯盒，第二步使用硅砂（最常用）以及零件模型和芯盒制得合模造型和型芯，第三步合箱澆鑄既得鑄件。熔模鑄造過程——waxinjection:在模具里注射紅臘；assembly：用臘組裝成所要鑄成器物的模型；shellbuilding:在臘模上涂以泥漿，就是泥模，泥模晾干后，在焙燒成陶模；dewax:一經(jīng)焙燒，臘模全部熔化流失，只剩陶模；gravitypouring:一般制泥模時就留下了澆注口，重力澆注銅液，并冷卻；knockout:去除陶模外層，所需的器物就制成了；cut-off&finishedcastings:卸下組裝即可得到完成的鑄件。12．在鋁的鑄造過程中，為什么要去除鋁熔體中的顆粒夾雜和氫？簡要介紹電磁分離凈化的原理。答：鋁熔體中通常會含有氫，結(jié)果導(dǎo)致氫脆，降低材料的沖擊韌性和疲勞壽命。在高溫條件下，氫在鋁熔體中的溶解度較高，而氫在固態(tài)鋁中的溶解度卻極小。如果鋁熔體凝固時釋放的氫不能夠有效去除，將會在鋁鑄件中形成針孔等缺陷，并且氫在鋁熔體中會影響鑄造性能、降低鋁熔體的流動性能和造成晶間疏松。如果大量氣孔分布于鑄件表層，不僅使金屬強度下降，而且增加缺口敏感性，大大降低韌性和疲勞強度。鋁合金中非金屬夾雜物的存在有很大的危害性，如破壞基體的連續(xù)性為疲勞裂紋的萌生提供核心，損害鑄件的力學(xué)性能，降低熔體的流動性，促進疏松的形成，形成硬質(zhì)點惡化加工性能等。電磁分離的原理就是利用顆粒與流體之間的導(dǎo)電性差異在電磁場作用下實現(xiàn)分離。因此，在一定的電磁條件下，只要存在電導(dǎo)率差異，不同形狀和取向的非金屬顆粒都能夠?qū)崿F(xiàn)電磁分離。13.蠶絲性能為什么比蜘蛛絲低？所說的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)分別指的是什么？對于蠶繭絲或者蠶絲，其性能并不取決于動物絲形成時的吐絲機理，而是取決于蠶的吐絲過程在宏觀上有個結(jié)繭的過程，造成這個八字形結(jié)構(gòu)，這主要產(chǎn)生了兩個方面的影響：第一，吐絲速度在變化；第二，蠶在把絲膠粘在地上的時候，必然要在絲比較軟的時候突然粘上去，這樣就破壞了蠶繭絲的整個取向結(jié)構(gòu)。吐出的絲在許多地方存在取向結(jié)構(gòu)上的缺陷。正是這些缺陷使得再作蠶繭絲的應(yīng)力應(yīng)變曲線時得到一個較弱的性能。這是因為，如果一根長纖維上缺陷很多，缺陷處就會最先斷。蜘蛛絲實際上也有這樣的現(xiàn)象但沒有表現(xiàn)出來。實驗過程中絲均是勻速拉出的，實驗證明蠶絲在應(yīng)力應(yīng)變曲線上獲得的曲線高度不一定能超過蜘蛛絲，但是整個模量及斷裂強度都和蜘蛛絲很接近。這是第一個可以從這個簡單的試驗中得到的現(xiàn)象。第二個得到的現(xiàn)象是不同的拉絲速度得到的性能也是不一樣的。拉的慢一些絲就軟一些，拉的快一些絲相對來說就硬一些。通過這個簡單的實驗，解決了“為何蠶繭絲的表觀性能不如蜘蛛絲”這一基本問題。一級結(jié)構(gòu)：即鏈結(jié)構(gòu)/氨基酸序列，蛋白質(zhì)中氨基酸按照一定的數(shù)目和組成進行排列二級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)中部分肽鏈的彎曲或折疊產(chǎn)生二級結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)：在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步折疊成緊密的三維形式。14.根據(jù)傳統(tǒng)的紡絲理論并結(jié)合天然蠶絲和再生蠶絲的形成過程，你認為再生蠶絲的性能有沒有可能達到并超過天然蠶絲？（開放性）動物的天然紡絲方法是一種典型的“干濕紡”(即水溶性的高濃度絲蛋白原液通過動物的紡絲器在無凝固浴的環(huán)境下成型。制備高濃度高分子量蠶絲素