材料表面與界面復(fù)習(xí)題

第一章1.試述外表張力〔外表能〕產(chǎn)生的原因。怎樣測(cè)試液體的外表張力？〔1〕原因液體外表層的分子所受的力不均勻而產(chǎn)生的。液體外表層即氣液界面中的分子受到指向液體內(nèi)部的液體分子的吸引力，也受到指向氣相的氣體分子的吸引力，由于氣相吸引力太小，這樣，氣液界面的分子凈受到指向液體內(nèi)部并垂直于外表的引力作用，即為外表張力。這里的分子間作用力為范德華力?！?〕測(cè)試①毛細(xì)管上升法測(cè)定原理將一支毛細(xì)管插入液體中,液體將沿毛細(xì)管上升,升到一定高度后,毛細(xì)管內(nèi)外液體將到達(dá)平衡狀態(tài),液體就不再上升了。此時(shí),液面對(duì)液體所施加的向上的拉力與液體總向下的力相等。那么γ=1/2(ρl-ρg)ghrcosθ(1)(1)式中γ為外表張力,r為毛細(xì)管的半徑,h為毛細(xì)管中液面上升的高度,ρl為測(cè)量液體的密度,ρg為氣體的密度(空氣和蒸氣),g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?θ為液體與管壁的接觸角。假設(shè)毛細(xì)管管徑很小,而且θ=0時(shí),那么上式(1)可簡(jiǎn)化為γ=1/2ρghr(2〕②Wilhelmy盤法測(cè)定原理用鉑片、云母片或顯微鏡蓋玻片掛在扭力天平或鏈?zhǔn)教炱缴?測(cè)定當(dāng)片的底邊平行面剛好接觸液面時(shí)的壓力,由此得外表張力,公式為:W總-W片=2γlcosφ式中,W總為薄片與液面拉脫時(shí)的最大拉力,W片為薄片的重力,l為薄片的寬度,薄片與液體的接觸的周長(zhǎng)近似為2l,φ為薄片與液體的接觸角。③懸滴法測(cè)定原理懸滴法是根據(jù)在水平面上自然形成的液滴形狀計(jì)算外表張力。在一定平面上,液滴形狀與液體外表張力和密度有直接關(guān)系。由Laplace公式,描述在任意的一點(diǎn)P曲面內(nèi)外壓差為式中R1,R2為液滴的主曲率半徑;z為以液滴頂點(diǎn)O為原點(diǎn),液滴外表上P的垂直坐標(biāo);P0為頂點(diǎn)O處的靜壓力。定義S=ds/de式中de為懸滴的最大直徑,ds為離頂點(diǎn)距離為de處懸滴截面的直徑再定義H=β(de/b)2那么得γ=(ρl-ρg)gde2/H式中b為液滴頂點(diǎn)O處的曲率半徑。假設(shè)相對(duì)應(yīng)與懸滴的S值得到的1/H為,即可求出表(界)面張力。即可算出作為S的函數(shù)的1/H值。因?yàn)榭刹捎枚ㄆ跀z影或測(cè)量ds/de數(shù)值隨時(shí)間的變化,懸滴法可方便地用于測(cè)定表(界)面張力。④滴體積法測(cè)定原理當(dāng)一滴液體從毛細(xì)管滴頭滴下時(shí),液滴的重力與液滴的外表張力以及滴頭的大小有關(guān)。表示液滴重力(mg)的簡(jiǎn)單關(guān)系式:mg=2πrγ實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,實(shí)際體積小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3),那么更精確的外表張力可以表示為:γ=mg/{2πrf(r/v1/3)}其中m為液滴的質(zhì)量,V為液滴體積,f為校正因子。只要測(cè)出數(shù)滴液體的體積,就可計(jì)算出該液體的外表張力。⑤最大氣泡壓力法測(cè)定原理假設(shè)在密度為ρ的液體中,插入一個(gè)半徑為r的毛細(xì)管,深度為t,經(jīng)毛細(xì)管吹入一極小的氣泡,其半徑恰好與毛細(xì)管半徑相等。此刻,氣泡內(nèi)壓力最大。根據(jù)拉普拉斯公式,氣泡最大壓力為⑥差分最大氣泡壓力法測(cè)定原理差分最大氣泡壓力法原理是:兩個(gè)同質(zhì)異徑的毛細(xì)管插入被測(cè)液體中,氣泡從毛細(xì)管中通過后到達(dá)液體中,測(cè)量?jī)蓚€(gè)毛細(xì)管中氣泡的最大壓力p1和p2,外表張力是壓差的函數(shù),計(jì)算公式為式中Δp為兩毛細(xì)管的壓差,Δt為兩管插入液面的高度差。2.彎曲面的附加壓力△p與液體外表張力和曲率半徑之間存在怎樣的關(guān)系？假設(shè)彎曲面為球面、平面又怎樣？3.什么是Young方程？接觸角的大小與液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性好壞有怎樣的關(guān)系？根據(jù)Young-Dupre方程，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)測(cè)定固-液界面黏附功的方法。Young方程：界面化學(xué)的根本方程之一。它是描述固氣、固液、液氣界面自由能γsv，γSL，γLv與接觸角θ之間的關(guān)系式，亦稱潤(rùn)濕方程，表達(dá)式為：γsv-γSL=γLvCOSθ。該方程適用于均勻外表和固液間無(wú)特殊作用的平衡狀態(tài)。關(guān)系：一般來(lái)講，接觸角θ的大小是判定潤(rùn)濕性好壞的依據(jù)，假設(shè)θ=0.cosθ=1，液體完全潤(rùn)濕固體外表，液體在固體外表鋪展；假設(shè)0＜θ＜90°，液體可潤(rùn)濕固體，且θ越小，潤(rùn)濕性越好；90°＜θ＜180°，液體不潤(rùn)濕固體；θ=180°，完全不潤(rùn)濕固體，液體在固體外表凝集成小球。方法：4.比擬Langmuir單分子層吸附理論和BET多分子層吸附理論的異同，怎樣測(cè)定材料的比外表積？〔1〕異同Langmuir單分子層吸附理論：P21；BET多分子層吸附理論：P23〔2〕測(cè)定：氣體吸附法。書P25第二章1.什么是外表活性劑？外表活性劑的分子結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？外表活性劑的濃度對(duì)溶液的外表張力有怎樣的影響？為什么有這樣的影響？〔1〕外表活性劑是指能使溶劑外表張力降低，且使外表呈現(xiàn)活性狀態(tài)的物質(zhì)?！?〕分子結(jié)構(gòu)是由兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)所組成。一種為非極性親油基團(tuán)，另外一種為極性親水基團(tuán)，即外表活性劑既具有親水性又有疏水性，形成一種所謂的“兩親結(jié)構(gòu)”的分子?！?〕隨著外表活性劑濃度的增加，外表張力而下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界濃度時(shí)，外表張力就不再發(fā)生變化?！?〕外表活性劑其親水端向水，親油段相空氣，其濃度的上升會(huì)使分子聚集在外表，這樣，空氣和水的接觸面減小，外表張力急劇下降，與此同時(shí)，水中的外表活性劑也聚集在一起，排列成憎水基向里，親水基向外的膠束。外表活性劑濃度進(jìn)一步增加，水溶液外表聚集了足夠多的外表活性劑的分子，無(wú)間隙地布滿在水溶液外表上，形成單分子膜。此時(shí)，空氣和水完全處于隔絕狀態(tài)，外表張力趨于平緩。2.何謂HLB值？HLB值對(duì)外表活性劑的選用有何指導(dǎo)意義？〔1〕HLB值是指外表活性劑的親水性與親油性的相對(duì)大小?！?〕HLB越大表示該外表活性劑的親水性越強(qiáng),HLB值越低,那么親油性越強(qiáng).由此,可根據(jù)外表活性劑的HLB值的大小,初步選擇我們所需要的活性劑類型.3.什么是相轉(zhuǎn)移溫度？用PIT表示外表活性劑的親水、親油性較HLB值有什么優(yōu)點(diǎn)？〔１〕相轉(zhuǎn)型溫度是指非離子型外表活性劑在低溫下可形成水包油(O/W)型乳狀液,隨著溫度升高,溶解度降低,HLB值下降,使得乳狀液從原來(lái)的〔Ｏ／Ｗ〕型轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶汀玻祝稀乘鶎?duì)應(yīng)的溫度．又稱為親水-親油平衡溫度．〔２〕PIT與HLB都可以反映出親水親油性，但是，PIT可以反映出油的種類、水溶液性質(zhì)、溫度和相體積等的影響。同時(shí)PIT測(cè)定簡(jiǎn)單、精度高。4.什么是CMC濃度？試討論影響CMC的因素。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)測(cè)定CMC的方法?！?〕CMC濃度是指隨著外表活性劑濃度上升，溶液的外表張力逐漸下降，直至外表張力幾乎不變時(shí)所發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)的濃度?！?〕疏水基的影響、親水基、溫度、添加劑〔電解質(zhì)、有機(jī)物〕?！?〕測(cè)定方法：測(cè)定電導(dǎo)率、滲透壓、冰點(diǎn)、增溶性、洗凈力等物理量發(fā)生顯著變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)5.溫度對(duì)離子型外表活性劑和非離子型外表活性劑溶解度的影響有什么不同？為什么離子型外表活性劑在K.P點(diǎn)以上溶解度迅速增大，而非離子型外表活性劑溶液在C.P點(diǎn)變成渾濁？〔1〕離子型：在足夠低的溫度下，溶解度隨溫度升高而慢慢增大，當(dāng)溫度到達(dá)一定值后，溶解度會(huì)突然增大——Krafft現(xiàn)象非離子型：溶解度隨溫度升高而下降，當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)，溶液會(huì)突然變渾濁〔2〕離子型：外表活性劑以膠束形式溶解非離子型：溫度上升時(shí)，氫鍵被削弱，到達(dá)C.P.點(diǎn)時(shí)，氫鍵斷裂，外表活性劑從溶液中析出，溶液變得渾濁。第三章1.有人將二甲基硅氧烷低聚物接枝到聚苯乙烯大分子鏈上，發(fā)現(xiàn)接枝聚合物的外表張力隨接枝率的增高而下降，當(dāng)接枝率到達(dá)一定值后，高聚物的外表張力接近于聚二甲基硅氧烷，試分析其原因。2.總結(jié)固體聚合物外表張力的測(cè)試方法。①溫度與外表張力的關(guān)系。②分子量與外表的關(guān)系。③等張比容估算。④內(nèi)聚能估算。⑤測(cè)定液體對(duì)聚合物的接觸角θ⑥幾何平均法、調(diào)和平均法計(jì)算。⑦用同系物液體測(cè)出其對(duì)高聚物的接觸角θ以cosθ?σLV作圖，求臨界外表張力σc。⑧用一系列測(cè)試液測(cè)定其對(duì)高聚物的接觸角θ由式，求出，用對(duì)作圖，求的狀態(tài)方程法。3.嵌段、接枝、共混對(duì)聚合物合金的外表張力有怎樣的影響？4.為什么聚合物與聚合物的相容性較差？如何提高聚合物與聚合物的相容性？〔1〕書P86-89〔2〕①用接枝、嵌段共聚物作增容劑②在共混組分之間引入特殊相互作用③參加低分子量化合物作增容劑④其它5.對(duì)聚合物進(jìn)行外表處理的目的是什么？聚烯烴薄膜經(jīng)電暈處理后外表性能可能發(fā)生怎樣的變化？〔1〕①改變外表化學(xué)組成，增加外表能②改善結(jié)晶形態(tài)和外表的幾何性質(zhì)③去除雜質(zhì)或脆弱的邊界層?！?〕經(jīng)過電暈處理后，聚合物外表可形成各種的極性基團(tuán)，改善聚合物的粘接性和潤(rùn)濕性，對(duì)油墨的附著力顯著改善，外表張力、剝離力明顯提高。6.低溫等離子處理對(duì)聚合物的外表改性能產(chǎn)生哪些效果？〔1〕外表交聯(lián)：等離子體中高能粒子轟擊聚合物外表，產(chǎn)生了大量的自由基，自由基間的相互作用，在外表形成致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也形成了大量的不飽和鍵?！?〕極性基團(tuán)的引入：等離子體外表氧化反響為自由基鏈反響，氧的介入，可以引入大量的含氧基團(tuán)，如羧基、羰基、羥基。〔3〕對(duì)潤(rùn)濕性的影響改善外表的潤(rùn)濕性，使聚合物外表張力增大，接觸角變小。〔4〕對(duì)粘接性的影響極性基團(tuán)的引入使其與其它的材料的粘結(jié)強(qiáng)度大大增強(qiáng)?！?〕其它作用引起聚合物失重、外表形成小坑。裂解產(chǎn)物中分子量較大的降解聚合物，與未降解的相比，分子量較低，其玻璃化溫度和粘度較低，因此可以通過界面的流動(dòng)性和相互的擴(kuò)散改善可粘結(jié)性。7.聚合物外表接枝有哪些方法？其原理各是什么？〔1〕外表接枝聚合大分子偶合添加接枝共聚物〔2〕外表接枝聚合：在光、輻射線、紫外線、等離子體使聚合物外表產(chǎn)生活性種，引發(fā)乙烯基單體自由基聚合，進(jìn)行外表接枝。大分子偶合：聚合物外表產(chǎn)生反響性活性基團(tuán)，使之與帶有反響基團(tuán)的大分子反響偶合，實(shí)現(xiàn)其外表接枝。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，共聚物親基材段嵌入到基材內(nèi)部，留下接枝段在基質(zhì)聚合物的外表上，到達(dá)外表改性的目的。第四章1.簡(jiǎn)述無(wú)機(jī)固體的理想外表、清潔外表和真實(shí)外表。理想外表是將一塊晶體沿某晶面切開，而不改變切開面附近原子的位置和電子的密度分開，所形成的外表稱為“理想外表”,理想外表在自然界是不存在的。假設(shè)除了確定一套邊界條件外，系統(tǒng)不發(fā)生任何變化，即半無(wú)限晶體中的原子位置和電子密度都和原來(lái)的無(wú)限晶體一樣，這種理想的外表實(shí)際上不可能存在。清潔外表是指外表經(jīng)過特殊處理后，保持在10－9~10－10超高真空下的狀態(tài)。特殊處理的方法很多，有離子轟擊和退熾熱處理，解理，熱蝕，外延，場(chǎng)效應(yīng)蒸發(fā)等，其中離子轟擊加退熾熱處理是目前最普遍采用的方法。實(shí)際外表是指經(jīng)過研磨，拋光處理后的狀態(tài)。在電子顯微鏡下觀察，其外表都是相當(dāng)不平整的，外表除出現(xiàn)明顯的起伏，還可能伴有裂紋和空洞。外表的不平整性，對(duì)光刻，細(xì)微加工，磁記錄，電位器噪聲都有很大的影響，而且與材料的潤(rùn)濕，摩擦，抗蝕等也密切相關(guān)。2.表達(dá)固體外表的弛豫現(xiàn)象、外表弛豫與無(wú)極超細(xì)粉體性能之間的關(guān)系。弛豫是指外表區(qū)原子或離子間的距離偏離體內(nèi)的晶格常數(shù)，但晶胞結(jié)構(gòu)根本不變。離子晶體的主要作用力是庫(kù)侖靜電力，是一種長(zhǎng)程作用，因此外表容易發(fā)生弛豫，弛豫的結(jié)果產(chǎn)生外表電矩。例如NaCl晶體的弛豫，在外表處離子排列發(fā)生中斷，體積大的負(fù)離子間的排斥作用，使Cl－向外移動(dòng)，體積小的Na+那么被拉向內(nèi)部，同時(shí)負(fù)離子易被極化，屏蔽正離子電場(chǎng)外露外移，結(jié)果原處于同一層Na+和Cl－分成相距為0.026nm的兩個(gè)亞層，但晶胞結(jié)構(gòu)根本沒有變化，形成了弛豫。弛豫主要發(fā)生在垂直外表方向，又稱為縱向弛豫，弛豫時(shí)的晶格常數(shù)變化將取決于材料的特征和晶向。弛豫不僅于外表一層，而且會(huì)延伸到一定范圍，例如NaCl(100)面的離子極化是發(fā)生在距外表5層的范圍。許多金屬氧化物的外表都容易發(fā)生弛豫，并使外表帶負(fù)電，產(chǎn)生外表電矩。當(dāng)金屬氧化物以粉體形式存在時(shí)，顆粒尺寸為亞微米極超細(xì)粉，那么外表非常大，弛豫產(chǎn)生的外表電矩使粉體難以緊密接觸，給成型工藝帶來(lái)困難。對(duì)于大多數(shù)粉體來(lái)說，外表原子都有不同程度的弛豫，V族元素原子向外移動(dòng)，Ⅲ族元素原子向內(nèi)移動(dòng)，弛豫使鍵能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并對(duì)外表態(tài)產(chǎn)生影響。3.何謂多晶的晶界？晶界的結(jié)構(gòu)特征如何？〔1〕晶界是晶粒之間界面的簡(jiǎn)稱，亦稱晶粒間界，是固體材料界面的一種特殊情況。由于實(shí)際應(yīng)用的材料多數(shù)為多晶體，境界問題對(duì)于材料研究便具有了極大的普遍性。就其本意而言，晶界是同材質(zhì)同結(jié)構(gòu)不同取向的晶粒之間的界面，這就使得其處理比相界面大大簡(jiǎn)化。在這種簡(jiǎn)化處理得到的模型的根底上，再推廣到一般的相界上，就容易多了。而實(shí)際的晶界遠(yuǎn)比上述設(shè)想復(fù)雜。材料本身經(jīng)常就是多相的，而且在晶界上還會(huì)有各種雜質(zhì)相析出，這就使得晶界不再是同種材料之間的界面，而成為多相界面。〔2〕有二種不同的分類方法，一種簡(jiǎn)單地按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來(lái)分類。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列鋁合的角度很小，約2`～3`。兩個(gè)晶粒間晶界由完全配合局部與失配局部組成。界面處質(zhì)點(diǎn)排列著一系列棱位。當(dāng)一顆晶粒繞垂直晶粒界面的軸旋轉(zhuǎn)微小角度，也能形成由螺旋位錯(cuò)構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)小角度晶界。大角度晶界在多晶體中占多數(shù)，這時(shí)晶界上質(zhì)點(diǎn)的排列已接近無(wú)序狀態(tài)。另一種分類是根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來(lái)劃分的。當(dāng)界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越過界面原子面是連續(xù)的。這樣的界面稱為共格晶界。4.影響晶界電荷的因素有哪些？書P122-1235.討論晶界應(yīng)力與材料的物理性能的關(guān)系。書P120-1226.何謂晶界偏析？舉例說明晶界偏析對(duì)PTC陶瓷性能的影響?！?〕晶界附近的組分與晶粒內(nèi)部不同。產(chǎn)生的原因：第一是晶粒內(nèi)部總是存在或多或少的雜質(zhì)離予，但是環(huán)繞雜質(zhì)的彈性應(yīng)變場(chǎng)較強(qiáng)，而晶界區(qū)由于開放結(jié)構(gòu)及弱彈性應(yīng)變場(chǎng)，因此在適當(dāng)?shù)母邷叵孪码s質(zhì)將從晶粒內(nèi)向晶界擴(kuò)散而導(dǎo)效偏析以降低應(yīng)變能。第二是晶界上電荷隨溫度下降而增加，因此在降溫過程中也會(huì)引起雜質(zhì)的偏析。例如MgO飽和的A1203中，晶界電荷符號(hào)為正，引起化合價(jià)比Al3+低的Mg2+的偏析，以降低靜電勢(shì)。第三是固溶界限，當(dāng)溫度降低時(shí)，溶質(zhì)在晶格中的固溶度降低，偏析量也隨之增加，一般氧化物固溶體中的固溶熱(固溶時(shí)所需能量)都較大，固溶界限就較低，易引起溶質(zhì)偏析?！?〕BaTiO3陶瓷是否具有PTC效應(yīng)，完全是由其晶粒和晶界的電性能決定，沒有晶界的單晶是不具有PTC效應(yīng)。晶粒和晶界都充分半導(dǎo)化及晶粒半導(dǎo)化而晶界或邊界層充分絕緣化的BaTiO3陶瓷都不具有PTC效應(yīng)，而只有晶粒充分半導(dǎo)化，晶界適當(dāng)絕緣化的BaTiO3陶瓷才具有顯著的PTC效應(yīng)。一般是通過摻雜制備PTC陶瓷，Mn對(duì)PTC效應(yīng)的影響最為顯著。Mn離子提高PTC效應(yīng)是在晶界層的偏析。對(duì)Mn，Nb共摻雜的BaTiO3陶瓷進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)Mn在晶界處的偏析行為。7.試表達(dá)外表組成與實(shí)際組成〔內(nèi)部〕組成差異的原因。玻璃外表的化學(xué)組成與玻璃主體的化學(xué)組成有一定的差異，即沿著玻璃外表的垂直方向的個(gè)組成含量不是恒值，也就是說組成隨深度變化而變化。造成玻璃外表與主體組成上的差異，主要有熔制、成形、熱加工以及玻璃外表受大氣、水和其他溶液侵蝕等不同原因造成的。在熔制、成形和熱加工過程中，由于高溫時(shí)一些組成的揮發(fā)，或各組分對(duì)外表能的奉獻(xiàn)大小不同，而造成外表中某些成分的富集，某些成分的減少。當(dāng)玻璃處在粘滯狀態(tài)下，使外表能減少的組分，就會(huì)富集到玻璃外表，以使玻璃外表能盡可能低；相反，賦予外表能高的組分，就會(huì)遷離玻璃外表內(nèi)部移動(dòng)，所以這些組分在外表比擬少。常用的玻璃成分中的Na+、B3+是容易揮發(fā)的。Lyon認(rèn)為Na+在成形溫度范圍內(nèi)，Na+自外表向周圍介質(zhì)揮發(fā)的速度大于Na+從玻璃內(nèi)部向外表遷移的速度。故用拉制法或吹制法成形玻璃的外表還是少堿的。他認(rèn)為只有在退火溫度下，Na+從內(nèi)部遷移到外表的速度大于Na+從外表?yè)]發(fā)的速度。但實(shí)際生產(chǎn)中，退火時(shí)對(duì)遷移到外表的高Na+層與爐氣中的SO2結(jié)合生成Na2SO4白霜。而這層白霜和容易洗去，結(jié)果外表層還是少堿。8.試表達(dá)玻璃外表結(jié)構(gòu)與玻璃力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。玻璃的實(shí)際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這是因?yàn)閷?shí)際玻璃存在著微觀和宏觀缺陷，特別是外表微裂紋，使實(shí)際強(qiáng)度大大降低。Weyl的玻璃亞外表理論解釋了玻璃理論強(qiáng)度大大小于實(shí)際強(qiáng)度。假設(shè)了玻璃外表亞外表層厚度為膠體粒子大小，不完全對(duì)稱，配位不全，有缺陷。特點(diǎn)為：幾何外表熵值最高，向內(nèi)部成梯度降低；原子或質(zhì)點(diǎn)外表不對(duì)稱，缺陷多，空隙大，成為微多孔性；外表的無(wú)序高于內(nèi)部；外表易析晶。9.試表達(dá)玻璃外表結(jié)構(gòu)和組成與化學(xué)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。書P128-133第五章1.為什么說界面對(duì)復(fù)合材料的性能起著重要的作用？〔1〕復(fù)合材料界面包含著兩相之間的過渡區(qū)域的三維界面相，界面相內(nèi)的化學(xué)組分、分子排列、熱性能、力學(xué)性能等呈連續(xù)性變化?！?〕復(fù)合材料的性能并非組分材料的性能簡(jiǎn)單加和，而是產(chǎn)生了1+1〉2的協(xié)同效應(yīng)?！?〕兩相復(fù)合過程中，會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力〔導(dǎo)熱系數(shù)、膨脹系數(shù)的不同〕、界面化學(xué)效應(yīng)〔官能團(tuán)之間的作用或反響〕和界面結(jié)晶效應(yīng)〔成核誘發(fā)結(jié)晶、橫晶〕。這些效應(yīng)引起的界面微觀結(jié)構(gòu)和性能特征，對(duì)復(fù)合材料的性能產(chǎn)生直接的影響。2.什么是偶聯(lián)劑？說明硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)塑料的作用機(jī)理。用偶聯(lián)劑進(jìn)行外表處理有哪些方法？〔1〕偶聯(lián)劑是分子含有兩種不同性質(zhì)基團(tuán)的化合物，其中一種基團(tuán)可與增強(qiáng)材料發(fā)生物理或化學(xué)作用，另一種基團(tuán)可與基體發(fā)生物理或化學(xué)作用?！?〕①X基團(tuán)的水解，形成硅醇；②硅醇的羥基之間以及硅醇的羥基與玻璃纖維外表的羥基形成氫鍵；③硅羥基間脫水形成硅氧鍵。3.舉例說明高性能纖維的外表處理方法，怎樣表征纖維處理后外表結(jié)構(gòu)與性能的變化？書P1864.什么是化學(xué)鍵理論？化學(xué)鍵理論有什么缺陷？舉例說明化學(xué)鍵理論在碳纖維外表處理中的應(yīng)用?！?〕化學(xué)鍵理論認(rèn)為兩相之間實(shí)現(xiàn)有效的粘接，兩相的外表應(yīng)含有能相互發(fā)生化學(xué)反響的活性基團(tuán)，通過官能團(tuán)的反響以化學(xué)鍵合形成界面。假設(shè)兩相不能進(jìn)行化學(xué)反響，也通過偶聯(lián)劑的媒介作用以化學(xué)鍵相互結(jié)合。〔2〕缺陷：不能解釋以下現(xiàn)象①有些偶聯(lián)劑不含有與基體樹脂起反響的活性基團(tuán)，卻有很好的處理效果。②偶聯(lián)劑在增強(qiáng)纖維外表有多層結(jié)構(gòu)而并非由化學(xué)鍵理論推導(dǎo)的單層結(jié)構(gòu)，③基體樹脂固化，熱應(yīng)力松弛效應(yīng)。〔3〕應(yīng)用：在外表氧化或等離子、輻射等處理過程中，纖維外表產(chǎn)生了羧基、羥基等含氧活性基團(tuán)，提高了與環(huán)氧等基體樹脂的反響能力，使界面形成了化學(xué)鍵，大大提高了粘接強(qiáng)度。第六章1.聚丙烯經(jīng)馬來(lái)酸酐接枝前后其外表對(duì)水的侵潤(rùn)性發(fā)生怎樣的變化？如何證明其侵潤(rùn)性的變化？2．甲基丙烯酸縮水甘油醚〔GMA〕是一種含有碳碳雙鍵和環(huán)氧基的雙官能團(tuán)化合物，如何將其接枝到聚丙烯的分子側(cè)鏈上？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種證明GMA是否接枝到聚丙烯上的方法。3.增強(qiáng)纖維經(jīng)低溫等離子或輻照處理外表會(huì)產(chǎn)生自由基，處理后纖維在放置過程中外表活性會(huì)逐漸衰減。如何實(shí)驗(yàn)證明自由基的產(chǎn)生和衰減？4.界面結(jié)合強(qiáng)度是否越強(qiáng)越好？為什么？5.復(fù)合材料界面力學(xué)性能表征有哪些方法？用單絲模型和宏觀力學(xué)性能測(cè)試復(fù)合材料的界面力學(xué)性能各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？〔1〕復(fù)合材料界面力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)可歸納為兩大類：一是常規(guī)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)法如短梁彎曲、層間剪切。二是單絲模型法如單絲拔脫實(shí)驗(yàn)法斷片實(shí)驗(yàn)法界面粘接能測(cè)試?！?〕單絲模型法：即用單纖維埋在基體中制樣，考察外力作用下的界面破壞過程。優(yōu)點(diǎn)：排除了其它非主要的因素的干擾，直接研究纖維與基體的界面。缺點(diǎn)：試驗(yàn)材料與實(shí)際材料性能相差較遠(yuǎn)。宏觀力學(xué)性能測(cè)試：優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單易行，試驗(yàn)材料性能與實(shí)際材料性能很接近。缺點(diǎn)：材料在常規(guī)宏觀力學(xué)性能測(cè)試中的破壞不完全是界面破壞過程，而是多種破壞因素綜合結(jié)果，不利于研究界面的微觀破壞過程。第七章1.簡(jiǎn)述生物材料的定義及其開展現(xiàn)狀?！?〕生物材料也稱為生物醫(yī)用材料，是一種能對(duì)機(jī)體的細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷、治療、替代、修復(fù)、誘導(dǎo)再生或增進(jìn)其功能的材料。狹義上講，生物材料只包括長(zhǎng)期與生物體相接觸的或植入生物體內(nèi)起某種生物功能的天然或人工合成材料；廣義上講，生物材料還包括用于醫(yī)學(xué)治療方面的生物材料，如醫(yī)學(xué)診斷試劑、藥物釋放材料、一次性臨床使用材料及其與之相關(guān)的各種原材料等。〔2〕①惰性生物材料階段：惰性生物材料是指對(duì)人體組織化學(xué)惰性，其物理機(jī)械和功能特性與組織匹配，使材料在應(yīng)用過程中不致產(chǎn)生不利于功能發(fā)揮和對(duì)其它組織影響的反響，特別是與組織接觸或短時(shí)間不產(chǎn)生炎癥或凝血現(xiàn)象，無(wú)急性毒性或刺激反響，一般無(wú)補(bǔ)體激活產(chǎn)生的免疫反響的一類功能材料。這類材料的應(yīng)用基于對(duì)材料本身性能的全面了解，是人類最早、最廣泛應(yīng)用的生物材料。②生物材料生物化階段：隨著材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)的開展，以及先進(jìn)儀器設(shè)備的創(chuàng)造，帶動(dòng)了生物材料的開展。集中表現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)新型生物材料，以及更多關(guān)注惰性生物材料所制成的人工器官和醫(yī)療器械在使用過程中與組織或血液產(chǎn)生的界面反響，也即材料在使用過程中逐漸生物化。③組織工程支架材料階段：材料生物化畢竟不能改變材料的根本結(jié)構(gòu)，這為材料的長(zhǎng)期使用留下隱患，同時(shí)器官(尤其是組織)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不可能用單一無(wú)活性的材料來(lái)模仿其全部或大局部功能。因此在器官(或組織)供體來(lái)源非常有限的情況下，如何在體外培養(yǎng)出正常的組織供手術(shù)使用，是醫(yī)學(xué)界和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)界追求的目標(biāo)之一。組織工程的出現(xiàn)和開展為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。2.簡(jiǎn)述材料的生物相容性及其主要影響因素?！?〕定義材料在特定的環(huán)境中引起恰當(dāng)?shù)乃拗鞣错懙哪芰?。?〕影響因素①材料因素：本體化學(xué)、外表化學(xué)、外表粗糙度、外表能、外表電荷、化學(xué)穩(wěn)定性、降解產(chǎn)物的化學(xué)特性、降解產(chǎn)物的物理特性；②裝置因素：大小、形狀、彈性模量/剛性；③宿主因素：種類、組織類型及位置、年齡、性別、健康狀況、給藥狀態(tài)；④系統(tǒng)因素：操作技術(shù)、植入組織附件、感染。3.什么是組織工程和細(xì)胞外基質(zhì)？〔1〕組織工程是近十年開展起來(lái)的一門新興學(xué)科，它是應(yīng)用生命科學(xué)和工程的原理與方法，研究、開發(fā)用于修復(fù)、增進(jìn)或改善人體各種組織或器官損傷后功能和形態(tài)的新學(xué)科，作為生物醫(yī)學(xué)工程的一個(gè)重要分支，是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后，生命科學(xué)開展史上又一個(gè)新的里程碑?！?〕細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrixc,ECM),是由動(dòng)物細(xì)胞合成并分泌到胞外、分布在細(xì)胞外表或細(xì)胞之間的大分子,主要是一些多糖和蛋白,或蛋白聚糖。這些物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支持并連接組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)組織的發(fā)生和細(xì)胞的生理活動(dòng)。細(xì)胞外基質(zhì)是動(dòng)物組織的一局部,不屬于任何細(xì)胞。它決定結(jié)締組織的特性，對(duì)于一些動(dòng)物組織的細(xì)胞具有重要作用。4.蛋白質(zhì)在材料外表的吸附取決于哪些影響因素？材料的外表性能、蛋白質(zhì)性能及蛋白質(zhì)與外表作用的效率。5.為何細(xì)胞在材料外表的黏附對(duì)組織再生以及植入物的修復(fù)效果起著關(guān)鍵作用？細(xì)胞外基質(zhì)ECM是細(xì)胞發(fā)揮功能的環(huán)境，細(xì)胞指導(dǎo)ECM的合成，ECM提供細(xì)胞所需的力學(xué)和化學(xué)信息，但細(xì)胞必須與ECM黏附，才能進(jìn)行遷移、分化的增殖。細(xì)胞和ECM之間的黏附以各種方式影響著細(xì)胞的功能發(fā)揮。細(xì)胞一旦與ECM黏附就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)答，其應(yīng)答反響取決于細(xì)胞類型、ECM的組成結(jié)構(gòu)及瞬時(shí)狀態(tài)。其應(yīng)答方式有改變細(xì)胞自身形狀、遷移、增殖、分化甚至修正活性等。粘附細(xì)胞的ECM不僅保持組成結(jié)構(gòu)，還利用細(xì)胞外表受體將結(jié)構(gòu)化配體、信號(hào)肽、蛋白酶及其抑制劑的信息傳導(dǎo)至所黏附細(xì)胞的內(nèi)部。ECM還充當(dāng)生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的儲(chǔ)存庫(kù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候釋放出來(lái)，向鄰近的細(xì)胞提供這些因子。6.生物材料表界面的表征主要有哪些方法？簡(jiǎn)述之。接觸角分析、福利葉變換紅外光譜〔FTIR〕、X射線電子譜、掃描電子顯微鏡〔SEM〕、透射電子顯微鏡〔TEM〕和原子力顯微鏡〔AFM〕等。具體見書P256-2607.細(xì)胞與材料外表之間的相互作用主要有哪些？簡(jiǎn)述之?！?〕細(xì)胞黏附：細(xì)胞在生物材料外表的黏附是材料生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的關(guān)鍵，也是誘發(fā)組織整合及組織重建的根底。細(xì)胞的增殖直接跟與之接觸的材料外表的生物特異性密切相關(guān)，基材的外表能量是影響哺乳動(dòng)物細(xì)胞黏附的重要因素。〔2〕蛋白質(zhì)吸附：是細(xì)胞與生物材料外表相互作用的中介，細(xì)胞在材料外表黏附受材料外表吸附的蛋白質(zhì)控制。〔3〕細(xì)胞識(shí)別：是生物體的一種自我保護(hù)，也是機(jī)體產(chǎn)生移植排斥的根本原因。8.細(xì)胞與材料外表之間相互作用的影響因素主要有哪些？〔1〕外表化學(xué)性能〔2〕外表蛋白吸附能力〔3〕外表自由能〔4〕外表親疏水能力〔5〕外表電荷性能〔6〕外表生物活性〔7〕外表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具體見書P262-2649.生物材料的外表修飾主要有哪些方法？簡(jiǎn)述之?！?〕外表固定蛋白對(duì)生物材料進(jìn)行外表修飾〔2〕外表固定氨基酸及其衍生物對(duì)生物材料進(jìn)行外表修飾〔3〕外表固定多肽對(duì)生物材料進(jìn)行外表修飾〔4〕外表固定細(xì)胞生長(zhǎng)因子對(duì)生物材料進(jìn)行外表修飾〔5〕外表固定酶類對(duì)生物材料進(jìn)行外表修飾〔6〕利用微模型技術(shù)對(duì)生物材料進(jìn)行外表修飾〔7〕人工骨和人工關(guān)節(jié)外表修飾具體見書P265-27010.生物材料外表的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞黏附有何影響？人工ECM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)改變細(xì)胞外表的應(yīng)力分布，從而改變細(xì)胞的形態(tài)。研究說明，不管是材料外表吸附蛋白質(zhì)還是整聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞的黏連，細(xì)胞的形態(tài)都是控制細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡的重要因素。同時(shí)，人工ECM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還能影響細(xì)胞的定向、遷移及細(xì)胞骨架的排列能力。進(jìn)一步研究顯示，細(xì)胞在細(xì)微構(gòu)型或特意設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的生長(zhǎng)良好，從而更加證明了人工ECM外表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。而細(xì)胞的表型在一定程度上也依賴于人工ECM與細(xì)胞核結(jié)構(gòu)間的相互作用。第八章1.納米材料的表界面有哪些根本特征？試舉例說明與普通材料相比的不同之處。2.納米粒子的成核生成過程有什么特征？如何用外表化學(xué)手段控制納米粒子的形態(tài)？3.納米粒子的穩(wěn)定性取決于哪些因素？談?wù)勌岣呒{米粒子穩(wěn)定性的主要方法?！?〕①納米粒子周圍的雙電層②膠體粒子電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)③膠體成核和納米離子穩(wěn)定性〔不確定〕〔2〕書P285-2894.什么是粒子外表的納米工程？主要有哪些方面？(1)書P289(2)a.聚合物涂層①通過聚合過程外表修飾②自組裝的聚合物層b.無(wú)機(jī)和復(fù)合物的涂層①沉淀和外表反響②納米粒子的控制組裝c.生物大分子層5.簡(jiǎn)述如何用粒子外表的納米工程技術(shù)構(gòu)筑有機(jī)/有機(jī)、有機(jī)/無(wú)機(jī)和無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)核殼粒子。試述它們?cè)诓牧项I(lǐng)域中的應(yīng)用。6.簡(jiǎn)述自組裝的定義