第8章 功能信息材料的制备

第一章绪论1．材料按化学组成可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四类。

2．材料合成与制备是通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上及性能上不同于原材料的新材料。

研究内容：一是研究新型材料的合成方法；二是研究已知材料的新合成方法、新合成技术，从而指定节能、经济、环保的合成路线及开发新型结构和功能的材料。

3．材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。

第二章无机材料合成实验技术1．表征真空泵的工作特性的四个参量：起始压强、临界反压强、极限压强、抽气速率。

2．平衡分离过程：借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。

3．速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。

4．吸附分离过程：利用混合物中各组分与吸附剂表面结合力强弱的不同，即各组分在固体相（吸附剂）和流体相间的吸附分配能力的差异，使混合物中难吸附组分与易吸附组分得以分离。

特点：①多数吸附剂具有良好的选择性，同时，被吸附组分又可在不同的条件下脱附，方便被吸附组分的分别收集和吸附剂的再生利用；②吸附剂化学稳定性好，分离所得产物纯度高；③吸附与解吸速度快，为快速分离和获得小体积淋洗液创造了条件；④吸附剂价廉易得，实验操作简单；⑤为了增加表面作用位置，吸附剂通常制成多孔结构和大比表面积。

吸附机理：⑴吸附作用机理复杂，包括静电吸附、氢键作用、离子交换、络合作用等多种物理和化学过程；⑵从分子间作用力的观点来看，吸附作用是吸附剂表面的立场与吸附质分子之间相互作用的结果，主要是物理吸附；⑶硅胶、Al2O3表面含有大量羟基及O原子，能与许多物质形成氢键。

氢键和电荷转移相互作用均产生较强的吸附能；⑷极性吸附剂与极性分子之间的吸附力较强，选择性也较高。

第8章 绿色设计8.1绿色设计概述资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题，特别是环境问题，正对人类社会生存与发展造成严重威胁。

20世纪70年代以来，工业污染所导致的全球性环境恶化达到了前所未有的程度，日益严重的生态危机要求全世界共同采取行动来加强环境保护。

进入90年代以来，各国的环保战略开始经历一场新的转折，全球性的产业结构调整出现了新的绿色战略趋势，这就是向资源利用合理化、废物产生减量化及对环境无污染或少污染的方向发展。

在这种“绿色浪潮”的冲击下，绿色产品逐渐兴起，相应的绿色产品设计方法就成为目前的研究热点。

8.1.1绿色设计的基本概念绿色设计（Green Design ）也称为生态设计(Ecological Design)，绿色设计的示意图如图 8-1所示。

绿色设计基本设计思想是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求资源利用合理化、废物产生少量化，对环境无污染或少污染。

绿色设计是以环境保护为核心的设计过程，它要求在产品的整个生命周期内，着重考虑产品的环境属性（自然资源的利用、环境影响及可拆卸性、可重复利用性等），并将其作为设计的目标，在满足环境目标要求的同时，满足产品应有的功能、使用寿命、经济性和质量等。

绿色设计是一种综合了面向对象技术、并行工程、寿命周期设计等设计方法，包含了产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、再用及处理的各个阶段，即涉及到产品的整个生命周期。

传统设计主要是根据用户提出的功能、质量和成本来设计的，图1-1为传统设计流程示意图。

这种设计方法很少考虑能源、资源再生利用以及对生态环境的影响。

制造出来的产品没有有效的管理、处置和再生利用的方法，结果造成了严重的资源污染和环境污染。

这种粗放型传统设计对自然资源的可持续利用和人类生存构成了极大的威胁。

绿色设计在产品整个生命周期中都把产品的绿色程度作为设计目标，在设计过程中，充分考虑产品在原材料获取、生产制造、运输销售、使用及回收处理对环境的各种影响。

材料物理与化学材料物理与化学是物理学和化学的交叉领域，研究的对象是材料的物理和化学性质，并通过探究材料的原子结构、晶体结构、电学、磁学、光学和力学等方面的特性，来探究材料的性能、功能和应用。

材料物理与化学具有重要的理论和实验意义，是新材料研究的基础和核心。

第一章：材料物理概述材料物理研究的是材料的物理性质。

物理学是先进基础学科，通过物理学的研究，我们可以深入了解材料的特性和性质，这些性质包括光学、电子、磁学、热学等。

物理学对新材料的研究非常重要，因为它可以对材料的微观结构和宏观性质进行刻画，为新材料的研究和开发提供基础。

第二章：材料化学概述材料化学研究的是材料的化学性质。

化学是研究物质的结构、性质和变化规律的科学，它提供了材料的组成和化学特性的信息。

化学结构对材料的性质和性能产生很大的影响，并且它也是制备出新材料的重要基础。

第三章：材料的基本性质材料的基本性质是温度、压力、密度、热容、热导率、导电率、热膨胀系数、抗磨性等物理化学性质，这些性质是材料在使用中必须了解的性质。

针对这些性质的研究可以进一步探究材料的应用范围和性能。

第四章：材料的物理性质材料的物理性质包括结构、相变、光学、磁学、声学、电学、力学等方面的性质。

这些性质对材料的应用和开发具有重要的意义。

第五章：材料的化学性质材料的化学性质包括化学反应、催化性质、化学表面反应、化学吸附、氧化还原等方面的性质。

这些性质在材料制备、改性和应用中起着重要的作用。

第六章：材料的组织结构材料的组织结构是材料多种性能的基础，它包括晶体结构、非晶固态和化学组成等方面。

通过分析材料的组织结构可以为其后续的应用和开发提供基础。

第七章：新材料的研究和应用新材料是材料科学的重要方向，也是经济社会发展的关键领域。

新材料通常具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于先进制造和科技领域。

常见的新型材料有纳米材料、超导材料、生物材料、钙钛矿材料等。

综上所述，材料物理与化学是一个复杂而重要的学科，对于新材料的研究和应用具有重要的意义。

新材料及其应用的教案第一章：新材料的概述1.1 教学目标让学生了解新材料的定义和特点让学生了解新材料的分类和应用领域让学生了解新材料的研究和发展的意义1.2 教学内容新材料的定义和特点新材料的分类和应用领域新材料的研究和发展的意义1.3 教学步骤引入：通过展示新材料的实物或图片，引发学生对新材料的兴趣和好奇心讲解：详细讲解新材料的定义、特点、分类和应用领域，以及新材料的研究和发展的意义互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料的了解和看法第二章：纳米材料2.1 教学目标让学生了解纳米材料的定义和特点让学生了解纳米材料的制备方法和应用领域让学生了解纳米材料的研究和发展的意义2.2 教学内容纳米材料的定义和特点纳米材料的制备方法和应用领域纳米材料的研究和发展的意义2.3 教学步骤引入：通过展示纳米材料的应用实例，引发学生对纳米材料的兴趣和好奇心讲解：详细讲解纳米材料的定义、特点、制备方法和应用领域，以及纳米材料的研究和发展的意义互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对纳米材料的了解和看法第三章：复合材料3.1 教学目标让学生了解复合材料的定义和特点让学生了解复合材料的制备方法和应用领域让学生了解复合材料的研究和发展的意义3.2 教学内容复合材料的定义和特点复合材料的制备方法和应用领域复合材料的研究和发展的意义3.3 教学步骤引入：通过展示复合材料的应用实例，引发学生对复合材料的兴趣和好奇心讲解：详细讲解复合材料的定义、特点、制备方法和应用领域，以及复合材料的研究和发展的意义互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对复合材料的了解和看法第四章：智能材料让学生了解智能材料的定义和特点让学生了解智能材料的制备方法和应用领域让学生了解智能材料的研究和发展的意义4.2 教学内容智能材料的定义和特点智能材料的制备方法和应用领域智能材料的研究和发展的意义4.3 教学步骤引入：通过展示智能材料的应用实例，引发学生对智能材料的兴趣和好奇心讲解：详细讲解智能材料的定义、特点、制备方法和应用领域，以及智能材料的研究和发展的意义互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对智能材料的了解和看法第五章：新材料的发展趋势5.1 教学目标让学生了解新材料的发展趋势让学生了解我国在新材料领域的发展现状和优势让学生了解新材料的发展对我国经济社会的影响5.2 教学内容新材料的发展趋势我国在新材料领域的发展现状和优势新材料的发展对我国经济社会的影响引入：通过展示新材料的最新发展成果，引发学生对新材料发展趋势的兴趣和好奇心讲解：详细讲解新材料的发展趋势，以及我国在新材料领域的发展现状和优势，新材料的发展对我国经济社会的影响互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料发展趋势的看法和想法第六章：新材料的制备技术6.1 教学目标让学生了解新材料制备的基本原理让学生掌握常见新材料制备技术及其优缺点让学生了解新材料制备过程中的关键因素6.2 教学内容新材料制备的基本原理常见新材料制备技术（如化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等）及其优缺点新材料制备过程中的关键因素（如反应条件、原料选择等）6.3 教学步骤引入：通过展示新材料制备技术的应用实例，引发学生对新材料制备技术的兴趣和好奇心讲解：详细讲解新材料制备的基本原理，常见新材料制备技术及其优缺点，新材料制备过程中的关键因素互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料制备技术的了解和看法第七章：新材料的应用领域7.1 教学目标让学生了解新材料在各个领域的应用实例让学生了解新材料应用对传统产业的影响让学生了解新材料应用对人类生活的影响7.2 教学内容新材料在各个领域的应用实例（如航空航天、电子信息、生物医药等）新材料应用对传统产业的影响新材料应用对人类生活的影响7.3 教学步骤引入：通过展示新材料在各领域的应用实例，引发学生对新材料应用领域的兴趣和好奇心讲解：详细讲解新材料在各个领域的应用实例，新材料应用对传统产业的影响，新材料应用对人类生活的影响互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料应用领域的看法和想法第八章：新材料的安全与环境影响8.1 教学目标让学生了解新材料在生产和应用过程中的安全风险让学生了解新材料对环境的影响让学生掌握新材料安全与环境影响的评价方法8.2 教学内容新材料在生产和应用过程中的安全风险新材料对环境的影响新材料安全与环境影响的评价方法8.3 教学步骤引入：通过展示新材料在生产和应用过程中的事故案例，引发学生对新材料安全与环境影响的关注讲解：详细讲解新材料在生产和应用过程中的安全风险，新材料对环境的影响，新材料安全与环境影响的评价方法互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料安全与环境影响的看法和想法第九章：新材料的政策与产业现状9.1 教学目标让学生了解我国新材料产业的政策环境让学生了解我国新材料产业的发展现状和趋势让学生了解国际新材料产业的发展现状和趋势9.2 教学内容我国新材料产业的政策环境我国新材料产业的发展现状和趋势国际新材料产业的发展现状和趋势9.3 教学步骤引入：通过展示我国新材料产业的政策文件和产业报告，引发学生对新材料产业现状的关注讲解：详细讲解我国新材料产业的政策环境，我国新材料产业的发展现状和趋势，国际新材料产业的发展现状和趋势互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料产业现状的看法和想法第十章：新材料的创新与未来发展10.1 教学目标让学生了解新材料创新的途径和方法让学生了解新材料未来的发展趋势和挑战让学生激发对新材料未来发展的想象和创造力10.2 教学内容新材料创新的途径和方法（如产学研合作、人才培养等）新材料未来的发展趋势和挑战新材料未来的发展方向（如可持续发展、绿色制造等）10.3 教学步骤引入：通过展示新材料的创新成果和未来概念，引发学生对新材料创新和未来发展的兴趣和好奇心讲解：详细讲解新材料创新的途径和方法，新材料未来的发展趋势和挑战，新材料未来的发展方向互动：组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对新材料创新和未来发展的看法和想法重点和难点解析重点环节一：新材料的定义和特点需要重点关注的内容：新材料的定义、特点及其区别。

第8章工程项目质量管理1参考答案建设工程项目质量是指通过项目实施形成的工程实体的质量，是反映建筑工程满足相关标准规定或合同约定的要求，包括其在安全、使用功能及其在耐久性能、环境保护等方面所有明显和隐含能力的特性总和。

其质量特性主要体现在适用性、安全性、耐久性、可靠性、经济性及与环境的协调性等六个方面。

建设工程项目质量的影响因素，主要是指在项目质量目标策划、决策和实现过程中影响质量形成的各种客观因素和主观因素，包括人的因素、机械因素、材料因素、方法因素和环境因素（简称人、机、料、法、环）等。

2参考答案PDCA循环从某种意义上说，管理就是确定任务目标，并通过PDCA循环来实现预期目标。

每一循环都围绕着实现预期的目标，进行计划、实施、检查和处置活动，随着对存在问题的解决和改进，在一次一次的滚动循环中逐步上升，不断增强质量管理能力，不断提高质量水平。

每一个循环的四大职能活动相互联系，共同构成了质量管理的系统过程。

计划P（Plan）。

计划由目标和实现目标的手段组成，计划是一条“目标--手段链”。

质量管理的计划职能，包括确定质量目标和制定实现质量目标的行动方案两方面。

实施D（Do）。

在质量活动的实施过程中，要求严格执行质量计划的行动方案，规范行为，把质量计划的各项规定和安排落实到具体的资源配置和作业技术活动中去。

检查C（Check）。

指对计划实施过程进行各种检查，包括作业者的自检、互检和专职管理者专检。

处置A（Action）。

对于质量检查所发现的质量问题或质量不合格，及时进行原因分析，采取必要的措施，予以纠正，保持工程质量形成过程的受控状态。

处置分纠偏和预防改进两个方面。

3参考答案工程勘察质量管理的主要工作：（1）要求建设单位编制工程勘察任务书和选择工程勘察单位，签订好工程勘察合同。

（2）审查勘察单位提交的勘察方案，提出审查意见，并报相关单位。

变更勘察方案应按原程序重新审查。

（3）检查勘察现场及室内试验主要岗位操作人员的资格、所使用设备、仪器计量的检定情况。

第一章1.什么是材料化学其主要特点是什么答：材料化学是有关于材料的结构、性质、制备及应用的化学。

主要特点：跨学科性，实践性。

2.材料与试剂的主要区别是什么答：试剂在使用过程中通常被消耗并转化为其他物质，而材料通常是可重复的、连续的，除了正常的消耗外，它不会不可逆地转化为其他物质。

3.观察一只灯泡，列举制造灯泡所需的材料。

4.材料按其组成和结构可以分为哪几类如果按功能和用途对材料分类，列举十种不同功能或用途的材料。

:答：（1）金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料（2）导电材料、绝缘材料、生物医用材料、航天航空材料、能源材料、电子信息材料、感光材料5.简述材料化学的主要内容。

答：结构：原子和分子在不同层次彼此结合的形式、状态和空间分布。

特性：材料固有的化学、物理和力学特性。

制备：将原子和分子结合在一起，并最终将其转化为有用的产品应用。

第二章1.原子间的结合键共有几种 各自特点如何3.计算体心立方及六方密堆的的堆积系数。

)3/4(2)3/4(233R R ππn=410. 单质Mn 有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为，密度= g cm-3，原子半径r = ，计算Mn 晶胞中有几个原子，其堆积系数为多少<11. 固溶体与溶液有何异同固溶体有几种类型固体溶液与液体溶液的共同点：均具有均一性、稳定性，均为混合物，均存在溶解性问题（对固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度）； (1)均一性：溶液各处的密度、组成和性质完全一样；(2)稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离； (3)混合物：溶液一定是混合物。

固体溶液与液体溶液的不同点：固溶体的溶质和溶剂均以固体形式出现，而液体溶体的溶质和溶剂均以液体形式出现； 74.0)2/4()3/4(4)3/4(4＝3333fcc ==R R aR ππξ固溶体：又称固体溶液，指由一种或多种溶质组元溶入晶态溶剂，并保持溶剂晶格类型所形成的单相晶态固体。

第一章1.什么是材料的功能，什么是材料的性能，举例说明。

第1 页材料的功能，从本质上来说是向材料输入某种能量和信息，经过材料的储存、传输或转换等过程，再向外输出的一种特性。

如化学性、导电性、磁性、光敏性、生物活性等。

材料的性能是指材料对外部作用的表征与抵抗的特性，如对外里的抵抗表现为强度、模量，对热的抵抗表现为耐热性，对光、电、化学药品的抵抗表现为材料的耐光性、绝缘性、耐化学药品性等。

2.功能高分子材料的制备方法以及各自的特点。

第 4 页方法：（1）功能性小分子的高分子化，高分子化学反应引入预期的功能基团。

功能性小分子的高分子化主要优点在于可以使生成的功能高分子功能基团分布均匀，生成的聚合物结构可以通过小分子分析和聚合机理加以预测，产物的稳定性高，但这种方法需在功能性小分子中引入可聚单体，从而使反应较为复杂，同时在反应中反应条件对功能基团会产生一定的影响，需对功能集团加以保护，使材料的成本增加。

例如，高吸水性树脂可以通过将亲水性基团的丙烯酸钠进行自由基聚合实现。

利用高分子化学反应制备功能高分子的主要优点在于合成或天然高分子骨架是现成的，可选择的高分子母体多，来源广，价格低廉。

但是在进行高分子化学反应时，反应不可能100% 完成，尤其是在多不得高分子化学反应中，制的的产物中含有未反应的官能团，即功能集团较少，功能基团在分子链上的分布也不均匀。

例如聚苯乙烯、尼龙、淀粉都可以作为高分子母体。

（2）通过特殊加工赋予高分子的功能特性。

许多聚合物通过特定的加工方法和加工工艺，可以较精确地控制其聚集状态结构及宏观状态，从而使之体现出一定的功能性。

例如，许多塑料可以经过适当的制膜工艺，制成具有分离功能的多孔膜和致密膜。

（3）通过普通聚合物与功能材料的复合，制成复合型功能高分子材料。

这种制备方法简便快速，不受场地和设备限制，不受聚合物和功能性化合物官能团反应活性的影响，适用范围宽，功能基团的分布较均匀。

但其共混体不稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能聚合物易由于功能小分子的流失而逐步失去活性，如固定化酶。