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1、1. 什么是超顺磁性？简述超顺磁性纳米颗粒的制备流程。答：超顺磁性材料：就是一种材料加上外磁场的时候，其会立即被磁化，当一撤去磁场时其的磁化作用会立即消失。它的这种性能在生物应用中有着很重要的影响。制备流程：（1）混合。把纳米颗粒超声分散在十二烷基硫酸钠水溶液中，然后加入St颗粒均匀混合；（2）聚合。将上述混合物80聚合20小时后，烷基与两种颗粒上的基团发生聚合反应，生成聚苯乙烯包覆层；（3）改性。加入Tween 20与纳米颗粒反应，得到Tween20包覆的纳米颗粒。再加入正硅酸乙酯、氨水、丙醇与Tween20反应生成硅包覆层，从而得到超顺磁性纳米颗粒。2. 超顺磁性纳米颗粒有那些应用，试举一
2、例。答：生物的分离纯化；疾病的早期诊断；药物的导向和缓释；基因治疗；便携式生物传感器；集成芯片；四辐条如“早孕”检测试纸的应用。在生物传感器上的应用（portable and disposal biosensor）。其利用的原理是磁极纳米材料本身在磁场的诱导下可以产生很大的磁化强度，然而撤去磁场后其丧失磁场强度，然后利用其表面的感应性与特定的材料（巨磁阻抗材料）相结合，在这种材料的基体上采取做成一个多倍高通电网率的芯片的模式，然后在特定的位点上连接生物分子。这种材料只要被检测到反应物，这些磁性纳米颗粒在其表面可以产生特异性的反应，就表明了这个样品里面有所要检测的生物分子。同时通过反应磁性纳米颗
3、粒所产生的感应磁场会导致芯片上的电阻会发生巨大的改变，并能转化为电信号，通过电信号可以检测是否有我们感兴趣或需要的生物分子存在。3. 根据表面活性剂和无机源之间的作用方式，列举出三种常见的合成有序介孔硅的路线，并分别举出一例典型的介孔硅代号。答：a.阴离子表面活性剂模板合成介孔硅：使过硫酸铵盐的氨基与有机弱酸盐的羧基相互作用弱弱结合。酸性阴离子表面活性剂的羧基与氨基通过离子中和作用结合在一起。丙基连接氨基和硅原子，之后硅原子和其他基团与羧基形成介孔材料的壳壁，进一步合成有序介孔硅。这种方法合成的一系列介孔硅为AMS1-10；b.阳离子表面活性剂模板合成介孔硅：在酸性条件下用阳离子表面活性剂合成
4、了介孔材料，在酸性条件下阳离子表面活性剂的头部精铵盐是永久带正电荷，而硅源、中间体在酸性条件下也带正电，这样就不能相互作用，但是在酸性溶液中存在阴离子，这些阴离子在中间起到一个桥梁的作用，所以也能形成非常好的介孔硅。如KSW-n（日本）、SBA-n；c.非离子表面活性剂模板合成介孔硅：非离子表面活性剂不带电荷，最好硅源也不带电荷，在酸性条件下非离子表面活性剂和硅源通过氢键和静电的共同相互作用形成的介孔硅是非常有序的二维立方结构。如S0（IX）0 4. 有序介孔碳的合成方法有哪些？目前得到的介孔碳有哪几种，分别有什么应用？答：介孔碳主要是通过硬模板法，选择适当的碳源前驱物如葡萄糖、蔗糖乙炔、中间
5、相沥青、苯酚/甲醛树脂等，通过浸渍或气相沉积等方法，将其引入介孔氧化硅的孔道中，在酸催化下使前驱物热分解碳化，并沉积在模板介孔材料的孔道内，用NaOH或HF溶掉模板，即可得到介孔碳。2005年发现了一种前躯体-酚醛树脂，可以和表面活性剂发生很好的相互作用(氢键作用)形成有序碳。a. 碳气溶胶的方法，及利用间苯二酚和甲醛，通过溶胶凝胶的方法的到碳溶胶，然后和不同的嵌段共聚物相互作用，最后制备出碳溶胶。b. 采用简单的间苯二酚和甲醛组份，然后苯酚和甲醛预缩聚形成低聚的苯醛树脂，苯醛树脂与嵌段共聚物发生作用。在这期间会利用到自主装的方法，通过乙醇的挥发带动了嵌段共聚物的自组装。又因为酚醛树脂的玻璃化
6、转化温度要比嵌段共聚物高，所以嵌段共聚物可以很好的被脱除，最后酚醛树脂在氮气的保护下煅烧得到碳。目前得到的介孔碳：（1）硅团簇：用于催化剂载体及吸附；（2）非硅团簇，如TiO2，可用于催化剂、电极；（3）金属氧化物，如Fe2O3，可用于磁性材料和吸附剂；（4）金属，如Ni、Co、Pd，如催化剂；（5）有机官能团，用于吸附剂和催化剂；（6）非金属，如F、N，用于电极。5. 请简单介绍通过软模板法和硬模板法合成介孔材料的机理，并各举一例。答：a.软模板机理：利用表面活性剂有序自组装可以形成棒状、球状或层状等有序胶束，以这种表面活性剂自组装形成的有序胶束为模板，与无机物种之间发生匹配性相互作用，然后
7、再组装形成特定的结构，最后将其内部的表面活性剂脱除，即得到具有有序孔道的介孔材料。由于模板完全来自于表面活性剂自组装形成的胶束，因此称之为软模板机理。如：1992年提出的液晶模板组装机理，获得了一类有序介孔材料，我们称这一类介孔材料为M41S系列材料。surfactant micellemicelle rod hexagonal arraysilicatecalcinationb.硬模板机理：实际上是指在纳米尺度上的浇铸行为，首先合成作为模板的无机材料（如二氧化硅），然后向模板的孔道中灌注所要合成的材料（如盐，蔗糖，聚合物等），最后将无机模板清除即得到与无机材料孔道结构一致的的介孔材料，这种方
8、法称为硬模板机理。如：碳材料的合成，由于碳没有能与有机表面活性剂相互作用的前躯体，因此不能采用软模板方法。1999年韩国科学家利用上述硬模板机理将蔗糖灌入二氧化硅孔道中，合成了结构与模板孔道一致的碳材料。6. 请给出纳米纤维的定义，简述纤维素基纳米纤维的制备方法及其孔隙率的表征方法。答：狭义的纳米纤维是直径1 nm100 nm的纤维。广义地说,零维或一维纳米材料与三维纳米材料复合而制得的传统纤维,也可以称为纳米复合纤维或广义的纳米纤维。纳米纤维一般是指纤维的直径是在纳米级，有些人把直径小于1m的纤维称为纳米纤维，也有文献将纳米纤维定义为直径为纳米级、长度超过1m的物质。纳米纤维最大的特点就是比
9、表面积大，导致其表面能和活性增大，从而产生了小尺寸效应、表面货界面效应、量子尺寸效应，宏观量子隧道效应等，在化学物理（热、光、电、磁）性质方面表现出特异性。纤维素基纳米纤维的制备：（1）从木素浆粕中制备纤维素微纤，得到的微纤直径为40m左右；（2）将四甲基哌啶氧化物（TEMPO）、溴化钠（NaBr）、次氯酸钠（NaClO）与制的的微纤混合，进行氧化，得到氧化后的纤维素微纤（氧化后可作化学嫁接）；（3）进行力学处理，得到超细纤维素基纳米纤维，其直径为5nm左右。表征：纤维素基纳米纤维的孔隙大小和孔径分布是通过测量其截留分子的分子质量来进行表征的。截留分子量的测量是在25，10psi的条件下，以浓
10、度为5000ppm而分子量不同的左旋糖水溶液为过滤对象，而进行测定。7. 根据功能的不同，无机涂层可以分为哪几类？应用于空间科学领域的涂层需要满足哪些要求？答：第一类是涂层通过自身与基材不同的特性使基材的性能获得显著提升，比如耐磨涂层等；第二类是涂层本身具有某种性能独立发挥作用，比如导电涂层，着色涂层等；第三类是涂层和基材组合起来产生某种功能，比如玻璃表面的减反射膜，比玻璃本身要有更好的透过性。必须满足要求：其一，涂层材料要满足空间稳定性；航天器在空间运行时 要经受真空、紫外辐照、粒子辐照、高低温交变等空间环境的作用,所以,对热控涂层来说,不仅应具有良好的初始性能,而且经上述环境的作用后，仍应
11、保持良好的性能,也就是说，他们应具有良好的空间稳定性其二，热控涂层材料还必须具有一定的防静电性；在外空间中，由于高光能粒子的存在，电位比较高，卫星表面会因带电粒子的撞击而充电，若表面是绝缘的，充电电位可达数千伏，到达一定电位后突然放电，会干扰星上电子设备工作，引起卫星故障，因此卫星的热控涂层还要有抗静电能力。此外，对于某些特殊设备还要求涂层具有良好的散热性，防激光性，防热变性等。8. 超支化聚合物有哪些特性，其在生物医药方面有那些应用？超支化聚合物特性: 高支化度；末端有很多官能团；三维结构；大的自由体积；无链缠结；低的粘度；低的机械特性。超支化聚合物具有三种不同的单元：支化单元、线性单元、末
12、端单元。支化单元和线性单元随机分布在分子结构中，末端单元永远位于末端。这就导致了结构的不规整性以及末端有很多官能团。超支化聚合物中主要是支化部分, 支化点较多, 支化部分至少呈的几率增长。分子具有类似球形的三维空间结构, 流体力学回转半径小, 有较大的自由体积，分子链缠结少, 所以相对分子质量的增加对粘度影响较小。具有较低的粘度和机械特性。超支化聚合物及其自组装在生物医药方面的应用：药物输送、蛋白质输送：选用生物相容性、生物降解性、易于制备、高的载药率、可控的药物释放结构、靶向能力（末端改性）的载体如超支化聚磷酸酯。基因转移（目前用的最多和最典型的聚合物为PEI）；抗菌复合材料；抗蛋白质凝聚材
13、料；生物探测材料（超支化聚合物有许多空腔，因此可以把纳米级的粒子包在里面，再通过一定的方法去除末端基从而形成一种新的高聚物生物探针，可检测该细胞的癌变等症状）；9. 什么是燃料电池，与其他能源相比它哪些优势？答：燃料电池可简单描写为这样的电化学装置：就是可连续不断的将外部供给的燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的电化学装置。 优势一、高能量转换效率；二、高能量密度；三、零排放或低排放：这三点正好符合现在的低碳经济；四、安静：因为燃料电池没有可移动的部件，所以不会发出声音；五、燃料多样性：按燃料分可以分为甲醛燃料电池、甲酸燃料电池、甲醇燃料电池、氢氧燃料电池（也可叫氢空燃料电池）；若按膜分又可以
14、分为质子交换膜（PEMFC）、甲醇燃料电池(BEMC)等，因操作温度、内部材料不同、性能不同可以分为很多种燃料电池；六、高质量的电能；七、对负载变化相应快；八、维护少。10. 燃料电池由哪几部分构成，其工作原理如何？燃料电池由阴极、阳极、催化层和质子交换膜组成。 工作原理： 工作时向阳极供给燃料（氢），向阴极供给氧化剂（空气）。氢在阳极在催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向阴极。用电的负载就接在外部电路中。在阳极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达阴极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。相关电化学反应：阳极： 阴极： 总反应：11. 什
15、么是铸造？请介绍一下砂型铸造和熔模铸造的过程。答：铸造熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸、成分、组织和性能铸件的成型方法。砂型铸造过程：在砂型中生产的铸造方法。钢、铁和大多数有色铸件都可用砂型铸造方法获得。根据零件样品首先利用木质体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，第三步合箱浇铸既得铸件。熔模铸造过程wax injection:在模具里注射红腊；assembly：用腊组装成所要铸成器物的模型；shell building:在腊模上涂以泥浆，就是泥模，泥模晾干后，在焙烧成陶模；dewax:一经焙烧，腊模全部熔化流失，
16、只剩陶模；gravity pouring:一般制泥模时就留下了浇注口，重力浇注铜液，并冷却；knock out:去除陶模外层，所需的器物就制成了；cut-off &finished castings: 卸下组装即可得到完成的铸件。12在铝的铸造过程中，为什么要去除铝熔体中的颗粒夹杂和氢？简要介绍电磁分离净化的原理。答：铝熔体中通常会含有氢，结果导致氢脆，降低材料的冲击韧性和疲劳寿命。在高温条件下，氢在铝熔体中的溶解度较高，而氢在固态铝中的溶解度却极小。如果铝熔体凝固时释放的氢不能够有效去除，将会在铝铸件中形成针孔等缺陷，并且氢在铝熔体中会影响铸造性能、降低铝熔体的流动性能和造成晶间疏松。如果大
17、量气孔分布于铸件表层，不仅使金属强度下降，而且增加缺口敏感性，大大降低韧性和疲劳强度。铝合金中非金属夹杂物的存在有很大的危害性，如破坏基体的连续性为疲劳裂纹的萌生提供核心，损害铸件的力学性能，降低熔体的流动性，促进疏松的形成，形成硬质点恶化加工性能等。电磁分离的原理就是利用颗粒与流体之间的导电性差异在电磁场作用下实现分离。因此，在一定的电磁条件下，只要存在电导率差异，不同形状和取向的非金属颗粒都能够实现电磁分离。13. 蚕丝性能为什么比蜘蛛丝低？所说的一级结构、二级结构、三级结构分别指的是什么？对于蚕茧丝或者蚕丝，其性能并不取决于动物丝形成时的吐丝机理，而是取决于蚕的吐丝过程在宏观上有个结茧的
18、过程，造成这个八字形结构，这主要产生了两个方面的影响：第一，吐丝速度在变化；第二，蚕在把丝胶粘在地上的时候，必然要在丝比较软的时候突然粘上去，这样就破坏了蚕茧丝的整个取向结构。吐出的丝在许多地方存在取向结构上的缺陷。正是这些缺陷使得再作蚕茧丝的应力应变曲线时得到一个较弱的性能。这是因为，如果一根长纤维上缺陷很多，缺陷处就会最先断。蜘蛛丝实际上也有这样的现象但没有表现出来。实验过程中丝均是匀速拉出的，实验证明蚕丝在应力应变曲线上获得的曲线高度不一定能超过蜘蛛丝，但是整个模量及断裂强度都和蜘蛛丝很接近。这是第一个可以从这个简单的试验中得到的现象。第二个得到的现象是不同的拉丝速度得到的性能也是不一样
19、的。拉的慢一些丝就软一些，拉的快一些丝相对来说就硬一些。通过这个简单的实验，解决了“为何蚕茧丝的表观性能不如蜘蛛丝”这一基本问题。一级结构：即链结构/氨基酸序列，蛋白质中氨基酸按照一定的数目和组成进行排列二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产生二级结构。三级结构：在二级结构基础上进一步折叠成紧密的三维形式。14. 根据传统的纺丝理论并结合天然蚕丝和再生蚕丝的形成过程，你认为再生蚕丝的性能有没有可能达到并超过天然蚕丝？（开放性）动物的天然纺丝方法是一种典型的“干湿纺”(即水溶性的高浓度丝蛋白原液通过动物的纺丝器在无凝固浴的环境下成型。制备高浓度高分子量蚕丝素蛋白水溶液的基础上, 采用湿法纺丝
20、技术, 在一定条件下纺制出力学性能优于天然蚕(茧)丝的再生蚕丝纤维. 以质量分数为13%的丝素蛋白水溶液作为纺丝原液, (NH4)2SO4 水溶液为凝固浴,纺制再生蚕丝纤维。当对各种纺丝条件如纺丝过程的稳定性、纤维的均匀性和后拉伸处理等过程进行进一步优化以后, 再生蚕丝纤维的力学性能将有可能进一步提高, 甚至接近或达到天然蜘蛛丝的力学性能。15. 简述表面活性剂作用原理和界面自组装原理的异同点。答：表面活性剂作用原理：利用其分子内含有的疏水基团和亲水基团来降低液体表面张力，从而降低反应物质表面的活化能，促进物质表面活化。界面自组装原理：通过物理手段，使微粒在界面张力驱动作用下，聚集成二维有序结
21、构。相同点：都是通过改变物质的外部环境条件，增加其反应能力的方法。不同点：表面活性剂是利用外来物质降低物质表面活化能，降低反应势垒。界面自组装是通过界面效应形成的界面张力增加物质的反应能力。16. 表面活性剂的应用举例，界面自组装的实际例子，简述以作用原理的共性机制液-固界面的微米微粒自组装将微量的聚苯乙烯胶乳粒子溶液滴到玻璃基片表面，待溶剂挥发完毕 ，聚苯乙烯胶乳粒子在基片表面形成一层紧密排列的二维有序结构。这个结构对物体的光学成像机制类似于动物的复眼，有望在光学仪器和仿生学中找到应用。表面活性剂乳液聚合，增溶，乳化，分散的作用，高于CMC临界胶束浓度时候，形成胶束，亲水亲油作用！球状，棒状，反向六角相，反向胶束，双层胶束。
