1、1. 本征擴散是指由濃度梯度或化學勢梯度引起的材料本身的熱缺陷作為遷移載體的擴散。2. 自擴散是指體系中分子或原子由于熱運動引起的無規(guī)行走過程。3. 非化學計量化合物一般分為陽離子缺位，陰離子缺位，陽離子間隙，陰離子間隙四種形式。4. 自擴散系數(shù)與質(zhì)點的遷移速度有關(guān)，與晶體的晶格有關(guān)。5. 比表面的單位是m2/m3或m2/kg，與粉體物質(zhì)的比表面粒徑呈反比。6. 菲克第二定律適用于求解質(zhì)點濃度分布隨時間和空間而變化的非穩(wěn)態(tài)過程的擴散問題。7. 固體表面自由能的定義是在溫度,壓力及組成不變的條件下將內(nèi)部原子(分子)移到表面而擴展單位表面所做的表面功。8. 當一固相與液相在等溫，等壓條件下發(fā)生潤濕

2、時，體系自由能應下降。9. 本征缺陷包括弗蘭克爾和肖脫（特）基缺陷。10. 如果一個反應過程中包含n個步驟，若反應受其中m(mn)個步驟控制時，則這m個步驟的速率應均最慢并接近相同。11. 淌度的定義為在單位力作用下擴散質(zhì)點的遷移速度。12. MxO(x<1)是缺陽離子型非化學計量化合物, 其導電特征為空位導電。13. 非化學計量化合物一般分為陰離子缺位型，陽離子間隙型，陰離子間隙型，缺陽離子型四種形式。14. 純固相反應的主要熱力學特征是只有即放熱反應才能進行，被稱為范特荷甫規(guī)則。而當有氣、液相參加的固相反應時，因項不可忽略，則上述規(guī)則不適用。15. 固相反應的特點是反應在界面上進行，

3、反應速度是溫度，時間和空間的函數(shù)。16. 擴散系數(shù)的單位是cm2/s或m2/s，傳質(zhì)系數(shù)的單位是cm/sec。擴散系數(shù)與電導率的關(guān)系為D=（segema）kBT/(C(Ze)2)。17. 菲克第二定律適用于求解質(zhì)點濃度分布隨時間和空間而變化的非穩(wěn)態(tài)過程的擴散問題。18. 固體表面自由能的定義是在等溫,等壓及組成不變的條件下將內(nèi)部原子(分子)移到表面而擴展單位表面所做的表面功。19. 當表面為非球形時，在表面張力作用下，表面上的附加壓力。20. 在設(shè)計復合材料時應充分考慮不同素材間的物理相容性及化學相容性。21. 當一固相與液相在等溫，等壓條件下發(fā)生潤濕時，體系自由能應下降。22. 由外來原子(

4、或離子)進入晶體中產(chǎn)生的缺陷為雜質(zhì)缺陷。23. 一般比表面的單位有m-1和_m2/kg兩種。24. 對于同一晶體材料一般表面擴散系數(shù)(大于，小于)大于體擴散系數(shù)，表面擴散活化能(大于，小于)小于體擴散活化能，擴散系數(shù)隨溫度增大增大。25. 在非理想固體或液體體系中的擴散系數(shù)受體系中擴散組元的特性影響。26. 已知一化合物MXN中的離子遷移數(shù)分別為TM,TN,TX,測得總電導率為，則M離子的電導率為TMs。27. 擴散過程的推動力為體系中存在的化學位梯度，燒結(jié)過程的推動力為體系界面自由能與粉體的表面自由能的差值，傳質(zhì)過程的推動力為濃度差，晶粒長大的推動力為曲率半徑差。28. 本征擴散是指由 熱漲

5、落 引起的材料本身的 熱缺陷 作為遷移載體的擴散。29. 金屬氧化物的標準生成自由能為在給定的 溫度 和 一個 大氣壓下，由穩(wěn)定的 單質(zhì)生成1摩爾氧化物的反應自由能變化，單位是 J/mol 。30. 氯化冶金是利用 氯化劑 焙燒礦石，根據(jù)不同金屬的 氯化 順序，以及生成的氯化物的 熔點 、 沸點 及 蒸汽壓 等物理性質(zhì)的差異，對金屬相互分離提純，或金屬與其它氧化物的分離，制備液態(tài)或氣態(tài)金屬氯化物。31. 利用 兩種 以上物質(zhì)發(fā)生化學反應時放出大量的熱量，使得鄰近區(qū)域的物料 溫度 驟然升高而引發(fā)新的化學反應，反應以燃燒波的形式蔓延至整個反應物體系。當 燃燒波 推行前移時，反應 混合物 則轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)

6、物。32. 自擴散是指體系中分子或原子由于熱運動引起的無規(guī)則行走過程。33. 非化學計量化合物一般分為 缺陰離子型 ， 缺陽離子型 ， 陽離子間隙型 ， 陰離子間隙型 四種形式。34. 比表面的單位是 m-1或m2/kg ，與粉體物質(zhì)的 粒徑 呈反比。35. 根據(jù)不同粒徑顆粒在液體中的 沉降 速度不同測量粒度分布的方法叫 沉降 法。36. 固體表面自由能的定義是在 溫度 , 壓力 及 組成 不變的條件下將內(nèi)部原子(分子)移到表面而擴展單位表面所做的 可逆功 。37. 當一固相與液相在等溫，等壓條件下發(fā)生潤濕時，體系自由能應 降低 。38. 金屬的 無機化合物（/氧化物） 或 有機化合物（/鹽）

7、 的顆粒（或團簇）聚合成尺寸約 1nm-0.1m（/1nm-100nm） 穩(wěn)定的懸浮在一種連續(xù)介質(zhì)中，稱這種由 不連續(xù)分散相 與 連續(xù) 介質(zhì)構(gòu)成的體系為溶膠。39. 由細小顆粒聚集而成的由 三維網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)和 連續(xù)分散相 介質(zhì)組成的具有 固體 特征的膠態(tài)體系稱為凝膠。40. 如果一個反應過程中包含n個步驟，若反應受其中m(mn)個步驟控制時，則這m個步驟的速率應 均最慢 并 接近 。41. 淌度的定義為在單位 驅(qū)動力 作用下擴散質(zhì)點的 遷移速度 。42. 擴散通量和擴散系數(shù)的單位是 g/(cm2·s)或mol/(cm2·s) 和 cm2/s或m2/s 。43. 固態(tài)燒結(jié)過程中

8、兩相鄰顆粒間頸部的生長與時間呈五分之一次方關(guān)系，與顆粒粒徑呈五分之三次方關(guān)系。（？）44. 金屬氧化物的標準生成自由能為在給定的 溫度 和 一個 大氣壓下，由穩(wěn)定的 單質(zhì) 生成 1摩爾 氧化物的反應自由能 變化 ，單位是 J/mol 。45. 氯化冶金是利用 氯化劑 焙燒礦石，根據(jù)不同金屬的 氯化 順序，以及生成的氯化物的 熔點 、 沸點 及 蒸汽壓 等物理性質(zhì)的差異，對金屬相互分離提純，或金屬與其它氧化物的分離，制備液態(tài)或氣態(tài)金屬氯化物。46. 利用 兩種 以上物質(zhì)發(fā)生化學反應時放出大量的 熱量 ，使得鄰近區(qū)域的物料 溫度 驟然升高而引發(fā)新的 化學反應 ，反應以 燃燒波 的形式 蔓延 至整個

9、反應物體系。當 燃燒波 推行前移時，反應 混合物 則轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。47. 根據(jù)不同粒徑顆粒在液體中的 沉降 速度不同測量粒度分布的方法叫 沉降 法。48. 金屬的 無機化合物（/氧化物） 或 有機化合物（/鹽） 的顆粒（或團簇）聚合成尺寸約 1nm-0.1m（/1nm-100nm） 穩(wěn)定的懸浮在一種連續(xù)介質(zhì)中，稱這種由 不連續(xù)分散相 與 連續(xù) 介質(zhì)構(gòu)成的體系為溶膠。49. 由細小顆粒聚集而成的由 三維網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)和 連續(xù)分散相 介質(zhì)組成的具有 固體 特征的膠態(tài)體系稱為凝膠。50.1. 請利用你學過的缺陷化學知識設(shè)計一個氧泵，也就是可以通過電力做功把氧氣由一端(低壓)抽至另一端(高壓), 并說明原理

10、。，在電力做功下，在低氧分壓側(cè)產(chǎn)生正電荷積累，在高氧分壓側(cè)產(chǎn)生負電荷積累，即在陽極側(cè)： 在陰極側(cè)： 氧離子O2-從低氧分壓側(cè)通過ZrO2向高氧分壓側(cè)移動。2. 寫出下列物質(zhì)摻雜過程中的缺陷反應1Al2O3摻雜于MgAl2O4中（分別寫出陽離子置換反應式和固溶分子式）。 2CaO摻雜于ZrO2中（分別寫出置換型和陽離子間隙型反應式和固溶分子式）。 3Al2O3摻雜于TiO2中（寫出置換型缺陷反應式和固溶分子式）。 4UO2摻雜于Y2O3中（寫出置換型缺陷反應式和固溶分子式)。 3. 請解釋1為什么氧化鋯在還原性氣氛中高溫加熱后顏色呈深色，而在空氣氣氛下長時間退火后變?yōu)榘咨?氧化鋯中易形成氧空位

11、，捕獲自由電子，被捕獲的電子處在某一激發(fā)能級上，易受激而發(fā)出一定頻率的光，因此在還原性氣氛中高溫加熱后色心形成，顏色呈深色；而在空氣氣氛下長時間退火后色心消失，又恢復白色。2陽離子間隙型化合物，缺陽離子化合物，陰離子間隙型化合物，缺陰離子型化合物的導電特征是什么？（3分）陽離子間隙型化合物：電子導電缺陽離子型化合物： 空穴導電陰離子間隙型化合物：電子空穴導電缺陰離子型化合物： 電子導電3什么是局域能級？什么是施主能級？什么是受主能級？ （4分）局域能級：適當雜質(zhì)之所以對材料導電類型起決定的作用，是由于在摻雜使得材料的能帶結(jié)構(gòu)中附加了一些性質(zhì)不同的摻雜能級，這些能級常常位于禁帶中間，電子在這些能

12、級上時并非共有化了的，而是在雜質(zhì)離子的電場作用下運動，這種能級又稱為局域能級；施主能級：摻雜后位于導帶底附近，電子激發(fā)到導帶很容易，這樣的局域能級稱為施主能級；受主能級：摻雜后位于價帶頂附近，空穴激發(fā)到價帶很容易，這樣的局域能級稱為施主能級。4. 說明粉體燒結(jié)的幾種典型機理和固相燒結(jié)的熱力學驅(qū)動力。粉體燒結(jié)典型機理：蒸發(fā)-凝聚機理、固相擴散傳質(zhì)、液相傳質(zhì)、溶解-沉淀；固相燒結(jié)熱力學驅(qū)動力：固體顆粒的表面自由能與燒結(jié)體的界面自由能差。5. 對于一個圓柱體內(nèi)同時存在A物質(zhì)的化學反應與沿半徑方向由外向內(nèi)擴散，請證明此過程的非穩(wěn)態(tài)擴散方程為：答：化學反應速度為：RkCA, CA 為A物質(zhì)的濃度，r 為

13、圓柱的半徑，D為A的擴散系數(shù)。圓柱擴散模型如下圖所示：rrL又知 即此過程的非穩(wěn)態(tài)擴散方程為：6. 解釋為什么不能采用氧化鋁坩堝熔化金屬鎂和鈣。答：因為鎂和鈣與氧的親和力比鋁強，鎂和鈣會與氧化鋁反應，將鋁置換出來，因此不能采用氧化鋁坩鍋融化金屬鎂和鈣。也可根據(jù)Ellingham中，氧化線位置低的元素可以還原位置高的氧化物，可知鎂和鈣可以還原Al2O3，因此不能采用氧化鋁坩鍋融化金屬鎂和鈣。7. 說明利用異丙醇鋁制備氧化鋁的工藝流程。答：如圖所示金屬醇鹽水解法的工藝流程圖如左圖所示，利用異丙醇鋁制備氧化鋁的反應過程如下：8. 請問利用沉降法測出的粉體粒徑是真實的嗎？為什么？ 答：不是。沉降法測粉

14、體粒徑的原理為Stokes定律，如下：上圖為液體中顆粒的受力示意圖。顆粒所受阻力為： 平衡時因此可得：式中，為顆粒密度，為介質(zhì)密度，為顆粒沉降速度，為顆粒平均粒徑，為介質(zhì)粘度系數(shù)。根據(jù)沉降法測粉體粒徑的原理可知，在此將粉體假設(shè)為球形顆粒，測出的粉體粒徑不是真實粒徑，而是立方等價徑。9. 為什么改變?nèi)芤旱膒H值可以使溶膠穩(wěn)定懸浮和聚沉？答：水溶液溶膠凝膠反應過程如下（右圖示出了隨著pH值的變化膠體的穩(wěn)定性）MOM+OMOOMOMM+OMOMOOOMOH + MOH MOOH + H+可知，反應與溶液的pH值有緊密關(guān)系，調(diào)節(jié)pH值可以控制溶膠的團聚，從而使溶膠穩(wěn)定懸浮和聚沉。10. 請簡述導出以下

15、兩個固相反應動力學方程式時的物理模型及所適用的反應條件。和答：為楊德爾方程ABABx dx0采用平板模型，如右圖所示，是以平板模式接觸反應和擴散，由菲克第一定律推導。此模型要求反應為穩(wěn)定擴散、反應物和生成物比重一樣，而且假定擴散界面不變，x/R0很小，因而僅適用于反應初期或轉(zhuǎn)化率很小的反應。為金斯特林格方程采用球形模型，采用球坐標和菲克第二定律推導得到的擴散速度方程。如右圖所示。該物理模型使用的反應條件為：反應，A在C中的擴散為反應的控速環(huán)節(jié)，而且該模型假設(shè)產(chǎn)物與反應物的密度相等，顆粒粒徑R不變，但實際產(chǎn)物與反應物的密度肯定不同，故R總要變化，因此最好產(chǎn)物與反應物的密度相差不大，R變化可忽略。

16、11. 實驗發(fā)現(xiàn)：將氧化鋯加入到氧化釔中去，a)隨氧化鋯的加入量增加材料密度增加，b) 隨氧化鋯的加入量增加材料密度減小，根據(jù)實驗現(xiàn)象請分別寫一個合理的缺陷反應方程式。答：如下述：a）密度增加是形成陰離子間隙所致， b）密度減小是形成陽離子空位所致，12. 什么叫碳熱還原法？請敘述如何利用碳熱還原法將二氧化硅制成氮化硅（主要反應方程式）答：碳熱還原：碳參加的還原反應；利用碳熱還原法將SiO2制成Si3N4反應如下：總反應為13. 已知SiC與液態(tài)鋁的浸潤角大于100°,請問如何將SiC顆粒分散到液態(tài)鋁中去。SiC顆粒的粒徑對分散難易有何影響。答：可以向體系中加入Ca，（目的是利用Ca

17、和SiC的反應），降低固液界面能；或用injection的方法，給SiC顆粒以很大的初速度，將其“注射”到鋁液中去，也可以達到分散的效果。SiC顆粒粒徑越小，越容易分散。14. 對于固溶式：SrCe1-xInxO3-x/2，判斷：1摻雜物質(zhì)和主晶相的化學式；2缺陷反應式。答：主晶相為，摻雜物質(zhì)為。缺陷反應式如下：或15. 將一鋼球放入壓力為，溫度為T的氮氣爐中進行滲氮處理，當將鋼球放入爐內(nèi)初期，鋼球內(nèi)氮濃度為徑向距離及時間的函數(shù)，試建立氮濃度與徑向距離及時間的關(guān)系式。答：壓力與濃度的關(guān)系表示為：又知，滲氮屬于一端不受擴散影響的擴散體，濃度與時間和徑向距離的關(guān)系為：，上式可化為：16. 已知，某

18、一固相反應速度可由下式表述；dx/dt = kR/x(R-x)，式中x 、R 、k分別為反應產(chǎn)物層厚度、固相顆粒原始半徑、反應速度常數(shù)。假設(shè)反應率為a（a生成物總量反應物原始總量。試求：分別經(jīng)過多少時間后，反應率達到0.5 和1。解：由積分可得反應率為0.5時，帶入可得t=0.0183 R2/k反應率為1時，帶入可得tR2/6k。17. 寫出下列物質(zhì)摻雜過程中的缺陷反應答：如下述。Al2O3摻雜于MgO中（分別寫出置換型和陰離子間隙型缺陷反應式和固溶式)。 Y2O3摻雜于ZrO2中（分別寫出置換型和陽離子間隙型缺陷反應式和固溶式)。 Al2O3摻雜于TiO2中（寫出置換型缺陷反應式和固溶式)。

19、 UO2摻雜于Y2O3中（寫出置換型缺陷反應式和固溶式)。 18. 如果增加環(huán)境的氧氣分壓，Zn1+xO和Ti2-xO的密度將發(fā)生怎樣變化，為什么。答：增加環(huán)境的氧氣分壓，Zn1+xO的密度將減小也就是Zn的間隙缺陷減少，TiO2-x隨氧氣分壓的增加而增加。19. 為什么一些晶體在用射線照射后顏色會發(fā)生變化。答：這些晶體中存在缺陷，陰離子空位能捕獲自由電子，陽離子空位能 捕獲電子空穴，被捕獲的電子或空穴處在某一激發(fā)態(tài)能級上，易受激而發(fā)出一定頻率的光，從而宏觀上顯示特定的顏色。20. 請解釋擴散和傳質(zhì)的區(qū)別，什么是控速環(huán)節(jié)。答：擴散是分子或原子的微觀擴散行為，傳質(zhì)是包括宏觀流動和微觀擴散行為的物

20、質(zhì)遷移。如果反應過程中有多個步驟，那么整個反應速度應由最慢的步驟（即控速環(huán)節(jié)）來控制。21. 試解釋粉體燒結(jié)成塊體，晶粒長大的驅(qū)動力。答：燒結(jié)過程體系界面自由能與粉體表面的自由能的差值為粉體燒結(jié)成塊體的驅(qū)動力，晶粒長大后界面的減小導致的界面自由能減小為晶粒長大的驅(qū)動力。22. 請利用你學過的缺陷化學知識設(shè)計一個燃料電池，并說明原理。23. 請簡單敘述一個制備高純鎳的工藝。答：利用化學遷移反應羰基法：24. 問在MgO晶體中摻雜109Al2O3雜質(zhì)的情況下，當溫度為多高時本征缺陷濃度大于由雜質(zhì)引起的缺陷濃度。已知：MgO中的肖特基缺陷的生成能為9.612´1019J，k=1.38

21、80;10-23。解：由雜質(zhì)引起的缺陷濃度為由本征缺陷引起的缺陷濃度為由此知，當時滿足題意。25. 在Ar氣氛及1600下氧化鋁的表面張力為0.9J/m2，液態(tài)鐵的表面張力為1.72J/m2，兩相潤濕角為144.48°。試問在此條件下將100個粒徑為10mm的氧化鋁球分散入鐵中，至少要對體系做多少功。解：時，26. 請敘述在利用氣相反應制備材料時，如何控制氣相總分壓來控制形成材料的形態(tài)。答：高過飽和度時的產(chǎn)物為粉體；低過飽和度時為薄膜、晶須、結(jié)晶（記得畫圖）。27. 有以下二相間反應如果假定C a，C b分別表示a和b 相中有關(guān)組元的濃度（mol/cm3）, C ai，C bi分別表

22、示界面a和b 相側(cè)有關(guān)組元的濃度，k a，k b分別表示和相中有關(guān)組元傳質(zhì)系數(shù)。為反應界面。物質(zhì)移動速度為。為界面反應平衡常數(shù)。試證明：當總反應過程為與同時擴散控速時，總反應速度為：；當總反應過程為擴散控速時，總反應速度為：；當總反應過程為擴散控速時，總反應速度為：。式中：，下標表示界面。答：對于上述反應由于、控速，所以知道，于是可以得到：又知道：同時由控速條件可以知道：，綜上可以得到：、略28. 請標出以下幾種狀態(tài)的固相表面的過剩自由能、表面蒸氣壓和表面下空位濃度的大小順序。選項abcdeGxb>a>c>e>dCd>e>c>a>bPb>a

23、>c>e>d29. 什么是粉體燒結(jié)成塊體驅(qū)動力，晶粒長大的驅(qū)動力。答：擴散過程的推動力為體系中存在的化學位梯度，燒結(jié)過程的推動力為體系界面自由能與粉體的表面自由能的差值，傳質(zhì)過程的推動力為濃度差，晶粒長大的推動力為曲率半徑差。30. 請利用TiO2設(shè)計一個高溫氧傳感器，并說明原理。ppt31. 請設(shè)計一個共沉淀法制備氧化鋯氧化釔復合粉體的工藝流程。ppt32. 采用固體電解質(zhì)法測MoO2的標準生成自由能，可以用下面電池反應Mo + MoO2(ZrO)0.85(CaO)0.15NiO + Ni當溫度為1173K時 測得E = 284.7mV,已知：NiO的標準自由能為 2343

24、00 84.94T ( J/mol)。a)請設(shè)計測試裝置的示意圖，b)計算1173K時MoO2的標準生成自由能（ F 96490 ）-379000J/mol, c)簡述測試原理。這類傳感器是用浸在玻璃熔體中的鉑作為測量電極，用Ni/NiO作為參比電極，氧化鋯作為隔離電極只傳到氧負離子。Ni/NiO參比電極上氧的活度在一定溫度下是一定的，這樣通過鉑電極和參比電極之間的電勢差測量出玻璃熔體中氧的活度，熔體的溫度通過熱電偶測得。根據(jù)能斯特公式，測得的電動勢emf值可以用下式表示(5-24)其中，F(xiàn)是法拉第常數(shù)（），R是氣體常數(shù)()，T是溫度。在參比電極上發(fā)生的反應為：，此反應可認為是的生成反應，則平衡常數(shù)：。這樣，(5-25)這里，為氧氣活度，為反應的吉布斯自由能，根據(jù)熱力學，(5-26)由此可測出無氧銅中的瞬時氧分壓也即氧的含量。可以計算得出，Ni/NiO參比電極氣體傳感器可以在1050到1400之間精確的測量氧分壓（Ni金屬的熔點為1455），如果需要在更高的溫度下測量，常采用Mo/MoO2參比電極，其測量溫度可以達到1650。Mo/MoO2的吉布斯自由能為，相應的公式為，EX用穩(wěn)定和參比電極測的標準生成吉布斯自由能變。在端，反應式為：（5-27）在端，反應式為：（5-28）總反應為：（5-29）由于反應（5-27）和（5-28）可以看作是生成