纳米材料考试试题3

纳米材料考试试题3判断和填空1由纳米薄膜的特殊性质，可分为两类：a、含有那么颗粒与原子团簇——基质薄膜。

b、纳米尺寸厚度的薄膜，其厚度接近于电子自由程和Debye长度，可以利用其显著的量子特性和统计特性组装成新型功能器件。

2、.增强相为纳米颗粒、纳米晶须、纳米晶片、纳米纤维的复合材料称为纳米复合材料；纳米复合材料包括金属基、陶瓷基和高分子基纳米复合材料；复合方式有：晶内型、晶间型、晶内-晶间混合型、纳米-纳米型等3、宏观量子隧道效应微粒具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。

微粒的磁化强度,量子相干器件中的磁通量等，具有隧道效应、称为宏观的量子隧道效应。

4、纳米微粒反常现象原因：小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应。

举例：金属体为导体，但纳米金属微粒在低温由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性。

化学惰性的金属铂制成纳米微粒（铂黑）后却成为活性极好的催化剂。

5、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体。

6、超顺磁性纳米微粒尺寸小到一定临界值进入超顺磁状态，例如a-Fe Fe3O4和a-Fe2O3粒径分别为5nm 16nm和20nm时变成顺磁体这时磁化率X不再服从居里-外斯定律。

7、超顺磁状态的起源:在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。

不同种类的纳米微粒显现的超顺的临界尺寸是不同的。

8纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力Hc10矫顽力的起源两种解释一致转动模式和球链反转磁化模式。

11.居里温度Tc为物质磁性的重要参数与交换积分成正比，并与原子构型和间距有关。

对于薄膜随着铁磁薄膜厚度的减小，居里温度下降。

对于纳米微粒，由于小尺寸效应而导致纳米粒子的本征和内禀的磁性变化，因此具有较低的居里温度。

12，大块金属具有不不同颜色的光泽，表明对可见光各种颜色的反射和吸收能力不同。

当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。

反射率：Pt为1%,Au小于10%。

对可见光低反射率、强吸收率导致粒子变黑。

13、当纳米微粒的尺寸小到一定值时可在一定波长的光激发下发光。

14、物理法制备纳米粒子：粉碎法和构筑法。

前者以大块固体为原料，将块状物质粉碎、细化，从而得到不同粒径范围的纳米粒子；构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子。

15、物料的基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击破碎和磨碎。

16、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体17.原位复合法主要有：共晶定向凝固法、直接氧化法和反应合成法18、纳米增强相和金属基体之间的界面类型三种：不反应不溶解；不反应但相互；相互反应生成界面反应物。

界面结合方式有四种：机械结合；浸润与溶解结合；化学反应结合；混合结合。

界面的溶解和析出是影响界面稳定性的物理因素，而界面反应是影响界面的化学因素。

19、使纳米增强相遇金属基体之间具有最佳界面结合状态的措施：应该使纳米增强相与金属基体之间具有良好的润湿后，互相间应发生一定程度的溶解；保持适当的界面结合力，提高复合材料的强韧性；并产生适当的界面反应，而界面反应产物层应质地均匀，无脆性异物，不能成为内部缺陷（裂纹源），界面反应可以控制等。

措施：增强相表面改性（如涂覆）;基体合金化（改性）。

20、原位复合法关键：在陶瓷基体中均匀加入可生成纳米第二相的元素或化合物，控制其反应生成条件，使其在陶瓷基体致密化过程中，在原位同时生长处纳米颗粒、晶须和纤维等，形成陶瓷基纳米复合材料。

也可以利用陶瓷液相烧结时某些晶相生长成高长径比的习性，控制烧结工艺。

也可以使基体中生长高长径比晶体，形成陶瓷基复合材料。

优点：有利于制作形状复杂的结构件，成本低，同时还能有效地避免人体与晶须等地直接接触，减轻环境污染。

21、陶瓷基纳米复合材料的基体主要有：氧化铝、碳化硅、氮化硅和玻璃陶瓷。

与纳米级第二相的界面粘结形式：机械粘结和化学粘结阻效应与磁性颗粒的直径呈反比关系，要在颗粒膜体系中显示出巨磁阻效应，必须是颗粒尺寸及其间距小于电子平均自由程。

3、简述sol-gel法(溶胶-凝胶法)制备纳米薄膜的过程、途径及特点？答:过程:从金属的有机或无机化合物的溶液出发，在溶液中通过化合物的加水分解、聚合，把溶液制成溶有金属氧化物微粒子的胶溶液，进一步反应发生凝胶化，再把凝胶加热，可制成非晶态玻璃、多晶体陶瓷。

途径：有机途径和无机途径。

有机途径是通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶胶；无机途径则是将通过某种方法制得的氧化物微粒，稳定地悬浮在某种有机或无机溶剂中而形成溶胶。

特点：a、工艺设备简单，不需要任何真空条件或其他昂贵的设备，便于应用推广。

b、在工艺过程中温度低。

这对于制备那些含有易挥发组分或在高温下易发生相分离的多元体系来说非常有利。

c、很容易大面积地在各种不同形状、不同材料的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材料表面制备一层包覆膜，这是其他的传统工艺难以做到的。

d、容易制出均匀的多元氧化物薄膜，易于实现定量掺杂，可以有效地控制薄膜的成分及结构。

e、用料省，成本较低。

4、什么是共沉淀？均匀沉淀？各具有哪些特点？答：共沉淀是使溶液由某些特定的离子沉淀时，共存于溶液中的其他离子也和特定阳离子一起沉淀。

均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，保证溶液中的沉淀处于一种平衡状态，从而均匀的析出。

共沉淀法的优点：1通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料，2是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。

均匀沉淀法具有原料成本低、工艺简单、操作简便、对设备要求低等优点5、什么是离子镀膜？其一般流程及工作原理是什么？答：离子镀就是在镀膜的同时，采用带能离子轰击基片表面和膜层的镀膜技术。

离子轰击得目的在于改善膜层的性能。

离子镀是镀膜与离子轰击改性同时进行的镀膜过程。

一般流程：无论是蒸镀还是溅射都可以发展成为离子镀。

在磁控溅射时，将基片与真空式绝缘，再加上数百伏的负偏压，即有能量为100eV量级的离子向基片轰击，从而实现离子镀。

离子镀也可以在蒸镀的基础上实现，例如在真空室内通入1Ｐａ量级的Ar气后，在基片上加上1000V以上的负偏压，即可产生辉光放电，并有能量为数百电子伏的离子轰击基片，这就是二级离子镀。

工作原理：离子镀中轰击离子大概有几百到几千电子伏特。

离子镀一般来说是离子轰击膜层，实际上有些离子在行程中与其它原子发生碰撞时可能发生电荷转移而变成中性原子，但其动能并没有变化，仍然继续前进轰击膜层。

由此可见，所有离子轰击，确切的说应该是既有离子又有原子的粒子轰击。

粒子中不但有氩粒子，还有靶材粒子，在镀膜初期还会有由基片表面溅射出来的基材粒子。

6、简述CVD方法的特点、原理及其一般流程答：CVD的特点：①在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体。

②可以在大气压（常压）或者低大气压下（低压）进行沉积。

一般来说低压效果更好③采用等离子和激光轴助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可以在较低的温度下进行④沉积层的化学成分可以变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合沉积层⑤可以控制沉积层密度和纯度⑥绕镀性好，可在复杂形状的基体上及颗粒材料上沉积⑦气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层⑧沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。

但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。

⑨可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物沉积层。

CVD 的原理：混合气体在较高的温度下发生化学反应,在基体表面沉积形成涂层和薄膜一般流程：高纯度的高压气体，一般大多是使用载气体，通过气体精制装置进行净化，特别是必须十分注意除去对薄膜性质影响较大的水和氢。

当温室下使用非气态的，即固态或者固态原料时，须使其在规定的温度下蒸发或升华，并通过载气送入反应炉内。

还必须使废气通过放有吸收剂的水浴瓶、收集器或特殊的处理装置后进行排放。

并且在装置和房间里安装防爆装置和有毒气体的检验器。

这样CVD的整个流程可以分为原料气体和载气的供给源气体的混合系统、反应炉、废气系统以及气体和反应炉的控制系统。

7.简述PVD方法的特点、原理及其一般流程。

答:特点1膜层与工件表面的结合力强，更加持久和耐磨.2离子的绕射性能好，能够镀形状复杂的工件。

3膜层沉积速度快，生产效率高。

4可镀膜层种类广泛。

5膜层性能稳定、安全性高。

PVD技术原理：在镀铬的基础上，利用高温高压蒸发振动使表面涂层材料激发形成离子流，并与铬镀层离子紧密结合，然后再在龙头表面沉积而成。

流程：来料抽检、上挂、清洗、烘烤、镀膜、下挂、入库、全检、涂抗指纹油、UV、终检8. 纳米固体材料的界面结构对性能有重要影响，采用TEM观察纳米固体材料界面结构时，要考虑的两个问题是什么？答：考虑的问题是: ①试样制备过程中界面结构弛豫问题.制备TEM 试样时,由于应力松驰,导致纳米材料界面结构弛豫,使观察的结果可能与原始状态有很大差别.②电子束诱导界面结构弛豫问题.高能量的电子束缚照射薄膜试样表面可能导致局部过热,面产生界面结构弛豫.纳米材料内原子扩散速度很快,原子弛豫激活能小,即使子啊低温下电子束轰击也会对纳米材料界面的原始状态有影响9纳米晶材料晶粒尺寸热稳定性和纳米相材料颗粒尺寸热稳定性有何异同，为什么？答：纳米相材料颗粒尺寸热稳定性尺寸热稳定性的温度范围较窄, 纳米相材料颗粒尺寸热稳定性的温度范围较宽.这是由于: ①长大激活能, 纳米晶材料晶粒长大激活能较小,晶粒相对来说容易长大,所以热稳定华温区范围较窄;纳米相材料颗粒长大激活能较大,颗粒长大较困难,所以热稳定化区范围较宽. ②界面迁移,抑制界面迁移会阻止晶粒长大,提高热稳定性.界面能高及界面两侧相邻晶粒的差别大,有利于晶界迁移.纳米晶材料晶粒为等轴晶,粒径均匀,分布窄,保持各向同性时,就会大大降低界面迁移的驱动力,而不会发生晶粒异常长大,有利于热稳定性的提高. ③晶界结构弛豫:纳米相材料由于压抑过程中晶粒取向是随机的,晶界内原子的排列,键的组态,缺陷的分布都比晶内混乱得多,晶界通常能量高而引起晶界迁移.因为在升温过程中首先是进界产生结构弛豫,导致原子重排,趋于有序,以降低晶界自由性.这是由于晶界结构弛豫所需要能量小于晶界迁移能,升温过程中提供的能量首先在晶界结构弛豫上,从面试纳米材料晶粒在较宽范围内部明显长大。

④晶界钉扎,纳米相材料找你个添加稳定剂,使其偏聚在晶界,降低晶界的静电能和畸变能,对晶界起钉扎作用,使晶界迁移变的困难,晶粒打仗得到控制,有利于提到纳米相材料的热稳定性. 10什么是光致发光？纳米材料与常规材料发光谱是否相同，原因是什么？答：兴致发光是指在一定波长的光照射下,被激发到高能级的电子重新跃入低能级,被空穴捕获而发光的围观过程.纳米材料与常规材料发光谱有很大差别,这是由于①电子跃迁选择定则问题②量子限域效应③缺陷能级的作用④杂质能级的影响11.纳米材料的介电常数与常规粗晶材料有何异同，其随外加电场频率的变化趋势是否相同，为什么？答：纳米材料的介电常数比常规材料要高，其随外加电场频率的变化趋势相同。