纳米材料科学与技术期末考试题答案

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纳米技术期末试题及答案

纳米技术期末试题及答案一、选择题1. 下列哪个选项描述了纳米技术的特点？a) 利用微观尺度材料的特性和行为；b) 利用纳米级制造工艺制造器件；c) 利用高分辨率显微镜观察微小物体；d) 利用计算机模拟纳米级材料的行为。

答案：a) 利用微观尺度材料的特性和行为；2. 纳米技术的应用领域包括以下哪些方面？a) 医疗保健；b) 环境治理；c) 电子设备；d) 灭火器材。

答案：a) 医疗保健；b) 环境治理；c) 电子设备；3. 纳米颗粒的特点是：a) 直径在1-100纳米之间；b) 可以裹挟其他物质进入细胞；c) 不会和细胞发生相互作用；d) 只能应用在制造业领域。

答案：a) 直径在1-100纳米之间；b) 可以裹挟其他物质进入细胞；4. 下列哪个选项描述了纳米技术与传统技术的区别？a) 纳米技术更安全；b) 纳米技术更经济；c) 纳米技术更高效；d) 纳米技术更环保。

答案：c) 纳米技术更高效；5. 纳米材料的优越性体现在哪些方面？a) 机械强度更高；b) 光学性质更佳；c) 磁性能更强；d) 电导率更大。

答案：a) 机械强度更高；b) 光学性质更佳；c) 磁性能更强；d) 电导率更大；二、简答题1. 纳米技术在医疗保健领域的应用有哪些？请简要介绍一种应用，并说明其优势。

答案：纳米技术在医疗保健领域的应用包括药物传递、肿瘤治疗、生物传感器等。

以药物传递为例，纳米材料可以作为药物的载体，通过调整纳米材料的性质，如尺寸、表面性质等，可以实现药物的进一步优化，提高药物的溶解性和生物利用度。

此外，纳米粒子还可以定向输送药物到靶位点，减轻药物对正常组织的损伤，提高治疗效果。

优势：纳米药物传递系统具有高度选择性和生物相容性，可以提高药物的吸收率和药物靶向性，减少给药剂量和副作用，提高患者的生活质量。

2. 简要介绍纳米材料在环境治理中的应用。

答案：纳米材料在环境治理中具有广泛的应用，包括重金属污染治理、水处理和空气净化等方面。

纳米材料与技术期末考试知识点总结及参考答案

1.纳米科技的含义、意义。

含义：纳米科技的核心思想是构造纳米尺度的材料或结构，发掘其不同凡响的特性并对此予以研究，以致最终能很好地被人们所应用。

将这种思想和相关方引入到各个领域，便形成形形色色的各类纳米科技研发领域，主要包括：纳米体系物理学；纳米体系化学；纳米材料学；纳米材料学；纳米生物学；纳米机械学；纳米加工制造学；纳米表征测量学；纳米医学等。

意义：纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。

它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。

当空间尺度足够小的时候，以分子或者更小的单位排列的时候，就会发现很多比现实世界更为奇异的事情。

这是因为运用纳米技术之后，分子或者原子等粒子的结构会发生很大的改变，当然也就会产生更多的原来不具备的特性。

比如说运用纳米技术之后，衣服脏了只需要用清水洗一下就干净了，比如玻璃杯摔不坏，当然这是普通的日常生活的应用。

对于高端的技术来讲，纳米技术更为重要。

纳米技术在超导的应用方面，集成电路的发展方面都具有重要的地位。

例如后者，大家都知道CPU是一种超大规模的集成电路，现在很普遍的P4技术是运用0.09微米的工艺来书写的；当然CPU的集成度还需要提高，运算速度还需要提高等等，这就要求在电路已经达到极限的情况下更注意电路的宽度的提高了。

未来CPU的发展还需要依靠纳米技术来改进和提高了。

纳米技术是一种新型技术，它是建立在微观的技术基础之上的，所以需要投入的资金和技术都是非常大的，但是一旦达到工业生产之后它所创造的产值往往是异常丰富的。

2.纳米材料的分类、定义、制备路径。

分类：定义：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。

制备路径：（1）从上到下把大的尺度减小到纳米尺寸：破碎球磨蚀刻光刻煅烧喷雾法（2）从下到上把分子尺寸累积成纳米尺寸：蒸发凝结气相沉积共沉淀法3.几个效应。

（1）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象；纳米半导体的最高被占据分子轨道(HOMO)和最低未被占据分子轨道能级(LUMO)由准连续变为离散能级，同时能隙变宽的现象，称为量子尺寸效应。

纳米材料与技术试卷参考答案

中国海洋大学命题专用纸（首页） 06-07学年第2学期试题名称：纳米材料与技术期末考试题(A卷)答案共4页第1页一、填空：每空1分，总共30分 1. 1~100nm 。

2. 运动和变化。

3. 操纵和加工。

4. 低维材料。

5. 2，1，2。

量子线。

6. 材料的密度偏低。

7. 纳米晶粒容易长大，相变。

8. 晶界、相界、畴界。

9. 水溶液溶胶-凝胶法，醇盐溶胶-凝胶法。

10. |Q| > e/2。

11. 磁性颗粒、表面活性剂，基液。

12. 短波，蓝移。

13. 一定波长光。

荧光。

磷光。

14. 扶手椅型、锯齿型、螺旋型。

15. 恒电流模式，恒高度模式。

二、简答题：每题5分，总共45分 1、答：主要有两种技术：Top down （由上而下）的方法和Bottom up （由下而上）的方法（2分）； Top down 由上而下的方法是一种采用物理和化学方法对宏观物质的超细化的纳米科技的研究方法。

Bottom up 由下而上的方法，以原子、分子、团簇等为基元组装具有特定功能的器件、材料。

纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。

授课教师命题教师或命题负责人签字院系负责人签字 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 装订线 * * * * * * * * ** * *中国海洋大学命题专用纸（附页） 06-07学年第2学期试题名称：纳米材料与技术期末考试题(A卷共4页第2页 2、答：纳米材料通常按照维度进行分类。

超细粒子，团簇 → 0 维材料纳米线或管 → 1 维纳米材料纳米膜 → 2 维纳米材料纳米块体 → 3 维纳米材料 3、答： 1）尺度上：分别为10-9~10-7m, 10-7~10-5m, <10-9m 2）物理与化学性质上：（1）微细颗粒不具有量子效应，纳米颗粒有量子效应；（2）团簇有量子效应和幻术效应，而纳米颗粒不具有幻数效应。

纳米材料科学考试试题及答案

纳米材料科学考试试题及答案考试题目：一、选择题1. 下列哪个不属于纳米材料的特征？A. 尺寸范围在纳米级别B. 具有特殊的物理、化学性质C. 可在常规材料制备工艺中得到D. 表面积较大，因而具有特殊功能2. 纳米颗粒的尺寸范围约为：A. 0.1 - 1 微米B. 1 - 10 纳米C. 10 - 100 纳米D. 100 - 1000 纳米3. 纳米材料的制备方法中，溶胶-凝胶法属于：A. 物理方法B. 化学方法C. 机械方法D. 生物方法4. 下列哪种材料能被应用于纳米技术中的磁性材料？A. 铁B. 铝C. 铜D. 锌5. 纳米材料最主要的应用领域是：A. 电子技术B. 化学工业C. 生物医学D. 机械制造二、简答题1. 简述纳米材料的特殊性质，并举例说明。

2. 请简要介绍纳米材料的常见制备方法，并比较它们的优缺点。

3. 纳米颗粒在生物医学领域的应用有哪些？请列举几个例子。

4. 简述纳米材料在环境保护方面的应用，并说明其优势。

5. 纳米技术对能源领域有何贡献？举例说明。

答案：一、选择题1. C2. C3. B4. A5. A二、简答题1. 纳米材料的特殊性质包括量子尺寸效应、表面效应和量子限域效应等。

以金属纳米颗粒为例，由于尺寸效应，金属纳米颗粒的电子结构将发生改变，使其具有独特的光电性能。

此外，纳米材料的超高比表面积也使其具有更强的催化活性和吸附能力。

2. 常见的纳米材料制备方法包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法、气相沉积法和水热合成法等。

溶胶-凝胶法通过溶解金属盐和聚合物等原料，形成胶体溶胶后进行凝胶，最后通过热处理得到纳米材料。

这种方法制备简单，可以得到形态多样的纳米材料。

然而，其过程中可能存在副产物和长周期振荡等问题。

其他方法各有其特点，如磁控溅射法可以得到纯净的纳米薄膜，但设备复杂且制备速度较慢。

3. 纳米颗粒在生物医学领域的应用有诊断、治疗和药物传递等方面。

例如，纳米粒子可以用作医学影像的对比剂，通过控制纳米颗粒的大小和表面修饰，可以实现针对性的细胞成像。

纳米材料考试答案

1、（1）纳米材料：是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由他们作为基本单元构成的材料。

按形状，纳米材料可以分为：原子团簇、纳米颗粒和粉体、纳米管、纳米线、纳米带、纳米片、纳米薄膜、介孔等。

（2）纳米科技：在纳米尺度（l~100纳米）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。

是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术结合的产物。

纳米科技的主要研究内容创造和制备优异性能的纳米材料、制备各种纳米器件和装置、探测和分析纳米区域的性质和现象。

（1）纳米电子学（2）纳米物理学（3）纳米化学（4）纳米生物学（5）纳米加工学（6）纳米计量学2、吸收光谱蓝移的原因：（1）量子尺寸效应：即颗粒尺寸下降导致能隙变宽，从而导致光吸收带移向短波方向。

Ball 等的普适性解释是：已被电子占据的分子轨道能级(HOMO)与未被电子占据的分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径的减小而增大，从而导致蓝移现象。

这种解释对半导体和绝缘体均适用。

（2）由于纳米微粒颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小，对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明第一邻近和第二邻近的距离变短，键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，结果使光吸收带移向了高波数。

3、纳米印刷摒弃了传统感光成像思路，无需暗箱操作而且制版流程简单，不仅消除了环境的污染同时大大降低了成本，并且使图文质量大幅提高。

该技术吸纳了纳米技术、精细加工技术、接触印刷技术、界面科学及新材料等众多科学技术之精华，并深入研究才开发出来的。

所谓纳米图像印刷技术，说到底是一种新型的压印转印技术，它将被广泛用于纳米凹凸图形的加工制作。

纳米图像印刷技术就是将具有纳米凹凸图像的模具作“印版”，用预先涂有聚合物涂层的硅片或玻璃片等作基板（被印物），在相应的设备和器具配合下，通过精确压印并定型以后，再把模具与基板分离开来。

纳米新材料试题一(含答案)

1.纳米材料：答：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

2. 纤维素纤维：答：即植物纤维，它是植物失去生长机能的细胞，其组成的主要成分是葡萄糖大分子链构成的纤维素，分子式为(C6H10O5)n，而其他纤维不属于此类。

3.纳米技术：答：是指1nm～100nm尺寸内的研究物质（包括原子、分子操纵）的结构、特性和相互作用，以及其应用的多学科交叉的科学技术。

4. 涂料：答：涂布于物体表面，在一定的条件下能形成薄膜而起到保护装潢或其他特殊功能（绝缘、防锈、防霉、耐热）的物质。

5. 橡胶：答：提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料，高弹性的高分子化合物。

1.纳米材料的化学制备方法有哪些？答：水热法，包括水热沉淀、合成、分解和结晶法；水解法，包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。

2.涂料的分类答：（1）按涂料的形态可分为水性涂料、溶剂性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等；（2）按施工方法可分为刷涂涂料、喷涂涂料、辊涂涂料、浸涂涂料、电泳涂料等；（3）按施工工序可分为底漆、中涂、漆（二道底漆）、面漆、罩光漆等；（4）按功能可分为装饰涂料、防腐涂料、导电涂料、防锈涂料、耐高温涂料、示温涂料、隔热涂料等（5）按用途可分为建筑涂料、罐头涂料、汽车涂料、飞机涂料、家电涂料、木器涂料、桥梁涂料、塑料涂料、纸张涂料等。

（6）家用油漆可分为内墙涂料、外墙涂料、木器漆、金属用漆、地坪漆。

3. 纳米材料的五大效应是什么？答：体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应4.列举几类天然纤维，并说明其主要化学成分？答：(一)植物纤维：由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维。

从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。

纳米材料与技术期末考试复习

2018年《纳米材料与技术》期末复习一、填空题（每空格0.5分，共15分）二、选择题（单项，每题1分，共15分）第一章：纳米科学技术概论一、纳米科学技术的发展历史——1、1959年12月，美国物理学家费曼在加州理工学院召开的美物理学会会议上作了一次富有想象力的演说“最底层大有发展空间”，费曼的幻想点燃纳米科技之火。

2、1981年比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的扫描隧道显微镜（STM）。

3、1989年在美国加州的IBM实验内，依格勒博士采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。

4、1991年，日本的饭岛澄男教授在电弧法制备C60时，发现氩气直流电弧放电后的阴极碳棒上发现了管状结构的碳原子簇，直径约几纳米，长约几微米碳纳米管。

5、1990年在美国东海岸的巴尔的摩召开第二届国际STM会议的期间，召开了第一届国际纳米科学技术会议，该会议标志纳米科学技术的诞生。

二、纳米科学技术基本概念——纳米、纳米技术及其分支、纳米科学技术及其分支：纳米技术主要包括纳米材料的制造技术、微机械和微电机的制造技术、纳米器件的制造技术和纳米生物器件及纳米药物的制造技术。

1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米科学技术划分为6个分支学科，分别是纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学。

纳米组装体系是以纳米颗粒或纳米丝、纳米管及纳米尺寸的孔洞为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

根据纳米结构体系构筑过程中的驱动力是靠外因，还是靠内因来划分，大致可分为两类:一是人工纳米结构组装体系，二是纳米结构自组装体系。

第二章：纳米材料学一、纳米材料的分类：❶按功能分为半导体纳米材料、光敏型纳米材料、增强型纳米材料和磁性纳米材料；❷按属性分为金属纳米材料、氧化物纳米材料、硫化物纳米材料、碳（硅）化合物纳米材料、氮（磷）等化合物纳米材料、含氧酸盐纳米材料、复合纳米材料。

纳米科学考试试题及答案

纳米科学考试试题及答案第一部分：选择题1. 纳米科学是研究哪个尺度的物质和现象？A) 纳米尺度以下B) 微观尺度C) 宏观尺度D) 厘米尺度以上2. 纳米颗粒与宏观物体相比，具有哪些特殊性质？A) 比表面积大B) 具有量子效应C) 具有独特的光电磁性能D) 以上都是3. 纳米材料的制备方法中，下列哪种属于“底部向上”方法？A) 气相沉积B) 溶液法合成C) 碳纳米管生长D) 水热合成4. 纳米颗粒的发散性质可以用下列哪个参数来描述？A) 带电状态B) 表面形貌C) 形态尺寸D) 化学组成5. 纳米材料的应用领域包括下列哪些方面？A) 电子学B) 医学C) 能源D) 环境治理E) 以上都是第二部分：填空题1. 纳米是一种特殊的_________。

2. CFN是纳米科学中的常用缩写，它代表的是_________。

3. 纳米颗粒的光学性质会受到_________的影响。

4. 纳米材料常用的制备方法有_________。

5. 纳米科学在_________方面有广泛应用。

第三部分：问答题1. 纳米科学有哪些重要的研究内容？答：纳米科学的研究内容包括纳米材料的制备与表征、纳米尺度的物理学和化学等。

研究人员主要关注纳米尺度下材料的特殊性质和应用潜力。

2. 纳米颗粒的表面性质为什么重要？答：纳米颗粒的表面性质是其与周围环境相互作用的关键因素。

由于纳米颗粒具有高比表面积，其表面性质可以对材料的化学反应、光学性质和生物相容性等方面产生显著影响。

3. 简述一种常见的纳米材料制备方法。

答：一种常见的纳米材料制备方法是溶液法合成。

该方法通常通过在溶剂中溶解金属盐或有机物，并加入还原剂或表面活性剂来控制反应的速率和尺寸，从而得到纳米颗粒。

第四部分：答案第一部分：选择题1. A) 纳米尺度以下2. D) 以上都是3. C) 碳纳米管生长4. A) 带电状态5. E) 以上都是第二部分：填空题1. 特殊的尺度或尺寸范围2. Center for Functional Nanomaterials3. 表面形貌和尺寸4. 气相沉积、溶液法合成、碳纳米管生长、水热合成等5. 电子学、医学、能源、环境治理等第三部分：问答题1. 纳米科学的重要研究内容包括纳米材料的制备与表征、纳米尺度的物理学和化学等。

《纳米材料与技术》

《纳米材料与技术》试卷姓名：1、解释纳米颗粒的光吸收带出现“蓝移”现象的原因。

（15分）解：纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向，主要原因有两个方面； 1）量子尺寸效应。

即颗粒尺寸下降导致能隙变宽，从而导致光吸收带移向短波方向。

Ball等的普适性解释是：已被电子占据的分子轨道能级(HOMO)与未被电子占据的分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径的减小而增大，从而导致蓝移现象。

这种解释对半导体和绝缘体均适用。

2）表面效应。

纳米颗粒的大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。

对纳米氧化物和氮化物的研究表明，第一近邻和第二近邻的距离变短，键长的缩短导致纳米颗粒的键本征振动率增大，结果使红外吸收带移向高波数。

2、什么是超顺磁性？讨论产生超顺磁性的原因。

（10分）超顺磁性：铁磁性纳米颗粒的尺寸减小到一定临界值时，进入超顺磁状态。

其原因是：在小尺寸下，当各向异性能减小到与热动能可比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，易磁化方向做无规律的变化,结果导致超顺磁性的出现。

此时磁化率不再服从居里－外斯定律。

原因为：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在一个易磁化方向，易磁化方向做无规律的变化，结构导致超顺磁性的出现，不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同的。

3、给出采用透射电镜(TEM)观测纳米颗粒粒度的优缺点。

（10分）优点：图像为立体形象，反映了标本的表面结构。

缺点：电镜观察法得到的一次粒度分析结果一般很难代表实际样品颗粒的分布状态；由于纳米粒子的表面活性非常高，容易团聚，所以滴样前必须做超声波分散；对一些在强电子束轰击下不稳定甚至分解的纳米颗粒以及制样困难的生物和微乳等样品则很难得到准确的结果。

4、电子在纳米晶固体材料中的传播特点是什么？电阻温度系数如何变化？（15分）传播特点：理论上讲，周期势场对电子的传播没有障碍，即不存在电阻。

但是在实际晶体中，存在原子在平衡附近的振动，存在杂质或缺陷，产生电阻。

纳米材料期末测试题及答案

纳米材料期末测试题及答案第一节：选择题1. 纳米材料是指尺寸在多少纳米范围内的材料？A. 1 nm以上B. 100 nm以上C. 1000 nm以上D. 10 nm以下答案：D2. 下列哪个不是纳米材料的特征？A. 具有较大的比表面积B. 具有尺寸效应C. 具有显著的量子效应D. 具有无限可延伸的形状变化能力答案：D3. 纳米材料的表面效应与体效应相比，具有什么特点？A. 表面效应主要体现在光学性质上B. 表面效应主要体现在电学性质上C. 表面效应主要体现在力学性质上D. 表面效应主要体现在化学性质上答案：D4. 下列哪种方法不适合纳米材料的制备？A. 气相沉积法B. 溶胶-凝胶法C. 机械合金化法D. 铸造法答案：D5. 纳米材料在哪个领域应用最为广泛？A. 医学领域B. 环境保护领域C. 能源领域D. 信息技术领域答案：D第二节：简答题1. 请简述纳米材料的尺寸效应和量子效应，并说明它们的主要区别。

答案：纳米材料的尺寸效应是指材料尺寸减小到纳米级别后，由于表面积增大，表面原子和分子之间的相互作用增强，导致材料性能发生变化的现象。

量子效应是指纳米尺寸范围内的材料由于尺寸接近电子波长，电子在材料中的行为受到量子力学规律的支配，展现出与宏观材料截然不同的特性。

尺寸效应主要来源于表面效应，而量子效应主要来源于尺寸和结构对电子的限制和调控效应。

2. 简述纳米材料的应用领域及其优势。

答案：纳米材料广泛应用于信息技术、能源领域、医学领域和环境保护领域等。

在信息技术领域，纳米材料可以用于制造高性能的传感器、存储介质和显示器件，具有小尺寸、高灵敏度和低功耗的优势。

在能源领域，纳米材料可以用于制造高效的太阳能电池、储能材料和催化剂，具有提高能源转化效率和降低成本的优势。

在医学领域，纳米材料可以应用于疾病的早期诊断、治疗和药物传输等方面，具有靶向性、控释性和生物相容性的优势。

在环境保护领域，纳米材料可以用于净化水和空气，降解有害物质，具有高效、环保的优势。

纳米技术与材料科学出版考核试卷

A. 扫描电子显微镜
B. 透射电子显微镜
C. X射线衍射
D. 红外光谱
11. 纳米材料在电子领域的主要应用是什么？（）
A. 储能材料
B. 导电油墨
C. 超级电容器
D. 以上都对
12. 以下哪个材料在纳米技术中被称为“万能材料”？（）
A. 钛
B. 铝
C. 碳
D. 铁
13. 纳米技术在环境治理领域的应用主要包括以下哪个方面？（）
A. 污水处理
B. 大气净化
C. 固废处理
D. 以上都对
14. 以下哪个纳米材料在催化领域具有重要作用？（）
A. 纳米金
B. 纳米银
C. 纳米铜
D. 纳米铁
15. 纳米材料科学中，以下哪个概念指的是纳米材料在宏观尺度上的宏观性能？（）
A. 纳米性能
B. 纳米效应
C. 纳米尺寸效应
D. 宏观性能
16. 以下哪个技术常用于纳米材料的表面修饰？（）
A. 生物传感器
B. 免疫检测
C. 基因检测
D. 以上都对
14. 以下哪些方法可用于纳米材料的表面修饰？（）
A. 化学镀
B. 离子注入
C. 自组装
D. 气相沉积
15. 以下哪些材料可以作为纳米粒子的载体？（）
A. 聚合物
B. 磷脂
C. 金属氧化物
D. 以上都对
16. 纳米材料在光电领域的应用包括哪些？（）
2. 化学气相沉积（CVD）通过化学反应在基底表面沉积薄膜，特点是成膜质量好、附着力强。物理气相沉积（PVD）通过物理过程如蒸发或溅射在基底上形成薄膜，特点是成膜速率快、温度低。
3. 纳米材料在能源存储与转换领域的应用能显著提升设备的性能，如纳米电极材料能增加电极与电解质的接触面积，提高锂离子电池的充放电速率；纳米光吸收材料能增强太阳能电池的光吸收效率，提高光电转换效率。

仪器仪表的纳米技术与材料科学考核试卷

C.深反应离子刻蚀
D.数控加工技术
15.以下哪些材料可以通过纳米技术进行强化？( )
A.钢铁
B.铝合金
C.玻璃
D.塑料
16.纳米材料的以下哪些特性有助于提高传感器的性能？( )
A.高灵敏度
B.快速响应
C.高选择性
D.长期稳定性
17.以下哪些单位可以用于表示纳米材料的尺寸？( )
A.米
B.纳米
C.微米
3.解释纳米材料的光学性质与其尺寸、形状和组成之间的关系，并讨论这些性质在光电子学中的应用。
4.讨论纳米材料在环境监测和生物医学领域的潜在应用，以及它们在这些领域中所面临的挑战和解决方案。
标准答案
一、单项选择题
1. D
2. A
3. C
4. C
5. B
6. D
7. C
8. D
9. C
10. D
11. D
仪器仪表的纳米技术与材料科学考核试卷
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.纳米技术中，下列哪种粒子的尺寸在1-100纳米之间？( )
C.溶剂种类
D.材料的原始粒度
9.以下哪些材料表现出量子限域效应？( )
A.金属纳米粒子
B.量子点
C.纳米线
D.高分子
10.纳米材料在能源领域的应用主要包括以下哪些？( )
A.太阳能电池
B.储能设备
C.燃料电池
D.石油开采
11.以下哪些是纳米材料表面改性的常用方法？( )

纳米材料与技术考试试题

纳米材料与技术试题(2011)【温馨提醒：看到此文档的朋友，这份试题的答案都在我所提供的另一份课件中，请各位一并下载以便参考，由于答案太多，不暇整理，请见谅!】姓名：学号：1.填空题1)纳米是一个（）单位，1纳米等于（）米。

纳米材料按照其维度来分，可以分为（）、（）、（）、（）等四类。

纳米材料通常表现出不同于常规材料的一些特性，这主要表现为（）和（）效应等。

2)水热法和化学沉淀法制备的纳米粉末，再结晶和分散性和反应速度上通常存在明显差异，在一般情况下（）法合成的粉末结晶度高，（）法合成的粉末分散性好，（）法合成的粉末速度快。

3)纳米颗粒材料的制备方法可分为（）和（）两大类，其中前者包括（）法（）法（）法（）法等，后者包括（）法（）法（）法（）法等4)当我们开发一种新的一维纳米材料的制备方法时，需要考虑控制（）、（）、和（）。

5)一维纳米材料的合成策略通常分为（）（）（）（）（）（）六类。

6)可以作为一维纳米材料合成模板的种类很多，比如（）（）（）（）（）都可以作为模板，模板法提供了一种简单、（）、（）的一维纳米合成方法，但它也存在（）（）等问题。

7)多孔材料的孔道通常用作一维纳米模板，最常用的一维模板的多孔膜分为（）和（）两大类，其中前者是采用（）法制备的，后者是采用（）法制备的。

8)控制过饱和度是合成一维纳米结构通常需要考虑的，相对过饱和度与产物的三种基本生长模式（）、（）、（）密切相关，高的过饱和度通常生产（），低的通常生产（）2.选择题1)原子半径通常在（）范围之内。

A 1μmB10μmC1nmD0.1nm2)纳米粉体应用范围为（）A超级电容器B太阳能电池C气体探测器D以上都是3)溶胶-凝胶法中凝胶颗粒尺寸范围为（）A＞1μmB1-100nmC＜10nmD0.1nm4)纳米粉体的特性为（）A熔点低B比表面积大C反应速度快D以上都是5)影响共沉淀风粉末性能的主要因素为（）A温度B反应物浓度CpH值D溶剂E以上都是6)纳米粉体遇热会（）A爆炸B团聚C分散D不一定7)采用谢乐方程计算纳米晶粒尺寸是，应该选择（）A较小的衍射角B较大的衍射角C同时选择较小的与较大的衍射角D都不对8)以下表征纳米带形状的参数是（）A粒径B长径比C宽厚比D以上都是9)如果我们采用扫描探针将氢原子排列成一个一米长的单原子列，假定每秒钟可以排一个原子，纳米大约需要连续工作（）A3000年B300年C3年D3个月10)有人以CNT为物理模板，采用直接蒸发法合成金属纳米结构，一个说法正确的是（）A金在CNT表面不能生成连续纳米结构B银在CNT表面不能生成连续纳米结构C锆在CNT表面生成连续纳米结构D以上都对E以上都不对3.问答题1)如果我们要制备Ag@SiO2同轴纳米电缆和Ag2Se纳米丝，我们可以选用什么样的合成工艺？两者在合成原理上有什么异同？2)画图并简要分析VLS方法合成一维纳米材料的基本步骤，这种方法有什么独特之处？3)下面所述为一种一维纳米材料的合成过程：首先将0.71g硝酸镍六水化合物及0.34g硅粉均匀分散于20ml去离子水中，经搅拌30分钟再超声波振荡30分钟后加入0.15g经过净化处理的竹纤维，浸泡2小时后将竹纤维与溶液分离，置于温度90℃的烘箱将其烘干。

纳米材料与技术试卷

方向移动，即
。
13. 光致发光指在
照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入
低能级被空穴捕获而发光的微观过程。仅在激发过程中发射的光为
。
在激发停止后还继续发射一定时间的光为
。
14. 根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结
构：
、
、和
*线装
的技术。
4. 当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称
为
。
5. 一维纳米材料中电子在
个方向受到约束，仅能在
个方向自由运动，即
电子在
个方向的能量已量子化。一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广
泛关注的，又称为
。
6. 1997 年以前关于 Au、Cu、Pd 纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因
二、简答题：（每题 5 分，总共 45 分）
1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述 PVD 制粉原理。 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象。 7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象。 9、AFM 针尖状况对图像有何影响？画简图说明。
。
15. STM 成像的两种模式是
和
。
订
装
***********
2
*
线* * * * * * * ** ** ** ** ** * * * * * * *
* * * * * * * ** ** ** ** ** * * * * * * *

纳米材料考试参考答案

纳米材料考试参考答案纳米材料考试参考答案1. 纳米科学技术(Nano-ST): 20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米(10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术。

2纳米材料把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料。

即三维空间中至少有一维尺寸小于100 nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。

纳米材料有两层含义：其一，至少在某一维方向，尺度小于100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm，如纳米晶合金中的晶粒;其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性。

量子尺寸效应3 巨磁电阻效应：1988年，法国的费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨磁电阻效应4 “自上而下”(top down) ：是指通过微加工或固态技术, 不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化。

5 “自下而上”(bottom up) ：是指以原子分子为基本单元, 根据人们的意愿进行设计和组装, 从而构筑成具有特定功能的产品，这种技术路线将减少对原材料的需求, 降低环境污染。

6 量子器件:利用量子效应而工作的电子器件称为量子器件7 纳米材料与传统材料的主要差别：第一、这种材料至少有一个方向是在纳米的数量级上。

比如说纳米尺度的颗粒，或者是分子膜的厚度在纳米尺度范围内。

第二、由于量子效应、界面效应、表面效应等，使材料在物理和化学上表现出奇异现象。

8 纳米科技的分类纳米科技从研究内容上可以分为三个方面：纳米材料纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度, 并且具有特殊性能的材料。

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Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮
催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂
提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化剂科学不可忽视的重
要研究课题。很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
（1）零维纳米材料（量子点）：空间三个维度上尺寸均为纳米尺度（载流子在三维方向上的
运动都受到限制）——纳米颗粒、原子团簇（富勒烯）
由于电子在三个维度上的运动都受到限制，在k空间中只能存在离散的态(kx, ky, kz)，相
当于倒空间中的一个点。最终能带变成类似原子的能态，仅仅存在离散的能级。
与体材料相比，量子点的带隙明显变宽，能量呈现量子化，电子态向高能方向移动。
形成隧道电流。
隧道电流对针尖与样品间的距离十分敏感。若控制隧道电流不变，则探针在垂直于样品
方向上的高度变化就能反映样品表面的起伏。因为隧道电流对针尖与样品间的距离十分敏
感。若控制针尖高度不变，通过隧道电流的变化可得到表面电子态密度的分布。
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北京大学工学院课程试卷
8. 你觉得纳米材料最有可能在哪个领域获得应用？或举例你看到的纳米材料的应用实例？
TiO2 对紫外光几乎不吸收。这些纳米氧化物对紫外光的吸收主要来源于它们的半导体性质，
即在紫外光照射下，电子被激发，由价带向导带跃迁引起的紫外光吸收。
（2）蓝移和红移现象
蓝移：与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。
红移: 在一些情况下，粒径减小至纳米级时光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”现象。即吸收
7. 什么是量子隧道效应？扫描隧道显微镜的隧道结是怎么形成的？
隧道效应是由微观粒子波动性所确定的量子效应，又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一
个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，粒子时不可能穿过势垒的；按照量子力学可以解出
除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的
概率贯穿势垒。
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北京大学工学院课程试卷
以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能，
空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的OH反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由
基可以把许多难降解的有机物氧化为CO2和水等无机物；可以降低周围环境中的有机污染以
及光解水制备H2 和O2。
电子密度恒定，不论颗粒大小，不变。所以最后能级间距随的减小而增大。
根据相邻电子能级间隔和颗粒直径的关系，金属纳米粒子粒径减小，能级间隔增大，费
米能级附近的电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。
3. 什么是化学气相沉积制备法？常用的化学气相沉积方法有哪些？优缺点分别是什么？
氢和加氢，氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等。其中有些事多相催化难以
实现的。半导体多相催化剂能有效地降解水中的有机污染物，例如纳米TiO2 ，既有较高的光
催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。
已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO/SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu −
可以做AES mapping看元素在制定区域的整体分布，形貌表征可以借助AFM测边缘的厚度，
STM获得原子尺度的形貌结构和原子分辨图像。
11. 纳米材料的光学特性
光学特性主要表现为如下几方面：
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北京大学工学院课程试卷
（1）宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的光泽。表明对可见光(各种颜色或波长)的反射和吸收能力不同。
效应，原大块金属的准连续能级产生离散现象。
2
4
=
=
)
(
3
式中为能级间距，为一个超微粒的总导电电子数，为超微粒体积，为费米能级。
当粒子为球体时，δ ∝ 1⁄ 3 。
纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应地含有的总导电电子数也会减小；在
超微粒子电中性假设下，对于一个超微粒子取走或放入一个电子都是十分困难的，所以只要
除了能级离散外，有限零点能量的发生也很重要。即使在基态的某一点，导带带边的电
子能量高于体相电子。
（2）一维纳米材料（量子线）
：空间二个维度上尺寸为纳米尺度（载流子在一个方向上
可以自由运动，在其它两个方向上的运动变得量子化）——纳米丝、纳米棒、纳米管
（碳纳米管）

6. 什么是拉曼效应？拉曼光谱的基本原理是什么？（不用画图，语言描述即可）
1928年，印度科学家C. V. Raman首先在CCl4光谱中发现了当光与分子相互作用后，一部
分光的波长会发生改变（颜色发生变化）
。通过对这些颜色发生变化的散射光的研究，可以
得到分子结构的信息。因此这种效应被命名为Raman效应。
现完全分离的能级。
2. 纳米颗粒随着尺寸的减小其电子结构将发生什么样的变化，粒径和能级间距遵循什么原
理？请简单论述。（公式，原理解释）
随着尺寸减小，能级间隔增大，准连续的能带变为分离的能级。
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北京大学工学院课程试卷
粒径和能级间距遵循久保理论。久保理论：当微粒尺寸进入到纳米级时，由于量子尺寸
其基本原理如下图所示。当一束单色光入射时，若入射光子与电子的相互作用仅为弹性
散射，则散射光频率与入射光频率0 相同，即为瑞利散射；若光子与电子发生非弹性散射，
那么散射光频率就会大于或小于入射光频率0 ，变为0 ± Δ。此过程称为拉曼散射。其中
0 − Δ谱线称为斯托克斯线，0 + Δ谱线称为反斯托克斯线。发生拉曼散射时，频率差Δ
=
∝1·
=

√ √
可以想像所有态都是平行于kx轴的线，这些线在ky和kz方向上是离散的，但是在每一条
线中kx态的分布是准连续的。因此，它们只能在离散的导电通道中输运。
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北京大学工学院课程试卷
（3）二维纳米材料（二维电子气）
：只在空间一个维度上尺寸为纳米尺度（电子在z方向上
的运动变得量子化，在x，y平面自由运动的准连续能级）——纳米薄膜、多层薄膜（石墨烯）
() ()
1
=
∝ √ ·
=1

√
由于在能带中存在更少的能级，能级间距明显增大。例如，存在不可忽略的零点能量。
在最低能量 E1 处，态密度不为 0，与体材料不同。
在二维材料中能级仍然是准连续的，但是态密度是一个阶跃函数。这样，态密度就成为
不稳定，很容易与其他原子结合。
5. 什么是光催化，列举一种纳米光催化材料并简述其工作原理？
在光的照射下，通过把光能转变成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程称
为光催化。
纳米TiO2 是一种典型的光催化材料，它是一种n型半导体氧化物，其光催化原理可用半
导体能带理论解释。半导体在大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带位置，
段可以实现组分和形貌的识别？
如果是面内拼接，可以从SEM中看到两种材料的形貌和衬度差别，石墨烯通常是六边形
结构，衬度偏黑；而氮化硼通常是三角形，衬度偏白，衬度上的差异主要是两种材料的导电
性不同引起的。如果是层间堆垛，在SEM下只能看出衬度有差别，但无法判断细节，这时需
要结合其他手段。组分表征可以采用XPS，层间堆垛结构的B、N峰的强度比面内的要高，也
活性。
随着晶粒尺寸的降低，表面原子所占的比例、比表面积急剧增高，使处于表面的原子数
也急剧增加，平均配位数急剧下降。
由于纳米晶体材料中含有大量的晶界，因而晶界上的原子占有相当高的比例。
由于表层原子的状态与本体中不同，表面原子配位不足，因而具有较高的表面能。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极
一些台阶，对于一个子带，态密度为常数。
2 () =
（4）三维纳米材料：由纳米材料基本单元组成的块体材料（石墨）
(2)3⁄2

=
√
V
2 2 ℏ3
电子的能态密度并不是均匀分布的，电子能量越高，能态密度就越大。
() =
总之，电子能态密度与尺度的关系为：随着尺度的降低，准连续能带消失，在量子点出
9. XPS和UPS在原理上的主要区别是什么？他们的探测深度是多少？（画图，描述光电效应）
XPS采用能量为1000 − 1500eV的射线源，能激发内层电子。各种元素内层电子的结合
能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素，不能分辨出分子、离子的振动能级。XPS用
的是软射线，用来检测物质浅层表面，探测深度一般为7 − 10nm的范围。
由于电子的隧道效应，金属中的电子并不完全局限于表面边界之内，电子密度并不在表
面边界处突变为零，而是在表面以外呈指数形式衰减，衰减长度约为1nm。只要将原子线度
的极细探针以及被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时，它们的
表面电子云就可能重叠。若在样品与针尖之间加一微小电压电子就会穿过电极间的势垒
高纯度
阶梯覆盖能力极佳
产量高
适合于大规模生产
高温沉积
低沉积速率
PECVD
等离子体增强CVD
低温制程
高沉积速率
阶梯覆盖性好
化学污染
粒子污染
4. 请论述为什么纳米材料具有较高的表面活性？
纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键，
配位严重不足，具有不饱和性质，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，具有很高的化学
北京大学工学院课程试卷
课程名称：纳米材料科学与技术
2015-2016 学年第（1）学期期末