陕西师范大学纳米材料考试

纳米材料复习题

陕西师范大学材料学院2010级喻俊

1、简单论述纳米材料的定义与分类。

2、什么是原子团簇? 谈谈它的分类。

3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径?

4、论述碳纳米管的生长机理（图）。

答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。

（1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。

①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移；

②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端；

（2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。

①表面扩散机理：用苯环坐原料来生长碳纳米管，如果苯环进入催化剂内部，会被分解而产生碳氢化合物和氢气同时副产物的检测结果为只有氢气而没有碳氢化化物。说明苯环没有进入催化剂液滴内部，而只是在催化剂表面脱氢生长，也符合“帽式”生长机理。

5、论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。

（1）气相法反应机理包括：V-L-S机理、V-S机理、碳纳米管模板法、金属原位生长。

①V-L-S机理：反应物在高温下蒸发，在温度降低时与催化剂形成低共熔液滴，小液滴相互聚合形成大液滴，并且共熔体液滴在端部不断吸收粒子和小的液滴，最后由于微粒的过饱和而凝固形成纳米线。

②V-S机理：首先沉底经过处理，在其表面形成许多纳米尺度的凹坑蚀丘，这些凹坑蚀丘为纳米丝提供了成核位置，并且它的尺寸限定了纳米丝的临界成核直径，从而使生长的丝为纳米级。

③碳纳米管模板法：采用碳纳米管作为模板，在一定温度和气氛下，与氧化物反应，碳纳米管一方面提供碳源，同时消耗自身；另一方面提供了纳米线生长的场所，同时也限制了

生成物的生长方向。

④金属原位生长：

（2）溶液法反应机理包括溶液液相固相、选择性吸附。

①S-L-S机理：SLS 法和 VLS 法很相似，二者的主要差别在于 SLS 法纳米线成长的

液态团簇来源于溶液相，而 VLS 法则来自蒸气相。

②选择性吸附：选择性吸附配位剂或表面活性剂，并在平行于生长方向的晶面生长。

6、解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因。

7、论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。

8、什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？

9、讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边，发光峰的影响。

10、纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman 光谱。

11、论述制备纳米材料的气相法和湿化学法。

（1）高温气相法：指直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，在载气的作用下通过传输在反应区冷凝，进一步发生物理化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米颗粒的方法。

高温气相法根据反应原理或装置特点分类：

①若反应中没有化学反应：热蒸发法

②若反应中有化学反应：化学气相沉积

③若反应中使用金属氧化物：金属有机化学沉积

④若反应中有激光激发：激光烧蚀法

⑤若反应能够控制检测生长速度：分子束外延技术

（2）湿化学法：有液相参加，通过化学反应来制备材料的方法。

湿化学法根据反应原理或装置特点分类：

①若为敞开体系：包括一般性溶液反应

②若为密闭体系：水热、溶剂热

③有机溶剂参与反应：有机溶剂回流

④胶体化学法：在有机相中反应，反应能溶于有机相形成胶体溶液。

12、什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，自组装纳米结构形成的条件是什么。

13、简单讨论纳米颗粒的组装方法

答：纳米颗粒的组装的基本思路是溶解、挥发、组装。

溶解：配制成胶体溶液

挥发：自然挥发或者加入使溶质溶解度降低的溶剂，使其从溶液中沉淀出来。

组装：人工组装或自组装

纳米团簇的超分子化学组装方法可分为两类：

①DNA指导：将金属纳米粒子嫁接到DNA大分子上，这些DNA分子自身有可编程的自组装特性，并且可派生出大量的分子、电子和光子部件。

②气泡作模板：

③半导体纳米粒子组装：将包覆有机物的团簇在一定温度和压力下溶解于辛烷和辛醇的混合溶液中，然后降低压力使沸点较低的辛烷逐渐挥发，由于包覆的纳米团簇在辛醇中溶解度较小，就使得纳米团簇的胶态晶体从溶液中析出。

④金属胶体组装：经表面处理后的金属胶体表面嫁接了官能团，它可以在有机环境下形成自组装纳米结构。

⑤胶态晶体法：是利用胶体溶液的自组装特性使纳米团簇组装成胶态晶体，得到二维或三维的超晶格；

⑥模板法：是利用纳米团簇与组装模板间的识别作用来带动团簇的组装，由于选定的组装模板与纳米颗粒之间的识别作用，而使得模板对组装过程具有指导作用，组装过程更完善；

14、论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构（图）。

答：一维纳米结构的组装：

（1）模板法组装纳米结构：将流体组装技术与表面模板技术结合在一起成功地将一维纳米结构组装成平行阵列。包括高分子模板技术（PDMS）、Al2O3有序孔洞做模板。

（2）L-B技术表面压力组装纳米棒阵列：通过表面张力的递增，使原本无序排列的各向同性的纳米棒首先排列成二维向列性排布，继而排列成二维近晶性的有序结构，多层这种二维结构叠加在一起，最终得到三维排列的有序纳米棒的阵列，3D－向列。

（3）电场驱动组装：采用电场驱动组装的方法将纳米线的组装与其半导体性质的测量联系起来。例如在两电极之间滴加一滴InP纳米棒，则溶液中的纳米线能在电场作用下自组装为平行的阵列。

（4）催化剂的图案化；通过对催化剂模板化，在有催化剂的地方反应，没有催化剂的地方不反应，从而制备一定规则的纳米结构材料。

（5）其他方法：eg加热ZnO,In2O3和石墨粉末的混合物在碳衬底或Si衬底上生长分级纳米结构；以ZnO，SnO2和石墨粉的混合物在多晶Al2O3衬底上分别得到了ZnO螺旋桨状纳米结构。

2种纳米器件的结构：ZnO纳米线直流发电机；纳米管收音机；纳米尺度太阳能电池。