纳米材料复习资料
纳米材料复习
1.纳米材料的表面效应：纳米材料微粒的表面原子数与总原子数之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。
2.纳米材料的光致发光：指在一定波长光照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃回到低能级被空穴俘获而发射出光子的现象。
3.纳米产品的制造方式：（1）“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。
如：切割、研磨、蚀刻、光刻印刷等。
(2)“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。
如化学合成、自组装、定位组装等。
4.纳米材料的光催化性质：就是光触媒在外界可见光的作用下发生催化作用。
光催化一般是多种相态之间的催化反应。
光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。
5.(1)物理气相沉积:在低压的惰性气体中加热可蒸发的物质，使之气化，再在惰性气氛中冷凝成纳米粒子。
（2）化学气相沉积:是指在远高于临界反应温度的条件下，通过化学反应，使反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，自动凝聚形成大量的晶核，这些晶核不断长大，聚集成颗粒，随着气流进入低温区，最终在收集室内得到纳米粉体。
1纳米微粒的蓝移和红移现象：A 蓝移（1）由于纳米粒子的量子尺寸效应导致纳米微粒的光谱峰值向短波方向移动的现象例如：纳米SiC颗粒和大块固体的峰值红外吸收频率分别是814 cm-1和794 cm-1。
蓝移了20 cm-1。
纳米Si3N4颗粒和大块固体的峰值红外吸收频率分别是949 cm-1和935 cm-1，蓝移了14 cm-1。
（2）纳米微粒吸收带“蓝移”的解释：量子尺寸效应由于颗粒尺寸下降能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向。
Ball等对这种蓝移现象给出了普适性的解释：已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因，这种解释对半导体和绝缘体都适用。
纳米材料导论复习题
《纳米材料导论》复习题2013.12第一章1、纳米材料有哪些危害性？答：纳米技术对生物的危害性：1）在常态下对动植物体友好的金，在纳米态下则有剧毒；2）小于100nm的物质进入动物体内后，会在大脑和中枢神经富集，从而影响动物的正常生存；3）纳米微粒可以穿过人体皮肤，直接破坏人体的组织及血液循环。
纳米技术对环境的危害性：美国研究人员证明，足球烯分子会限制土壤细菌的生长，而巴基球则对鱼类有毒，这说明纳米技术对生态平衡和生态安全都有一定的破坏性。
2、什么是纳米材料、纳米结构？答：纳米材料：纳米级结构材料简称为纳米材料，是指组成相或晶粒结构的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间，纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。
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。
纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系。
3、什么是纳米科技？答：纳米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、分子进行操纵和加工的技术。
4、什么是纳米技术的科学意义？答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望。
《纳米材料与技术》期末复习资料.docx
一纳米材料的概念1、纳米材料广义：在一维、二维、三维的空间中始终处于1〜lOOnm范围的晶体或非晶体物质。
其性质完全不同于常规材料，而具有特殊性。
狭义：具有纳米结构的材料。
纳米材料与传统材料的主要差别：尺寸差异性能差异强度、韧性、比热、导电率、扩散率等完全不同于或大大优于常规的体相材料。
2、纳米尺度临界尺寸：当颗粒的大小减小到某一尺寸时，材料的性能突变，与同样组分构成的常规材料性质不同，这个尺寸就是临界尺寸。
同一种纳米材料具有的不同性质所发生突变的临界尺寸不同；而同一种性能的不同纳米材料其临界尺寸也有很大差异。
3、纳米结构基本单元构成纳米结构块体、薄膜、多层膜以及纳米结构材料的基本单元有：团簇，纳米微粒、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带、纳米环、纳米螺旋和同轴纳米电缆等。
它们至少一维尺寸非常小。
①团簇原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于lnm）o如Fen，Cu n S m, C n H m（n 和m都是整数）和碳簇（富勒烯C6o，C70等）等。
它介于单个原子与固体之间。
形状多样化：线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。
原子团簇分类：A 一元原子团簇，如：Nan, Nin，C60, C70B 二元团簇，如：lnnPm,AgnSmC多元团簇，如:Vn（C6H6）mD原子簇化合物，是原子团簇与其它分子以配位键结合形成的化合（例如，某些含Fe-S团簇的蛋白质分子）。
②纳米微粒纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。
尺寸一般在1〜lOOnm之间，纳米颗粒所含原子数范围在103-107个，也称它为超微粒子。
上田良二给纳米颗粒的定义是：用电子显微镜才能看到的颗粒称为纳米微粒。
通常，分散性好的纳米粒子在良溶剂中不会沉淀，而且有透光性。
③纳米棒、纳米带和纳米线纳米棒：长径比（长度与直径的比率），J、，截面为圆形。
一般小于20。
纳米线：长径比大，截面为圆形。
纳米材料概论复习要点
一、1、纳米科技：研究由尺寸在0.1—100nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。
2、纳米固体材料：又可称为纳米结构材料或纳米材料，它是由颗粒或晶粒尺寸为1~100nm的粒子凝聚而成的三维块体。
3、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，以及纳米半导体微粒存在比连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，这些能隙变宽现象。
4、表面效应：表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。
5、宏观量子隧道效应：某些宏观量如颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等具有贯穿势垒的能力，称为宏观量子隧道效应。
6、纳米材料（广义）：晶粒或晶界等显微构造能达到纳米尺寸水平的材料。
7、原子团簇：由多个原子组成的小粒子。
它们比无机分子大，但比具有平移对称性的块体材料小，它们的原子结构(键长、键角和对称性等)和电子结构不同于分子，也不同于块体。
8、Kubo理论：颗粒尺寸进入纳米级时，靠近费米面附近的能级由原来的准连续变为离散能级。
9、小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。
10、纳米结构材料：由颗粒或晶粒尺寸为1~100nm的粒子形成的三维块体称为纳米固体（结构）材料。
其晶粒尺寸、晶界宽度、析出相分布、气孔尺寸和缺陷尺寸都在纳米数量级。
二、简答题1、冷冻干燥法制备纳米颗粒的基本原理。
先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，再通过热处理得到所需的物质。
2、气相合成法制备纳米颗粒的主要过程有哪些？利用两种以上物质之间的气相化学反应，在高温下合成出相应的化合物，再经过快速冷凝，从而制备各类物质的纳米粒子。
纳米材料复习内容答案
纳米材料复习题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。
(完整)纳米材料导论期末复习重点
名词解释：1、纳米：纳米是长度单位，10-9米,10埃。
2、纳米材料:指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
3、原子团簇:由几个乃至上千个原子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体（原子团簇尺寸一般小于20nm）。
4、纳米技术:指在纳米尺寸范围内，通过操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。
5、布朗运动：悬浮微粒不停地做无规则运动的现象.6、均匀沉淀法：利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来，再与沉淀组分发生反应.7、纳米薄膜材料：指由尺寸在纳米量级的颗粒构成的薄膜材料或纳米晶粒镶嵌与某种薄膜中构成的复合膜且每层厚度都在纳米量级的单层或多层膜。
8、真空蒸镀：指在高真空中用加热蒸发的方法是源物质转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。
9、超塑性：超塑性是指在一定应力下伸长率≥100％的塑性变形。
10、弹性形变：指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变,当外力撤消后,固体又恢复原状。
11、塑性形变:指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体不会恢复原状。
HAII—Petch公式：σ－－强度； H－－硬度;d－－晶粒尺寸；K－－常数纳米复合材料：指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。
14、蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
15、热塑性：物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。
大题:纳米粒子的基本特性？（1）小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会造成颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸的变小，所导致的颗粒宏观物理性质的改变称为小尺寸效应。
(2）表面效应：纳米粒子表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而显著增加,粒子的表面能和表面张力也随着增加，物理化学性质发生变化。
（粒度减小,比表面积增大;粒度减小，表面原子所占比例增大；表面原子比内部原子具有更高的比表面能;表面原子比内部原子具有更高的活性)(3）量子尺寸效应:当金属粒子的尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的能级由准连续变为离散能级或能隙变宽的现象。
选修课-真空技术与纳米材料复习资料.doc
选修课-真空技术与纳米材料复习资料说明：.考试题型：①填空题（每空2分，共16分）②二判断题（对的在（）内打错的在（）内打X。
（每题2 分，共10分））③选择题（每小题3分，共24分）④综合填空题（共40分）⑤简述题：简述本次公选课你的收获和教学修改意见（不少于150字）（共10分）.考试内容基本上都含在资料里，但不是直接出现，以上述形式出现。
希望同学们认真阅读，并结合实践和平时上课理解。
.切忌外传，不得带进考场！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！正文：一.纳米材料部分半导体材料：半导体材料的制备及其性质是材料科学广泛研究的，如太阳能电池利用半导体材料的内光电效应把光能转化为电能，常用于太阳能电池的半导体材料有ITO （掺锡的氧化锢In2O3+SnO2）、AZO （掺铝的氧化锌）、GaAs。
LED （发光二极管）利用半导体材料的电致发光特性把电能转化为光能。
超导材料：超导材料有两大基本物理特性：零电阻特性和完全抗磁性，零电阻特性可以解决导电材料产生的焦耳热问题，利用完全抗磁性已做出了磁悬浮列车。
超导材料的弊端就是转变温度太低，现在已基本可以实现室温超导。
压电材料：简单说就是把压力信号转换成电信号的材料，应用于各种压力传感器。
高端的扫描探针显微镜就是利用这种材料实现图像扫描的。
纳米材料按形状分可有纳米颗粒、纳米薄膜、纳米线、纳米棒、纳米管等。
最常见的就是纳米薄膜。
纳米薄膜材料的制备方法大致可分两大类：化学方法和物理方法。
这里主要介绍PVD （物理气相沉积）和CVD （化学气相沉积）PVD：一般一定要抽真空，主要方式有蒸发、磁控溅射和离子镀CVD：一般也要抽真空，主要有热丝-CVD,微波CVD, PECVD （等离子增强化学气相淀积）和MOCVD （金属有机化合物化学气相淀积）。
纳米材料性能的表征主要包括结构分析、成分分析、表面分析、界面分析、颗粒分析、光电等特性分析等。
纳米材料与纳米结构复习内容
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。
5.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。
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.写出公式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.简单论述纳米材料的定义与分类。
答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。
现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。
如果按维数，纳米材料可分为三大类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。
一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。
二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。
因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。
3.通过Raman光谱中如何鉴别单壁和多壁碳纳米管？如何计算单壁碳纳米管的直径？答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。
100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。
单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d = 224/wd：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-14.论述碳纳米管的生长机理。
答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。
原理：首先，过镀金属(Fe ,Co, Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体，随后碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。
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。
纳米材料及技术课程复习2016
《纳米材料与技术》课程复习基本概念1.纳米科技:在纳米尺度（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，以与利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。
纳米材料:三维空间中至少有一维尺寸小于100 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。
纳米材料的类型:0维（在空间3维尺度均在纳米尺度）、1维（..2..）、2维（..3..）、3维（纳米固体，由纳米微粒组成的体相材料）、特性:粒度细、比表面积大、分布均匀、表面活性高成因:2.纳米效应：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应溶胶:指在液体介质中分散了1~100粒子(基本单元)，且在分散体系中保持固体物质不沉淀的胶体体系。
凝胶:是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
理论:溶胶在一定条件下能否稳定存在取决于胶粒之间相互作用的位能。
微粒间总相互作用能：ΦΦA+ ΦR（ΦA微粒间的吸引能，ΦR微粒间的排斥作用能，ΦT微粒间总相互作用能）水热法:在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介质，对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶溶剂热:是指在密封的压力容器中，以有机溶剂为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应超临界水热法:指以温度与压力都处于临界温度和临界压力之上的流体为介质进行水热合成的方法装满度：反应混合物占密闭反应釜空间的体积分数硬模板:利用材料的内表面或外表面为模板，填充到模板的单体进行化学反应，通过控制反应时间，除去模板后可以得到纳米材料。
软模板:由表面活性剂构成的胶团或反相胶团胶束（正相、反向）:两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子有序聚集体称为胶束。
物理气相沉积:在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法（）化学气相沉积:利用气态物质通过化学反应在基片表面形成固态薄膜的技术。
纳米药物复习题
17、纳米凝胶的制备方法有哪 几种？ 18、纳米凝胶作为药物载体与 其他纳米载体相比有什么特点？
19、纳米药物被动靶向肿瘤细 胞有哪几种途径？ 20、常见的用于肿瘤主动靶向 的靶向分子有哪些类型？各举 几个列子。
21、从胶体化学、自组装等角 度，描述各种NDDS的联系及 特点。 22、举一例纳米药物研究的最 新进展（文献来自著名期刊）
7、纳米介孔二氧化硅的表征手 段有哪些？ 8、你认为纳米介孔二氧化硅作 为载药系统有哪些优势？
9、影响纳米结晶稳定性的主要因素 是什么？ 10、纳米结晶增加难溶药物口服生 物利用度的原理
11、简述纳米药物药动学的 主要特征
12、简述体外药物释放研究的 主要方法及各方法的特点
15、简要分析影响固体脂质纳米 粒（SLN）载药量和包封率的主 要因素 16、简要分析纳米结构脂质载体 （NLC）的微观结构与其载药性 能的关系
1、试简述阳离子脂质体容易受 体内环境影响的原因
2 2、阳离子聚合物的优点
3、简述MRI的基本原理 4、MRI对比剂可分为几种类型？ 13、磁性纳米粒的制备方法有 哪些？各有什么优缺点？ 14、磁性纳米粒作为生物医用 材料面临的主要问题以及解决 的策略
5、什么是纳米诊断试剂？ 6、请列出至少两种纳米材料用 于疾病诊断的例子，并简述 其原理
纳米复习资料
纳米复习资料本课程以纳米表征学和纳米材料学的内容为主，其中纳米表征学又以扫描探针显微镜(SPM)中的STM和AFM为主。
纳米材料学涉及了纳米材料的基本结构单元，纳米材料的物理效应，以及各维度纳米材料的电子结构和物理、化学特性及其制备方法。
最后是纳米结构的概念和应用。
纳米表征学要点1. 扫描探针显微镜(SPM)的特点2. STM的针尖制备3. AFM的微悬臂偏转检测纳米材料学要点一. 纳米结构单元部分纳米材料的概念及其分类原子团簇的特性C60足球烯的特性碳纳米管的特性和制备方法，CVD法制备碳纳米管中，碳纳米管的生长机理纳米薄膜二.纳米材料的物理基础与基本效应部分小尺寸效应及其影响表面效应三. 纳米微粒的物理和化学特性部分纳米微粒的力、磁、光、光催化性质四. 纳米材料的制备方法部分气体冷凝法氢电弧等离子体法沉淀法水热法(水热技术的特点，水热反应的分类)溶胶凝胶法溅射法流动液面上真空蒸镀法化学气相沉积定义非晶晶化法·纳米陶瓷的制备五. 纳米结构部分纳米结构的定义自组装的定义纳米电子学要点只涉及很少一部分内容: ·单电子器件的基本单元·量子计算机的优点·什么是电导量子化有关纳米材料的安全性,谈谈你个人的看法。
1. 扫描探针显微镜(SPM)的特点分辨率高可实时得到实空间中样品表面的三维图像可以观察单个原子层的局部表面结构可在真空、大气、常温等不同环境下工作配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构的信息设备相对简单、体积小、价格便宜2. 纳米材料的概念及其分类两个条件：（1）在三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由他们作为基本单元构建的材料（2）于块体材料相比，在性能上有所突变或者大幅提高的材料分类：纳米基本单元是纳米材料学首要的研究内容。
其按空间维数分为：零维，指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。
一维，指空间二维尺度处于纳米尺度，如纳米线(棒)、纳米管等。
7-团簇及纳米材料-复习 2
七、团簇及纳米材料12由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体。
1.1 团簇的定义1.团簇3团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。
它们的性质既与单个原子或分子不同，也跟凝聚态物质不同，也不能用两者性质的简单线性外延或内插得到。
它是一种新形态，有的研究者称之为“物质第五态”。
除了形成中性团簇外，还可形成带正、负电荷的团簇离子。
任何元素都可以形成团簇和团簇离子。
1.1 团簇的定义1.团簇4团簇是在非平衡条件下产生的，其形状多种多样，巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。
绝大多数原子团簇的结构不清楚。
团簇的结构通常是通过理论计算得到的，还不能用实验方法直接测定。
1.3 团簇的结构1.团簇5团簇是由原子数逐步增加而发展起来的。
像原子核中存在幻数一样，团簇结构中也存在幻数。
当团簇中的原子或分子数 n 等于某些特定数字时，团簇的结构最为稳定，这些特定数字称为幻数。
不同物质具有不同的幻数值和结构。
1.团簇1.3 团簇的结构55Xe 团簇的质谱6铅团簇的质谱实验发现团簇粒子Pb 7、Pb 10最稳定，这里n=7、10就是幻数。
这时团簇粒子的能量最低，从而幻数团簇最稳定。
近十多年发现的碳原子团簇，其幻数为3，11，15，19，60，70。
这时团簇粒子的能量最低，从而幻数团簇最稳定。
1.团簇1.3 团簇的结构7 原子的排列方式（原子的位置因素）和电子状态决定团簇的结构及其稳定性。
1.团簇1.3 团簇的结构81.团簇当前能大量制备并分离的团簇是C60（富勒烯）。
3.纳米材料的纳米效应与性能量子尺寸效应小尺寸效应表面效应宏观量子隧道效应910 对于介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中的连续的能带分裂为分立的能级，能级间的距离随颗粒尺寸减小而增大。
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；半导体纳米微粒的最高占据分子轨道（HOMO ）和最低未占据分子轨道能级（LUMO ）之间的能隙急剧变宽，这些现象称为量子尺寸效应。
纳米材料第5-6讲
18
二、各种蒸发方法的介绍
1、等离子体加热法 、 （1）工作原理 ） 等离子体加热蒸发是利用等离子体的高温而实现对原料加热蒸发的。 等离子体加热蒸发是利用等离子体的高温而实现对原料加热蒸发的。 一般离子体焰流温度高达2000K以上，存在着大量的高活性原子、离子。 以上， 一般离子体焰流温度高达 以上 存在着大量的高活性原子、离子。 当它们以约100—500m／s的高速到达金属或化合物原料表面时，可使其 的高速到达金属或化合物原料表面时， 当它们以约 ／ 的高速到达金属或化合物原料表面时 熔融并大量迅速地溶解于金属熔体中， 熔融并大量迅速地溶解于金属熔体中，在金属熔体内形成溶解的超饱和 过饱和区和饱和区。这些原于、 区、过饱和区和饱和区。这些原于、离子或分子与金属熔体对流与扩散 使金属蒸发。同时，原子或离子又重新结合成分子从金属熔体表面溢出。 使金属蒸发。同时，原子或离子又重新结合成分子从金属熔体表面溢出。 蒸发出的金属原于经急速冷却后收集，即得到各类物质的纳米粒子。 蒸发出的金属原于经急速冷却后收集，即得到各类物质的纳米粒子。 （2）技术特点 ） 优点：产品收率大，特别适合制备高熔点的各类超微粒子。 优点：产品收率大，特别适合制备高熔点的各类超微粒子。 缺点：等离子体喷射的射流容易将金属熔融物质本身吹飞。 缺点：等离子体喷射的射流容易将金属熔融物质本身吹飞。
4
物理方法 制备方法
粉碎法：是以大块固体为原料，将块状物质粉碎、 粉碎法：是以大块固体为原料，将块状物质粉碎、 细化， 细化，从而得到不同粒径范围的纳米粒子 构筑法： 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。 成超微粒子。
化学方法：化学方法制备纳米粒通常包含基本的化学反应，在 化学方法：化学方法制备纳米粒通常包含基本的化学反应， 化学反应中物质之间的原子必然进行组排， 化学反应中物质之间的原子必然进行组排，这种过程决定物质 的存在形态。 的存在形态。 化学方法的特征： 化学方法的特征： (1)固体之间的最小反应单元取决于固体物质粒子的大小； 固体之间的最小反应单元取决于固体物质粒子的大小； 固体之间的最小反应单元取决于固体物质粒子的大小 (2)反应在接触部位所限定的区间内进行； 反应在接触部位所限定的区间内进行； 反应在接触部位所限定的区间内进行 (3)生成相对反应的继续进行有重要影响。 生成相对反应的继续进行有重要影响。 生成相对反应的继续进行有重要影响
(3)8.5综合与实践(纳米材料)
请同学们计算出来： 10：1
真 聪明！.
14
4
将一个边长为1cm的正方体，切割成
1 n×n×n个边长 n
cm 的小长方体，求各个 小正方体分表面积与原来正方体的表面积 之比
你能计算出它 们的表面积之 比吗？
n∶ 1
真 聪明！.
35--15
通过以上分析： 1 将边长为1的正方形，分割成边长½½的 2 2×2×2的小正方体的表面积之比与原来正方体 的表面积之比为2:1 1 将边长为1的正方形，分割成边长为 5 的 5×5×5的小正方体的表面积之比与原来正方体 的表面积之比为5:1 将边长为1的正方形，分割成边长为 0.1 的 10×10×10的小正方体的表面积之比与原来正方 体的表面积之比为10:1
特殊的力学性质
陶瓷材料在通常情况下一般呈现脆性，由纳米 超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料具有良好的 韧性。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒 金属硬3～5倍。金属-陶瓷复合纳米材料则可 在更大的范围内改变材料的力学性质。
35--7
超塑延展性
纳米铜在室温下可延伸50多倍， 强度比常规铜高5倍
8
（三）形成纳米材料的奇异特性的原因
8.5综合与实践
纳米材料的奇异特性
沪科版 七年级（下） 三义中学 都学海
35--1
Hale Waihona Puke 教学目标１。了解形成纳米材料特性的原因，能用教学 方法分析探究将一个正方体进行ｎ×ｎ×ｎ细 分后表面积的变化情况
２ 经历以问题为载体，以学生自主参与的教 学活动，发展学生的应用意识 3经历数学活动的过程，增强自主探究问题的 意识，养成学习数学，用数学的好习惯。 4 让学生了解纳米材料的用途。
35--23
“麻雀卫星”
《纳米材料与纳米结构》课程复习题
《纳米材料与纳米结构》课程复习题1.纳米颗粒有哪些基本的效应？久保理论;尺寸效应;表面与界面效应;体积效应;量子尺寸效应;宏观量子隧道效应2.什么是超顺磁性？讨论产生超顺磁性的原因。
磁性材料的磁性随温度的变化而变化，当温度低于居里点时，材料的磁性很难被改变；而当温度高于居里点时，材料将变成“顺磁体”（paramagnetic），其磁性很容易随周围的磁场改变而改变。
如果温度进一步提高，或者磁性颗粒的粒度很小时，即便在常温下，磁体的极性也呈现出随意性，难以保持稳定的磁性能，这种现象被就是所谓超顺磁效应。
超顺磁状态的起源可归为以下原因：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，结果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.用机械法来制备纳米颗粒有什么优点和缺点？优点：过程简单，大规模生产容易，花费少，不污染环境，没有后续过程的问题缺点：能源消耗高，难以控制粒子形貌，夹有杂质4.纳米颗粒材料与相同块体材料的光学性质有何差异？纳米固体的光吸收具有常规粗晶不具备的一些新特点。
金属纳米固体等离子共振吸收峰变得很弱，甚至消失。
半导体纳米固体中粒子半径小于或等于激子玻尔半径时，会出现激子（Wannier激子）光吸收带（例如，粒径为4.5 nm的CdSexS 1-x，在波长约450 nm处呈现一光吸收带）。
相对常规粗晶材料，纳米固体的光吸收带往往会出现蓝移或红移。
例如，纳米NiO块体的4个光吸收带（3.30，2.99，2.78，2.25 eV）发生蓝移，三个光吸收带（1.92，1.72，1.03 eV）发生红移，与纳米粉体相类似。
纳米结构材料由于颗粒很小，这样由于小尺寸会导致量子限域效应，界面结构的无序性使激子，特别是表面激子很容易形成；界面所占的体积很大，界面中存在大量缺陷，例如悬键，不饱和键和杂质等，这就可能在能隙中产生许多附加能隙；纳米结构材料中由于平移周期的破坏，在动量空间（k空间）常规材料中电子跃迁的选择定则对纳米材料很可能不适用，这些就会导致纳米结构材料的发光不同于常规材料，有自己新的特点。
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• 任何一种物质都存在三种相态----气相、液相、固相。三相呈平衡态 共存的点叫三相点。液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。在临界 点时的温度和压力称为临界温度和临界压力(水的临界温度和临界压 力分别为374oC和21.7MPa)。
•
• 超临界状态是指在临界温度和临界压力以上的状态。即高于临界温 度和临界压力而接近临界点的状态。
大优于常规的体相材料。性能 • 7. §2.2 纳米微粒的物理特性 • 纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒
径的下降急剧增加， • 小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致
纳米微粒的热、磁、光敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子，
这就使得它具有广阔应用前景。 • 8.碳纳米管. • 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米
• 将合金粉末或预合金粉末在保护气氛中，在一个能产生高能压
缩冲击力的密闭容器中进行研磨，可将金属粉末、金属间化合物粉
末或难混溶粉末研磨成纳米颗粒，并可在很微细的尺寸上达到均匀
混合。
• ②热分解法
•
加热分解某些金属盐类后，得到组成均一的复合金属氧化物超
细微粉。如将ZrOCl2·8H20或Zr(0H)4加热到350～1200℃分解得到纳
如：纳米棒、纳米管、纳米线、纳米带同轴纳米电缆
(3). 二维纳米材料: 空间三维尺度中有一维在纳米尺度（1～100 nm）
范围内，包括纳米薄膜、纳米涂层和超晶格等。 如：纳米多孔薄膜，生物双分子膜，超晶格。
（4）体相纳米材料（由纳米材料组装而成）:晶粒尺寸在纳米尺度（1 ～100nm）范围的块状材料。 （5） 纳米孔材料（孔径为纳米级）
1. 纳米科学与技术（Nano-ST）是研究由尺寸在0.1～100nm之间的 物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的 技术问题的科学技术。
2. 纳米技术与微电子技术的主要区别是： 纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能， 是利用电子的波动性来工作的； 而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电 子的粒子性来工作的。 人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的 有效控制。 3. 荷花为什么出污泥而不染？ 许多植物表面，如荷叶面具有超疏水(superhydrophobicity)及自洁 (self-cleaning)的特性。荷叶表面疏水、始终永遠保持一尘不染。 为什么会有这种“荷叶效应”？
• ①表面清洁;
• ②粒度整齐,粒径分布窄; • ③粒度容易控制; • ④颗粒分散性好。
•
• 3 优势： • 气相法通过控制可以制备出液相法难以制得的金属碳化物、氮化
物、硼化物等非氧化物超微粉。 • 4 加热源通常有以下几种： • 1）电阻加热； • 2）等离子喷射加热； • 3）高频感应加热； • 4）电子束加热； • 5）激光加热； • 6）电弧加热； • 7）微波加热。 • 5 气体冷凝法优点： • 表面清洁, • 粒度齐整，粒度分布窄， • 粒度容易控制。 • （3）液相法制备纳米微粒 • 液相法制备纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分
• 16 • 3．SEM分析样品的优缺点
• 优点： • 1)仪器分辨本领较高，通过二次电子像能够观察试样表面60 Å左右的
细节。 • 2) 放大倍数变化范围大(一般为l0—150000倍)，且能近续可调。 • 3)观察试样的景深大，图像富有立体感。可用于观察粗糙表面，如金
属断口、催化剂等。 • 4)样品制备简单。 • 缺点： • 不导电的样品需喷金(Pt、Au)处理，价格高，分辨率比TEM低，现
为3-4nm。
• 17. 、原子力显微镜
• AFM Atomic Force Microscope • SEM 、STM不能测量绝缘体表面的形貌。 • 1986年，Binning、Quate 和Gerber等人提出原子力显微镜的概念，
在斯坦福大学发明了第一台原子力显微镜，不但分辨率高，可测量 绝缘体，还可测量表面原子力，测量表面的弹性、塑性、硬度、黏 着力、摩擦力等。 • 18.（1）纳米机器人在疏通血管 • 纳米机器人 • 机器人比血红细胞还要小，可注入人体血管内,进行全身健康检 查,疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物,吞噬病毒,杀死癌 细胞。 纳米机器人将包含有纳米计算机和可以进行人机对话的装 置。 • （2）纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用 • 微小探针技术 • Tuan和其同事研制的纳米探针，探测单个活细胞的纳米传感器,当它 插入活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA的损伤 • （3）纳米人造细胞不仅具有比红血球携带氧分子的能力高数百倍， 而且本身装有纳米计算机、纳米泵，可以根据需要将氧释放，同时 将二氧化碳带走。
• 处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨。所 以超临界水是非协同、非极性溶剂。
• 13. 关于用溶胶—凝胶法制备纳米微粒的例子很多，下面仅给出两个 典型例子：
• (i)醇盐水解溶胶-凝胶法已成功地制备出TiO2纳米微粒(＜=6nm)，有 的粉体平均粒径只有1.8nm(用透射电镜和小角散射来评估)。
离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热 解后得到纳米微粒。Solution-based method • 液相法具有设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组 成控制准确等优点，主要用于氧化物系超微粉的制备。 • 液相法包括沉淀法，水解法，水热法，喷雾法，乳液法，溶胶-凝胶 法，其中应用最广的是沉淀法、溶胶-凝胶法。
米Zr02。通过调节温度、时间可控制Zr02的晶型、粒度，在此盐分
解温度略高的温度下进行热分解
• （2）气相法制备纳米微粒
• 1 定义：气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，
使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长
大形成纳米微粒的方法。
• 2 气相法法主要具有如下特点:
管 • （1）碳纳米管奇特的力学性质：它的强度比钢高100倍，但是重量
只有钢的六分之一； • （2）碳纳米管的导电性十分怪异，不同结构碳纳米管的导电性可能
呈现良导体、半导体、甚至绝缘体。电子在碳纳米管的径向运动受 到限制，表现出典型的量子限域效应；而电子在轴向的运动不受任 何限制，因此可以认为碳纳米管是一维量子导线。 • （3）纳米碳管储氢 • 碳纳米管是直径非常细的中空管状纳米材料，它能够大量地吸附氢 气，成为许多个“纳米钢瓶” 。 • 研究表明，约2/3的氢气能够在常温常压下从碳纳米管中释放出来。 • 据预测，到2010年，就可以生产出氢气汽车，只需携带1.5升左右的 储氢纳米碳管，即可行驶500km • 应用：①太空升降机 由于碳纳米管的强度高、重量轻，如果把它做 成缆绳，即使缆绳的长度是从同步轨道卫星下垂到地面的距离，它 也完全可以经得住自身的重量。到那个时候，人类到太空旅行将是 一件轻而易举的事情。 • ②納米碳管的應用 – 微型馬達 • 組成超微細馬達 • 世界將出現0.000 001米以下的機器甚至是機械人 • ③纳米壁挂电视 利用碳纳米管制作显示屏,使壁挂电视成为可能。使 用具有高度定向性的单壁碳纳米管作为电子发送材料，不但可以使 屏幕成像更清晰，而且可以缩短电子到屏幕之间的距离，从而制成 更薄的电视机。 • ④纳米碳管储氢 • 研究表明，约2/3的氢气能够在常温常压下从碳纳米管中释放出来。 • 据预测，到2010年，就可以生产出氢气汽车，只需携带1.5升左右的 储氢纳米碳管，即可行驶500km。 • ⑤納米碳管的應用——传感器 • 納米碳管吸附某些气体之后，导电性发生明显改变，因此可以将納 米碳管做成气敏元件对气体实施探测报警。 • 在納米碳管内填充光敏，湿敏，压敏等材料，还可以制成纳米级的 各种功能传感器。纳米管传感器将是一个很大的产业。
内及胶粒间化学成分完全一致。 • (ii)高纯度：粉料(特别是多组份粉料)制备过程中无需机械混合。 • (iii)颗粒细：胶粒尺寸小于0.1um。 • (iv)该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分。不溶性颗粒均匀地分散在
含不产生沉淀的组分的溶液，经胶凝化。不溶性组分可自然地固定 在凝胶体系中。不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好。 • (v)烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性 差，即体材料烧结性不好。 • (vi)凝胶干燥时收缩大。
• 9. 纳米材料的分类 • 按结构大致可分为： • 零维(如纳米粒子、量子点*) • 一维(如纳米线[量子线]*、晶须*、纳米管*) • 二维(如纳米膜) • 三维(如纳米块体) • 纳米结构*等
• 10. 纳米微粒的制备方法分类：
• 1 根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分为两大类：
• 该制备方法的工艺过程如下： • 在室温下40ml钛酸丁酯逐滴加到去离子水中，水的加入量为256ml，
边而加边搅拌并控制滴加和搅拌速度，钛酸丁脂经过水解，缩聚， 形成溶胶。超声振荡20min，在红外灯下烘干，得到疏松的氢氧化钛 凝胶。将此凝胶磨细，然后在873K烧结1h，得到TiO2超微粉。
• 14. 溶胶—凝胶法的优缺点如下： • (i)化学均匀性好：由于溶胶凝胶过程中，溶胶由溶液制得，故胶粒
具表面，甚至飛機的表面 5. 纳米材料的分类：按维数分类 根据维数，纳米材料可分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳 米材料、三维纳米块体材料和纳米孔材料。 （1）零维纳米材料： 空间三维尺度都在纳米尺度（1～100nm）范围内，即纳米颗粒。 如富勒烯，纳米微粒，原子团簇 （2）一维纳米材料：
----纳米棒、纳米带和纳米线 一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度比上述两维方 向上的尺度大很多，甚至为宏观量的新型纳米材料。
• 物理方法和化学方法。
• 2 根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法可以分为气相法、液相
法和固相法等;
• 3 按反应物状态分为干法和湿法。
•