微纳米

1.简述纳米和纳米科技的定义。

纳米是长度单位，原称毫微米，就是10的-9次方米（10亿分之一米）。

纳米科技是20世纪90年代发展起来的一个覆盖面极广、多学科交叉的领域，近年来在全世界范围得到飞速发展.

2.简述纳米科学技术的特征。

3.磁性纳米微粒主要表现出哪些特性？请说明何为超顺磁性。

纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规粗晶材料不具备的磁特性.

(1)超顺磁性和其他超磁性

超顺磁性：铁磁性的超铁磁性以及具有新磁性特点的超反铁磁性等。当稀释磁材料中的磁团体积和序磁材到可受热扰动影响而呈现混乱排列时，其磁性与具有磁矩原子系统的顺磁性相似，一旦受到外加磁场磁化时，其磁化曲线表现出可逆的磁和矫顽力为零的特点，并且呈现普适磁化曲线，即（M/Ms）——（H/T）曲线可互相重合（其中M为温度T时的磁化强度，H为外加磁场强度，Ms从为温度T时其磁化率也远高于一般顺磁物质的磁化率。故这种磁性称为超顺磁性。

超顺磁状态的起源可归为以下原因：在小尺寸下，当各向异性能减少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，易磁化方向作无规则的变化，结果导致超顺磁性的出现。

(2)矫顽力

(3)磁相变温度

(4)磁化率

4.简述纳米微粒主要表现出哪些特殊的光学特性？并选取一个举例说明其应用。

（1）宽频带强吸收例如铂纳米粒子的反射率为1%，金纳米粒子的反射率小于10%。这种对可见光的低反射率、强吸收率导致粒子变黑。利用此特性可把金属纳米微粒薄膜作为高效光热材料、光电转换材料、红外隐身材料，还可以制作红外敏感元件等。

（2）蓝移和红移现象

（3）量子限域效应

(4)纳米微粒的发光埋藏于BaO介质中的Ag纳米微粒产生光致荧光增强现象。

（5）纳米微粒分散物系的光学性质丁铎尔效应

5.纳米固体材料与常规块材料相比，其力学特性有哪些变化？

1.Hall一Petch关系：(1) 正Hall一Petch关系

(2)负Hall-Petch关系

(3)正-负Hall-Petch关系

当组成固体的微粒尺寸进入纳米量级时，力学性质发生明显变化，

出现了常规材料中从未出现的负Han-Petch关系及正-负混合

Han-Petch关系。

2．模量:纳米微晶材料的模量比大块试样的相应值要小得多。

3．超塑性：所谓超塑性是指材料在一定的应变速率下，产生较大的拉伸形变

6.单壁碳纳米管有何特征？简述碳纳米管的主要应用领域。

而单壁纳米管（SWNTs）可以认为是很长的卷起来的石墨层结构。纳米管通常具有约为1000的长径比，所以可以被认为是准一维结构。一个SWNTs包括两个隔开的具有不同物理和化学性能的区域。它们分别为管子的侧壁和管子的端部。端部结构类似较小的富勒烯（如C60），或认为是由富勒烯衍生出来的。

SWNTs的另一部分——侧壁构成了一个圆柱体。它是由一定大小的石墨层沿一定方向卷曲而成，各个卷曲方向是分立的集合（图2.31）。

碳纳米管在能量存储、真空微电子器件、纳米探针和传感器、复合材料和模板上的应用。

7.纳米复合材料在增强补韧方面有怎样的突出优势？主要机理是什么？

突出优势：聚合物基无机纳米复合材料不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等性质，而且将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性能揉合在一起，从而产生许多特异的性能。

通过合成技术得到的具有磁学、电学、光学、化学及力学等功能的纳米复合材料，在先进的电子器件、光学器件、精密机械器件、航空航天器件、军事化学、生物医学及化学化工等领域有着常规材料无法比拟的作用。

主要机理：纳米复合材料与常规的无机填料——聚合物体系不同，不是有机相与无机相的简单混合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成。

由于分散相与连续相之间界面面积非常大，界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能，使界面模糊。

作为分散相的有机聚合物通常是指刚性棒状高分子，包括溶致液晶聚合物、热致液晶聚合物和其他刚直高分子，它们以分子水平分散在柔性聚合物基体中，构成无机物——有机聚合物纳米复合材料。

8.简述脂质体的结构，并说明脂质体作为药物的载体具有那些优点？

结构：这种类似生物膜双分子层结构的微囊称为脂质体（Liposome）

优点：①脂质体载体能保护被包裹物；

②能有效地控制药物释放；

③通过改变脂质体大小和电荷，可以控制药物在组织内的分布与在血液中的清除

率；

④可用单克隆抗体等配体修饰脂质体，使药物靶向病变部位（即药物导弹）;

⑤脂质体本身对人体无毒性和免疫抑制作用。

9.简述DNA芯片的工作原理，及其应用领域。

其基本原理是基因探针与特异寡核苷酸的碱基互补。DNA芯片是根据待测的基因片段，确定可以与之杂交的探针序列，将大量已知的探针固定于支持物上。根据探针来源，DNA芯片有两种：

一种是采用显微光蚀刻技术或压电打印技术在芯片特定位置原位合成寡核苷酸探针的芯片；

另一种是将克隆基因或聚合酶链式反应（PCR）扩增产物作为探针显微打印到芯片上的微集芯片。

用途：（1）基因表达和发现

(2）突变和多态性分析

(3）遗传作图

(4)杂交测序

10.纳米氧化钛为什么可以用作透明防晒剂?

因为TiO2能强烈吸收紫外线以免紫外线穿透肌肤。微米尺寸的TiO2、ZnO能散射光波而呈现白色，如果这些粒子尺寸减少到50nm甚至更小，整个系统将会变得透明「图

4.3(a))。因此，纳米粒子第一个大市场在透明遮光剂上。

11.光子具有哪些优异特性？使其在很多领域特别是信息领域显示出非凡的能力。

1.光子具有极高的信息容量和效率

2．光子具有极快的响应能力

3．光子具有极强的互连能力与并行能力

4．光子具有极大的存储能力

12.简述单电子晶体管的原理及其结构，试述其与传统电子晶体管相比具有哪些优势？

原理：如此逐渐增加栅电压坎就造成了一系列源一漏电流的周期振荡（或电导G（。2/h）的振荡），每个峰对应于岛上电子平衡的数量。这个周期振荡是单电子库仑阻塞的特征.

结构：单电子晶体管主要是由一个小区域或“岛”构成，通过这个小区域或“岛”，电子能从源极隧穿到漏极。这一体系中，被绝缘势垒分开的源极和漏极之间存在着第三个电极（岛），电荷从源极穿过绝缘层到岛和从岛穿过绝缘层到漏极是两个量子力学隧穿过程.

优势：单电子晶体管能够在单个电子水平上控制和测量电流，在纳米电子学和纳米计算等方面都有很多用途。

13.简述量子计算机与传统计算机的区别

计算机可以进行两种类型的操作：算术和逻辑;在量子计算机中计算规则发生了改变。

一个量子位（qubio不仅可以存在于0和1的状态，还可以存在于既是0又是1的叠加状态。

另一种理解量子计算机和经典计算机区别的方法是考虑三位经典位（bit)的寄存器。14.简述隧道扫描显微镜的工作原理，并绘出原理图。

扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学中的隧道效应，一根探针慢慢地通过要被分析的材料（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成）。一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网络结构的单个原子的美丽图片。