纳米材料复习内容答案
《纳米材料与技术》大一下12个常考分析题题集整理(附上解题思路)

《纳米材料与技术》大一下12个常考分析题题集整理(附上解题思路)1.纳米颗粒的表面积与体积比计算已知纳米铜颗粒的直径为10nm,请计算其表面积与体积之比,并与直径为1μm的铜颗粒进行比较。
讨论这种比例变化对纳米材料性质的可能影响。
【思路】表面积(A = 4\pi r2),体积(V = \frac{4}{3}\pi r3)。
对于10nm直径((r = 5nm))的铜颗粒,(A = 4\pi (5nm)2),(V = \frac{4}{3}\pi (5nm)3)。
表面积与体积之比:(\frac{A}{V} = \frac{3}{r})。
将值代入得比例。
对于1μm直径的颗粒,比例会显著降低。
纳米颗粒的高表面积与体积比增强了表面效应,影响催化、反应性等。
2.纳米线的电阻率估算一根金纳米线的直径是20nm,长度为2μm。
请估算其电阻率,并与宏观金线的电阻率进行对比,分析差异原因。
【思路】估算略。
电阻率与材料的尺寸、形状无关,但纳米尺度下,表面散射和量子效应可能影响电阻率。
— 1 —估算时,仍需使用金的宏观电阻率值,但要考虑纳米尺度可能带来的偏差。
纳米线电阻率可能与宏观金线相近,但实际值可能因制备工艺、杂质、表面状态等而异。
3.量子点的能级间距计算考虑一个直径为3nm的半导体量子点,其有效质量为0.067m0(m0为电子静止质量)。
请利用无限深势阱模型估算其第一激发态与基态之间的能级间距。
【思路】利用无限深势阱模型,能级公式为(E_n = \frac{n2\pi2\hbar2}{2mL2}),其中L为量子点直径,m为有效质量,(\hbar)为约化普朗克常数。
代入n=1和n=2分别求得基态和第一激发态能量,然后求差值得出能级间距。
4.纳米薄膜的应力分析假设在硅片上沉积了一层厚度为5nm的金属纳米薄膜,由于晶格不匹配导致薄膜内产生了应力。
请估算该应力的大小,并讨论其对薄膜性能和稳定性的潜在影响。
【思路】应力大小取决于材料性质、沉积条件、薄膜与基底的晶格匹配度等。
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。
纳米结构与纳米材料25个题目+完整答案

1.什么是纳米材料?其内涵是什么?(从零、一、二、三维考虑)2.纳米材料的四大效应是什么?对每一效应举例说明。
3.纳米材料的常用的表征方法有哪些?4.用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求?从它们的图像中能够得到哪些基本信息?5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点?如何利用?6.在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节?气相合成大致可分为哪四种?气相成核理论的机制有哪两种?7.溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的?8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理,可获得密度不同的碳纳米管阵列(也叫纳米森林),简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度?9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛,下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。
请用Scherrer 方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸(XRD测试时所用的 = 1.5406Å,锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3)(默写出公式并根据图中的数据来计算)。
10.氧化物或者氮化物纳米材料具有许多特殊的功能,请以一种氧化物或者氮化物为例,举出其三种主要的制备方法(用到的原料、反应介质、主要的表征手段)、主要用途(与纳米效应有关的用途)、并介绍这种物质的至少两种晶相。
11.举出五种碳的纳米材料,阐述其一维材料与二维材料的结构特点、用途。
12.简述纳米材料的力学性能、热学性能与光学性能有怎样的变化?13.什么叫化学气相沉积法,它与外场结合又可衍生出哪些方法?简述VLS机制。
14.纳米半导体颗粒具有光催化性能的主要原因是什么?光催化有哪些具体应用15.利用机械球磨法制备纳米颗粒的主要机制是什么?有何优、缺点?16 何为“自催化VLS生长”?怎样利用自催化VLS生长实现纳米线的掺杂?17.液相合成金属纳米线,加入包络剂(capping reagent)的作用是什么?18.何为纳米材料的模板法合成?它由哪些优点?合成一维纳米材料的模板有哪些?19.试结合工艺流程图分别说明氧化铝模板的制备过程以及氧化铝模板合成纳米线阵列的过程20.从力学特性、电学特性和化学特性来阐述碳纳米管的性质,它有哪些主要的应用前景?21.如何提高传统光刻技术中曝光系统的分辩率?22.试比较电子束刻蚀和离子束刻蚀技术的异同点和优缺点。
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。
纳米知识点与答案讲解

第一章1、纳米科学技术概念纳米科学技术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、纳米材料的定义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。
“功能”概念,即“量子尺寸效应”。
3、纳米材料五个类(维度)0维材料,1维材料,2维材料,体相纳米材料,纳米孔材料4、0、1、2维材料定义、例子0维材料—尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。
富勒烯、胶体微粒、半导体量子点1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。
纳米线、纳米棒、纳米管、纳米丝2维材料—厚度为1 —100 nm的薄膜。
薄片、材料表面相当薄的单层或多层膜5、纳米材料与传统材料的主要差别尺寸: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。
性能: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。
比如物体的强度、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。
6、金属纳米粒子随粒径的减小,能级间隔增大7、与块体材料相比,半导体纳米团簇的带隙展宽,展宽量与颗粒尺寸成反比8、纳米材料的四大基本效应尺寸效应,介电限域效应,表(界)面效应,量子效应9、什么是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;纳米半导体颗粒存在不连续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),能隙变宽的现象,均称为量子尺寸效应。
10、什么是小尺寸效应当超细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;非晶态纳米颗粒的颗粒表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。
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。
(完整版)纳米知识点与答案

第一章1、纳米科学技术概念纳米科学技术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、纳米材料的定义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。
“功能”概念,即“量子尺寸效应”。
3、纳米材料五个类(维度)0维材料,1维材料,2维材料,体相纳米材料,纳米孔材料4、0、1、2维材料定义、例子0维材料—尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。
富勒烯、胶体微粒、半导体量子点1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。
纳米线、纳米棒、纳米管、纳米丝2维材料—厚度为1 —100 nm的薄膜。
薄片、材料表面相当薄的单层或多层膜5、纳米材料与传统材料的主要差别尺寸: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。
性能: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。
比如物体的强度、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。
6、金属纳米粒子随粒径的减小,能级间隔增大7、与块体材料相比,半导体纳米团簇的带隙展宽,展宽量与颗粒尺寸成反比8、纳米材料的四大基本效应尺寸效应,介电限域效应,表(界)面效应,量子效应9、什么是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;纳米半导体颗粒存在不连续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),能隙变宽的现象,均称为量子尺寸效应。
10、什么是小尺寸效应当超细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;非晶态纳米颗粒的颗粒表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。
最新纳米材料答案

最新纳米材料答案1.请阐述“纳米生物材料”、“纳米生物学”的基本概念内涵,作为生物材料有哪些基本要求?纳米生物学:纳米生物学主要包含两个方面:一,利用新兴的纳米技术来解决研究和生物学问题;二,利用生物大分子制造分子器件,模仿和制造类似生物大分子的分子机器。
纳米科技的最终目的是制造分子机器,而分子机器的启发来源于生物体系中存在的大量的生物大分子,它们被费曼等人看作是自然界的分子机器。
从这个意义上说,纳米生物学应该是纳米科技中的一个核心领域。
纳米生物材料:纳米技术、生物技术和材料交叉融合的新型材料,主要指可以进行疾病诊断、治疗、治疗后的随访复查、替换或可对体外生物分子、细胞等进行标记示踪和检测的具有良好生物相容性的纳米材料。
可分为可用于生物体内的纳米材料和用于体外的纳米生物材料两种。
生物材料的基本要求:生物材料主要用在人身上,对其要求十分严格,必须具有四个特性:(1)生物功能性,无毒或毒性极低,不包括癌症在内的其他疾病。
因各种生物材料的用途而异,如:作为缓释药物时,药物的缓释性能就是其生物功能性。
(2)生物相容性。
可概括为材料和活体之间的相互关系,主要包括血液相容性和组织相容性(无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等)。
(3)化学稳定性。
耐生物老化性(特别稳定)或可生物降解性(可控降解)且力学性能好。
(4)可加工、制备。
能够成型、消毒(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒等)。
2.皮米、纳米、微米等尺度之间的换算。
1微米(um)=1000纳米(nm);1纳米(nm) =1000 皮米(pm)1皮米(pm)=1000飞米(fm)3.纳米颗粒的几个重要纳米效应有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应,请解释这4个效应。
量子尺寸效应:当超细颗粒的尺寸降低到与激子波尔半径相当时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级以及半导体微粒的能隙变宽的现象。
小尺寸效应:当纳米粒子的尺寸与德布罗意波长相当或更长时,对于晶体及其周期性的边界条件将被破坏,对于非晶体粒子及其表面层附件的原子密度减小,导致电、磁、光、声、热力学等一系列性质的变化的效应,称为小尺寸效应。
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。
纳米材料与技术基础知识单选题100道及答案解析

纳米材料与技术基础知识单选题100道及答案解析1. 纳米材料的尺度范围通常是()A. 1-100 纳米B. 1-1000 纳米C. 10-100 纳米D. 10-1000 纳米答案:A解析:纳米材料的尺度范围通常是 1 - 100 纳米。
2. 下列不属于纳米材料特性的是()A. 量子尺寸效应B. 表面效应C. 宏观量子隧道效应D. 超导效应答案:D解析:超导效应不是纳米材料特有的特性。
3. 纳米技术在以下哪个领域应用最广泛()A. 医疗B. 电子C. 能源D. 以上都是答案:D解析:纳米技术在医疗、电子、能源等众多领域都有广泛的应用。
4. 纳米颗粒的制备方法不包括()A. 物理气相沉积法B. 化学气相沉积法C. 溶胶- 凝胶法D. 电解精炼法答案:D解析:电解精炼法通常不是用于制备纳米颗粒的方法。
5. 以下哪种材料不属于纳米复合材料()A. 聚合物/纳米黏土复合材料B. 金属/陶瓷纳米复合材料C. 纯金属材料D. 碳纳米管增强复合材料答案:C解析:纯金属材料一般不属于纳米复合材料的范畴。
6. 纳米材料的光学性质表现为()A. 蓝移现象B. 红移现象C. 不发生移动D. 随机移动答案:A解析:纳米材料的光学性质常表现为蓝移现象。
7. 纳米材料的热学性质主要体现在()A. 比热容降低B. 比热容升高C. 热导率不变D. 热膨胀系数不变答案:A解析:纳米材料的比热容通常降低。
8. 下列哪种仪器常用于纳米材料的表征()A. 扫描电子显微镜B. 红外光谱仪C. 原子吸收光谱仪D. 气相色谱仪答案:A解析:扫描电子显微镜常用于观察和表征纳米材料的形貌和结构。
9. 纳米材料的磁学性能与常规材料相比()A. 相同B. 更弱C. 更强D. 不确定答案:D解析:纳米材料的磁学性能受多种因素影响,不能简单地与常规材料比较确定其强弱。
10. 碳纳米管属于()A. 零维纳米材料B. 一维纳米材料C. 二维纳米材料D. 三维纳米材料答案:B解析:碳纳米管在空间上只有一个维度在纳米尺度,属于一维纳米材料。
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》复习题

《纳米材料》复习题《纳米材料》复习题一、名词解释1. 量子尺寸效应当粒子尺寸下降到一定值时, 颗粒的周期性边界条件消失,在声、光、电磁、热力学及超导性等与宏观特性显著不同.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,纳米半导体微粒存在不连续的最高能级占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级的能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
2. 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。
3. 共沉淀在混合的金属盐溶液(含有两种或两种以上的金属离子)中加入合适的沉淀刹,反应生成组成均匀的沉淀。
沉淀热分解得到高纯超微粉体材料。
4. 压电效应没有电场作用,由机械应力的作用而使电解质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应。
5. 机械力化学物料粒子受到机械力作用而被粉碎时,还会发生物质结构及表面物理化学性质的变化,这种因机械载荷作用导致粒子晶体结构和物理化学性质的变化称为机械力化学。
6. 小尺寸效应当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或(与)磁场穿透深度相当或更小时,晶体周期性边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小,导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象---小尺寸效应。
7. 热压烧结将干燥粉料充填入模型内,再从单轴方向边加压边加热,使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。
8. 均匀沉淀利用某一化学反应,使溶液中的构晶离子(构晶负离子或构晶正离子)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,使溶液中的沉淀处于平衡状态,且沉淀能在整个溶液中均匀地出现,这种制备纳米粒子的方法称为均相沉淀法。
9. 溶胶凝胶方法溶胶凝胶法是指金属有机和无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而形成氧化物或其它化合物纳米材料的方法。
10. 纳米复合材料是指尺度为1 nm一100 nm的超微粒经压制、烧结或溅射而成的凝聚态固体。
它具有断裂强度高、韧性好,耐高温等特性。
纳米材料参考答案.

纳米材料与纳米结构复习题1.简单论述纳米材料的定义与分类。
答:广义上讲: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。
按维数,纳米材料可分为三类: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,二维的基本单元又分别具有量子点,量子线和量子阱之称2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类。
答:原子团簇: 指几个至几百个原子的聚集体(粒径一般等于或小于1nm)例如: C n H m(n与m都是整数);碳簇(C60、C70和富勒烯等)原子团簇的分类:a 一元原子团簇:即同一种原子形成的团簇,如金属团簇,非金属团簇,碳簇等。
b二元原子团簇:即有两种原子构成的团簇,例如Zn n P m, Ag n S m等。
c 多元原子团簇:有多种原子构成的团簇,例如V n(C6H6)m等d原子簇化合物:原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。
例如(Ag)n(NH3)m等。
3.通过Raman 光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答:利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管特有谱线,这是鉴定单壁纳米管非常灵敏的方法。
100-400cm-1范围内出现单壁纳米管特征峰,单壁纳米管特有的呼吸振动模式;1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。
单臂管的直径d与特征拉曼峰波数成反比,即:d=224/w。
式中的d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;最后,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。
纳米材料答案

1.试论述纳米材料的基本特性及主要应用领域。
答:纳米材料的特性:小尺寸效应,体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应;当颗粒的尺寸与光波的波长、传导电子的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,晶体原有的周期性及边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒表面层附近原子密度减小,导致光、电、声、磁、热、力等物性发生严重的变化,呈现出一种新的体积效应。
量子尺寸效应是指纳米粒子尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为分散能级的现象。
表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减少而大幅度地增加,比表面积(表面积/体积)增大,粒子的表面能和表面张力也会随之增加,从而引起纳米粒子性质的变化。
隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力,人们发现一些宏观量,如磁化强度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效应,称之为宏观量子隧道效应。
1.纳米粒子在催化方面的应用2..纳米材料在传感器领域的应用3. 纳米材料在涂料方面的应用4. 纳米材料在计算机领域的应用5.纳米材料在环保和能源利用的应用6.纳米材料在其他地方的应用:纳米粉体可用于改善陶瓷的性能,在润滑油中加入适当的纳米添加剂有助于提高润滑油的性能。
在医学上我们可以用纳米材料将药物运送到指定的地方,这样就可以提高药物的性能及降低副作用。
另外,纳米粉末具有极强的储能特性,将其作为添加剂加入到燃料中可大大提高燃烧率,这方面在航天器上就显得极具有优势。
主要应用领域:在陶瓷领域方面的应用、微电子上的应用、生物工程上的应用、光电领域的应用、化工领域的应用、环保方面的应用。
2.试论述溶液中纳米晶体的生长机制。
答:在达到一定过饱和浓度条件下,固态材料首先以晶胚形式析出,有的晶胚很快被溶解回溶液,当溶液达到临界过饱和浓度时,有的晶胚能够克服颗粒体积与表面能变化所需的能量势垒,就会形成临界核;晶体的长大包括OR机制即晶粒粗化机制以及OA机制即方向附生机制。
纳米材料学基础课后答案

纳米材料学基础课后答案一、选择题(每题2分,共20分)1.在体心立方结构中,柏氏矢量为a[110]的势能( A )水解为a/2[111]+a/2[111].(A) 不能(B) 能(C) 可能2.原子蔓延的驱动力就是: ( B )(A) 组元的浓度梯度 (B) 组元的化学势梯度 (C) 温度梯度3.凝结的热力学条件为:( D )(A)形核率(B)系统自由能增加(C)能量瞬时(D)四氟肼度4.在TiO2中,当一部分Ti4+还原成Ti3+,为了平衡电荷就出现( A)(A) 氧离子空位(B) 钛离子空位(C)阳离子空位5.在三元系浓度三角形中,凡成分位于( A )上的合金,它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。
(A)通过三角形顶角的中垂线(B)通过三角形顶角的任一直线(C)通过三角形顶角与对边变成45°的直线6.有效分配系数ke表示液相的混合程度,其值范围是( B )(A)1<ke<k0 (B)k0<ke<1 (C)ke< k0 <17.A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应,测得界面向A试样方向移动,则( A )(A)A 组元的蔓延速率大于B 组元(B)与(A)恰好相反(C)A、B两组元的扩散速率相同8.A和B共同组成的二元系则中发生α和β两相平衡时,两相的成分(x)-自由能(G)的关系为( B )(A)Gα= Gβ (B)dGα= dGβ(C)GA= GB9.凝结时无法有效率减少晶粒尺寸的就是以下那种方法?( B )(A)加入形核剂(B)减小液相的过冷度(C)对液相进行搅拌10.菲克第一定律定义了稳态蔓延的特征,即为浓度不随其( B )变化。
(A)距离(B)时间(C)温度二、名词解释(20分后,每题4分后)全位错:伯什矢量等于点阵矢量的.位错。
再结晶:抵挡应力的材料在冷却时出现的以无畸变晶粒替代变形晶粒的过程珠光体:铁碳合金共析转变的产物,是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。
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。
纳米材料习题解答

1.影响微乳法制备无机纳米材料的因素:表面活性剂性质的影响,水/表面活性剂摩尔比的影响,反应温度和时间的影响.2.纳米固体:纳米固体是由纳米尺度水平的晶界、相界或位错等缺陷的核中的原子排列来获得具有新原子结构或微结构性质的固体。
3.陶瓷基、金属基纳米复合材料制备方法包括:(1) 固相法(热压烧结、反应烧结、微波烧结、自蔓延高温合成)(2) 液相法(浆体法、液态浸渍法、溶胶-凝胶法、聚合物热解法)(3 )气相法(化学气相沉积法、化学气相浸渍法)(4 )原位复合法4.界面结合方式有四种:A:机械结合;B:浸润与溶解结合;C:化学反应结合;D: 混合结合。
5.液相法(熔铸法):包括: 压铸成型法、半固态复合铸造法、液态渗透法等。
这些方法的共同特点:金属基体在制备复合材料时均处于液态。
液相法是目前制备纳米颗粒、纳米晶片、纳米晶须增强金属基复合材料的主要方法。
压铸成型法:在压力的作用下,将液态或半液态金属和纳米增强体混合,以一定速度充填压铸模型腔,在压力下快速凝固成型而制备金属基纳米复合材料的工艺方法。
半固态复合铸造法(CC):半固态复合铸造法是针对搅拌法的缺点而提出的改进工艺。
这种方法是将纳米第二相(主要是纳米颗粒)加入处于半固态的金属基体中,通过搅拌使纳米颗粒在金属基体中均匀分布,并取得良好的界面结合,然后浇注成型,或将半固态复合材料注入模具进行压铸成型。
6.纳米多孔陶瓷的合成方法:把纳米颗粒组装成带有一定孔道结构的体块多孔纳米固体,则可以得到一种既保留了纳米颗粒的大部分反应活性又具有相当力学强度的固体材料。
7.纳米材料表征方法有那些?粒度分析:分析颗粒尺寸、XRD:分析相种类和结晶性、TEM(透射电镜):分析形貌、微观晶格和结晶性、ZETA电位:分析颗粒表面的活性基团、其他的还有一些光学性质、光催化性质的表征等8.纳米材料有那些特点?(1)表面与界面效应指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化(2)小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长,传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,它的周期性边界被破坏,从而使其声、光、电、磁,热力学等性能呈现出“新奇”的现象。
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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。
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:
②气泡作模板:
③半导体纳米粒子组装:
④金属胶体组装:
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。
(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。
(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。
15、简单讨论纳米材料的磁学性能。
答:纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规晶粒材料所不具备的磁特性——超顺磁性、高矫顽力、低居里温度、高比磁化率等。
(1)超顺磁性:纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态,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。
(2)矫顽力: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。
这主要是当粒子尺寸小到某一尺寸时,每一个粒子可以看做一个单磁畴,若使磁畴转向需要较大能量。
(3)居里温度:居里温度为物质磁性的重要参数,通常与交换积分成正比,并与原子结构和间距有关。
对于薄膜,理论与实验研究表明,随着铁磁薄膜厚度的减小,居里温度下降。
对于纳米微粒,由于小尺寸效应和表面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。
(4)磁化率:纳米微粒的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关。
每个微粒的电子可以看成一个体系,电子数的宇称可为奇或偶。
一价金属的粉体,一半粒子的宇成为奇,另一半为偶,两价金属的粒子的宇成为偶,电子数为奇或偶数的粒子磁性有不同温度特点。
(5)纳米微粒的其他磁特性:①纳米金属Fe(5nm)饱和磁化强度比常规α-Fe低40%,其比饱和磁化强度随粒径的减小而下降②单晶FeF2由顺磁转变为反铁磁的奈耳温度范围很窄,只有2K,而纳米FeF2(10nm)在78~88K由顺磁转变为反铁磁,即有一个宽达12K的奈耳温度范围;③1988年日本发现纳米合金Fe-Si-Bi-Cu(20~50nm)具有好的软磁性能,可用作高频转换器,其芯耗低至200mW/cm3,有效磁导率高于108。
当晶粒度大于100nm时,上述软磁性能消失。
④Sb通常为抗磁性,其χ<0,但纳米微晶的χ>0,表现出顺磁性。
16、介绍铁磁材料的结构与铁磁性能(图)。
铁磁材料:具有自发极化或当外加磁场很小时即达到磁化饱和,这类材料就是铁磁材料。
基本特性:铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和,不但磁化率>0,而且数值大到10-106数量级,其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂函数关系。
磁畴:具有相同磁化方向的小区域。
磁化率:磁化强度M与磁场强度H
磁滞回线:在磁场中,铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示,当磁化磁场作周期的变化时,铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线,这条闭合线叫做磁滞回线。
17、目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。
并说明那些纳
米结构应该具有增强物理和化学性能(图)。
答:纳米结构单元:0维: 团簇、纳米颗粒、八面体、三角形、多面体等;一维: 纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管和纳米锥等;二维: 纳米片等。
复杂的纳米结构:嵌段共聚物有序的自组装成为超分子纳米结构;多层膜;自组装形成管状、球状、层状和蘑菇状的结构
纳米器件:ZnO纳米线直流发电机、光子晶体、纳米棒的逻辑敏电路、纳米管收音机、纳米线染料敏化太阳能电池。
18、简单论述单电子晶体管的原理(图)。
答:晶体管:是一种固体半导体器件,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。
单电子晶体管:用一个或者少量电子就能记录信号的晶体管。
原理:单电子晶体管是依据库伦堵塞效应和单电子隧道效应的基本原理设计和制造的一种新型的纳米结构器件,在两个电极中间的绝缘层的中间再做一个电极,使之带半个电荷,两边的电极就会感应半个符号相反的电荷,因此可以通过电极Ⅱ上电压的变化来控制隧穿效应的发生。