纳米材料

1.纳米的定义：纳米nanometer是尺寸单位。 1nm=10-9m=毫=10-6mm

2.纳米材料定义：指以具有纳米尺度的粒子为基础, 按一定规律构筑或营造的一种新物系,

该体系至少有一维的尺寸处在1 nm~100 nm 区域内的结构。

含义：其一，至少在某一维方向，尺度小于100nm;其二，尺度效应即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生突变，具有不同于常规才懒得优异特新如量子尺寸效应等。

3.纳米科技包括三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征

4.纳米科技研究的技术路线：可分为“自上而下”和“自下而上”两种方式。

5.从空间维度的角度，纳米材料可以分为几类？

(1) 零维: 指在空间三维尺度均为纳米尺度,如纳米颗粒、原子团簇等；

(2) 一维：指在三维空间中有两维处于纳米尺度,如纳米线、纳米带、纳米管等。

(3) 二维: 指在三维空间中只有一维处于纳米尺度,如超薄膜、超晶格等。

(4) 三维纳米材料(纳米固体材料)

6.荷花疏水的本质是什么？在微观结构上有何特点？

荷叶的表面有许多微小的乳突，其平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突是由许多直径为200纳米左右的突起组成的。原来在“微米结构”上再迭加上“纳米结构”，就在荷叶的表面形成了密密麻麻分布的无数“小山”，“小山”与“小山”间的“山谷”非常窄，水滴只能在“山头”间跑来跑去，却不能进入荷叶内部。莲花效应实质为既疏水也疏油的超双疏效应。

7.世界上第一个单电子晶体管何年诞生？

1987

8.世界上第一个人为设计的蛋白质何年诞生？

1988

9.第一届国际纳米技术会议何年在哪召开？

1990年7月，美国巴尔的摩

10.世界上第一个致力于纳米技术的实验室何年在哪诞生？

1993年美国Rice大学

11.纳米世界的“眼”和“手”指什么？

扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）

12.量子尺度效应：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

为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不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，能隙变宽现象。

13.表面效应：指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增

加，粒子的比表面积、表面能、表面原子数增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。

14.量子隧道效应：据量子力学理论的计算和科学实验的证明，当具有电位势差的两个导

体之间的距离小到一定程度时，电子将存在一定的几率穿透两导体之间的势垒从一端向另一端跃迁,这种电子跃迁的现象称为量子隧道效应。

15.团簇：是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚

集体，其物理和化学性质随着所含的原子数目不同而变化。

16.人造原子：由一定数量的实际原子组成的具有显著量子力学特征的人造聚集体，它们的

尺寸小于100 nm。

17.纳米微粒：颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒,它的尺寸大于原子簇(cluster),小于通常

的微粉。

18.量子点：载流子在三个方向上的运动都受到约束的材料体系，即电子在三个维度上的能

量都是量子化的。（零维）

19.量子线：指载流子仅在一个方向上可以自由运动，而在另外两个方向上则受到约束。（一

维）

20.量子阱：是指载流子在两个方向上可以自由运动，而在另外一个方向（Z）则受到约束，

即材料在这个方向上的特征尺寸与电子的德布罗意波长或电子的平均自由程相比拟或更小。有时也称为二维超晶格。（二维）

T根据管壁可以分为多壁CNT和单壁CNT

T存在三种类型的结构：单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性形纳米管

23.与常规材料相比，纳米微粒的熔点、烧结温度和比热发生什么变化，并分别解释？

A．熔点下降的原因：由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大(为原子运动提供动力)，纳米粒子熔化时所需增加的内能小，这就使得纳米微粒熔点急剧下降。

B．烧结温度降低原因：纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结过程中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的埋没。因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。

C．比热容增加：纳米结构材料的界面结构原子杂乱分布，晶界体积百分数大因而纳米材料熵对比热的贡献比常规材料高很多。需要更多的能量来给表面原子的振动或组态混乱提供背景，使温度上升趋势减慢。

24.试解释磁性纳米颗粒尺寸小到一定临界值时出现超顺磁性的原因？

当颗粒尺寸小于单畴临界尺寸，随尺寸减小，磁各向异性能(磁畴方向)减小到与热运动能可相比拟，在热扰动作用下，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。

25.试述纳米微粒的光学吸收带发发生蓝移的原因？（了解）

（1）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。

（2）表面效应

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微粒研究表明：第一近邻和第二近邻的距离变短,键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，结果使红外光吸收带移向了高波数。

26.扫描隧道显微镜的工作原理在样品与探针之间加上小的探测电压，调节样品与探针间距

控制系统，使针尖靠近样品表面，当针尖原子与样品表面原子距离≤10Å时，由于隧道效应，探针和样品表面之间产生电子隧穿，在样品的表面针尖之间有一纳安级电流通过。

电流强度对探针和样品表面间的距离非常敏感，距离变化1 Å，电流就变化一个数量级左右。移动探针或样品，使探针在样品上扫描。

27.原子力显微镜的工作原理将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定。另一端的针尖

与样品表面轻轻接触。当针尖尖端原子与样品表面间存在极微弱的作用力(10-8-10-6N)时，微悬臂会发生微小的弹性形变，针尖和样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系（遵循胡克定律）

28.溶胶凝胶法制备纳米颗粒的基本原理？