[理学]纳米技术与材料制备

47、比表面积法测量纳米粒子粒径 有容量法和重量法，其中容量法又 有两种不同的操作，分别是什么？
分别是 ⓐ 保持气体体积不变，测定吸附平衡 前后系统压力变化——定容法 ⓑ 保持系统压力不变，测定吸附平衡 前后气体体积变化——定压法
48、比表面积法测量粒经的测定范 围是多少？
比表面积法测量粒经的测定范围约
纳米微粒
相反电荷离子 (异电离子)
相反电荷离子
强吸附：紧密层，作用 是基本平衡纳米微粒表 面电性。电位急剧下降。
弱吸附：分散层，作用是 进一步平衡纳米微粒表面 电性。电位缓慢下降。
电位梯度 —— 双电层 双电层厚度 （1/纳米粒子的原子价态）
（1/ 电解质溶液浓度）
21、为了防止纳米微粒团聚，我们 常常加入表面活性剂，请阐述表面 活性剂的结构和特点。
通过范氏力等将异质材料吸附在无 机纳米微粒的表面来防止纳米微粒 团聚。
18、根据雷利公式
I=24π3NV2I0／λ4（N12-N22 ／ N12+N22）
讨论纳米微粒与散物系产生丁达尔 效应时散射光强度 I 与哪些因素有 关？
式中：——波长； N——单位体积中的粒子数 V——单个粒子的体积； n1——纳米粒子折射率 I0——入射光强度； n2——分散介质折射率 （1）散射光强度I与入射光的波长的四 次方成反比，入射光波长，散射越强； （2）散射光强度I与粒子的体积平方成 正比；
41、光谱分析技术有哪些？ 光谱分析包括①NMR； ②IR； ③ 激光拉曼光谱；④UV、Vis光谱； ⑤穆斯堡尔譜；⑥原子光谱；⑦分 子荧光光谱；⑧EXAFS。
42、什么是晶粒？什么是一次颗粒？
晶粒――单晶颗粒。颗粒内部为单相，
无晶界； 一次颗粒――含有低气空率的独立的 粒子。颗粒内部可以有界面，如相界 晶界等。
1、纳米微粒的光学（性质）特性表 现在哪些方面？
（1）宽频带强吸收
（2）蓝移和红移现象
（3）纳米微粒的发光现象
2、纳米微粒在吸收谱图中的蓝移和红 移现象是怎样产生的？
当电子的能隙、带隙变宽，电子跃
迁时需能量大时——吸收带蓝移
当电子的能隙、带隙变窄，电子跃
迁时需能量小时——吸收带红移
两亲性→定向排列→形成胶团 →胶团尺寸
22、表面活性剂如何对纳米微粒表 面进行改性的？
表面活性剂对纳米微粒表面进行改性： （1）表面活性剂亲水基团与纳米微粒 表面基团结合生成新结构； （2）表面活性剂降低纳米微粒表面能； （3）表面活性剂在纳米微粒表面形成 空间位阻。
23、使用表面活性剂来防止纳米粒 子团聚，选用原则是什么？
11、纳米材料对红外吸收谱图会产 生宽化现象的原因是什么？
块体纳米材料的光学性质与其内部的
微观结构有关， 突出表现在极小的颗 粒尺寸和庞大的比表面积上。 因此纳米微粒具有同样材质的宏观大 块物体不具备的新的光学特性。主要 表现为如下几方面：
（1）大块金属具有特征色泽，而纳米级金属 粒子变黑，这是由于粒子尺寸下降时，它们对 可见光的反射率降低。 （2）在红外吸收光谱中，纳米材料会出现宽 频带强吸收这是由纳米粒子大的比表面导致了 平均配位数下降，不饱和键及悬键增多。与常 规大块材料不同，没有一个单一的择优的键振 动模，而是存在一个较宽的键振动模的分布。 因此在光场作用下对光的吸收频率产生较宽的 分布，导致吸收带的宽化。
对真溶液，分子体积很小，虽有乳 光，但很微弱； 对悬溶液，粒子直径大于入射光波 长，无乳光，只有反射光； 对溶胶，粒子直径小于入射光波长， 但分子体积大于真溶液，有丁达尔效 应。
19、纳米材料的电学特性表现在哪 些方面？
（1）电阻与电导 （2）介电特性 （3）压电效应
20、纳米微粒由于吸附电解质后会 形成双电层，请阐述双电层结构？ 双电层的厚度与哪些因素有关？
45、不规则颗粒的尺寸怎样定义？
不规则颗粒：颗粒尺寸为等当直径
（如体积等当直径，投影面积直径 等）。
46、比表面积法测量纳米粒子粒径 有容量法和重量法，请简述容量法 和重量法测定的原理。
容量法――测定已知量的气体在吸
附前后的体积差，进而得到气体的 吸附量。 重量法――直接测定固体吸附前后 的重量差，计算吸附气体的量。
表面活性剂的选用原则：降低粒子
的表面能，消除表面电荷及表面引 力。
24、纳米的粒体团聚可分为哪些类 型？它们的作用原理是什么？
粉末的团聚分为： 软团聚——微粒之间的范氏力和库仑 力所致； 硬团聚——除了微粒之间的范氏力和 库仑力之外，还存在化学键力。
25、流体的粘度有几种表示方法？
流体的粘度有以下表示方法：
为0.1～1000m2/g
49、纳米材料的分析技术有那几类？
包括纳米材料的分析技术有透射电 镜、扫描隧道显微镜、光电子能谱、 振动光谱、EXAFS、NMR、ESR、 质譜、超快激光光谱、差热与热重 分析、液相色譜、磁学和电学分析 系统等。
50、电子显微镜有哪些种类？
电子显微镜的种类主要有：TEM、 SEM、EPMA、STEM。另外还有 EDS、WDS、EELS。
34、X射线衍射线线宽法（谢乐公式） 测定晶粒度时，当颗粒为单晶时测 得的是什么尺度？
当颗粒为单晶时，测得的是颗粒度。
35、X射线衍射线线宽法（谢乐公式） 测定晶粒度时，当颗粒为多晶时测 得的是什么尺度？
当颗粒为多晶时，测得的是组成颗
粒的单个晶粒的平均晶粒度。
36、X射线衍射分析（XRD）中衍 射波的方向和强度由哪些因素决定？
衍射线的衍射方向是由晶胞的大小
形状和位相决定； 衍射线的衍射强度取决于原子在晶 胞中的位置、数量和种类。
37、透射电镜观察法（TEM）测量 纳米粒子平均粒径的方法有哪些？ 透射电镜观察法（TEM）测量纳米 粒子平均粒径的方法有：交叉法； 绘制分布图法。
38、透射电镜观察法（TEM）测量 纳米粒子平均粒径的方法有什么缺 点？
衍射波的两个基本特征：衍射线在 空间分布规律（衍射方向）和衍射 强度。
32、根据X射线衍射图谱和衍射数据 能够得到什么信息？
①鉴定纳米材料的物相； ②计算晶胞（晶粒）尺寸。
33、X射线衍射分析（XRD）的原 理？
利用X射线研究晶体结构中的各类 问题，主要是通过X射线在晶体中 产生的衍射现象进行的。
（1）测得的颗粒粒径往往是团聚
体的粒径； （2）测量结果缺乏统计性。
39、常用的电子能谱有哪些？
常用的电子能谱分析是：AES、 XPS、UPS。
40、电子能谱分析的基本原理？
电子能谱分析是一种研究物质表层元
素组成与离子状态的表层分析技术。 其基本原理是用单色射线照射样品， 使样品中原子或分子的电子受激发射， 然后测量这些电子的能量分布。
相对粘度: rel 比粘度:
溶液的粘度 溶剂的粘度 0
0 sp rel 1
0
爱因斯坦粘度表示式:
sp 2.5
式中： —— 粒子的浓度（体积分数） 爱因斯坦粘度表示式适用于固体粒子分散于 液体中形成的球形粒子分散系统，如Au胶体。 但浓度高时实验值偏离较多。 约化粘度:
归纳：
电子能(带)隙变宽——吸收带篮移(短
波长、高波数方向)
电子能(带)隙变窄——吸收带红移(长
波长、低波数方向)
16、纳米材料按传统材料学科分为 哪几类？
纳米材料按传统材料学科分为纳米 金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分 子材料、纳米复合材料。
17、纳米微粒表面物理修Leabharlann Baidu的原理 是什么？
电子能隙——正被电子占据的分子
轨道能级与未被电子占据的分子轨 道能级之间的宽度。 电子带隙——半导体中价带与导带 之间的宽度。
15、使电子能隙改变的因素有哪些？
使电子能级变宽的因素有： 量子尺寸效应； 量子限域效应； 表面效应
使电子能级变窄的因素有： 颗粒粒径 ，颗粒内应力。
51、X射线衍射分析（XRD）中衍 射波的两个基本特征？
< 入射光波长，散
射 —— 乳光
纳米微粒分散系以散射作用为主
8、根据雷利公式说明溶液为什么没 有丁达尔效应？
（1）散射光强度与粒子的体积平方成正比， 对于真溶液，乳光极弱。只有纳米胶体粒 子形成的溶胶才有丁达尔效应； （2）散射光强度与入射光的波长的四次方 成反比，∴入射光的波长愈短，散射愈强； （3）分散相与分散介质的折射率相差愈大， 粒子的散射光愈强； （4）乳光强度与单位体积内胶体粒子数N 成正比。
recl
sp
C
单位浓度下粘度的增 加率
26、典型溶液的粘性随↓而↑的原因？ （要加上公式）
典型溶胶的粘性 研究发现，随胶体粒径减小，溶胶粘度增 大。溶胶浓度与相对粘度关系可用Mooney式 a0 表示：
recl exp 1 K
式中： —— 胶体浓度（体积分数） a0——胶粒的形状因子，为2.5 K—— 静电引力常数(K＝1.35)
胶粒粒径下降而溶胶粘度上升的 原因：胶粒粒径下降，表面积增 大，胶粒间静电引力增加，K值 随之上升所致。
27、磁液是怎样构成的？
磁液的基本知识 磁液是由磁性微粒通过界面活性剂高 度分散于载液中而构成的稳定胶体体 系。此体系既具有强磁性，又具有流 动性，在重力、电磁力作用下能长期 稳定地存在，不产生沉淀与分层。
12、表面接枝改性法中又分为几种 类型？
①聚合和表面接枝同步进行法； ②颗粒表面聚合生长接枝法； ③偶连接枝法。
13、什么叫纳米材料在红外吸收谱 中的蓝移、红移？
红外吸收谱中峰值吸收频率移向短
波长——蓝移 红外吸收谱中峰值吸收频率移向长 波长——红移
14、解释电子能隙，电子带隙。

9、材料进入超顺磁状态的两个标志 是什么？
①矫顽力由大小
②磁化率不再服从居里-外斯定律 居里-外斯定律
C T Tc
C——常数；
Tc——居里温度
10、纳米粒子高矫顽力的起源有哪 两种解释？
纳米粒子高矫顽力 的起源有两种解释 ②球链反转磁化模式

①一致转动磁化模式
一致转动磁化模式基本内容是： 当粒子尺寸小到某一数值时，每个粒子就 是一个单磁畴，每个单磁畴的纳米微粒实际上 成为一个永久磁铁。要消除磁性，需较高的矫 顽力。
43、什么是团聚体？什么是二次颗 粒？
团聚体――由一次颗粒通过表面力或固体
桥键作用形成的更大的颗粒。团聚体内部 含有相互连接的气孔网络。团聚体可以分 为硬团聚体和软团聚体两种。团聚体的形 成过程使体系能量下降。
二次颗粒――人为制造的粉料团聚粒子。
44、球形颗粒的尺寸怎样定义？
球形颗粒――颗粒尺寸为直径
磁液是由磁性微粒、界面活性剂和 载液三者组成：
1 M 2 M
3
图2 .14 磁液组成
1—磁性微粒；2—界面活性剂；3—载液
28、纳米材料分析包括哪些方面的 内容？ 包括性能研究和组分、结构表征
29、电子显微镜有哪些种类？
电子显微镜的种类主要有：TEM、
SEM、EPMA、STEM。另外还有 EDS、WDS、EELS。
30、电子显微分析的优点及局限性 有哪些？
电子显微分析主要是使用电子显微镜来
进行分析，它的优点是：可作形貌观察， 因为具有高空间分辨率，所以又可作结 构分析。这是其他微结构研究方法无法 做到的。
电子显微分析的局限性在于：仪器价格
昂贵，操作复杂，样品制备较困难。
31、X射线衍射分析（XRD）中衍 射波的两个基本特征？
6、纳米材料与常规材料的发光谱产 生差别的原因。
总的来说，纳米材料与常规材料的发光 谱产生差别的原因：
（1）电子跃迁选择定则 （2）量子限域效应 （3）缺陷能级的作用 （4）杂质能级的作用

7、丁达尔效应与分散粒子的大小及 入射光波长的关系。
分散粒子的直径
> 入射光波长，反射；
分散粒子的直径
3、使电子能隙带隙变宽的因素有什 么？
（1）量子尺寸效应 （2）量子限域效应 （3）表面效应
4、使电子能隙、带隙变窄的因素有 哪些？
主要当颗粒的粒径↓时，颗粒内部 的内应力↑。
5、矫顽力随颗粒粒径的变化关系是 怎样的？
HC：
小→大→小→大
颗粒粒径：大 → 小 → 小 → 小
（纳米级） （超顺磁态） （小于超顺磁临界状态）