最新纳米结构与纳米材料25个题目+完整答案资料
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 = 1.5406?，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。
23.比较极紫外光刻技术和X射线光刻技术的异同。
24.何为纳米材料的自组装？用于制备纳米结构的微乳液体系一般有几个组成部分？
25 何谓“取向搭接Oriented attachment”“奥斯德瓦尔德熟化Ostwald ripening”?
1、什么是纳米材料？其内涵是什么？（从零、一、二、三维考虑）
广义地，纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为单元构成的材料。
几十个到几万个原子的纳米颗粒（零维）
一维量子线（线、管、棒、电缆）
二维量子面（超薄膜, ultrathin films ）
三维纳米固体（体材料，bulk materials）
2、纳米材料的四大效应是什么？对每一效应举例说明。
1.小尺寸效应：指纳米粒子尺寸减小，体积缩小，粒子内的原子数减少而造成的效应。
举例：小尺寸的Au/TiO2具有低温氧化催化活性。
2.表面效应：粒径逐渐接近于原子直径时，表面原子的数目及其作用不能忽略，这时晶粒的表面积、表面能和表面结合能等都发生了很大的变化，人们把由此而引起的种种特异效应通称为表面效应。
举例：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。
3.量子尺寸效应：当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级的；即可看作由连续能级变成不连续能级的现象称为纳米材料的量子尺寸效应。举例：①在某一温度下，半径为纳米级的Ag变成半导体或者绝缘体
4.宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。举例：○1宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。
5 库伦阻塞效应：
3、纳米材料的常用的表征方法有哪些？
答：①透射电子显微镜(TEM)，扫描电子显微镜(SEM)，原子粒显微镜(AFM)
②X射线衍射仪(XRD)，比表面积测定仪
③光谱分析：红外光谱，紫外光谱，拉曼光谱等。
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？
三者都是固体样品。
要求：TEM：超薄切片
SEM：要求样品表面导电，如不导电则需镀白金、黄金或碳
AFM：样品要求表面较平整，过于凹凸针尖易断。
提供的信息：TEM：晶粒大小与分布，包括晶界，甚至能看到晶格条纹
SEM：颗粒的大小与分布
AFM：主要观察薄膜表面粗糙度
5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点？如何利用？
优点:①表面活性高可以吸附储氢.②制备高效催化剂③实现低熔点材料
缺点:①容易吸附团聚②容易失活③易被氧化而燃烧。
应用：表面吸附储氢、制备高效催化剂、实现低熔点材料等。
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？
a在纳米微粒的气相法合成中，涉及过饱和蒸气的产生、粒子成核和长大、团聚、凝结、转移和收集等过程
b蒸发法、溅射法、化学气相反应法和化学气相凝聚法
c（１）蒸气的异相成核：以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂质或固体表面上的台阶等缺陷为成核中心，进行微粒的形核及长大。
（２）蒸气的均相成核：无任何外来杂质或缺陷的参与，过饱和蒸气中的原子因相互碰撞而失去动能，因小范围内温度和物质浓度不同，开始聚集成小核。当小核半径大于临界半径Rc时就可以成核生长，最终形成微粒。
7. 溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的？
过程：前驱体+溶剂→均匀溶液→在一定条件下溶质水解/醇解→水解产物（缩合聚集）→1nm左右的胶体粒子（溶胶）→溶胶粒子（聚合生长）→凝胶【（SSG法（溶液－溶胶－凝胶法）】→凝胶陈化、干燥、焙烧去除有机成分，最后得到所需的无机纳米微粒。
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？
步骤：①制备FeCl3-SiO2溶胶
②溶液做成薄膜（浸渍提拉法或悬浮法）
③用氢气将Fe3+还原成为Fe
④通入含碳的烃类，CNTs催化生长
控制：通过控制FeCl3的浓度来改变Fe的含量；改变H2的还原温度来改变Fe纳米晶的大小，及控制气流量。
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 = 1.5406?，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。
答：氧化钛TiO2俗称钛白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型（A型）和金红石型（R型）
（1）制备方法
①四氯化钛水解法
原料：四氯化钛
反应介质：水
主要表征手段：XRD（看晶相），SEM（看表面微观结构，颗粒大小与分布），TEM（看晶粒大小）
②气相法
原料：金属钛、钛的醇盐或无机盐
反应介质：H2/O2
主要表征手段：XRD（看晶相），TEM（看晶粒大小）
③溶胶-凝胶法
原料：酞酸丁酯
反应介质：乙醇
主要表征手段：XPS（看表面化学态），SEM（看表面微观结构，颗粒大小与分布），TEM（看晶粒大小），AFM（看表面形貌，计算表面粗糙度）
（2）主要用途：光催化材料，太阳能电池，污水处理用太阳能光反应器，空气净化器，防雾及自清洁涂层，抗菌材料
（3）锐钛矿：构成锐钛矿的八面体通过共顶点的方式连接成一张网。八面体层之间通过共边的方式而构成三维网络。这样，每4个八面体层，相同的结构就会重复一次。
金红石：以Ti-O八面体的排列看，金红石结构由Ti-O八面体以共棱的方式排列成链状，晶胞中心的链和四角的Ti-O八面体链的排列方向相差90°。链与链之间是Ti-O八面体以共顶相连。
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。
答：纳米石墨石墨烯富勒烯（C60）碳纳米管纳米金刚石薄膜
其中石墨烯是二维结构，碳纳米管是一维结构。
①一维材料：碳纳米管
结构特点：六边形网格翻卷而成的管状物，管子两端一般有含五边形的半球面网格封口。
用途：碳纳米管超级电容器、碳纳米管储氢材料、碳纳米管吸波剂、碳纳米管异质结构。大规模集成电路。
②二维材料：石墨烯
结构特点：sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的排列成蜂窝状六角平面晶体。原子厚的碳薄膜片，C-C键之间以sp2键相连。
用途：透明导电薄膜、液晶显示材料、晶体管集成电路。
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？
力学性能：由于纳米晶体材料由很大的表面积/体积比，杂质在界面的浓度便大大降低，从而提高了材料的力学性能，强度变低，塑性变好,韧性变好。
热学性能：纳米微粒由于颗粒小，表面能高，比表面原子数多，活性大。因此，熔点降低，烧结温度降低、晶化温度降低。
光学性能：①纳米颗粒存在量子尺寸效应和界面效应；②宽频带吸收：对可见光反射率低；③蓝移现象：吸收波向短波移进；
④纳米微粒发光：尺寸小于某定值时，特定波长激发下发光；⑤在溶胶中，胶体的高分散性和不均匀性使其具有特殊的光学性质。
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。
答：（1）化学气相沉积法，是指反应物经过化学反应和凝结过程，生成特定产物的方法。
（2）衍生方法：等离子体增强CVD法（PECVD），微波CVD法（MWCVD），激光辅助CVD法（LCVD），超声波CVD法（UWCVD）。（3）VLS生长机理：加热成V 冷凝形成L 过度饱和析出生成S
以制备CNTs为例，在800～1000℃的高温下呈液态的催化剂微粒是反应的活性点，它传输CNTs生长原料，吸收气体中的碳原子簇直至过饱和状态，过饱和的碳原子簇沉淀析出形成CNTs。
16.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
原因：①半导体纳米颗粒粒径的减小使量子尺寸效应增强、能隙增大，价带电位变得更正、导带电位变得更负，使光生电子－空穴对的还原－氧化能力提高，增强了催化降解有机物的活性；②对半导体纳米颗粒而言，其粒
径通常小于空间电荷层的厚度，因此可忽略空间电荷层的影响，光生载流子可通过简单的扩散运动从颗粒的内部迁移到表面，与电子给体或受体发生氧化或还原反应。粒径的减小使光生电子－空穴扩散到表面的时间减少，电子－空穴的分离效果提高、在颗粒内部的复合概率下降，从而使光催化活性增强；③在光催化反应体系中，反应物被吸附在催化剂的表面是光催化反应的一个前提步骤，粒径的减小使半导体纳米颗粒的比表面积增大，强烈的吸附效应使得光生载流子优先与吸附的物质进行反应、可使降解能力提高。
应用：①太阳能利用②自清洁玻璃③环境净化（污水处理，空气净化）④有机合成⑤杀菌器皿
17.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？
机制：该方法通过高能研磨，使原材料的粗颗粒产生严重的形变而发生结构变化，纳米晶体在严重形变材料的切面带上成核，从而使粗颗粒结构转变为纳米相。
优点：①粉体是单纯的纳米颗粒，或是纳米颗粒与（亚）微米颗粒（粗晶分裂而成）混合在一起；②产量高，工艺简单，适用于高熔点合金纳米颗粒的制备。
缺点：尺寸不均匀，易引入杂质，颗粒表面和界面主要由磨球（一般为铁）和气氛（氧气、氮气）引起污染。在球磨法制备纳米微粒的过程中，纳米相的形成及晶粒所能达到的极限尺寸与材料的组分、所用球磨设备的种类、－粉质量比和气氛状态等因素有关，其影响因素十分复杂。
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？
通过源材料内在反应形核，使纳米线以VLS生长的现象称为“自催化VLS生长”
①双金属源(有两种金属掺杂)②蒸汽压要符合条件③能溶于催化剂
25.液相合成金属纳米线，加入包络剂(capping reagent)的作用是什么？
选择性地吸附在金属纳米晶的表面，以控制各个晶面的生长速度，使金属纳米颗粒以一维线型生长方式生长。
26.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？
定义：所谓模板合成就是将具有纳米结构且形状容易控制的物质作为模板（模子），通过物理或化学的方法将相关材料沉积到模板的孔中或表面，而后移去模板，得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。
优点：①多数模板不仅合成方便，而且其性质可在广泛范围内精确调控；②合成过程相对简单，很多方法适合批量生产；③可同时解决纳米材料的尺寸与形状控制及分散稳定性问题；④特别适合一维纳米结构（如纳米线和纳米管）的合成。因此模板合成是公认的合成纳米材料及纳米阵列的最理想方法之一。
分类：软模板和硬模板
典型代表为：阳极氧化铝模板法（硬模板法）和表面活性剂模板法（软模板）。
27.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
制备过程：
预处理：首先，将铝片依次在丙酮和乙醇中清洗以去除表面的油污。然后，在真空中将铝片在４５０℃下退火
数小时，退火处理的目的是消除铝片内部的机械应力，同时也使晶粒长大。随后，在无水乙醇和高氯酸的混合液中进行电化学抛光。
阳极氧化过程：首先，将预处理的高纯铝片在草酸溶液中进行第一次阳极氧化，此时所得到的多孔氧化铝膜的顶部的有序性比较差。然后，将第一次氧化得到的氧化铝膜用磷酸和铬酸的混合溶液在６０℃腐蚀数小时，此时，在铝片表面上可以得到比较有序的六角形的凹坑阵列。一次腐蚀的时间可以随意调整，一次氧化时间的增加，上述的六角形凹坑阵列结构的有序性也会随之提高。二次阳极氧化是在六角凹坑阵列上进行的，二次氧化的条件与一次氧化的条件基本相同，即在相同的电解质溶液、相同的电压、相同的温度下进行，只是氧化时间较长，二次氧化的时间通常是由所需的模板厚度来决定的。
后续处理过程：①除去背面铝和去障碍层。（用可溶的惰性金属盐溶液与铝反应）②扩孔：用稀磷酸溶液去除致密的氧化铝阻挡层。
合成过程：首先利用蒸镀法或溅射法在双通模板的一面制备一层厚度大约为200nm的金膜作为电沉积的工作电极。通过控制实验参数，使制备材料优先在电极上成核，并沿氧化铝模板通道的轴向择优生长。由于氧化铝模板中通道的限制作用，因而可以实现在模板中组装金属纳米线有序阵列。采用碱或酸的稀溶液适当腐蚀掉氧化铝膜，就可获得纳米线有序阵列。
28.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？
力学特性：抗张强度高,拉申强度大.
电学特性：金属性。半导体性.
化学特性：①催化剂，或催化基板（提供反应场所）
②具有很强的吸附储氢能力③可用作电极材料，太阳能电池，高容量燃料电池。
应用前景：①绝好的纤维材料，既具有碳纤维的固有性质，又具有金属材料的导电导热性、陶瓷材料的耐热耐蚀性、纺织纤维的柔软可编性，以及高分子材料的易加工性，是一种一材多能和一材多用的功能材料和结构材料，将给汽车、飞机等飞行器的制造带来革命性的突破。②具有极高的强度和理想的弹性，具有非凡的韧性和恢复能力。③作为复合材料的纤维增强体，碳纳米管具有极好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，同时兼具有石墨的润滑性和导电性，在航空、航天等特殊制造领域里有无可比拟的优势。在隐身材料领域，平面显示领域，微电子器件领域的探索。(只要结合性能加上应用领域即可)
29.如何提高传统光刻技术中曝光系统的分辩率？
瑞利定律：R = k1 λ/ NA
D = k2 λ/ (NA)2
其中，R为分辨率，D为焦深，λ为曝光波长，NA为数值孔径，由成像系统决定，k1和k2是与系统有关的常数。减小波长、增加数值孔径、减小k1等方式都可以提高光刻曝光系统的分辨率，其中减小波长是主要手段。
30.
31.试比较电子束刻蚀和离子束刻蚀技术的异同点和优缺点。
答：同：无须使用掩模板、波长更短、可以用电磁透镜聚焦的高能带电粒子束刻蚀
异：离子质量大于电子质量；相同能量下，感光胶对离子的灵敏度要比对电子高数百倍；由于色差的影响，无法将离子束聚焦成电子束一样细，因而其分辨率比电子束曝光低；
电子束刻蚀：
优点：分辨力高；避开了光学透镜材料的限制；复杂的电路可直接写在硅片上而无须使用掩模板；具有灵活性；可直接制作各种图形。
缺点：速度慢；无法适应大工业批量生产的需要；散射电子会影响邻近电路图形的曝光质量，邻近效应很难控制。
离子束刻蚀：
优点：易聚焦；在同样的能量下，感光胶对离子的灵敏度要比对电子高数百倍；
缺点：其分辨率比电子束曝光低；曝光的应用范围有限。
32.
33.比较极紫外光刻技术和X射线光刻技术的异同。
同：①波长短，可获得极高的分辨率②光学曝光过程相同
异：①曝光系统：极紫外光刻技术是反射式光学系统，X射线光刻技术是无投射光学系统的近贴式和1:1投影式。
②掩模板：极紫外光刻技术：无需采用近邻效应校正技术和移相掩模技术，有利于降低光刻成本。X射线光刻技术：掩模的制作难度大，同时使用过程中的受热变形问题是Ｘ射线光刻技术需解决的难关。
34.
35.何为纳米材料的自组装？用于制备纳米结构的微乳液体系一般有几个组成部分？
答：自组装：纳米材料的自组装是在合适的物理、化学条件下，原子、分子、粒子和其他结构单元，通过氢键、范德瓦尔斯键、静电力等非共价键的相互作用、亲水-疏水相互作用，在系统能量最低性原理的驱动下，自发地形成具有纳米结构材料的过程。
组成：表面活性剂、助表面活性剂、有机溶剂和水
25 何谓“取向搭接Oriented attachment”“奥斯德瓦尔德熟化Ostwald ripening”?
取向搭接：纳米粒子在自组装过程中总是在不停地做无规的布朗运动，当相同晶面彼此靠近时，由于晶面上的原子排列和晶格间距相同，因此可以形成更多的化学键(配位数)，从而大大降低体系的自由能。
奥斯瓦尔德熟化（或奥氏熟化）是一种可在固溶体或液溶胶中观察到的现象，其描述了一种非均匀结构随时间流逝所发生的变化：溶质中的较小型的结晶或溶胶颗粒溶解并再次沉积到较大型的结晶或溶胶颗粒上。
纳米材料与技术思考题2016
纳米材料导论复习题(2016) 一、填空： 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束，仅能在个方向自由运动，即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的，又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面，包括、等 9.根据原料的不同，溶胶-凝胶法可分为： 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成：、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动，即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为 14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题：（每题5分，总共45分） 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象
7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响？画简图说明 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、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：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100nm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，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(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 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 5、纳米材料有哪4种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维：纳米块体 6、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应 答：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 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应 量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料
关于纳米材料和纳米结构的研究
关于纳米材料和纳米结构的研究 发表时间：2019-07-18T12:27:02.667Z 来源：《科技尚品》2018年第11期作者：于涵 [导读] 纳米材料问世后，各国科学家都开始对这种物质进行研究，国家关于纳米材料和纳米结构的研究也始终没有停止，现如今，中国在纳米材料和纳米结构方面的研究水平已经进入了国际先进行列。本文基于纳米材料和纳米结构，针对纳米材料在催化科学、分析分离科学、光电材料科学的应用展开了全面的分析。 宣化一中 引言：近年来，国际上关于纳米材料和纳米结构的研究不断发展，出现了很多新的研究热点，包括：半导体芯片、癌症诊断、光学材料等。随着研究的深入，未来将会有更多的纳米产品问世。将纳米材料和纳米结构和其他技术相结合，开拓新的思路，可以让纳米材料和纳米结构的适用性得到进一步提高。 一、纳米材料和纳米结构 纳米中主要包括两个部分，分别为：纳米晶粒和晶粒界面，晶界原子的比例极大是纳米最为突出的结构特征，此外，纳米晶界原子结构较为复杂，所以纳米中的晶界结构一直都是研究的重点，很多学者都提出了不同的模型学说，但纳米材料中的境界微观结构一直都没有形成一个统一的模型。不仅是因为晶界结构较为复杂，也是因为晶界结构会受到多种因素的影响，导致同一块材料中也会有不同的差异性。由于纳米结构上的特殊性和不稳定性，让纳米材料形成了很多的特殊性能。不仅如此，纳米材料的物理化学性能和绝大部分物体的物理化学特性都不同，其中最为典型的就是催化性能和光学性能这两个性能。比如，纳米材料在作为光催化剂使用时，因为纳米本身的粒径较小，所以可以到达表面的纳米粒子数量较多，光催化效率也就相对提高。随着时间的发展，科学技术的不断提升，对纳米的研究也就进一步深入，现如今，纳米材料中的线性光学性质以及晶体材料的光伏特性、发光效应也是纳米光学性质的研究热点问题。 二、纳米材料在不同科学行业中的应用 （一）纳米材料在催化科学中的应用 由上文可知，纳米材料的催化性能较优，因此在催化科学中得到了广泛的应用。近年来，含银催化剂在电催化水裂解、海水电解产氯气等方面都有着良好的应用，而采用海水电解产氯气的方式可以更好的减低能耗，这其中最为关键的环节就是制作合成出高效的含银催化剂[1]。采用自上而下的纳米颗粒制备方法，可以制作出一种稳定的银纳米颗粒，经过研究发现，这种纳米材料具有着较高的银卤素比例，应用在海水电解产氯气的过程中，可以有效催化氯气产生，而且这种纳米材料的催化活性较高。在调控催化纳米管时，也可以采用这种纳米材料，这种材料因其本身的性能较优，现如今已经在材料科学、传感器科学的研究中得到了广泛应用。（二）纳米材料在分析分离科学中应用 金纳米粒子作为纳米材料在分析分离科学中的应用效果一直较好，经常被用于检测物质，通过金纳米粒子的聚集和分散，观察体系溶液颜色的变化，就可以进行分析检测，这其中就利用了金纳米粒子的比色传感理论。此外，在传感领域也具有着一定的应用前景，将金纳米粒子和其他常见的应用物质进行结合，可以在分析分离科学中得到进一步的应用，从根本上提高检测结果的准确性。小分子凝胶是一种新型的功能材料，这种软材料可以利用分子间的相互作用，形成一个微纳米网络结构，根据分子在空间构型上的微小差别，会形成不同尺寸的微纳米网络结构。比如：检测二价汞离子的过程中，可以利用这种小分子凝胶体系进行灵敏检测，不仅如此，这种凝胶体系还可以检测水中汞离子。 （三）纳米材料在光电材料科学中应用 除了上述两个方面以外，纳米V型刚棒-线团分子以及双稳态功能轮烷分子梭在光电材料科学中都有着一定的应用。近几年，纳米材料在光电器材方面的应用得到了科研工作者的广泛关注，纳米材料在水中的自组装行为，在光电材料中科学、纳米材料科学、超分子化学以及主客体化学中都有着广泛的应用，利用这一性能形成的纳米V型刚棒-线团分子在水中就可以完成自组装行为。而稳态功能轮烷分子梭的设计和制备，在发展有机光电功能超分子体系中发挥着重要的作用。因此，在催化材料、光子晶体、药物控制输送等领域中都可以看见单分散核/壳纳米复合材料的身影，通过对具有单分散核/壳纳米复合材料性能的卟啉纳米金纳米粒子形成过程的研究，可以发现这种复合性的纳米粒子在构筑光电器件山发挥着重要的作用，且比其他复合材料具有着更大的光电流，光电性能也较为稳定。此外，这种复合材料的制备方法较为简单，生产便捷，因此大范围应用[2]。 总结：综上所述，纳米结构和纳米材料在科学行业中植根深远，在很多方面中都会发挥着重要的作用，作为一种市场前景广阔的新材料，国家应该进一步投入人力和资金展开研究，并且作为重点研究开发项目。二十一世纪，纳米技术会成为一种决定性技术，加强其在不同领域中的发展，可以推动国家科学领域的进步。 参考文献： [1]赵然. 博士论文-铀钍氧化物纳米材料和铀酰-异金属配位聚合物的合成、结构和性质研究[J]. 2016. [2]马佳文. 碳纳米材料与金属复合结构中空位缺陷产生和作用机制的理论研究[D]. 2016.
纳米材料考试试题3
纳米材料考试试题3
判断和填空 1由纳米薄膜的特殊性质，可分为两类：a、含有那么颗粒与原子团簇——基质薄膜。b、纳米尺寸厚度的薄膜，其厚度接近于电子自由程和Debye长度，可以利用其显著的量子特性和统计特性组装成新型功能器件。 2、.增强相为纳米颗粒、纳米晶须、纳米晶片、纳米纤维的复合材料称为纳米复合材料；纳米复合材料包括金属基、陶瓷基和高分子基纳米复合材料；复合方式有：晶内型、晶间型、晶内-晶间混合型、纳米-纳米型等 3、宏观量子隧道效应微粒具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微粒的磁化强度,量子相干器 件中的磁通量等，具有隧道效应、称为宏观的量子隧道效应。 4、纳米微粒反常现象原因：小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应。 举例：金属体为导体，但纳米金属微粒在低温由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性。化学惰性的金属铂制成纳米微粒（铂黑）后却成为活性极好的催化剂。 5、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体。 6、超顺磁性纳米微粒尺寸小到一定临界值进入超顺磁状态，例如a-Fe Fe3O4和a-Fe2O3 粒径分别为5nm 16nm和20nm时变成顺磁体这时磁化率X不再服从居里-外斯定律。 7、超顺磁状态的起源: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。不同种类的纳米微粒显现的超顺的临界尺寸是不同的。 8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Hc 10矫顽力的起源两种解释一致转动模式和球链反转磁化模式。 11.居里温度Tc为物质磁性的重要参数与交换积分成正比，并与原子构型和间距有关。对于薄膜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。 12，大块金属具有不不同颜色的光泽，表明对可见光各种颜色的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。反射率：Pt为1%,Au小于10%。对可见光低反射率、强吸收率导致粒子变黑。 13、当纳米微粒的尺寸小到一定值时可在一定波长的光激发下发光。 14、物理法制备纳米粒子：粉碎法和构筑法。前者以大块固体为原料，将块状物质粉碎、细化，从而得到不同粒径范围的纳米粒子；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。 15、物料的基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击破碎和磨碎。 16、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体 17.原位复合法主要有：共晶定向凝固法、直接氧化法和反应合成法 18、纳米增强相和金属基体之间的界面类型三种：不反应不溶解；不反应但相互；相互反应生成界面反应物。界面结合方式有四种：机械结合；浸润与溶解结合；化学反应结合；混合结合。界面的溶解和析出是影响界面稳定性的物理因素，而界面反应是影响界面的化学因素。 19、使纳米增强相遇金属基体之间具有最佳界面结合状态的措施：应该使纳米增强相与金属基体之间具有良好的润湿后，互相间应发生一定程度的溶解；保持适当的界面结合力，提高复合材料的强韧性；并产生适当的界面反应，而界面反应产物层应质地均匀，无脆性异物，不能成为内部缺陷（裂纹源），界面反应可以控制等。措施：增强相表面改性（如涂覆）;基体合金化（改性）。 20、原位复合法关键：在陶瓷基体中均匀加入可生成纳米第二相的元素或化合物，控制其反应生成条件，使其在陶瓷基体致密化过程中，在原位同时生长处纳米颗粒、晶须和纤维等，形成陶瓷基纳米复合材料。也可以利用陶瓷液相烧结时某些晶相生长成高长径比的习性，控制烧结工艺。也可以使基体中生长高长径比晶体，形成陶瓷基复合材料。优点：有利于制作形状复杂的结构件，成本低，同时还能有效地避免人体与晶须等地直接接触，减轻环境污染。 21、陶瓷基纳米复合材料的基体主要有：氧化铝、碳化硅、氮化硅和玻璃陶瓷。与纳米级第二相的界面粘结形式：机械粘结和化学粘结
纳米材料和纳米结构
纳米材料和纳米结构 1.纳米微粒尺寸的评估 在进行纳米微粒尺寸的评估之前，首先说明如下几个基本概念： （1）关于颗粒及颗粒度的概念 （i）晶粒：是指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界。 （ii）一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立的粒子，颗粒内部可以有界面，例如相界、晶界等。 （iii）团聚体：是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。团聚体内含有相互连接的气孔网络。团聚体可分为硬团聚体 和软团聚体两种。团聚体的形成过程使体系能量下降。 （iv）二次颗粒：是指人为制造的粉料团聚粒子。例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒。 纳米粒子一般指一次颗粒，它的结构可以是晶态、非晶态和准晶，可以是单相、多相结构。只有一次颗粒为单晶时，微粒的粒径才与晶粒尺寸（晶粒度）相同。 （2）颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说，颗粒尺寸（粒径）是指其直径。对不规则颗粒，尺寸的定义常为等当直径，如体积等当直径、投影面积直径等。 粒径评估的方法很多，这里仅介绍几种常用的方法。 A 透射电镜观察法 用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布。 该方法是一种颗粒度观察测定的绝对方法，因而具有可靠性和直观性。首先将那米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上，待悬浮液中的载液（例如乙醇）挥发后，放入电镜样品台，尽量多拍摄有代表性的电镜像，然后由这些照片来测量粒径。测量方法有以下几种：（i）交叉法：用尺或金相显微镜中的标尺任意的测量约600颗粒的交叉长度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统一因子（1.56）来获得平均粒径；（ii）测量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度，颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。（iii）求出颗粒的粒径或等当半径，画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图，将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。用这种方法往往测得的颗粒粒径是团聚体的粒径，这是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时，首先需用超声波分散法，使超微粉分散在载液中，有时候很难使它们全部分散成一次颗粒，特别是纳米粒子很难分散，结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体，在观察时容易把团聚体误认为是一次颗粒。电镜观察法还存在一个缺点就是测量结果缺乏统计性，这是因为电镜观察用的粉体是极少的，导致观察到的粉体的粒子分布范围并不代表整个粉体的粒径范围。 B X射线衍射线线宽法（谢乐公式） 电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。X射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度。颗粒为多晶时，测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。这种测量方法只适用晶态的纳
纳米技术考试题答案
纳米材料和纳米机构。。。。。。2 纳米材料分析。。。。。。。。。。。。1 一纳米技术的内容和定义（2-2） 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学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（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等二纳米技术三个层面概念的理解 从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念： 第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发
热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。 三纳米技术的发展史，起源和发展方向（2-9） 四我国的纳米发展史 1.“中国实验室国家认可委员会”是负责实验室和检查机构认可及相关工作的认可机构，为规范纳米产品市场、推动制定相关纳米材料及产品的标准，“国家纳米科学中心”和“中国实验室国家认可委员会”会商多次，联合成立“纳米技术专门委员会”，挂靠在“国家纳米科学中心”。 2. 中国政府透过中国科学院主导众多纳米科技研发计划，多数强调半导体制造技术和发展以纳米科技为基础的电子元件，另一是利用纳米材料保存考古文物。 已成功发展出的产品包括新式冷气机，其特点为利用创新的纳米材质。另估计约有两百家企业积极从事纳米科技产品的商业化。 五纳米材料的四大效应(2-59) 六纳米材料的制备方法（2-112） 按制备原理分为：物理和化学 按生成介质分为：固液气
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 = 1.5406?，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。 23.比较极紫外光刻技术和X射线光刻技术的异同。 24.何为纳米材料的自组装？用于制备纳米结构的微乳液体系一般有几个组成部分？ 25 何谓“取向搭接Oriented attachment”“奥斯德瓦尔德熟化Ostwald ripening”?
《科学与技术》期末考试试题与答案版
科学与技术复习试题 一、选择题（每题2分，共10分） 1．自然界中一切物体的相互作用，都可能归结为四种基本的相 互作用，即引力、弹力、电磁力和(C)相互作用。A．地磁力B．分子力C强力D．结合力 2．基因是含特定遗传信息的核苷酸序列，是(D)的最小功能单位。 A ．细胞 B ．蛋白质 C ．氨基酸 D ．遗传物质 3.1996年，世界上第一只克隆羊——多利面世，这 是世界上首次利用(A)技术而培养出的克隆动物。 A. 细胞核移植 B ．细胞融合C．细胞培养 D ．细胞膜嫁 接 4．由无数恒星和星际物质构成的巨大集合体称为(A) 。 A．星系 B ．星空 C ．星云 D ．星际 5．光纤通信利用光纤来传送(C)，它是20世纪70年代发展起来的一种新的通信方式。 A．电 B ．声 C ．光 D ．机械 二、填空题（每空2分，共10分） 6．科学是技术发展的__理论__基础，技术是科学发展的手段， 他们相互依存、相互渗透、相互转化。 7 ．我国863计划中，被评选列入该纲要的8个技术群是生物技 术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能 源技术、新材料技术和海洋技术。 8 ．新技术革命的兴起是以__信息技术为先导的。 9．板块构造说的理论是在__大陆漂移学说、海底扩张 学说的基础上发展起的。 10.1987年，世界环境与发展委员会发布了一份 题为《我们共同的未来》的报告，首次提出了“可持续 发展”的概念。 三、名词解释（每题5分，共20分） 11．核能是在原子核变化过程中，从变化前后原子核质量亏损的质量 差转化来的能量。 12. 纳米材料就是用特殊的方法将材料颗粒加工到纳米级（lo-g 米），再用这种超细微粒子制造的材料。 13. 地球外部圈层结构指地球外部离地表平均800千米以内的圈 层，包括大气圈、水圈和生物圈。 14 ．物质生产力一（劳动者十劳动资料十劳动对象十管理 +??） 高科技。四、简答题（每题15分．共30分） 15．简述科学认识发展的动因。 (1)科学认识发展的外部动因（8分） 恩格斯曾经指出：“经济上的需要曾经是，而且越来 越是对自然界的认识进展的主要动力”。 一般地说，在19世纪中叶以前，科学是落后于生产和技术的， 它的发展是在生产需要的推动下进行的。而从19世纪下半叶以后，科学理论研究不仅走在技术和生产的前面，还为技术和生产的发展开辟了各种可能的途径。进入二十世纪以后，现代科学产生了空前的先行作用，科学变成了超越一般技术进步的因素。 (2)科学认识发展的内部动因（7分） 科学作为系统化的理论知识体系，有其自身的矛盾运 动和继承积累关系。科学发展的内部矛盾运动是它的内部动力。它表现为：1)新事实和1日理论的矛盾。2)各种不同观点、假说和理论的矛盾。 16．简述新材料发展的方向。 随着社会的进步，人类总是不断地对材料提出新的要求。当今新材料的发展有以下几点： (1)结构与功能相结合。即新材料应是结构和功能 上较为完美的结合。（3分） (2)智能型材料的开发。所谓智能型是要求材料本身具 有一定的 模仿生命体系的作用，既具有敏感又有驱动的双重的功能。（3 分） (3)少污染或不污染环境。新材料在开发和使用过 程中，甚至废弃后，应尽可能少地对环境产生污染。 （3分） 18世纪中叶产 生
复合材料试题B卷及答案
2014学年度第一学期课程考试 《复合材料》 本科试卷（B 卷） 注意事项：1.本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷; 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚; 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效; 分： 】 A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。 B 、玻璃纤维增强塑料。 C 、碳纤维增强塑料。 D 、氧化铝纤维增强塑料。 2. 材料的比模量和比强度越高（ ） A 、 制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B 、 制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C 、 制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D 制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3. 在体积含量 相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ） A 、前者成本低 B C 、前者原料来源广泛 D 4、 K evlar 纤维（ ） A 、由干喷湿纺法制成。 B 4.考试结束，试卷、草稿纸一并交回 一、选 （30 分， 分 ） 择 每 【 、前者的拉伸强度好 、前者加工更容易 、轴向强度较径向强度低 D 、由化学沉积方法制成。 、轴向强度较径向强度低。 D 、由先纺丝后碳化工艺制成 （ ）
C、强度性能可保持到1000C以上。 5、碳纤维（） A、由化学沉积方法制成。B C、强度性能可保持到3000C以上。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在： A 120C以下B、180C以下C、250E以下 D、250 E以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（） A、环氧树脂吸湿变脆。 B 、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度
8、玻璃纤维（ ） A 、由SiO 2玻璃制成。 B 、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。 C 、其强度比整块玻璃差。 D 、价格贵、应用少。 9、 生产锦纶纤维的主要原料有（ ） A 、聚碳酸酯。 B 、聚丙烯腈。 C 、尼龙。 D 、聚丙烯。 10、 晶须（ ） A 、其强度高于相应的本体材料。 B 、长径比一般小于 5。 C 、直径为数十微米。 D 、含有很少缺陷的长纤维。 11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（ ）。 A .玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料 B ?玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料 C ．聚酰胺材料 D ．聚酰胺基玻璃纤维复合材料 12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是 14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（ ） A ．预浸料制造 15、有关环氧树脂，说法正确的是（ 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。 5、复合材料具有可设计性。 6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。 7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。 8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。 10、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的钨丝芯上形成的 9、 般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到 90%。 A ．碳纤维 B ． 氧化铝纤维 C ． 玻璃纤维 D ．碳化硅纤维 13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（ ）。 A ．环氧树脂 B ．不饱和聚酯 C ．酚醛树脂 D ．尼龙 C ．固化及后处理加工 D ．干燥 B .制件的铺层 A 、含有大量的双键 B 、 使用引发剂固化 C 、使用胺类固化剂固化 、判断题 （20分，每题 2 D 、 属于热塑性塑料 得分：
纳米材料综述要点
纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段： 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合， ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合， ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。
图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成
举例说明纳米材料的结构与其性质的关系
代鹏程无机化学2009级硕博连读学号：200911461 题目：举例说明纳米材料的结构与其性质的关系 答： 目录 1、纳米材料定义 2、纳米材料的结构 3、纳米材料的性能 4、以量子点为例说明纳米材料结构与其性质的关系 5、以纳米线为例说明纳米材料结构与其性质的关系 1、纳米材料定义 纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米，在通常情况下不超过10纳米；从广义上说，纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1～100nm）限制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团簇（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维纳米纤维；二维纳米微粒膜（涂层）及三维纳米材料。 2、纳米材料的结构 材料学研究认为：材料的结构决定材料的性能，同时材料的性能反映材料的结构。纳米材料也同样如此。对于纳米材料，其特性既不同于原子，又不同于结晶体，可以说它是一种不同于本体材料的新材料，其物理化学性质与块体材料有明显的差异。 纳米材料的结构特点是：纳米尺度结构单元，大量的界面或自由表面，以及结构单元与大量界面单元之间存在的交互作用。在结构上，大多数纳米粒子呈现为理想单晶，也有呈现非晶态或亚稳态的纳米粒子。纳米材料的结构上存在两种结构单元；即晶体单元和界面单元。晶体单元由所有晶粒中的原子组成，这些原子严格地位于晶格位置；界面单元由处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。 纳米材料由于非常小，使纳米材料的几何特点之一是比表面积（单位质量材料的表面积）很大，一般在102～104m2/g。它的另一个特点是组成纳米材料的单元表面上的原子个数与单元中所有原子个数相差不大。例如：一个由5个原子组成的正方体纳米颗粒，总共有原子个数53=125个，而表面上就有约89个原子，占了纳米颗粒材料整体原子个数的71%以上。这些特点完全不同于普通的材料。例如，普通材料的比表面积在10m2/g以下，其表面原子的个数与组成单元的整体原子个数相比较完全可以忽略不计。 由于以上纳米材料的两上显著不同于普通材料的几何特点，从物理学的观点来看，就使得纳米材料有两个不同于普通材料的物理效应表现出来，这是一个由量变到质变的过程。一个效应我们称之为量子尺寸效应，另一个被称之为表面效应。量子尺寸效应是由于材料的维度不断缩小时，描述它的物理规律完全不同
纳米基础知识考试题学习资料
介绍几种纳米材料的制备方法？ 气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气-固反应法等 液相反应法可分为：沉淀法、水热、溶剂热法、溶胶-凝胶法、反相胶束法等。 溶胶凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。步骤：溶胶的制备。溶胶凝胶转化。凝胶干燥。 纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法 真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 化学方法 气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 1、论述纳米纤维素的主要制备方法及产物特点？ 纳米纤维素（Nanocelluloe, NC）是以纤维材料作为原料，通过化学、物理或生物处理的途径制备的具有一维纳米尺寸的纤维素材料，它具有纤维素的基本结构、性能以及纳米颗粒的典型特性，如：密度低，来源于可再生原料，可生物降解，弹性模量高达140 GPa，有利于对其进行表面改性等。巨大的比表面积、较高的杨氏模量、超强的吸附能力和高的反应活性，使纳米纤维素具有一些特有的光学性质、流变性能和机械性能。这些特性使其具有广泛的应用价值，可以作为纳米复合材料中的增强材料，以及用于医药、包装、造纸、食品添加剂、油漆涂料、地板、建材等领域。 生物质纳米纤维素的制备方法主要包括强酸水解法、机械分离法、化学预处理结合机械分离法和酶处理结合机械分离法等,. 强酸水解法主要指利用浓硫酸[37]、浓盐酸等强酸处理生物质纤维素,水解掉无定形区物质,保留结晶区的结构完整性,制得长度较短、结晶度较高的纳米纤维素晶须。在利用硫酸的水解过程中,会一定程度上在纳米纤维素晶须的表面引入少量负电荷。这些负电荷间的静电斥力可帮助纳米纤维素晶须均勾的分散在水中。所得晶须具有非常高的比表面积,使其在与聚合物复合时,能够与聚合物形成充足的接触面积,进而起到较好的增强作用。 机械分离法主要包括高压匀质处理、高速研磨处理、高速搅拌处理以及高强度超声处理等。高压匀质处理I48'49]主要是通过均质机内的匀质阀突然失压形成空穴效应和高速冲击,产生强烈的剪切作用,将生物质纤维素机械纤,制得纳米纤维素。这一方法可以批量化生产纳米纤维素,存在的主要问题在于所得纳米纤维素的尺度并不均匀。此外,在纳米纤维素制备过程中,匀质机容易堵塞,为此对通入均质机中的纤维素样品的尺寸要求较高,不宜过大。 高速研磨处理[59]是将纤维素注入到静态磨石与动态磨石之间,在研磨机工作后,动态磨石高速旋转,与静态磨石间产生强烈的剪切作用力,将磨石中间的纤维素“剪开”,制得纳米纤维素。但是在高速研磨的过程中,磨石间的剪切力对纳米纤维素的结晶区也会产生影响,一定程度上降低了所得纳米纤维素的结晶度。 高速搜拌处理是通过高速旋转的马达带动转子转动,进而带动液体高速转动。在高速旋转的过程中,纳米纤维素间相互碰撞,高速运动的水流也会对纳米纤维素产生较强的冲击作用,进而将纳米纤维素分离出来。这一方法的不足在于产量较低,很难实现连续化、批量化生产。高强度超声处理[52-54】主要是借助高强度超声波在水中产生的空化作用,对纤维素进行开纤处理。但是在所得样品中也存在一定的直径较粗的纤维,纤维的直径分布范围较大。
纳米材料与纳米结构21个题目+完整答案
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。 12.什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，其中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 14.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 15.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 16.简单讨论纳米材料的磁学性能。 17.简述“尺寸选择沉淀法”制备单分散银纳米颗粒的基本原理 18.简述光子晶体的概念及其结构 19.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。 20.简单论述单电子晶体管的原理。 21.简述纳米结构组装的工作原理。 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。
先进制造技术试题库(带答案)
先进制造技术复习题 一、填空题 1．先进制造技术包含主体技术群、支撑技术群和制造技术环境三个技术群。 5．先进制造基础技术的特点除了保证优质、高效、低耗外，还应包括无污染。 6．微细加工中的三束加工是指电子束，离子束，激光束。 8. 绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响 和资源效率的现代制造模式。 11.超高速机床主轴的结构常采用交流伺服电动机内置式集成结构，这种主轴通常被称 为空气轴承主轴。 12.快速原型制造常用的工艺方法光固化成形，叠层实体制造，选择性激光烧结，熔融沉积制造。 15.虚拟制造技术是以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。
17.大规模集成电路的微细制作方法有外延生长，氧化，光刻，选择扩散，真空镀膜。 18.优化设计的两个前提条件以数学规划为理论基础，以计算机为基础。 20.快速原型制造技术的熔丝沉积成形法通常采用的原材料是热塑性材料。 27.优化设计的三要素是：目标函数，设计变量，约束条件。 31.绿色设计的主要内容包括：绿色产品设计的材料选择与管理，产品的可拆卸性设计，可维修设计，产品的可回收性设计，绿色产品的成本分析，和绿色产品设计数据库。 绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计。 35.LIGA技术的工艺过程分为：(1)深层同步辐射X射线光刻；(2) 电铸成型；(3)模铸成型。 36.微细加工工艺方法主要有：三束加工技术，光刻加工，体刻蚀加工技术，面刻蚀加工技术，LIGA技术，牺
纳米功能材料试题大学期末复习资料
《纳米功能材料》—思考题 第一章、概论 1.纳米材料定义及分类。 定义：利用物质在小到原子或分子尺度以后，由于尺寸效应、表面效应或量子效应所出现的奇异现象而发展出来的新材料。 分类：纳米粒子（零维纳米结构）；纳米线、纳米棒（一维纳米结构）；薄膜（二维纳米结构）；纳米复合材料和纳米晶材料（三维纳米结构）。 2.功能材料定义及分类。 定义：是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。 分类：常见的分类方法：（1）按材料的化学键分类：金属材料、无机非金属材料、有机材料、复合材料；（2）按材料物理性质分类：磁性材料、电学材料、光学材料、声学材料、力学材料；其他分类方法：（3）按结晶状态分类：单晶材料、多晶材料、非晶态材料；（4）按服役的领域分类：信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料等。 3.按照产物类型，纳米材料如何划分类别。 按照产物类型进行划分：（1）纳米粒子（零维）：通过胶质处理、火焰燃烧和相分离技术合成；（2）纳米棒或纳米线（一维）：通过模板辅助电沉积，溶液-液相-固相生长技术，和自发各向异性生长的方式合成；（3）薄膜（二维）：通过分子束外延和原子层沉积技术合成；（4）纳米结构块体材料（三维）：例如自组织纳米颗粒形成光带隙晶体 4.纳米结构和材料的生长介质类型？ （1）气相生长，包括激光反应分解合成纳米粒子、原子层沉积形成薄膜等；
（2）液相生长，包括胶质处理形成纳米粒子、自组织形成单分散层等；（3）固相生成，包括相分离形成玻璃基体中的金属颗粒、双光子诱导聚合化形成三维光子晶体等；（4）混合生长，包括纳米线的气-液-固生长等。 5.按照生长介质划分： （1）气相生长，包括激光反应分解合成纳米粒子、原子层沉积形成薄膜等； （2）液相生长，包括胶质处理形成纳米粒子、自组织形成单分散层等；（3）固相生成，包括相分离形成玻璃基体中的金属颗粒、双光子诱导聚合化形成三维光子晶体等；（4）混合生长，包括纳米线的气-液-固生长等 6.纳米技术的定义？ 定义：由于纳米尺寸，导致的材料及其体系的结构与组成表现出奇特而明显改变的物理、化学和生物性能、以及由此产生的新现象和新工艺。 7.制备纳米结构和材料的2大途径是什么？各自的特点或有缺点？ 两大途径：自下而上；自上而下。 8.什么是描述小尺寸化的“摩尔定律”？ 当价格不变时，上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 9.根据自己的理解，说明促进纳米材料相关科学与技术发展的意义。 新世纪高科技的迅速发展对高性能材料的要求越来越迫切,而纳米材料的合成为发展高性能的新材料和对现有材料性能的改善提供了一个新的途径。纳米科技是一门新兴的尖端科学技术。它将是21世纪最先进、最重要的科学技术之一,它的迅速发展有可能迅速改变物质产品的生产方式,引发一场新的产业革命,导致社会发生巨大变革。正如像自来水、电、抗生素和微电子的发