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，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化的效应
宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。
库仑堵塞效应：前一个电子对后一个电子的库伦排斥，小体系单电子运输行为
7、随着颗粒直径的减小，材料的熔点有什么改变？材料的热稳定性有什么改变？
答：熔点下降，由于颗粒小，纳米微粒的表面能高，表面原子数多，这些表面原子临近配位不全，活性大，纳米例子熔化时，所需增加的内能小，这就使得纳米微粒熔点急剧下降
热稳定性变差，微粒半径越小，热稳定性越差
8．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9“自上而下”(topdown)：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
10．“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
11．量子器件:利用量子效应而工作的电子器件称为量子器件
12．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
13．纳米技术与微电子技术的主要区别是：
纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的，人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制
14. 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
15、激子的定义是什么？
答：在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚态，称为激子通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦克尔（Frenkel）激子，前者电子和空穴分布在较大的空间范围，库仑束缚较弱，电子“感受”到的是平均晶格势与空穴的库仑静电势，这种激子主要是半导体中；后者电子和空穴束缚在体元胞范围内，库仑作用较强，这种激子主要是在绝缘体中
16、什么是超顺磁性？
答：磁性材料的磁性随温度的变化而变化，当温度低于居里点时，材料的磁性很难被改变；而当温度高于居里点时，材料将变成“顺磁体”（paramagnetic），其磁性很容易随周围的磁场改变而改变如果温度进一步提高，或者磁性颗粒的粒度很小时，即便在常温下，磁体的极性也呈现出随意性，难以保持稳定的磁性能，这种现象就是所谓的超顺磁效应（SuperparaMagneticEffect）17、名词解释：STM、AFM、SEM、XRF、TEM
答：STM扫描隧道显微镜AFM原子力显微镜
SEM扫描电子显微镜XRFX射线荧光分析
TEM透射电子显微镜
18、简述STM和AFM的工作原理及对纳米技术的影响
答：STM工作原理：扫描隧道显微镜是一种利用量子力学的隧道效应的非光学显微镜它主要是利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，同时，物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着物体表面的高低上下移动以维持恒定的电流，依此来观测物体表面的形貌
STM对纳米技术的影响：它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率此外扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具
AFM工作原理：AFM的关键组成部分是一个头上带有一个用来扫描样品表面的尖细探针的微观悬臂当探针被放置到样品表面附近的地方时，悬臂会因为受到探针头和表面的引力而遵从胡克定律弯曲偏移在不同的情况下，这种被AFM测量到的力可能是机械接触力、范德华力、毛吸力、化学键、静电力、磁力（见磁力显微镜）喀希米尔效应力、溶剂力等等通常，偏移会由射在微悬臂上的激光束反射至光敏二极管阵列而测量到，较薄之悬臂表面常镀上反光材质（如铝）以增强其反射通过惠斯登电桥，探头的形变何以被测得，不过这种方法没有激光反射法或干涉法灵敏
AFM对纳米技术的影响：不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM提供真正的三维表面图同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织
19、名词解释CVD、PVD、PLD、MBE、PECVD
答：CVD化学气相沉积法PVD物理气相沉积法
PLD激光诱导沉积法MBE分子束外延
PECVD等离子体增强化学气相沉积法
20、详细描述纳米粒子的一种制备方法和一种应用
答：物理方法1）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离子体，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；2）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；3）机械球磨法：采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子，合金纳米粒子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：1）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；2）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；3）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；4）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；5）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
详细方法描述：1）惰性气体冷凝法（IGC）制备纳米粉体（固体），其主要过程是：在真空蒸发室内充入低压惰性气体（He或Ar），将蒸发源加热蒸发，产生原子雾，与惰性气体原子碰撞而失去能量，凝聚形成纳米尺寸的团簇，并在液氮冷棒上聚集起来，将聚集的粉状颗粒刮下，传送至真空压实装置，在数百MPa至几GPa压力下制成直径为几毫米，厚度为10mm～1mm的圆片2）高能机械球磨法制备纳米粉体，它是一个无外部热能供给的、干的高能球磨过程，是一个由大晶粒变为小晶粒的过程此法可合成单质金属纳米材料，还可通过颗粒间的固相反应直接合成各种化合物（尤其是高熔点纳米材料）:大多数金属碳化物、金属间化合物、Ⅲ-Ⅴ族半导体、金属-氧化物复合材料、金属-硫化物复合材料、氟化物、氮化物3）低能团簇束沉积法（LEBCD）制备，纳米薄膜该技术也是新近出现的，由Paillard等人于1994年初发展起来首先将所要沉积的材料激发成原子状态，以Ar、He气作为载体使之形成团簇，同时采用电子束使团簇离化，然后利用飞行时间质谱仪进行分离，从而控制一定质量、一定能量的团簇束沉积而形成薄膜此法可有效地控制沉积在衬底上的原子数目
21、详细描述一种薄膜制备的方法
答：溶胶——凝胶法的机理：1）先将前驱体溶在溶剂中（就如一般的sol-gel法一样）；2）经过水解缩聚反应变为溶胶；3）溶胶再经过陈化变为湿凝胶；4）经过干燥处理变为干凝胶而对于制备纳米薄膜，则将2）步中得到的硅酸盐凝胶通过喷涂或浸渍法将其涂于基片表面，再经过空气中水分作用，发生水解和缩聚产生凝胶薄膜，而后将其干燥处理变得到纳米薄膜
物理气相沉积方法制备纳米薄膜，此法作为一种常规的薄膜制备手段被广泛应用于纳米薄膜的制
备与研究工作，包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等这一方法主要通过两种途径获得纳米薄膜：1）在非晶薄膜晶化的过程中控制纳米结构的形成，比如采用共溅射法制备Si/SiO2薄膜，在700～900℃氮气气氛下快速降温获得Si颗粒；2）在薄膜的成核生长过程中控制纳米结构的形成，其中薄膜沉积条件的控制和在溅射过程中，采用高溅射气压、低溅射功率显得特别重要，这样易于得到纳米结构的薄膜
22、请举出一种纳米薄膜的应用例子。
答：纳米薄膜材料有诸多应用例如，作为光的传感器，金颗粒膜从可见光到红外线的范围内，光的吸收效率与波长的依赖性甚小，从而可作为红外线传感元件铬—三氧化二铬颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，可以有效地将太阳能转变为热能；硅、磷、硼颗粒膜可以有效地将太阳能转变为电能；氧化锡颗粒膜可制成气体—湿度多功能传感器，通过改变工作温度，可以用同一种膜有选择地检测多种气体
23、磁性液体的定义及特殊性质
答：定义：磁性液体又称磁液、磁流体、磁性流体或铁磁流体，是由强磁性粒子、基液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时才表现出磁性，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性
特殊性质:1）表现为超顺磁性，本征矫顽力为0，没有制磁；2）光通过稀释的磁性液体时，会产生光的双折射效应与双向色效应；3）超声波在其中传播时，其速度及衰减与外磁场有关，呈各向异性
24、举例说明：常规能源、新能源、可再生能源、不可再生能源
答：常规能源：指人类已广泛使用且开发利用技术比较成熟的能源，如煤、石油、天然气、水能和生物能等常规能源是目前全世界最主要的能源，占全部能源生产消费总量的90％以上
新能源：指传统能源之外的各种能源形式，即刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能（潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能）、
生物质能和核聚变能等
可再生能源：泛指多种取之不竭的能源，严谨来说，是人类历史时期内都不会耗尽的能源，但可再生能源不包含现时有限的能源如太阳能、地热能、水能、风能、生物能、潮汐能
不可再生能源：指人类开发利用后，在现阶段不可能再生的能源资源，叫“不可再生能源”如煤、石油、天然气、核能、油页岩
25、Graphene（石墨烯）的显著特征是什么？
答：1）具有比硅高得多的载流子迁移率，在室温下有微米级的平均自由程和很长的相干长度，是纳米电路的理想材料；2）电子运输特性表现出了异常的整数量子霍尔效应；3）石墨烯结构非常稳定，迄今为止研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况；4）尽管只有单层原子厚度，但石墨烯具有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光；5）石墨烯比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上１００倍
26、什么是纳米管、量子点？
答：纳米管：纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管两端基本上都封口）的一维量子材料纳米管的硬度要比钢材坚硬100倍它可以耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能纳米管既可以用作金属导电体，比金的电高多得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体纳米管在极低的温度下还具有超导性
量子点：量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能阶结构，因此量子点又被称为“人造原子”
27、解释：SWNTS、MWNTS
答：SWNTS单壁碳纳米管MWNTS多壁碳纳米管
各章具体要求
第一章
1、了解纳米技术提出的背景及发展过程
背景：1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示
一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用；
发展过程：1987年，Bell实验室的科学家发明了一种靠单电子作为电流开头的晶体管世界上第一个单电子晶体管诞生
1988年，Dupont公司的科研人员W.Degrado等无意中设计出一种新的蛋白质，世界上第一个人为设计的蛋白质诞生了
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；
1993年，第一个致力于纳米技术研究的实验室在美国Rice大学诞生
1999年，美国耶鲁大学的科学家创造了单分子有机开关
2000年，美国政府启动了“国家纳米行动计划(NNI)，NNI的提出统一了对纳米技术的展望，并使这种展望得到普遍的接受自此，全球掀起了纳米科技研究的热潮
2、什么是纳米世界的“眼”和“手”
扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）
3、与纳米技术相关的诺贝尔奖有几个？
1986年：鲁斯卡（德国）设计第一台透射电子显微镜；比尼格（德国）、罗雷尔（瑞
士）设计第一台扫描隧道电子显微镜
2010年：英国曼彻斯特大学科学家安德烈?盖姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫因在二维空间材料石墨烯
的突破性实验获奖
4、世界上第一个单电子晶体管何年诞生？（1987）
5、世界上第一个人为设计的蛋白质何年诞生？（1988）
6、第一届国际纳米科技会议何年在哪召开？
1990年7月，美国巴尔的摩
7、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
8、首届纳米材料会议在哪召开？
1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开
9、团簇：原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于1 nm)
10、纳米微粒：是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉量子点：是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也叫一维量子线
11、量子线：是指载流子在三个方向上的运动都要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也叫零维量子点
12、量子阱：是指载流子在两个方向（如在X,Y平面内）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
13、人造原子：人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们的尺寸小于100nm
14、人造原子与真正原子的相似和不同之处：
1）人造原子含有一定数量的真正原子；
2）形状和对称性多种多样（形貌），真正原子可用球形或立方形描述
3）电子间强交互作用比实际原子复杂得多（多电子交互作用）
4）实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱底部下落的趋势
15、富勒烯的结构、特性：
A、六元环的每个碳原子均以双键与其他碳原子结合，形成类似苯环的结构，它的σ
键不同于石墨中sp2杂化轨道形成的σ键，也不同于金刚石中sp3杂化轨道形成的σ
键，是以sp2.28杂化轨道形成的σ键单键键长为0.145nm
B、C60的л键垂直于球面，含有10％的s成分，90％的p成分，即为s0.1p0.9，双键键长为
0.14nm
C、C60中两个σ键间的夹角为106o，σ键和л键的夹角为101.64o
D、由于C60的共轭π键是非平面的，环电流较小，芳香性也较差，但显示不饱和双键的性质，易于发生加成、氧化等反应，现已合成了大量的C60衍生物
16、富勒烯的应用：
1).C60分子本身不导电，它可能成为继Si、Ge、GaAs之后的又一种新型半导体材料
2).C60和C70是一种良好的非线性光学材料
3).合成金刚石的理想原料
4.富勒烯的氢化物由于含有大量的氢且性质稳定，有可能作为储氢材料或高能燃料C60F60（特氟隆球）是一种超级耐高温和耐磨材料，被认为是比C60更好的润滑剂
5).C60分子间在一定条件下还可以相互结合成聚合物，形成新的分子团簇
6).在生理医学方面，还可利用C60内部中空来包裹放射性元素，用于治疗癌症，以减轻放射性物
质对健康组织的损害
17、碳纳米管的结构：
多壁碳纳米管一般由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成管间距为0.34nm左右，这相当于石墨的面间距碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级每个单壁管侧面由碳原子六边形组成，两端由碳原子的五边形封顶
碳纳米管的分类：
根据管壁可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管
存在三种类型的结构：
分别称为单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性形纳米管
18、碳纳米管的性质和应用：
1.性能（1）电磁性能：碳纳米管具有螺旋、管状结构，预示其具有不同寻常的电磁性能由于直径和螺旋性不同，碳纳米管可以是金属性的，也可以是半导体性的，因而不必掺杂就可以制成一维半导体-金属器件；（2）力学性能：具有低密度、高弹性模量、高强度；（3）热学性能：高的热传导率；（4）吸附性能：具有很强的毛细吸引力
2应用（1）场发射(2)修饰电极(3)分子电子器件(4)导电或抗静电塑料（5）探针显微镜(SPM)针尖(6)复合增强材料（7）储气（8）催化剂载体（9）作为模板合成其它纳米管
第二章
1.体积效应：纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少许多现象不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应
2.表面效应：纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所不同存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和性质，因而极易与其它原子结合而趋于稳定
3.量子尺寸效应：由尺寸减小，超微颗粒的能级间距变为分立能级，如果热能，电场能或磁场能比平均的能级间距还小时，超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应
4.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
(1)久保理论的两个假设是什么?
A简并液体费米假设——久保把超微粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子期，并进一步假设他们的能级为准粒子态的不连续能级；
B超微粒子电中性假设：对于一个超微粒子取走或放入一个电子都是十分困难的
2 、
3、表（界）面效应的主要影响：
1). 表面化学反应活性(可参与反应)
2).催化活性
3).纳米材料的（不）稳定性
4).铁磁质的居里温度降低
5).熔点降低
6).烧结温度降低
7).晶化温度降低
8).纳米材料的超塑性和超延展性
9).介电材料的高介电常数（界面极化）
10).吸收光谱的红移现象
4、小尺寸效应的主要影响：
1).金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象（电子平均自由程）动量
2).宽频带强吸收性质（光波波长）
3).激子增强吸收现象（激子半径）
4).磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能）
5).超导相向正常相的转变（超导相干长度）
5、纳米微粒表现出与宏观块体材料不同的的微观特性和宏观性质
A导电的金属在制成超微粒子时就可以变成半导体或绝缘体绝缘体氧化物相反
B磁化率的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关
C比热亦会发生反常变化，与颗粒中电子是奇数还是偶数有关
D光谱线会产生向短波长方向的移动
E催化活性与原子数目有奇数的联系，多一个原子活性高，少一个原子活性很低
第三章，第四章
1 、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，并分别解释原因。
熔点和开始烧结温度比常规粉体的低得多，比热容增加
答：熔点和开始烧结温度比常规粉体的低得多，比热容增加
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（比常规块体）
，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
2、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超顺磁状态的起源可归为以下原因：
A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
B不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁性的临界尺寸是不相同的
3、试述纳米微粒的光学吸收带发生蓝移和红移的原因
A.纳米微粒吸收带“蓝移”的解释有两个方面：
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
B吸收光谱的红移现象的原因
1).电子限域在小体积中运动；量子限域效应
2).粒径减小，内应力（P=2g/r, r为半径，g为表面能）增加，这种内应力的增加会导致能带结构的变化，电子波函数重叠加大，结果带隙、能级间距变窄，这就导致电子由低能级向高能级及半导体电子由价带到导带跃迁引起的光吸收带和吸收边发生红移；
3).能级中存在附加能级，如缺陷能级，使电子跃迁能级间距减小；
4).外加压力使能隙减小；
5).空位、杂质的存在使平均原子间距R增大，导致能级间距变小键长的变长
光吸收带的位置是由影响蜂位的蓝移因素和红移因素共同作用的结果，如果前者的影响大于后者，吸收带蓝移，反之，红移
4、试述纳米材料的光致发光不同于常规材料的原因
1）由于颗粒很小，出现量子限域效应，界面结构的无序性使激子、特别是表面激子很容易形成，因此容易产生激子发光带；
2）界面体积大，存在大量的缺陷，从而使能隙中产生许多附加能级；
3）平移周期被破坏，在K空间常规材料中电子跃迁的选择定则可能不适用晶体场不对称
4）杂质能级---杂质发光带处于较低能量位置，发光带比较宽
5、试述半导体催化剂的微粒尺寸减小，其光催化效率提高的原因
A能隙变宽
(1)当半导体粒子的粒径小于某一临界值(一般约为10nm)时，量子尺寸效应变得显著，电荷载体就会显示出量子行为，主要表现在导带和价带变成分立能级，能隙变宽，价带电位变得更正，导带电位变得更负，这实际上增加了光生电子和空穴的氧化—还原能力，提高了半导体光催化氧化有机物的活性
(2)量子尺寸效应
B电子空穴分离效率高
(1)半导体纳米粒子粒径通常小于空间电荷层的厚度，在离开粒子中心的L距离处的势垒高度为：
(2)LD是半导体的德拜长度，空间电荷层的任何影响都可以忽略
(3)光生载流子(电子、空穴）通过简单的扩散从粒子的内部迁移到粒子的表面与电子给体或受体发生氧化或还原反应
(4)在光催化剂中电子和空穴的俘获过程是很快的
这意味着半径越小，光生载流子从体内扩散到表面所需的时间越短，光生电荷分离效果就越高，电子和空穴的复合概率就越小，从而导致光催化活性的提高，提高电子空穴分离效率
C吸附能力强纳米粒子的尺寸很小，处于表面的原子很多，比表面积很大，吸附有机污染物的能力提高，光催化降解有机污染物的能力提高。研究表明，在光催化体系中，反应物吸附在催化剂表面上是光催化反应的一个前置步骤，纳米半导体粒子强的吸附效应甚至允许光生载流子优先与吸附的物质反应，而不管溶液中其他物质的氧化还原电位的顺序
6、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜的工作原理
透射电子显微镜：从加热到高温的钨丝发射电子，在高电压作用下以极快的速度射出，聚光镜将电子聚成很细的电子束，射在试样上；电子束透过试样后进入物镜，由物镜、中间镜成像在投影镜的物平面上，这是中间像；然后再由投影镜将中间像放大，投影到荧光屏上，形成最终像扫描电子显微镜：入射电子与样品之间相互作用激发出二次电子二次电子收集极将向各方向发射的二次电子汇集起来，再经加速极加速射到闪烁体上转变成光信号经过光导管到达光电倍增管，使光倍号再转变成电信号经视频放大器放大后输出送至显像管，调制显像管的亮度在荧光屏上便呈现一幅亮暗程度不同的反映样品表面起伏程度(形貌)的二次电子像
扫描隧道显微镜：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≤10?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?，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
原子力显微镜：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）
7、列举高能入射电子束轰击样品表面从样品中激发出的各种有用的信息1)二次电子—从距样品表面l00?左右深度范围内激发出来的低能电子<50eV---SEM2); 2)背散射电子—从距样品表面0.1—1μm深度范围内散射回来的入射电子，其能量近似入射电子能量; 3)SEM、低能电子衍射
4)原子核(连续波长X射线)和核外电子(二次电子和特征X射线)
5)俄歇电子—从距样品表面几?深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子Element
6)非弹性散射电子—入射电子受到原子核的吸引改变方向电子能量损失谱
7、TEM、SEM图像衬度原理分别是什么
TEM：由于穿过试样各点后电子波的相位差情况不同，在像平面上电子波发生干涉形成的合成波色不同，形成图像上的衬度
SEM：背散射电子能量高，以直线轨迹溢出样品表面，背向检测器的表面无法收集电子变成阴影，可以分析凹面样品
第五章
1、气相法制备纳米微粒的分类？
气相法制备纳米微粒包括化学气相反应法：气相分解法，气相合成法，气－固反应法
物理气相法：气体冷凝法，氢电弧等离子体法，溅射法，真空沉积法，加热蒸发法，混合等离子体法
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
纳米材料的制备技术及其特点
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
钢结构基本原理思考题简答题答案
钢结构基本原理简答题思考题答案 2、钢结构的特点是什么？ ①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高；③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、 施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。 第二章钢结构的材料 6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？ 钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（205℃）下均匀拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。 7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？ 钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的性能也具有代表性。因此，它是钢材机械性能的常用试验方法。 8、净力拉伸试验的条件有哪些？ ①规定形状和尺寸的标准试件；②常温（205℃）；③加载速度缓慢（以规定的应力或应变速 度逐渐施加荷载）。 9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力-应变曲线来表示。其中纵坐标为名义应力，试解 释何谓名义应力？ 所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力=F/A0（F、A0为试件的受拉荷载和原横截面面积）。 10、钢材的弹性？ 对钢材进行拉伸试验，当应力不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减； 卸除荷载后（=0）试件变形也完全恢复（ε=0），没有残余变形。钢材的这种性质叫弹性。 11、解释名词：比例极限。 比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例极限时，应力应变成正比关系。 12、解释名词：屈服点 屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点。 13、解释名词：弹性变形 弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。 14、解释名词：塑性变形 塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。 15、解释名词：抗拉强度 抗拉强度：钢构件受拉断裂时所对应的强度值。 16、解释名词：伸长率 伸长率是钢结构试件断裂时相对原试件标定长度的伸长量与原试件标定长度的比值，用δ5；或δ10表示。δ5 表示试件标距l0与横截面直径d0之比为5；δ10表示试件标距l0与横截面直径d0之比 为10。对于板状试件取等效直径d0=2π0A A0为板件的横截面面积。 17、钢材承载力极限状态的标志是什么、并做必要的解释。 钢材在弹性阶段工作即σ﹤f y时，应力与应变间大体呈线性正比关系，其应变或变形值很小，钢材具有持续承受荷载的能力；但当在非弹性阶段工作即σ﹥f y时，钢材屈服并暂时失去了继续承受荷载的能力，伴随产生很大的不适于继续受力或使用的变形。因此钢结构设计中常把屈服强度f y定为构件应力可以达到的限值，亦即把钢材应力达到屈服强度f y作为强度承载力极限状态的标志。 18、解释屈强比的概念及意义。 钢材屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比。屈强比表明设计强度的一种储备，屈强比愈大，强度储备愈小，不够安全；屈强比愈小，强度储备愈大，结构愈安全，但当钢材屈强比过小时，其强
钢结构思考题
《钢结构》思考题 Ch1概论 1、钢结构的合理应用范围是什么？各发挥了钢结构的哪些特点？ 大跨度结构：强度高、自重轻 高层建筑：强度高、自重轻、抗震性能好 工业结构：施工周期短、制造简便 轻型结构：强度高、自重轻 高耸结构：强度高、自重轻、塑性韧性好 2、钢结构的功能要求是什么？有哪两种极限状态？其内容有哪些？ 功能要求：安全性、适用性、耐久性 极限状态：（1）承载能力极限状态，对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。 （2）正常使用极限状态，对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 3、《钢结构设计规范》（GB50017—2003）采用什么设计方法？ 对于疲劳，采用容许应力幅法，其他则使用概率极限状态设计法 4、什么是结构的可靠性？什么是结构的可靠度？ 可靠性：结构在规定的设计使用年限内，在规定的条件下完成预定功能的能力。 可靠度：结构在规定的设计使用年限内，在规定的条件下完成预定功能的概率。 Ch2钢结构的材料 1、钢材的破坏形式有哪两种？其特点如何？ 塑性破坏：破坏前具有较大的塑性变形，并且有较长的变形持续时间，易及时发现和补救。 脆性破坏：破坏时断口平齐，呈有光泽的晶粒状，破坏前变形小且突然发生，危险性很大。 2、钢材有哪几项主要机械性能指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？ 强度指标：抗拉强度、屈服强度、描述钢材抵抗破坏的能力； 塑性指标：伸长率，描述钢材产生残余变形而不立即断裂的性能； 韧性指标：冲击功，描述钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力； 冷弯性能：由冷弯性能实验确定是判断钢材塑性变形能力与冶金质量的综合指标。 3、影响钢材机械性能的主要因素有哪些？各因素大致有哪些影响？ （1）化学成分的影响：碳含量提高，则钢材强度提高，但同时塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗腐蚀能力下降； 适量的锰、硅可以提高钢材的强度；硫、磷和氧、氮会降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳性能， 硫和磷可以在高温和低温时使钢材变脆，分别称为热脆和冷脆。 （2）钢材生产过程的影响：钢的浇铸方法，按脱氧程度或方法不同分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢； 钢材的轧制：轧钢机的压力作用可使钢锭中的小气泡和裂纹弥合并使组织密实；
纳米材料科学与技术
聚合物基纳米复合材料的研究进展 摘要:本文总结了聚合物基纳米复合材料的研究进展，主要涉及纳米复合材料的制备方法、性能介绍和应用情况等方面，对聚合物基纳米复合材料的合成技术方法、不同的类型和相应性能特点进行了重点分析。对于聚合物基纳米复合材料，纳米填料的分散性、与聚合物基体的界面性能以及基体的性质都是影响其物理、热性能、机械等性能的重要参数。最后，简要介绍了目前在聚合物基纳米复合材料研究领域存在的问题，并对中国在该领域的未来发展以及纳米复材的产业化应用提出了相关建议。 关键词：纳米复合材料；聚合物；进展 Progress in Polymer Nanocomposites Development Abstract：This article summarizes some of the highlights of newest development in polymer nanocomposites research. It focuses on the preparation, properties and applications of polymer nanocomposites. The various manufacturing techniques, analysis of kinds of polymer nanocomposites and their applications have been described in detail. In the case of polymer nanocomposites, filler dispersion, intercalation/exfoliation, orientation and filler-matrix interaction are the main parameters that determine the physical, thermal, transport, mechanical and rheological properties of the nanocomposites. Finally, the recent situation of research in polymer nanocomposites was introduced and some constructive suggestions were proposed about the industrialization of polymer nanocomposites in China. Keywords：nanocomposites; polymer; progress
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
钢结构思考题
1、轻型门式钢架结构主要由门式钢架梁、钢架柱、支撑、檩条、屋面板、墙面等组成 2、门式刚架的结构形式有哪些？ 3、对于多跨刚架来说，设置多脊多坡与单脊双坡，哪一种更合理，为什么？ 对于多跨钢架来说，单脊双坡比多脊多坡好；避免采用不等高钢架；单脊双坡多跨屋架：无桥式吊车，且柱高不非常高，风载不是很大时，中柱应采用摇摆柱；多脊多坡：有桥式吊车时，中柱宜为两端刚接，增大钢架侧向刚度。 4、摇摆柱：当门式钢架跨度较大时，中间柱上下两端均采用铰接形式称之为摇摆柱 门式钢架的跨度：横向钢架柱轴线间的距离 门式钢架的高度： 抗风柱：设置在砖混结构房屋两端山墙内，抵抗水平风荷载的钢筋混凝土构造柱 5、变截面门式刚架内力计算采用什么分析方法？ 变截面门式钢架内力计算采用弹性分析方法，通常按平面结构对待，不考虑蒙皮效应 6、变截面门式刚架侧移计算采用什么分析方法？当门式刚架在水平风荷载作用下的柱顶侧移不满足规范限值要求时，可采用何种措施调整？ 变截面门式刚架侧移计算采用弹性分析方法确定，若柱顶侧移不满足规范限制要求，可采用增大构件（梁、柱）截面、刚接柱脚、中间摇摆柱改为刚接等方式来提高钢架的整体抗侧刚度，减小结构侧向变形。 7、应在门式刚架梁腹板的哪些部位设置横向加劲肋？ 应在门式刚架梁腹板的中柱连接处、较大荷载集中处和翼缘转折处设置横向加劲肋 8、门式刚架斜梁按什么构件计算其强度和稳定？实腹式刚架斜梁的平面外计 算长度是怎样取值的？ 门式刚架斜梁按压弯构件计算其强度和稳定、实腹式刚架斜梁的平面外计算长度应取侧向支撑点间的距离 9、在门式刚架结构中哪些部位需设置隅撑？设置隅撑的目的和作用？ 在门式刚架结构中，通常在钢架梁受压翼缘的两侧设置隅撑。其一端连于钢架梁或钢架柱的受压翼缘，另一端连于屋面檩条或墙梁。设置隅撑的目的和作用是可提高钢架梁或钢架柱的整体稳定承载力。 10、压性钢板的表示方法。压型钢板根据波高不同，可分为几种？ 压性钢板的表示方法为YX波高-波距-有效覆盖宽度。压型钢板根据波高不同，可分为低波板、中波板和高波版。 11、卷边槽钢檩条和卷边 Z 形檩条各适用于什么屋面坡度？设计檩条时，应按 何种类型构件计算？应计算哪些内容？ 卷边槽钢檩条和卷边 Z 形檩条各适用于屋面坡度i＞1/3的情况。设计檩条时，应按双向受弯构件计算。应计算哪些内容:需验算其强度、稳定、刚度等。由于屋面质量轻，还需考虑风吸力对屋面檩条的受力影响。 12、简述在门式刚架屋面系统中，拉条的作用和设置原则？ 拉条的作用：防止檩条侧向变形和扭转并且提供檩条弱轴方向的中间支撑。 设置原则：当檩条跨度大于4m时，应在檩条跨中位置设置拉条。当檩条跨度大于6m时，需在檩条跨度三分点位置处各设一道拉条。 13、门式刚架斜梁与柱的刚性连接采用哪几种形式：可采用端板竖放、端板平放和端板斜放三种形式 第二章重型厂房结构设计 1、概念:有檩体系：房屋横向刚度大，屋盖及下部结构用料多，屋盖自重较大 无檩体系：屋架间距灵活，构件重量轻
北京交通大学与加拿大滑铁卢大学合作举办“纳米材料与技术”专业本科教育项目
北京交通大学与加拿大滑铁卢大学合作举办 “纳米材料与技术”专业本科教育项目 1、项目介绍： 本项目是北京地区高校中第一个被教育部批准的“纳米材料与技术”专业本科教育中外合作办学项目【教外综函[2012]49号】。 2、培养目标： 专业融合两校的优势课程，引入国际先进的教育理念，充分发挥北京市纳米科技资源优势，制定与国际接轨的教学培养方案和教学质量监控体系，努力培养德智体全面发展，数理、材料与技术基础扎实，解决实际问题能力强，富有创新精神和开拓能力，有国际视野，能在科研、高校及企事业单位从事与纳米材料与技术相关研发、教学与管理工作的高端复合型人才。 3、学制模式： 纳米材料与技术专业学制4年，采取2+1+1培养模式，学生前两年和第四年在北京交通大学全日制学习，第三年赴加拿大滑铁卢大学全日制学习。专业将摈弃高校传统的大学英语教学模式，聘请滑铁卢大学教师对学生英语语言能力进行全方位培训，提高学生英语应用能力。第一学年实行双语授课，此后实施全英文教学，专业总课程和核心课程的三分之一以上由滑铁卢大学老师和外教承担，实现本土教学的国际化。 4、培养层次（学位）： 学生完成全部纳米材料与技术专业课程以及毕业设计，成绩合格获北京交通大学工学学士学位。若所修课程也达到滑铁卢大学本科毕业要求，可同时获得滑铁卢大学学士学位。 5、毕业去向： 预计75%以上毕业生深造，其中去国外、境外知名高校、科研机构继续深造学生数将达到50%，其余毕业生可在国内高校、科研机构及企事业单位等从事科学研究、技术开发、教学和管理等工作。 6、核心课程： 材料与纳米科学技术、固体物理、材料的光学及电学性能、生物材料、高分子材料、固体材料与纳米器件、纳米物理学。 7、学习费用：
纳米技术的应用与前景
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
钢结构基本原理-思考题简答题-答案
钢结构基本原理-思考题简答题-答案
钢结构基本原理简答题思考题答案 2、钢结构的特点是什么？ ①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高； ③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、 施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。第二章钢结构的材料 6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？ 钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（20 5℃）下均匀 拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性 能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。 7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？ 钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的 性能也具有代表性。因此，它是钢材机械性能的常 用试验方法。 8、净力拉伸试验的条件有哪些？ ①规定形状和尺寸的标准试件；②常温 （20 5℃）；③加载速度缓慢（以规定的应力或应 变速度逐渐施加荷载）。
9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力- 应变曲线来表示。其中纵坐标为名义应力，试解释何谓名义应力？ 所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力 =F/A0（F、A0为试件的受拉荷载和原横截面面积）。10、钢材的弹性？ 对钢材进行拉伸试验，当应力 不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减； 卸除荷载后（ =0）试件变形也完全恢复（ε=0），没有残余变形。钢材的这种性质叫弹性。 11、解释名词：比例极限。 比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例极限时，应力应变成正比关系。 12、解释名词：屈服点 屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点。 13、解释名词：弹性变形 弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。 14、解释名词：塑性变形 塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。
纳米技术知识材料
纳米技术知识材料 一、纳米（nano meter,nm）： 一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度。 二、纳米科学技术（nanotechnology）： 纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代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，例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学等。纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。 三、纳米材料（nano material）与纳米粒子（nano particle）： 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 四、几种典型的纳米材料： a) 纳米颗粒型材料： 应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒材料。被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂，利用甚高的比表面与活性可以显著得提高催化效率，例如，以微径小于微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。 录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性粒子作为磁记录介质。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20）纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达4’106～4’107位/厘米（107～108位/英寸），即每厘米可记录4百万至4千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密度、低噪音和高信噪比等优点。
纳米材料与技术作业
纳米材料与技术作业 1.纳米材料按维度划分，可分为几类？ (1) 0维材料quasi-zero dimensional—三维尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。 (2) 1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。 (3) 2维材料—厚度为1 — 100 nm的薄膜。 (4) 体相纳米材料(由纳米材料组装而成)。 (5)纳米孔材料(孔径为纳米级) 2. 详细说明纳米材料有那几大特性？这几大特性的特点是什么？为什么纳米材料具有这些特性？ (1) 表面效应：我们知道球形颗粒的比表面积是与直径成反比的，故颗粒直径越小，比表面积就会越大，因此，纳米颗粒表面具有超高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧，也正是基于表面活性大的原因，纳米金属颗粒可以看成新一代的高效催化剂，储气材料和低熔点材料； (2) 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变会引起颗粒宏观物理性质的质变。特殊的光学性质：所有的金属在超微颗粒状态都呈现为玄色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等；特殊的热学性质：固体颗粒在超微细化后其熔点将明显降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为明显；特殊的磁学性质：超微的磁性颗粒可以使鸽子、海豚等生物在微弱的地磁场中辨别方向，利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，可以做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等；利用超顺磁性，可以将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体；特殊的力学性质：由于纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很轻易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。 (3)宏观量子隧道效应：处于分子、原子与大块的固体颗粒之间的超微纳米颗粒具有量子隧道效应，例如：在知道半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子的波长时，电子就会通过隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。 3.半导体纳米材料光催化特性产生的原因是什么？为什么一些半导体纳米材料的光催化特性要远远好于非纳米结构的半导体材料？ (1)光催化特性是半导体具有的独特性能之一，在光的照射下，半导体价带中的电子跃迁到导带，从而价带产生空穴，导带中产生电子。空穴具有很强的氧化性，电子具有很强的还原性；(2)光激发和产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的分离和符合这两个相互竞争的过程，因此为了提高催化效率，需要加入电子或者空穴捕获剂，纳米半导体材料相比于一般的半导体材料具有更大的比表面积，因此具有更好的催化效果。 4.详细说明零维纳米材料具有哪些优良的物理化学特性？产
钢结构思考题
1. 焊条型号与钢材品种的匹配关系 对Q235钢采用E43型焊条（E4300~~E4328） 对Q345钢采用E50型焊条（E5001~~E5048） 对Q390钢和Q420钢采用E55型焊条（E5500~~E5518） 2.手工电弧焊采用的是有药皮的焊条 自动或手自动埋弧焊采用的是无药皮的焊丝 3.平接采用的是对接焊缝 搭接采用的是角焊缝 顶接（T 形）采用的是对接焊缝或角焊缝 4.一、二级焊缝与母材等强度的受拉对接焊缝应予焊透，三级焊缝需要计算 5.写出工字形截面上的对接焊缝受有弯矩、剪力的计算公式（p.46） w t f W M A ≤:；w v f It VS E ≤=τ: ；C.B ：2 1213τσ+w t f 1.1≤ 6.对接焊缝的形式是由什么决定的？写出其中四种形式 对接焊缝的形式是由板件厚度决定的；V 形焊缝、U 形、K 形和X 形坡口 7.为什么要规定最大、最小焊脚尺寸？最大、最小焊脚尺寸是怎样规定的？ 因为焊缝纵向沿应力分布不均匀，最大/最小焊脚尺寸h fmax ≤1.2t mix / h fmix ≥1.5max t 8.为什么要规定焊缝的最大最小焊缝计算长度？ 如果焊缝长度超过某一限值后，塑性阶段的应力分布开展不充分，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度l w ≤60h f ，角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时。焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷使焊缝不够可靠。此外，焊缝集中在一很短的距离内，焊件的应用集中也较大。因此根据经验，规定侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8h f 和40mm 。 9．写出角焊缝强度计算的总公式及退化公式？（p34） 10.普通螺栓连接受剪破坏的形式有哪些？其中哪些是由计算保证的？哪些是由构造保证的 可能的破坏形式有：①当栓杆直径较小时，板件较厚时，栓杆可能先被剪断②当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏③当板件净截面面积因螺栓孔削弱太多时，板件可能会被拉断④端距太小，端距范围内的半间有可能会被栓杆冲剪破坏。上述第③种破坏形式属于构件的强度计算；第④种破坏形式由螺栓端距大于等于2d 0来保证，第①②种破坏形式由计算保证。 11.单个螺栓受剪承载力的计算公式是怎样确定的？ 假定螺栓受剪面上的剪应力是均匀分布的，则单个抗剪螺栓连接的抗剪承载力设计值为 N b v =n v 42 d πb v f （n v 为受剪面数目，d 为螺栓杆直径, b v f 螺栓抗剪强度设计值) 12.写出螺栓群小偏心受拉的必要条件和强度条件 必要条件：min N =n N －21i y Ney ∑≥0，强度条件：max N =n N ＋21i y Ney ∑≤b t N 第四章 1.轴心受压构件承载能力计算包括哪些方面？强度和稳定性 2.轴心受压构件承载能力计算刚度的计算是由什么控制的？长细比 3.轴心受压构件的屈曲形式有哪几种？弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲
纳米材料及其应用前景
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指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。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，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
钢结构思考题[期末考试简答]
钢结构的材料 1．为什么能把钢材简化为理想的弹塑性材料？ 2．塑性和韧性的定义，两者有何区别，冷弯性能和冷作硬化对结构设计的意义是什么？3．为什么承受动力荷载的重要结构要通过刨边、扩孔等方法清除其冷加工的边缘部分？ 1．答：从钢材拉伸时的应力－应变曲线可以看到，钢材有较明显的弹性、屈服阶段，但当应力达屈服点后，钢材应变可达2％～3％，这样大的变形，虽然没有破坏，但结构或构件已不适于再继续承受荷载，所以忽略弹塑性阶段，而将钢材简化为理想的弹塑性材料。2．答：塑性是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形而不立即断裂的性质；韧性是指塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性同塑性有关，但不完全相同，是强度和塑性的综合表现。冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力，可检验钢材的冷加工工艺和检查钢材的内部缺陷。钢材冷加工过程中引起的钢材硬化称为冷作硬化，冷作硬化可能使材料变脆。 3．答：钢结构冷加工时会引起钢材的局部冷作硬化，从而使材料强度提高，塑性、韧性下降，使钢材变脆。因此，对承受动力荷载的重要结构要通过刨边、扩孔等方法清除其冷加工的边缘部分，从而防止脆性破坏。 钢结构的连接 1、请说明角焊缝焊脚尺寸不应太大、太小的原因及焊缝长度不应太长、太短的原因? 2、试述焊接残余应力对结构工作的影响? 3、正面角焊缝和侧面角焊缝在受力上有什么不同？当作用力方向改变时，又将如何？ 4、对接焊和角焊缝有何区别？ 5、如何减小焊接应力和焊接变形？ 6．高强度螺栓的预拉力起什么作用？预拉力的大小与承载力之间有什么关系？ 7．摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓有什么区别？ 8．为什么要控制高强度螺栓的预拉力，其设计值是怎样确定的？ 9．普通螺栓和高强度螺栓在受力特性方面有什么区别？单个螺栓的抗剪承载力设计值是如何确定的？ 10．螺栓群在扭矩作用下，在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假定条件下求得的？ 1．答：焊脚尺寸太大施焊时较薄焊件容易烧穿；焊缝冷却收缩将产生较大的焊接变形；热影响区扩大容易产生脆裂。焊脚尺寸太小，焊接时产生的热量较小，焊缝冷却快，容易产生裂纹；同时也不易焊透。 焊缝长度过短，焊件局部加热严重，会使材质变脆；同时起、落弧造成的缺陷相距太近，严重影响焊缝的工作性能。 焊缝长度过长，应力沿长度分布不均匀，两端应力可能达到极限值而先破坏，中部则未能充分发挥其承载能力。 2．答：残余应力对结构静力强度一般没有影响，因为它是自相平衡力系，只要材料能发生塑性变形，其静力强度是不变的。但当材料不能发展塑性时，则可能发生脆性破坏，即各点的外加应力和其残余应力相加达到材料的抗拉强度fy ，该点即破坏，从而降低构件的承载力。 残余应力将减少构件的刚度，因残余应力与外加应力相加，将使某些部分提前进入塑性而不再承担以后增加的荷载。
纳米科学与技术
深圳大学课程教学大纲 课程编号: 23200001 课程名称: 纳米科学与技术 开课院系: 材料学院 制订(修订)人: 曹培江 审核人: 批准人： 2007年9月3日制(修)订
课程名称:纳米材料与技术 英文名称: Nano science & technology 总学时: 36 其中：实验课0 学时 学分: 2 先修课程:大学物理、普通化学、材料科学基础 教材:《纳米材料和纳米结构》—张立德，牟季美著；科学出版社 参考教材:《纳米科学与技术》—白春礼著；云南科技出版社《纳米材料制备技术》—王世敏主编；化学工业出版社《纳米技术与纳米武器》—赵冬等编著；军事谊文出版社 授课对象：非材料专业大学本科生 课程性质: 综合选修（全校公选课） 教学目标: 1. 了解纳米科技的内涵、实用目的及其终极目标。 2. 简单了解用于纳米材料制备的各种仪器。纳米微粉的科学制备分类方法应该是气相法、液相法、固相法。其中气相法包括电阻加热法、高频感应加热法、等离子体加热法、电子束加热法、激光加热法、通电加热蒸发法、流动油面上真空沉积法、爆炸丝法、热管炉加热化学气相反应法、激光诱导化学气相反应法、等离子体加强化学气相反应、化学气相凝聚法、溅射法等。其中液相法包括沉淀法、水解法、喷雾法、溶剂热法(高温高压)、蒸发溶剂热解法、氧化还原法(常
压)、乳液法、辐射化学合成法、溶胶—凝胶法等。其中固相法包括热分解法、固相反应法、火花放电法、溶出法、球磨法等。 3. 了解用于纳米材料测试的各种仪器。其中了解扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描隧道显微镜(STM)。 4. 了解纳米科技的国际环境及纳米材料的主要现实应用领域。 通过本门课程的学习，要求学生对纳米材料与技术所涉及的相关领域有初步认知。使学生开阔视野，拓宽知识面，改善知识结构，增强适应能力，激发学习兴趣，破除对高技术的神秘感，树立攀登科技高峰的信心。 课程简介: 纳米材料与技术是一门基础研究与应用研究紧密联系的新型学科。本课程紧跟当代纳米技术发展的最新成就和前沿，系统阐述纳米技术的有关概念、应用、国内外研究开发战略和中国的纳米产业，介绍国内外纳米行业研究开发的最新资料和信息，特别是当前国内外在纳米领域的新成果、新观点、新理论和产业化实例，具有最新实时的特点，为学生提供新思路和应用信息。 教学内容： 1.加深长度概念的理解。 （1）展示一组题为“无限”的图片(42张) （2）了解长度单位：光年、公里、米、毫米、微米、纳米、皮米、飞米等。 2. 碳纳米管