纳米材料导论复习题

《纳米材料导论》作业1、什么是纳米材料？怎样对纳米材料进行分类？答：任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称作纳米材料。

它包括体积分数近似相等的两部分：一是直径为几或几十纳米的粒子，二是粒子间的界面。

纳米材料通常按照维度进行分类。

原子团簇、纳米微粒等为0维纳米材料。

纳米线为1维纳米材料，纳米薄膜为2维纳米材料，纳米块体为3维纳米材料，及由他们组成的纳米复合材料。

按照形态还可以分为粉体材料、晶体材料、薄膜材料。

2、纳米材料有哪些基本的效应？试举例说明。

答：纳米材料的基本效应有：一、尺寸效应，纳米微粒的尺寸相当或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等特征尺寸时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电、磁、热力学等特征性即呈现新的小尺寸效应。

出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态转为无序态；超导相转变为正常相；声子谱发生改变等。

例如，纳米微粒的熔点远低于块状金属；纳米强磁性颗粒尺寸为单畴临界尺寸时，具有很高的矫顽力；库仑阻塞效应等。

二、量子效应，当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，必须考虑量子效应，随着金属微粒尺寸的减小，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分子轨道，能隙变宽的现象均称为量子效应。

例如，颗粒的磁化率、比热容与所含电子的奇、偶有关，相应会产生光谱线的频移，介电常数变化等。

三、界面效应，纳米材料由于表面原子数增多，晶界上的原子占有相当高的比例，而表面原子配位数不足和高的表面自由能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，从而具有很高的化学活性。

引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化；纳米微粒表面原子运输和构型的变化。

四、体积效应，由于纳米粒子体积很小，包含原子数很少，许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质加以说明，即称体积效应。

《纳米科学与技术导论》复习题（第二版）1、什么是纳米材料？结构材料？答：纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度水平，并且具有特殊性能的材料。

其主要类型为：纳米颗粒与粉体、碳纳米管和一维纳米材料、纳米薄膜、纳米块材。

纳米结构2、什么是纳米科技？答：纳米科技是指在纳米尺度（1~100nm之间）上研究物质组成体系的运动规律和相互作用，以及在应用中实现特有功能和智能作用的多学科交叉的科学和技术。

3、纳米技术的科学意义。

答：＜1＞纳米科技将促使人类认知的革命。

＜2＞纳米科技将引发一场新的工业革命。

＜3＞纳米科技将影响未来人类的生活方式和思维方式。

4、纳米材料有哪4种维度？举例说明。

答：纳米块体（三维纳米材料）、纳米薄膜（二维纳米材料）、纳米线（一维纳米材料）、量子点（O维纳米材料）。

5、随颗粒的直径的减小，材料的熔点有什么改变？原因是什么？纳米材料的稳定性有什么改变？答：下降。

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，火星大，纳米粒子融化时所需增加内能小，致熔点急剧下降。

热稳定性变差。

6、电子在纳米材料中的传播特点是什么？答：晶界存在使电子的散射增加，晶界原子更混乱，导致界面热垒升高，电阻增加。

7、什么是巨电导振荡？答：现象描述：用脉冲激光照射微米或毫米金属丝，没有电导变化。

用脉冲激光照射金属丝的纳米窄收缩处，因热效应使收缩处的直径发生变化，从而引起电导的强烈振荡。

8、激子定义是什么？答：电子和空隙通过库伦相互作用力而束缚在一起，形成的电子——空隙对。

9、什么是超顺磁性？答：纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。

粒子的磁化方向表现为磁的“布朗运动”，粒子集合体的总磁化强度为零，称为超顺磁性。

10、名词解释STM、AFM、SEM、XRF、TEMSTM：扫描隧道显微镜AFM：原子力显微镜XRF：X射线荧光分析SEM：扫描电子显微镜TEM：透射电子显微镜11、简述STM和AFM工作原理及对纳米技术的影响。

纳米材料复习题纳米材料复习题一、纳米材料的定义和特点纳米材料是指在至少一维尺度上具有纳米级别尺寸的材料。

其特点包括：1. 尺寸效应：纳米材料的尺寸与其物理、化学性质密切相关。

例如，纳米颗粒的表面积相对较大，导致其具有更高的活性和反应性。

2. 量子效应：纳米材料的电子结构受到量子效应的影响，其光学、电学、磁学等性质与宏观材料有所不同。

3. 界面效应：纳米材料的界面处存在着相互作用和相变，这些效应对其性能和应用具有重要影响。

二、纳米材料的制备方法1. 碳纳米管的制备：碳纳米管可以通过电弧放电、化学气相沉积、热解等方法制备。

2. 金属纳米颗粒的合成：金属纳米颗粒可以通过化学还原、溶胶凝胶法、热分解等方法制备。

3. 量子点的制备：量子点可以通过溶液法、气相法、热分解法等方法制备。

4. 纳米薄膜的制备：纳米薄膜可以通过物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法等方法制备。

三、纳米材料的应用领域1. 纳米电子学：纳米材料在电子器件中的应用具有重要意义。

例如，纳米晶体管可以实现更高的电子迁移率和更小的功耗。

2. 纳米医学：纳米材料在医学领域的应用包括药物传递、生物成像和癌症治疗等。

纳米颗粒可以作为药物载体，实现精确的靶向治疗。

3. 纳米能源：纳米材料在能源领域的应用包括太阳能电池、燃料电池和储能材料等。

纳米结构可以提高能量转换效率和储存密度。

4. 纳米传感器：纳米材料可以制备成高灵敏度的传感器，用于检测环境中的化学物质、生物分子和物理参数等。

四、纳米材料的挑战和前景1. 安全性问题：纳米材料的生物毒性和环境风险需要重视。

在纳米材料的应用过程中，需要对其安全性进行评估和监测。

2. 大规模制备：纳米材料的大规模制备是一个挑战。

目前，研究人员正在探索高效、低成本的纳米材料制备方法。

3. 多功能性：纳米材料的多功能性使其在各个领域具有广泛的应用前景。

未来，纳米材料的研究将更加注重材料的设计和功能的定制。

总结：纳米材料作为一种新兴的材料，具有独特的特点和广泛的应用前景。

1、纳米材料：指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内或由它们作为基本单元构成的材料。

2、“自上而下”：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。

如：切割、研磨、蚀刻、光刻印刷等。

（从大到小）3、“自下而上”：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。

如化学合成、自组装、定位组装等。

（从小到大）4、荷花效应：莲花出淤泥而不染，其表面的特殊结构有自我清洁功能，水珠会夹带灰尘颗粒离开叶面，莲花的这一自我清洁功能称为莲花效应。

是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起，认为在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构, 这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引起超疏水表面的根本原因5、在超高分辨率电子显微镜下可以清晰看到：在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”，在山包上面长满绒毛，在“山包”顶则又长出一个个馒头状的“碉堡”凸顶。

因此，在“乳突”间的凹陷部份充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。

这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空气，只能同叶面上“乳突”的凸顶形成几个点接触。

雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是“荷叶效应”能自洁叶面的奥妙所在。

再加上叶片表面的细微结构之助，使水与叶面的面积更小而接触角变大，因此加强了疏水性，同时也降低污染颗粒对叶面的附着力。

6、荷叶效应：应用：包括防水底片、防水噴霧劑；外衣、鞋子、車子的外殼、反光鏡、安全帽鏡片、廚具、瓦斯爐等容易髒污的器具表面，甚至飛機的表面7、硅藻土：它具有一些独特的性能，如：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性，能吸附等于自身质量1.5-4倍的水和1.1-1.5倍的油分徽墨，壁虎脚：高粘附力8、纳米材料与传统材料的主要差别：①纳米材料至少有一维处于0.1~100nm (尺寸)②因具有量子尺寸效应、界面效应、表面效应，宏观量子隧道效应等，引起光学，热学，电学，磁学，力学，化学等性质发生显著变化。

纳⽶复习题第⼀章、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。

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。

1.简述纳米材料的定义、含义与分类。

任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称为纳米材料。

纳米材料可有晶体、准晶、非晶组成。

纳米材料的基本单元或组成单元可由原子团簇、纳米微粒、纳米线或纳米膜组成，它既可以包括金属材料，也可以包括无机非金属材料和高分子材料。

纳米材料通常按照维度进行分类。

原子团簇、纳米颗粒等为零维纳米材料，纳米线为一维纳米材料，纳米薄膜为二维纳米材料，纳米块体为三维纳米材料。

2.试述纳米材料的结构特征纳米材料的结构不同于常规物质，属于物质由宏观世界向微观世界的过渡区域，许多传统的物理化学理论在这种非宏观与非微观的领域已不再使用。

由于粒子的表面能和表面张力随粒径的减小而增加，纳米微粒的比表面积大以及由于表面原子的最近邻数低于体内而导致非键电子对的排斥力降低，必然引起颗粒内部特别是表面层晶格的畸变，原子在外力作用下，很容易迁移，因此表现出很好的韧性与一定的延展性，与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将与传统的大颗粒材料显著不同。

3、量子隧道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。

库仑堵塞与量子隧穿：当体系的尺度进入到纳米级（一般金属粒子为几个纳米，半导体粒子为几十纳米），体系是电荷“量子化”的，即充电和放电过程是不连续的，充入一个电子所需的能量Ec为e2/2C，e为一个电子的电荷，C为小体系的电容，体系越小，C越小，能量Ec越大。

我们把这个能量称为库仑堵塞能。

换句话说，库仑堵塞能是前一个电子对后一个电子的库仑排斥能，这就导致了对一个小体系的充放电过程，电子不能集体传输，而是一个一个单电子的传输。

通常把小体系中这种单电子输运行为称为库仑堵塞效应。

如果两个量子点通过一个“结”连接起来，一个量子点上的单个电子穿过能垒到另一个量子点上的行为称作量子隧穿。

名词解释：1、纳米：纳米是长度单位，10-9米，10埃。

2、纳米材料：指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm ）或由他们作为基本单元构成的材料。

3、原子团簇：由几个乃至上千个原子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体（原子团簇尺寸一般小于20nm ）。

4、纳米技术：指在纳米尺寸范围内,通过操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。

5、布朗运动：悬浮微粒不停地做无规则运动的现象。

6、均匀沉淀法：利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来，再与沉淀组分发生反应。

7、纳米薄膜材料：指由尺寸在纳米量级的颗粒构成的薄膜材料或纳米晶粒镶嵌与某种薄膜中构成的复合膜且每层厚度都在纳米量级的单层或多层膜。

8、真空蒸镀：指在高真空中用加热蒸发的方法是源物质转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。

9、超塑性：超塑性是指在一定应力下伸长率≥100％的塑性变形。

10、弹性形变：指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体又恢复原状。

11、塑性形变：指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体不会恢复原状 。

12、HAII-Petch 公式：σ－－强度； H －－硬度；d －－晶粒尺寸；K －－常数13、纳米复合材料：指分散相尺度至少有一维小于100nm 的复合材料。

d K +0y σσ＝dKH H +0y ＝14、蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

15、热塑性：物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。

大题：1、纳米粒子的基本特性？（1）小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会造成颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸的变小，所导致的颗粒宏观物理性质的改变称为小尺寸效应。

（2）表面效应：纳米粒子表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而显著增加，粒子的表面能和表面张力也随着增加，物理化学性质发生变化。

纳⽶材料考题⼀、什么是荷叶效应？主要是指莲叶表⾯具有超疏⽔以及⾃洁的特性，即荷叶的疏⽔效应和荷叶的⾃洁效应⼆、纳⽶效应包括哪些?量⼦尺⼨效应、⼩尺⼨效应、表⾯效应、宏观量⼦隧道效应、库仑阻塞和量⼦隧穿、介电陷域效应三、什么是⼀维纳⽶材料？在两个维度上为纳⽶尺度的材料，即具有纤维结构的称为⼀维纳⽶材料。

⼀维纳⽶材料就是指在⼀个尺⼨⽅向是纳⽶级别的，常见的就是纳⽶线这种纳⽶材料，如碳纳⽶管等材料准⼀维实⼼的纳⽶材料，两维⽅向上为纳⽶尺度，长度⽅向尺度可以⼤许多，甚⾄可以达到宏观量级。

四、什么是⽯墨烯？⽯墨烯是⼀种⼆维晶体，⽯墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 是⽬前最理想的⼆维纳⽶材料.。

理想的⽯墨烯结构是平⾯六边形点阵，可以看作是⼀层被剥离的⽯墨分⼦，即当把⽯墨⽚剥成单层之后，这种只有⼀个碳原⼦厚度的单层就是⽯墨烯。

五、纳⽶材料⾃下⽽上制备技术是什么？（题外——⾃上⽽下：通过微加⼯技术，在尺⼨上纳⽶化；固体→微⽶颗粒→纳⽶颗粒）本题——⾃下⽽上：以原⼦、分⼦为基本单元，按照设计组装成纳⽶结构。

主要有：⽓相法制备纳⽶微粒、液相法制备纳⽶微粒、纳⽶微粒的表⾯修饰六、纳⽶粉体为什么存在团聚问题？如何解决？由于纳⽶材料表⾯效应⼤、吸附能⼒强、极易团聚。

针对不同材料有5种⽅法可以有效地克服纳⽶粉末的团聚，实现纳⽶粉末的分散：分散剂法、超声波法、表⾯活性剂、直接分散法、改进的胶粉混合法。

七、常⽤⽓相和液相制备纳⽶材料的⽅法有哪⼏种？⽓相法制备纳⽶微粒——1.⽓体冷凝法 2.活性氢－熔融⾦属反应法3.溅射法4.流动液⾯上真空蒸镀法 5.电热蒸发法6.混和等离⼦法7.激光诱导化学⽓相沉积（LICVD）8.爆炸丝法9.化学⽓相凝聚法（CVC）和燃烧⽕焰－化学⽓相凝聚法（CFCVC）液相法制备纳⽶微粒——1.沉淀法 2.喷雾法 3.⽔热法 4.溶剂挥发分解法 5.溶胶－凝胶法6.辐射化学合成法⼋、观察纳⽶材料表⾯形貌最常⽤的⽅法有哪⼏种？扫描隧道显微镜（STM）、原⼦⼒显微镜（AFM）、扫描电⼦显微镜－SEM 、扫描电⼦显微镜－SEM 、X射线衍射仪，九、表征纳⽶颗粒粒径分布⽤什么仪器？激光散射法⽤于测试纳⽶粒⼦的粒径⼤⼩、粒径分布等。

《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。