《纳米材料与纳米结构》课程复习题

1、纳米材料与纳米结构课程复习题纳米材料与纳米结构课程复习题1.纳米颗粒有哪些基 本的效应？久保理论;尺寸效应；表面与界面效应；体积效应；量子尺寸效 应；宏观量子隧道效应.什么是超顺磁性？讨论产生超顺磁性的原因。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” (paramagic),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，这种现象被就是所谓超顺磁效应。超顺磁状态的起源可归为以下原因：在小尺寸下，当各向异 性能减小到

2、与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个 易磁化方向，易磁化方向做无规律的变化，结果导致超顺磁性的 出现。不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同 的.用机械法来制备纳米颗粒有什么优点和缺点？优点：过程简单，大规模生产容易，花费少，不污染环境， 没有后续过程的问题缺点：能源消耗高，难以控制粒子形貌，夹 有杂质.纳米颗粒材料与相同块体材料的光学性质有何差异？纳米固体的光吸收具有常规粗晶不具备的一些新特点。金属 纳米固体等离子共振吸收峰变得很弱，甚至消失。半导体纳米固体中粒子半径小于或等于激子玻尔半径时，会 出现激子(Wannier激子)光吸收带(例如，粒径为4. 5 nm的 Cd

3、SexS 1-x,在波长约450 nm处呈现一光吸收带)。相对常规粗晶材料，纳米固体的光吸收带往往会出现蓝移或 红移。例如，纳米NiO块体的4个光吸收带(3. 30, 2. 99, 2. 78, 2. 25 eV)发生蓝移，三个光吸收带(1.92, 1. 72, 1.03 eV)发 生红移，与纳米粉体相类似。纳米结构材料由于颗粒很小，这样由于小尺寸会导致量子限 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；界面所占的体积很大，界面中存在大量缺陷，例如悬键，不 饱和键和杂质等，这就可能在能隙中产生许多附加能隙；纳米结 构材料中由于平移周期的破坏，在动量空间(k空间)常规材料中 电子

4、跃迁的选择定则对纳米材料很可能不适用，这些就会导致纳 米结构材料的发光不同于常规材料，有自己新的特点。.给出采用透射电镜(TEM)观测纳米颗粒粒度的优缺点。优 点：图像为立体形象，反映了标本的表面结构。缺点：电镜观察法得到的一次粒度分析结果一般很难代表实 际样品颗粒的分布状态。对一些在强电子束轰击下不稳定甚至分 解的纳米颗粒以及制样困难的生物和微乳等样品则很难得到准确 的结果。电镜观察法一次粒度检测结果通常作为其他分析方法结果的 比照。.简述纳米二氧化钛的光催化原理。光的照射下，价带电子越迁到导带，价带的孔穴把周围环境 中的羟基电子夺过来，羟基变成自由基，作为强氧化剂将酯类变 化如下：酯一醇一

5、醛一酸fC02,完成了对有机物的降解。当半导体氧化物纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射 后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子一空穴对，电子具有还 原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的0H 反应生成氧化性很高的0H自由基，活泼的0H自由基可以把许多 难降解的有机物氧化为C02和水等无机物。.表述可使纳米颗粒聚团进行有效分散的方法。加入反絮凝剂形成双电层一反絮凝剂的选择可依纳米微粒的 性质、带电类型等来定；加入表（界）面活性剂包裹微粒一由于 活性剂的存在使分子产生斥力，使得粒子间不能接触（如磁性颗 粒）。.给出溶胶一凝胶法制备纳米颗粒物料的步骤。溶胶的制 备：有两种方法制备溶

6、胶，一是先将部分或全部组分用适当沉淀 剂先沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。因这种原始颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核的大小范围， 因而可制得溶胶。另一种方法是由同样的盐溶液出发，通过对沉淀过程的仔细 控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒而沉淀，从而直接得 到胶体溶胶。溶胶一凝胶转化：一是化学法，通过控制溶胶中的电解质浓度；二是物理法，迫使胶粒间相互靠近，克服斥力，实现胶凝 化。凝胶干燥：一定条件下（如加热）使溶剂蒸发，得到粉料，干燥过程中 凝胶结构变化很大。.讨论影响纳米磁性液体的稳定性及性能的主要因素。pH值、Fe2+/Fe3+浓度、反应温度、反应时间、分散剂均对纳 米

7、Fe304颗粒的性能有显著影响，在制备过程中必须严格地加以 控制才能得到具有良好磁性能和合适粒径的纳米Fe304颗粒。稀 士离子掺杂对Fe304颗粒磁性能的影响。.描述制备纳米晶材料机械合金化方法的特点。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，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的 方法。如果将两种或两种以上金属粉末同时放人球磨机的球磨罐 中进行高能球磨，粉末颗粒经压延，压合，又碾碎，再压合的反 复过程（冷焊一粉碎一冷焊的反复进行），最后获得组织和成分 分布均匀的合金粉末。由于这种方法是利用机械能达到合金化而不是用热能或电能，所以把高能 球磨制备合金粉末的方法称

8、做为机械合金化（Mechanical alloying,简写成 MA）。可制备：纳米晶纯金属；互不相溶体系的固溶体；纳米金属 间化合物；纳米金属一陶瓷粉复合材料.纳米材料熔点降低的原因是什么？纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体的 低得多。由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多， 这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的 纳米粒子熔化时所需增加的内能小的多，这就使得纳米微粒熔点 急剧下降。.可以采用何种方法来测量纳米晶材料的晶粒尺寸？.电镜观察法2.激光粒度分析法3.沉降法粒度分析4.电 超声粒度分析法5.比表面积分析法.解释纳米颗粒的光吸收带出现“蓝移”

9、现象的原因。一是量子尺寸效应，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等从分子结构的角度对这种蓝移现 象给出了解释：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。另一种是表面效应。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。.给出纳米薄膜的类型和制备方法。液相法：溶胶一凝胶法；电沉积法气相法：高速超微粒子沉积法（气体沉积法）；直接沉积法.给出高温

10、水解法制备纳米颗粒的几种类型。.表述采用几种常用制备纳米颗粒液相方法。一凝胶法 （胶体化学法）；6、辐射化学合成法1、沉淀法；2、喷雾法；3、水热法（高温水解法）；4、溶 剂挥发分解法；5、溶胶.铁磁性或亚铁磁性纳米颗粒的单畴尺寸等于其超顺磁性 尺寸否？当铁磁或亚铁磁物体小过某一临界尺寸（20-50nm）时，它们 就成为单畴颗粒。许多这样单畴颗粒组成的物质具有超顺磁性。.何为纳米颗粒分散体系的丁达尔效应？如果让一束聚集的光线通过某种分散物系，在入射光的垂直 方向可以看到一个发光的圆锥体（见图），此现象成为丁达尔效 应，该圆锥为丁达尔圆锥。.表述用于分散纳米颗粒的化学分散剂分子吸附在颗粒表 面上的吸附类型。物理吸附；电解质吸附；非电解质的吸附.红移引起红移的因素也很复杂，归纳起来有：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=2?/