纳米材料参考答案

纳米材料与纳米结构复习题。答：广义上讲：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。按维数，纳米材料可分为三类：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，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称?谈谈它的分类。答：原子团簇:指几个至几百个原子的聚集体（粒径一般等于或小于1nm）例如:CH（n与m都是整数；碳簇C

和富勒烯等）n m 60 70原子团簇的分类：a一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如ZnP,AgS 等。nm nmc多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如V(CH) 等n 6 6md原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例(Ag)(NH) 等。n 3mRaman??100-400cm-1式；1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。单臂管的直径d与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w。式中的d单壁管的直径，nm；w为特征拉曼峰的波数cm-1论述碳纳米管的生长机理。答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金属(Fe,Co,Ni)金属体；随后，碳原子由具有较大的表面积的材料承载。各种生长模型1、五元环－七元环缺陷沉积生长 、层－层相互作用生长 3、层流生长4、顶端生长 、根部生长 6、喷塑模式生长713C“帽(yarmulke)的合理性生长机理开始就形成多层管顶端生长和根部生长：生长机理是V-L-S保留在纳米管顶端，为顶端生长；如果催化剂保留在底部，为根部生长。VLS(气-液-固)顶端生长模型示意图论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。答：气相法生长纳米线一般按照气-液-固（V-L-S）和气-固（V-S)生长机理气-固（Vapor-solid,V-S)生长法原理：气-液-固生长机理：首先在衬底表面沉积一层具有催化作用的薄膜（通常为Au气-固（Vapor-solid,V-S)生长法原理：凹坑或蚀丘为纳米丝提供了成核位置,并且它的尺寸限定纳米丝的临界成核直径，因此在制备MgO纳米丝时，Mg蒸汽在氩气的传送下，能够在生长区生长成纳米丝。溶液法生长纳米线一般按照溶液-液相-固相（S-L-S）和选择性吸附生长机理溶液液相固相生长机理与V-L-S生长机理相同，只是按V-L-S料由气相提供；而S-L-S机制的原料是由溶液提供的。不同的吸附剂会选择性的通过吸附键的形式（不是物理吸附）附在特定晶面上，从而抑制该方向的生长，从而得到超长的纳米线。在ZnO纳米线的制备中，C2O22-ZnOZnOC轴方向生长出超长纳米线。答：红外吸收带宽化的原因：纳米氮化硅、SiC、及Al2O3粉，对红外有一个宽频带强吸收谱。由于纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的，择优的键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下，它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布。这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。蓝移原因：“”现象，即吸收带移向短波长方向。（化学键的振动。论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。·OH·OH自由基可把许多难降解的有机物氧化为CO2和H2O等无机物。半导体的光催化活性主要取决于：导带与价带的氧化―还原电位。价带的氧化―还原电位越正，导带的氧化―还原电位越负，则光生电子和空穴的还原及氧化能力越强，光催化的效率就越高。减小半导体光催化剂的颗粒尺寸，可以提高其催化效率。纳附的能力从而提高了光催化降解有机物的能力2.方法，显著改善光吸收及光催化性能。什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？答：库仑堵塞效应：由于库仑堵塞能的存在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传输，这种现象叫做库仑堵塞效应。通常，库仑堵塞在极低温度下观察到：观察到的条件是:（e2/2C）>kT.因为体系越小，BC越小，e2/2C越大。如果量子点的尺寸为几纳米，可在室温下观察到上述效应；如果是十几纳米，上述效应必须在液氮温度下观察。的影响。答：)=[m

-1]-1e h为粒子的折合质量，其中me和mh分别为电子和空穴的有效质量。第二项为量子限域能（蓝移吸收边移向短波方向，发生蓝移。第三项为电子-空穴的库仑作用能(红移)；介电限域效应导致介电常数ε增加引起吸收边蓝移。第四项为有效里德伯能。峰并不随粒径的减小而移动，而发光强度随半径的减小而迅速增大。纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman光谱。答：Raman散射是一个“光子-电子-声子”相互作用的过程，当不同波长的激光激发硅纳米线样品产生Raman光谱时，电子能隙与激光能量相近的那部分晶粒将得到优先和较强的激发。所以对于同种样品入射波长增加时，Raman峰向高波数移动，半峰宽变窄，对称型变好。声子限域效应加强，使Raman峰向低波长方向移动，发生蓝移；表面包覆或镶嵌某物质时，Raman峰要考虑压应力的影响，压应力增加，Raman峰向长波长方向移动，发生红移。。气相法：CVD 激光烧蚀金属有机气相沉积热蒸发法 分子束外湿化学法水热（溶剂热）胶体化学法CVD：近年来采用化学气相沉积在衬底上控制生长多壁碳纳米管。首先，过镀金属(Fe,Co,Ni饱和的催化剂颗粒中析出。为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。激光烧蚀：激光烧蚀是用一束高能激光辐射靶材表面，使其表面迅速加热融化蒸发，随种液相催化剂尺寸的大小限定了后期按V-L-S机理生长的线状物的直径。金属有机化学气相沉积：MOCVD是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。与CVD不同的只是所用反应源不同。热蒸发法：具体过程如下，直接将原料或者是原料与催化剂的混合物放在路子的高温煅加热蒸发，用载气将蒸气吹到冷端，从而形成核长大的过程。分子束外延在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地 “长”在基片上形成膜。水热（溶剂热：水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或者难溶的胶体化学法：是什么。纳米结构：是以纳米尺度的物质单元为基础。按一定规律构筑和营造一种新的体系。它包括一维、二维、三维体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇、纳米立方体、纳米圆盘、人造原子、纳米管、纳米棒、纳米线以及纳米尺寸的孔洞等。1．人工纳米结构组装体系：按照人类的意志，利用物理和化学的方法人为的将纳米尺介孔复合体系。2．纳米结构自组装体系和分子自组装体系：是指通过弱的和较小方向性的非共价键，单元连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。有足够数量非共价键或氢键存在（因为氢键和范德瓦耳斯键等非共价键很弱（0.1—5kcal/mol）只有足够量的弱键存在，才能通过协同作用构筑成稳定的纳米结构体系。(2)是自组装体系能量较低，否则很难形成稳定的自组装体系。简单讨论纳米颗粒的组装方法纳米团簇的组装方法可分为两类：1胶态晶体法2模板法胶态晶体法：是利用胶体溶液的自组装特性使纳米团簇组装成胶态晶体，得到二维或三维的超晶格。因为组装过程中分子识别作用较弱，所以这类组装过程都较难控制，对组装条件的要求非常严格。但胶态晶体法可以组装成三维超晶格，这也是其他方法很难做到的。成自组装纳米结构。例如1996年美国普度大学的科学家首次将表面包有硫醇的纳米Au或SiO22000IBM310nm可调。在表面活性剂的作用下，它们自组织成三维的超晶格结构。此外，利用自组装方法也可以将金属纳米粒子嫁接到DNA的大分子上，这种DNA指导下的自组装是一种有潜力的纳米装配。通过电场控制的活性的DNADNA分子自身有可编程的自组装特性，并且可派生出大量的分子、电子和光子部件。由于表面两种互补DNA链相DNA分子也可以与大的纳米结构连接，这些纳DNA修饰的元件能使科学家和工程师们直接在硅片或有限的半导体结构中自组装二维和三维的分子电路及其装置。半导体胶体粒子的自组装：Bawendi等将包覆三辛基氧膦）和三辛基膦）的CdSe纳米团簇在一定温度和压力下溶解于辛烷和辛醇的混合溶液中，然后降低压力使TOPOTOPCdSe纳米团簇在辛醇中溶解度较格其有序排列范围可达数微米尺寸。模板法就可以使纳米团簇组装起来形成有规则的排布。一、固态高分子膜模板美国华盛顿大学的夏幼南教授进一步发展了该方法。空洞中。通过调节孔洞和球径的比值D/d，以及孔洞高度H与球径d之比，实现孔洞中微球种类与数目的调控。二、气泡做模板此外，还有（尺寸太小、MCM-1或MCM-8MCM可分为两类材料：ⅰ有序介孔阵列：长度为纳米量级，ⅱ有序介孔通道阵列：长度为宏观尺度。2。答：①模板法组装纳米结构：高分子模板技术与溶胶-凝胶技术结合起来可制出金属氧3D－向列。③电场驱动组装：在两电极间滴加一滴纳米棒液体，溶液中的纳米线在电场作用下自组装排列成平行的纳米线阵列。④催化剂的图案图化。⑤其他方法：加热ZnO,InO2 3

和石墨粉末的混合物在碳衬底或Si衬底上生长分级纳米结构。以ZnO，SnO2和石墨粉的混合物在多晶AlO衬底上分别得到了ZnO螺旋桨状纳米结构2 3ZnO纳米线直流发电机简单讨论纳米材料的磁学性能。

纳米管收音机答：顺磁体：指磁化率是数值较小的正数的物体，它随温度Tχ=μ0C：常数原子磁矩不为零，具有永久磁矩铁磁体：这类固体的磁化率是特别大的正数，在某个临界温度Tc材料中会出现自发的磁化强度，在高于Tc的温度它变成顺磁体。其磁化率服从居里—外斯定律：χ=μ0C/(T-Tc)抗磁体：指磁化率是数值较小的负数的物体。M=χH抗磁性物质在外磁场中感生一磁矩，其方向于外磁场方向相反反磁体：指磁化率是数值较小的正数的物体。在温度低于某温度时，它的磁化率同磁场的取向有关，高于该温度其行为为顺磁性。同一晶格中，电子磁矩是同向排列，不同晶格中电子磁矩反向排列，两个晶格中自发M大小相同方向相反，整个晶体M=0纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应，表面效应等使他具有常规材料无法具的特异性：20倍。简述制备单分散银纳米颗粒的基本原理答：十二烷硫醇的Ag这种多分散性，需要采用尺寸选择沉淀法。具体做法：①包覆型Ag粒子在己烷中具有高的可溶性，而在吡啶中的可溶性差。先将包覆性Ag离子溶解在己烷中；②如果将吡啶缓慢加到含有包覆型Ag粒子的己烷中，则当吡啶达到某一给定体积时，斯力比较大；③离心分离沉淀，将大粒子收集起来，小粒子留在悬浮液中（离心的转速要适当）④将大粒子放入己烷中再分散形成均质清澈透明液体。⑤将得到的溶液滴一滴到TEM到，纳米粒子有两种不同的对称性排列。简述光子晶体的概念及其结构。光子晶体结构分为一维、二维和三维的。胶体晶体，反蛋白结构和金刚石结构的光子晶体，一维介电棒组成的层状结构光子晶体。光子晶体的基本特征：具有光子带隙，频率落在带隙中的电子波是禁止传播的。米结构应该具有增强物理和化学性能。答：纳米结构单元：0维：团族、纳米颗粒、八面体、三角形、多面体等；一维：纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管和纳米锥等；二维：纳米片等。：嵌段共聚物有序的自组装成为超分子纳米结构；多层膜；自组装形成Ni基板上安排Xe原子组合成形成最小的文字IBM48AFMDNA