纳米知识点与答案

第一章1、纳米科学技术概念纳米科学技术是争论在千万分之一米(10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和加工的技术，又称为纳米技术。2、纳米材料的定义100纳米以下的具有特别功能的材料称为纳米材料。100nm的材料或由它们作为根本单元构成的具有特别3、纳米材料五个类〔维度〕0维材料，1维材料，2维材料，体相纳米材料，纳米孔材料4、0、1、2维材料定义、例子维材料—尺寸为纳米级(100nm)以下的颗粒状物质。1—100nm的纤维(管)。纳米线、纳米棒、纳米管、纳米丝1100nm的薄膜。薄片、材料外表相当薄的单层或多层膜5、纳米材料与传统材料的主要差异尺寸：第一、这种材料至少有一个方向是在纳米的数量级上。比方说纳米尺度的颗粒，或者是分子膜的厚度在纳米尺度范围内。性能：其次、由于量子效应、界面效应、外表效应等，使材料在物理和化学上表现格外异现象。比方物体的强度、韧性、比热、导电率、集中率等完全不同于或大大优于常规的体相材料。6、金属纳米粒子随粒径的减小，能级间隔增大7、与块体材料相比，半导体纳米团簇的带隙展宽，展宽量与颗粒尺寸成反比8、纳米材料的四大根本效应尺寸效应，介电限域效应，表〔界〕面效应，量子效应9、什么是量子尺寸效应轨道能级LUM，能隙变宽的现象，均称为量子尺寸效应。10、什么是小尺寸效应层四周原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现的小尺寸效应。11、什么是表(界)面效应纳米微粒尺寸小，外表能高，位于外表的原子占相当大的比例。由于外表原子数增多，外表效应是指纳米粒子表(界)面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。12、什么是宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的力气称为隧道效应。近年来，人们觉察一些宏观量，例如统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。13、什么是库仑堵塞效应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)，体系电荷是“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，CEc越大。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。通常把小体系这种单电子输运行为称库仑堵塞效应。14、纳米微粒熔点降低的缘由与常规粉体材料相比，由于纳米微粒的颗粒小，其外表能高、比外表原子数多。这些外表内能小得多，这就使得纳米微粒的熔点急剧下降。15、烧结温度比常规粉体显著降低的缘由结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。纳米粒子尺寸小，外表能高，压制成块的原子集中、界面中的空洞收缩及空位团的湮没。因此，在较低温度下烧结就能到达致密化目的，即烧结温度降低。16、什么是宽频带强吸取大块金属具有不同颜色的金属光泽，说明它们对可见光范围各种颜色(波长)的光的反射和吸取力气不同。而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，而吸取率相当高。例如，Pt1％，Au纳米10％。这种对可见光低反射率，强吸取率导致粒子变黑。17、纳米材料的红外吸取谱宽化的主要缘由尺寸分布效应：通常纳米材料的粒径有确定分布，不同颗粒的外表张力有差异，引起晶格畸变程度也不同。这就导致纳米材料键长有一个分布，造成带隙的分布，这是引起红外吸取宽化的缘由之一。界面效应：界面原子的比例格外高，导致不饱和键、悬挂键以及缺陷格外多。界面原子除与体相原子能级不同外，相互之间也可能不同，从而导致能级分布的展宽。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，在红外光作用下对红外光吸取的频率也就存在一个较宽的分布。18、什么是纳米材料吸取光谱的蓝移19、纳米材料吸取光谱蓝移的缘由量子尺寸效应：即颗粒尺寸下降导致能隙变宽，从而导致光吸取带移向短波方向。Ball等的普适性解释是：已被电子占据的分子轨道能级(HOMO)与未被电子占据的分子轨道能级(LUMO)之间的宽度(能隙)随颗粒直径的减小而增大，从而导致蓝移现象。这种解释对半导体和绝缘体均适用。外表效应：纳米颗粒大的外表张力使晶格畸变，晶格常数变小。对纳米氧化物和氮振动频率增大，结果使红外吸取带移向高波数。20、什么是纳米材料吸取光谱的红移现象在一些状况下，当粒径减小至纳米级时，可以观看到光吸取带相对粗晶材料的“红移”现象，即吸取带移向长波长。21、金属纳米颗粒材料电阻增大缘由纳米材料体系的大量界面使得界面散射对电阻的奉献格外大，当尺寸格外小时，这种奉献对总电阻占支配地位，导致总电阻趋向于饱和值，随温度的变化趋缓。当粒径低于临界尺寸时，量子尺寸效应造成的能级离散性不行无视，最终温升造成的热激发电子对电导的奉献增大，即温度系数变负。22、纳米材料的超顺磁性及缘由当各向异性能减小到与热运动能可比较时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，易磁化方向做无规律的变化,定律。23、纳米材料的高矫顽力及缘由纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时，通常呈现高的矫顽力。起源有两种模型：(1)全都转动模型；(2)球链反转磁化模型。前者的解释是：当粒子尺寸小到某一尺寸时，每个粒子就是一个单磁畴。例如Fe12nm，Fe3O440nm。每个单磁畴的纳米粒子实际上成为一个永久磁铁，要使该磁铁去磁，必需使每个粒子整体的磁矩反转，这需要很大的反向磁场，因此具有较高的矫顽力。该Ni粒子形成链状，以此作为理论推导的前提。24“摔不碎的陶瓷碗”的缘由“陶瓷材料在通常状况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。下很简洁迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。25、纳米材料较高的化学活性和催化活性的缘由由于纳米材料的比外表积很大，界面原子数很多，界面区域原子集中系数高，而外表Er和纳CuCuEr金属间化合物，而很多催化剂的催化效率随颗粒尺寸减小到纳米量级而显著提高，同时催化选择性也增加。其次章1、什么是光催化物〔有机物、无机物〕降解的过程称为光催化。2、光照耀纳米TiO2的反响〔可用反响式表示〕3、光生空穴在光催化剂外表发生的氧化复原反响：4、光生电子在光催化剂外表发生的氧化复原反响：5TiO2半导体粒子产生光催化作用而相应的体相半导体上却没有任何光催化活性的缘由10nmTiO2半导体粒子，对于光催化有机物显示出高效率的量子效率，而相应的体相半导体上却没有任何光催化活性纳米半导体粒子的量子尺寸效应使导带和价带能级变为分立能级，能隙变宽。纳米半导体粒子获得了更强的复原及氧化力气，从而产生了光催化性能。计算说明，在粒径为1 m的TiO2粒子中，电子从体内集中到外表的时间约为100ns10nm10ps，粒径越小，电子与空穴的复合几率越小，电荷分别效果越好，光催化活性提高。6、纳米TiO2光触媒作用的应用有哪些纳米TiO2光触媒灭蚊器纳米二氧化钛具有催化性质，它可以降解汽车尾气7、纳米TiO2光催化降解氧化有机物的产物是什么降解为小分子，直至变成CO2H2O8、提高TiO2光催化效率的途径TiO2光催化剂被光辐射激发产生的电子－空穴对虽然具有很高的氧化力气，但在实际应用中存在一些缺陷：光生载流子(h+，e-)TiO2外表上光生电子和空穴的复合是在小于10-9s的时间内完成，影响了光催化的效率。因此制备高活性光催化剂的突出问题是提高光催化剂中光生电子-空穴的分别效率，抑制电子空穴的重结合。目前光催化剂的改性争论主要针对TiO2进展金属离子掺杂、贵金属外表沉积、半导体复合、外表光敏化、外表超强酸化等。9、纳米TiO2中掺杂过渡金属离子提高光催化活性的缘由当在半导体中掺杂不同价态的过渡金属离子后，半导体的光催化性质被转变。从化学观点看，金属离子是电子的有效承受体，可捕获导带中的电子。由于金属离子对电子的争夺，削减了TiO2外表光生电子与空穴的复合，从而使TiO2外表产生了更多的·OH和O2-，提高了催化剂的光催化活性。10、在纳米TiO2光催化剂的外表沉积贵金属的两个作用是什么有利于光生电子和空穴的有效分别以及降低复原反响(质子的复原、溶解氧的复原)的超TiO2TiO2其光催化活性。11、CdS-TiO2复合体系提高光催化效率的过程〔可以加图示形式〕CdS的带隙能为2.5e，TiO2的带隙能为3.2eCdS和TiO2同时发生电子激发，由于两者导带与价带的差异，光生电子将聚拢在TiO2的导带上，CdS的价带上，使得光生载流子得到有效的分别，提高了光催化性能;TiO2CdSTiO2CdS导带电位高，使得CdS上受激产生的电子更易迁移到TiO2的导带上，激发产生的空穴仍CdSCdS向TiO2的效率。分别的电子及空穴可以自由地与外表吸附质进展交换。12、列举气相法制备纳米TiO2粉体的五种方法，并写出反响式TiCl4气相氢火焰水解法 TiCl4〔g〕＋2H2(g)＋O2→TiO2(s)＋4HCl(g)TiCl4气相氧化法 TiCl4(g)+O2(g)→TiO2(s)+Cl2(g)钛醇盐气相分解法 nTi(OC4H9R)4(g)→nTiO2(s)+2nH2O(g)+4nC4H8(g)钛醇盐气相水解法 Ti(OR)4(g)+4H2O(g) →Ti(OH)4(s)+4ROH(g)Ti(OH)4(s)→TiO2·H2O(s)+H2O(g) TiO2·H2O(s)→TiO2(s)+H2O(g)物理气相法13、列举液相法制备纳米TiO2粉体的五种方法水解法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热反响法、模板法14、表达水解法制备纳米TiO2粉体的过程将TiCl4和钛醇盐溶液在确定条件下水解生成氢氧化物或水合氧化物沉淀，经加热分解TiO2纳米粒子。利用这种方法合成的纳米粉体，颗粒分布均匀，性能优异，纯度高，外形易把握。15、表达溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体的过程以钛醇盐为原料，无水乙醇为有机溶剂，制得均匀溶胶，参与确定量的酸，起抑制水解的作用，再浓缩成透亮凝胶，经枯燥热处理即可得TiO2纳米粒子16、表达溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜的过程般选取钛的有机盐〔如钛酯〕或无机盐〔TiCl4〕作为原料，将其溶于低碳醇中，然后在室温下参与到中强酸度的水溶液中，搅拌下水解制备TiO2溶胶，然后承受浸渍－TiO2薄膜。它具有制备温度低，工艺简洁，不需要昂贵的设备，可制备多组分混合均匀的薄膜，并且得到的薄膜颗粒度均匀，纯度高。17、分析溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体和薄膜的区分18、列举制备纳米TiO2薄膜的五种方法溶胶－凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积法、液相沉积法、电沉积法19、纳米TiO2制备技术要点和难点TiO2的价格为(30～40)万元/t2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产本钱的关键因素；纳米TiO2的晶型和粒度把握技术；金红石型纳米TiO2的外表处理技术；纳米TiO2应用分散技术；纳米TiO2应用功能的提升技术：纳米TiO2产业化成套技术。3章碳材料1、C60的构造C60属于碳簇〔CarbonCluster〕2012个正五边形组成的球60C60分子中碳原子与相邻30.1455nm，而六0.1391nm。整个球状分子就是一个三维的大π反响活性相当高。C605次对称轴。2、C60的其它名字富勒烯，巴基球，C60，足球烯3、C60整个球状分子就是一个三维的大π键，其反响活性相当高4、C60的制备1、激光蒸发石墨法–1985Kroto等觉察C60苯燃烧法–1991HowardAr1kg3gC60C70电弧放电法–电弧是一种气体放电现象。通过两石墨电极之间的放电，可产生高4000〔压烯的烟灰。5、C60C70的溶解性CS2也能溶解但不常用，由于剧毒p-p键相互作用有助于富勒烯的溶解富勒烯不溶于水富勒烯呈电负性，因此它在能供给配对电子的溶液中溶解性很好6、富勒烯是化学缺电还是富电性质化学缺电7、如何才能证明金属是内嵌，而不是在笼子的外表呢？C2球STM或者TEM直接观看用同步辐射X8、区分富勒烯的化学反响主要由氢化反响、卤化反响、亲和加成反响、环加成反响、光化学反响和射线化学反响9、CNT分类，依据石墨烯片的层数，单壁碳纳米管Single-wallednanotubes,SWNT：的直径和长度分别为0.75～3nm1～50μm。又称富勒管(Fullerenestubes)。2)多壁碳纳米管Multi-wallednanotubes,MWNTs2～500.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相2～30nm0.1～50μm。10、碳纳米管的制备CVD法–高温分解C-H化合物法–电弧放电法CNTCNTCNT的直径分布限制在某个特定范围内某些硝基盐，如NO2BF4NO2SbF6CNT。所以利用溶液法也可以分别〔1.1nmCNT〕202380%以上金属性