纳米技术在纺织中的应用试题及答案

纳米技术在纺织中的应用试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种纳米材料常用于纺织面料的抗紫外线整理？A.纳米SiO₂B.纳米TiO₂C.纳米Fe₃O₄D.纳米Ag2.纳米技术改善纺织材料耐洗性的核心原理是？A.增加面料厚度B.提高纤维表面粗糙度C.增强纳米粒子与纤维的结合力D.降低纳米粒子的表面能3.以下哪项不属于纳米功能纺织品的典型功能？A.远红外保暖B.自清洁C.抗皱D.导电4.纳米银抗菌纺织品的抗菌机制主要是？A.光催化产生活性氧B.释放银离子破坏微生物结构C.物理阻隔微生物接触D.提高面料pH值抑制细菌生长5.制备纳米涂层时，溶胶-凝胶法的优势是？A.成本低、工艺简单B.涂层厚度均匀且与纤维结合牢固C.适合大规模工业化生产D.无需高温处理6.纳米技术用于防污纺织品时，主要利用的是？A.超亲水或超疏水表面B.高透气性C.高弹性D.抗静电性7.以下哪种纤维改性方法属于纳米技术范畴？A.普通共混纺丝B.纳米颗粒与聚合物基体共混纺丝C.碱减量处理D.液氨整理8.纳米相变材料（PCM）在智能调温纺织品中的作用是？A.反射可见光B.吸收并储存/释放热量C.增强耐磨性D.提高染色牢度9.纳米光致变色纺织品的变色原理是？A.纳米粒子对不同波长光的选择性吸收B.纤维结构受光照射后发生物理变形C.纳米材料在光激发下发生可逆化学反应D.染料分子在光作用下分解10.评估纳米功能纺织品安全性时，最关键的指标是？A.颜色牢度B.纳米粒子的皮肤渗透性C.面料克重D.断裂强度二、填空题（每空1分，共20分）1.纳米技术在纺织中的应用主要包括________、________、________三大方向。2.纳米TiO₂在纺织中的典型功能是________和________，其作用机制分别为________和________。3.纳米涂层的制备方法主要有________、________、________，其中________法可实现纳米粒子在纤维表面的原位生长。4.纳米抗菌纺织品的评价指标通常包括________、________、________（至少列举3项）。5.智能纺织品中常用的纳米响应材料有________（温敏）、________（光敏）、________（压敏）。6.纳米纤维的制备技术主要有________和________，其中________技术可制备直径小于100nm的连续纤维。三、简答题（每题8分，共32分）1.简述纳米技术提升纺织材料抗静电性能的原理。2.说明纳米自清洁纺织品的“荷叶效应”实现机制，并列举2种常用纳米材料。3.分析纳米功能纺织品耐洗性差的可能原因，并提出2种改进措施。4.为什么纳米粒子比普通颗粒更适合用于纺织功能整理？（从表面效应、小尺寸效应角度说明）四、论述题（18分）结合具体案例，论述纳米技术在智能纺织品中的应用场景及关键技术挑战。（要求：至少涉及2种智能纺织品类型，如温敏、光敏、压敏等，需说明工作原理、材料选择及现存问题）五、案例分析题（10分）某纺织企业开发了一款纳米ZnO抗菌防紫外线面料，经5次水洗后，抗菌率从99%降至65%，防紫外线UPF值从50+降至30。请分析可能的原因，并提出3种改进方案。纳米技术在纺织中的应用试题答案一、单项选择题1.B2.C3.C4.B5.B6.A7.B8.B9.C10.B二、填空题1.功能整理（后整理）、纤维材料改性（纺丝阶段）、智能纺织品开发2.抗紫外线、抗菌；吸收/散射紫外线、光催化产生活性氧（·OH、O₂⁻）3.浸轧法、涂层法、溶胶-凝胶法；溶胶-凝胶4.抑菌率、杀菌率、最小抑菌浓度（MIC）、耐洗性（任选3项）5.纳米相变材料（如石蜡/二氧化硅微胶囊）、纳米光致变色材料（如螺吡喃）、纳米压阻材料（如碳纳米管）6.静电纺丝法、熔喷法；静电纺丝三、简答题1.原理：纳米材料（如碳纳米管、纳米金属氧化物）具有高比表面积和导电性，可在纤维表面形成连续的导电网络，加速电荷泄漏；部分纳米粒子（如纳米TiO₂）通过光催化产生自由电子，中和纤维表面静电荷；此外，纳米涂层可降低纤维表面摩擦系数，减少静电产生。2.“荷叶效应”机制：通过纳米粒子（如SiO₂、TiO₂）在纤维表面构建微纳米级粗糙结构，结合低表面能物质（如含氟聚合物）修饰，使面料表面接触角大于150°，滚动角小于10°，水滴可滚动带走表面污染物。常用材料：纳米SiO₂（构建粗糙结构）、纳米TiO₂（光催化分解有机污染物+粗糙结构）。3.耐洗性差的原因：①纳米粒子与纤维仅通过物理吸附结合（如范德华力），水洗时易脱落；②纳米涂层成膜性差，存在裂纹或空隙，水渗透后破坏结合界面；③纳米粒子表面未改性，与纤维极性不匹配，结合力弱。改进措施：①使用偶联剂（如硅烷偶联剂）对纳米粒子表面改性，形成化学键（如Si-O-C键）与纤维结合；②采用溶胶-凝胶法在纤维表面原位生成纳米涂层，增强界面结合；③优化涂层配方，添加成膜剂（如聚氨酯）提高涂层致密性。4.原因：①表面效应：纳米粒子比表面积大（1g纳米粒子表面积可达数百平方米），表面原子比例高，活性位点多，与纤维或涂层的结合力更强；②小尺寸效应：纳米粒子尺寸小于可见光波长（400-700nm），分散在纤维或涂层中时透明性好，不影响面料原有外观；③量子尺寸效应：部分纳米材料（如TiO₂）的能带结构改变，光催化、抗菌等功能更显著。四、论述题应用场景1：温敏智能调温纺织品-工作原理：将纳米相变材料（PCM，如石蜡/二氧化硅纳米微胶囊）通过涂层或共混纺丝嵌入纤维中。当环境温度升高时，PCM吸热熔化储存热量；温度降低时，PCM放热凝固释放热量，维持体表温度稳定。-材料选择：芯材为相变温度30-35℃的石蜡（接近人体体表温度），壁材为SiO₂或聚氨酯（隔绝芯材，提高稳定性）。-关键挑战：①纳米微胶囊的耐洗性（水洗时微胶囊破裂导致相变材料泄漏）；②微胶囊与纤维的结合强度（影响使用寿命）；③成本较高（纳米微胶囊制备工艺复杂）。应用场景2：光敏变色纺织品-工作原理：将纳米光致变色材料（如螺吡喃、二芳基乙烯）通过涂层或接枝法固定在纤维表面。材料在特定波长光（如紫外线）照射下发生可逆异构化反应，分子结构改变导致吸收光谱变化，从而呈现颜色变化（如无色→蓝色）。-材料选择：螺吡喃（响应紫外线，变色速度快）、二芳基乙烯（耐疲劳性好，可反复变色）。-关键挑战：①光致变色材料的耐光老化性（长期光照后变色性能衰减）；②与纤维的结合稳定性（避免脱落或迁移至皮肤）；③变色灵敏度（需低光照强度触发变色）。总结：纳米技术通过精准调控材料尺寸和表面性质，赋予纺织品智能响应功能，但需解决功能耐久性、生物安全性及成本控制等问题，未来可通过表面改性、复合纳米材料设计进一步优化。五、案例分析题可能原因：①纳米ZnO与纤维结合不牢（仅物理吸附），水洗时因机械摩擦脱落；②ZnO表面未改性，与纤维（如棉纤维含羟基）极性不匹配，界面结合力弱；③涂层工艺不当（如温度、时间不足），未形成连续致密的涂层，水渗透后破坏结构；④ZnO粒径过大（>100nm），易团聚，与纤维接触面积小，结合点少。改进方案：①表面改性：用硅烷偶联剂（如KH550）处理纳米ZnO，使表面接枝氨基（-NH₂），与棉纤维的羟基（-OH）形成氢键或共价键，增强结合力；②优化涂层工艺：采用溶胶-凝胶法，