納米功能材料

1、納米功能材料一思考題第一章、概論1 .納米材料定義及分類。定義：利用物質(zhì)在小到原子或分子尺度以后，由于尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)或量子效應(yīng)所出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象而發(fā)展出來的新材料。分類：納米粒子（零維納米結(jié)構(gòu)）；納米線、納米棒（一維納米結(jié)構(gòu)）；薄膜（二維納米結(jié)構(gòu)）；納米復(fù)合材料和納米晶材料（三維納米結(jié)構(gòu)）。2 .功能材料定義及分類。定義：是指通過光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特定功能的材料。分類：常見的分類方法：（1）按材料的化學(xué)鍵分類：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)材料、復(fù)合材料；（2）按材料物理性質(zhì)分類：磁性材料、電學(xué)材料、光學(xué)材料、聲學(xué)材料、力學(xué)材料；其他分類方法：（3）按結(jié)晶狀態(tài)分類：單晶材

2、料、多晶材料、非晶態(tài)材料；（4）按服役的領(lǐng)域分類：信息材料、航空航天材料、能源材料、生物醫(yī)用材料等。3 .按照產(chǎn)物類型，納米材料如何劃分類別。按照產(chǎn)物類型進(jìn)行劃分：（1）納米粒子（零維）：通過膠質(zhì)處理、火焰燃燒和相分離技術(shù)合成；（2）納米棒或納米線（一維）：通過模板輔助電沉積，溶液-液相-固相生長技術(shù)，和自發(fā)各向異性生長的方式合成；（3）薄膜（二維）：通過分子束外延和原子層沉積技術(shù)合成；（4）納米結(jié)構(gòu)塊體材料（三維）：例如自組織納米顆粒形成光帶隙晶體4 .納米結(jié)構(gòu)和材料的生長介質(zhì)類型？（1）氣相生長，包括激光反應(yīng)分解合成納米粒子、原子層沉積形成薄膜等;（2）液相生長，包括膠質(zhì)處理形成納米粒子、

3、自組織形成單分散層等；（3）周相生成，包括相分離形成玻璃基體中的金屬顆粒、雙光子誘導(dǎo)聚合化形成三維光子晶體等；（4）混合生長，包括納米線的氣-液-固生長等。5 .按照生長介質(zhì)劃分：（1）氣相生長,包括激光反應(yīng)分解合成納米粒子、原子層沉積形成薄膜等；（2）液相生長,包括膠質(zhì)處理形成納米粒子、自組織形成單分散層等；（3）一相生成,包括相分離形成玻璃基體中的金屬顆粒、雙光子誘導(dǎo)聚合化形成三維光子晶體等；（4）混合生長,包括納米線的氣-液-固生長等6 .納米技術(shù)的定義？定義：由于納米尺寸，導(dǎo)致的材料及其體系的結(jié)構(gòu)與組成表現(xiàn)出奇特而明顯改變的物理、化學(xué)和生物性能、以及由此產(chǎn)生的新現(xiàn)象和新工藝。7 .制備

4、納米結(jié)構(gòu)和材料的2大途徑是什么？各自的特點(diǎn)或有缺點(diǎn)？兩大途徑：自下而上；自上而下。8 .什么是描述小尺寸化的“摩爾定律”？當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。9 .根據(jù)自己的理解，說明促進(jìn)納米材料相關(guān)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的意義。新世紀(jì)高科技的迅速發(fā)展對(duì)高性能材料的要求越來越迫切，而納米材料的合成為發(fā)展高性能的新材料和對(duì)現(xiàn)有材料性能的改善提供了一個(gè)新的途徑。納米科技是一門新興的尖端科學(xué)技術(shù)。它將是21世紀(jì)最先進(jìn)、最重要的科學(xué)技術(shù)之一，它的迅速發(fā)展有可能迅速改變物質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，引發(fā)一場新的產(chǎn)業(yè)革命，導(dǎo)致社會(huì)發(fā)生巨大變革。正如像自來水、電、

5、抗生素和微電子的發(fā)明帶來的變革一樣，對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界將會(huì)發(fā)揮不可估量的作用10 .說明表面能隨粒子尺寸變化的規(guī)律，帶來的性能變化主要體現(xiàn)在哪些方面?表面能為產(chǎn)生單位新表面時(shí)所需要的能量，也稱為表面自由能、表面張力G=1-）可見粒子尺寸越小，其比表面積越大，即表面能越大。如Ani,T,P面心立方結(jié)構(gòu)的表面能:I。；=52a2,亦可證實(shí)表面能隨粒子尺寸的減小而增大表面能高的物質(zhì)其性能變化：穩(wěn)定性小，活性高，熔點(diǎn)低，空氣中易燃燒,吸附能力強(qiáng)，催化性好，化學(xué)活性高11 .降低表面能的途徑和方法是什么？說明其中的原理降低表面能的途徑：（1）表面馳豫,表面原子或離子向體內(nèi)偏移，這種過程在液相中很容

6、易發(fā)生，而固態(tài)表面由于其剛性結(jié)構(gòu)，難度有所提高；（2）表面重構(gòu),通過結(jié)合表面懸掛鍵形成新的化學(xué)鍵；（3）表面吸附,通過物理或化學(xué)吸附外部物質(zhì)到表面，形成化學(xué)鍵或弱相互作用如靜電或發(fā)范德瓦耳斯力；（4）表面固態(tài)擴(kuò)散，導(dǎo)致的成分偏析或雜質(zhì)富集。減小表面能的方法：（將單個(gè)納米結(jié)構(gòu)結(jié)合成大的結(jié)構(gòu)以降低整個(gè)表面積）（1）燒結(jié)，是一種用固-固界面替代固-氣界面的工藝，是通過將單個(gè)納米結(jié)構(gòu)無間隙地堆積一起并改變形態(tài)的一種方法。（2）Ostwald熟化，是2個(gè)單個(gè)納米結(jié)構(gòu)形成一個(gè)大的結(jié)構(gòu)的過程。較大納米結(jié)構(gòu)的生長以犧牲小納米結(jié)構(gòu)為代價(jià)，直到后者完全消失為止。12 .說明Ostwald熟化機(jī)理。奧斯特瓦爾德熟化

7、是大粒子吞噬小粒子。減小了固-氣表面積。（液態(tài)中）小粒子由于其大的曲率而具有高溶解度或蒸汽壓，而大粒子具有低溶解度或蒸汽壓。為了保持局域濃度平衡，小粒子溶解到周圍介質(zhì)中；小粒子周圍的溶質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散；大粒子周圍的溶質(zhì)將沉積。這一過程將持續(xù)到小粒子完全消失13 .曲率與化學(xué)勢(shì)、平衡蒸汽壓、溶解度的關(guān)系是什么？Young-Laplace方程（化學(xué)勢(shì)與曲率關(guān)系）：AN=2yRP2-1Kevin萬程（球形粒子蒸汽壓與曲率關(guān)系）：ln（上）=P.kRTGibbs-Thompson關(guān)系式（溶解度與曲率關(guān)系）：ln（盤）=©R+R2S二kT14.材料研究的四要素及其相互關(guān)系。（1）合成與加工:建立原子

8、、分子和分子團(tuán)的新排列，在所有尺寸上（從原子尺寸到宏觀尺寸）對(duì)結(jié)構(gòu)的控制，以及高效而有競爭力地制造材料和零件的演變過程；（2）結(jié)構(gòu)與成分:制造每種特定材料所采取的合成和加工的結(jié)果；（3）性血：確定材料功能特性和效用的描述；（4）使用性能:材料固有性質(zhì)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程能力和人類需求相融合要一起的一個(gè)要素。I性./行6結(jié)構(gòu)成分第二章、納米材料制備方法1、零維納米粒子的合成方法分類熱力學(xué)平衡方法：過飽和狀態(tài)的產(chǎn)生T形核T后續(xù)生長動(dòng)力學(xué)方法：限制可用于生長的團(tuán)簇?cái)?shù)量一一如分子束外延方法；在有限空問中局限形成過程一一如氣溶膠合成法或膠束合成法2、納米粒子的基本特征及要求。（1）小尺寸的要求（2）全部粒子

9、具有相同的大?。ㄒ卜Q為均一尺寸或均勻的尺寸分布）（3）相同的形狀或形貌（4）不同粒子間和單個(gè)粒子內(nèi)的相同的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)（5）單個(gè)粒子分散或單分散（無團(tuán)聚）；或有團(tuán)聚但易于再分散3、納米粒子合成中的均勻、非均勻形核過程？以及兩種過程的異同？均勻形核:新相晶核是在母相中均勻地生成，即晶核由液相中的一些原子團(tuán)直接形成，不受雜質(zhì)粒子或外表面的影響。非均勻形核:新相優(yōu)先在母相中存在的異質(zhì)處形核，即依附于液相中的雜質(zhì)或外表面形核。相同點(diǎn):1）形核的驅(qū)動(dòng)力和阻力相同；2）臨界晶核半徑相等；3）形成臨界晶核需要形核功；4）結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏是形核的基礎(chǔ)；5）形核需要一個(gè)臨界過冷度；6）形核率在達(dá)到極大值

10、之前，隨過冷度增大而增加。不同點(diǎn):與均勻形核相比，非均勻形核的特點(diǎn)：1）非均勻形核與固體雜質(zhì)接觸，減少了表面自由能的增加；2）非均勻形核的晶核體積小，形核功小,形核所需結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏就??；形核容易，臨界過冷度小；3）非均勻形核時(shí)晶核形狀和體積由臨界晶核半徑和接觸角共同決定；臨界晶核半徑相同時(shí)，接觸角越小，晶核體積越小，形核越容易；4）非均勻形核的形核率隨過冷度增大而增加，當(dāng)超過極大值后下降一段然后4、晶核生長過程及機(jī)制？如何控制晶核的生長？品核生長過程包括:（1）生長物質(zhì)的產(chǎn)生；（2）向生長表面的物質(zhì)擴(kuò)散；（3）生長物質(zhì)吸附到生長表面；（4）不可逆結(jié)合生長物質(zhì)的表面生長。機(jī)制：擴(kuò)散：在生長

11、表面上提供生長物質(zhì)的過程，包括生長物質(zhì)的產(chǎn)生、擴(kuò)散及吸附到生長表面。生長：吸附到生長表面的生長物質(zhì)，進(jìn)入到固態(tài)結(jié)構(gòu)中。（對(duì)于均勻尺寸納米粒子的形成，期望是擴(kuò)散控制的生長。）生長物質(zhì)濃度保持很低的水平時(shí)，擴(kuò)散距離將非常大，擴(kuò)散可能成為控制因素；增加溶液粘度的方法；控制生長物質(zhì)的供應(yīng)；當(dāng)生長物質(zhì)是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生時(shí)，通過副產(chǎn)品濃度、反應(yīng)物、催化劑控制反應(yīng)速率。動(dòng)力學(xué)限制生長法：動(dòng)力學(xué)控制生長是空間限制生長，這種生長在有限的源材料被消耗完或可用的空間被完全填充滿時(shí)，生長就停止。5、針對(duì)金屬、半導(dǎo)體及氧化物納米粒子的不同特點(diǎn)，舉例說明在制備方法上的區(qū)別（或側(cè)重點(diǎn)）？【金屬】在稀釋溶液中，還原金屬復(fù)合物

12、是合成金屬膠質(zhì)分散體常用的方法，存在多種方法用于促進(jìn)和控制這種還原反應(yīng)。單一尺寸金屬納米粒子的合成，通常是將低濃度溶質(zhì)和聚合物單體粘附于生長表面。低濃度和聚合物單體都能阻礙生長物質(zhì)從周圍溶液中擴(kuò)散到生長表面，因此擴(kuò)散過程可能成為初始晶核后續(xù)生長的速率限制步驟，導(dǎo)致均勻尺寸納米粒子的形成。在合成金屬納米粒子時(shí)，確切地合成金屬膠質(zhì)分散體，各種類型的原料、還原劑、其它化學(xué)物質(zhì)和方法用于提高或控制還原反應(yīng)、初始形核和初始品核的后續(xù)生長。【半導(dǎo)體】【氧化物】均勻形核、隨后擴(kuò)散控制生長都適用于氧化物系統(tǒng)；實(shí)際的方法對(duì)不同氧化物體系明顯不同；由于氧化物比半導(dǎo)體和金屬在熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性上更穩(wěn)定，其納米粒子的

13、反應(yīng)和生長比較難控制；溶膠凝膠法是氧化物納米粒子最常用的方法。6、舉例說明納米材料溶膠-凝膠方法。是合成無機(jī)、有機(jī)-無機(jī)混合物膠體分散體的濕化學(xué)方法；特別適合于氧化物、氧化物基混合物的制備，已制備粉末、纖維、薄膜、塊狀材料的膠體分散體；合成膠體分散體的基本原則和一般方法相同；優(yōu)勢(shì)：較低處理溫度、分子水平的均勻性；合成金屬氧化物，溫度敏感的有機(jī)-無機(jī)混合物、不符合熱力學(xué)條件或亞穩(wěn)材料尤其有用；溶膠-凝膠過程：水解、前驅(qū)體的縮合有機(jī)溶劑或水溶劑可用于溶解前驅(qū)體；前驅(qū)體可以是金屬醇鹽、無機(jī)鹽、有機(jī)鹽，催化劑可促進(jìn)水解和縮合反應(yīng)水解.MOEt4xH2O>MOEt4TOHxxEtOH縮合.MOEt

14、4小OHxMOEt4_xOHx>OEt4-OHxfM-O-MOEt4-xOHx-iH2O7、舉例說明納米材料氣相制備方法。氣相制備方法：納米粒子通過氣相反應(yīng)的方式合成。物理氣相法:氫等離子蒸發(fā)法合成金屬及合金納米粒子（例：直流電弧等離子體蒸發(fā)法）真空一一確保生長物質(zhì)的低濃度，促進(jìn)擴(kuò)散控制生長；高溫一一促進(jìn)蒸發(fā)、氣化、化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)氣相法:氫氣中燃燒四氯化硅產(chǎn)生高分散的二氧化硅納米粒子（例：原料+載體蒸發(fā)/分解金屬納米粉）8、什么是納米粒子的動(dòng)力學(xué)限制生長法？其特點(diǎn)及分類？動(dòng)力學(xué)控制生長是空間限制生長，這種生長在有限的源材料被消耗完或可用的空間被完全填充滿時(shí)，生長就停止?？臻g限制法可分為若

15、干組：（1）氣相中的液滴，如噴霧合成和噴霧熱分解；（2）液體中的液滴，如微乳液的膠束合成；（3）基于模板的合成，如聚合物模板作為陽離子交換樹脂；（4）自生長終止合成：當(dāng)有機(jī)組成部分或外來離子附著在生長表面并所有全部可用位谿時(shí)，生長就會(huì)停止。9、什么是一維納米結(jié)構(gòu)？具制備技術(shù)可以分為幾類？通常指直徑不超過100nm、具有較大長/徑比的納米線、納米管、納米棒、納米纖維、納米晶須等。制備技術(shù)大致可分為三？類：1自發(fā)生長（自下而上制備路線）蒸發(fā)（溶解）-冷凝氣體（溶液）-液體-固體（VLS或SLS）生長應(yīng)力-誘導(dǎo)再結(jié)晶2基于模板合成法（自下而上制備路線）電鍍和電泳沉積膠體分散，溶化或溶液填充化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)

16、化3靜電紡絲技術(shù)4光刻（自上而下制備路線）10、 簡要說明一維納米結(jié)構(gòu)各向異性生長的幾種機(jī)制。各向異性生長的若干機(jī)制：在晶體中不同晶面有不同的生長速率，如金剛石結(jié)構(gòu)的Si,在111面上的生長速率小于110面的生長。特定品向上缺陷的存在，如螺旋位錯(cuò)。在特定面上優(yōu)先沉積或雜質(zhì)引起中毒。11、 簡述蒸發(fā)-冷凝（VS）、溶解-冷凝（LS）、以及氣-液-固（VLS）生長機(jī)制。蒸發(fā)-冷凝（VS）生長機(jī)制:蒸發(fā)-冷凝過程也稱為氣體-固體（VS）過程。1）擴(kuò)散；2）吸附；3）表現(xiàn)擴(kuò)散；4）冷凝；5）脫附；6）副產(chǎn)物擴(kuò)散。溶解-冷凝（LS）生長機(jī)制:溶解-冷凝不同于蒸發(fā)-冷凝，在此過程中，生長物質(zhì)首先溶解在溶劑

17、或溶液中，再從溶劑或溶液中擴(kuò)散到表面，形成納米棒或納米線。氣-液-固（VLS）生長機(jī)制:指控制引入雜質(zhì)或催化劑第二相材料，在特定方向和限定區(qū)域內(nèi)引導(dǎo)和控制晶體的生長。在晶體生長過程中，催化劑通過自身或與生長材料合金化形成液滴（液相），來誘捕生長物。生長物（氣相）在催化劑液滴表面富集，隨后在生長表面沉淀導(dǎo)致一維生長（固相）。12、 納米線的自發(fā)生長和模板輔助生長有何區(qū)別？自發(fā)生長：是一個(gè)由Gibbs自由能或化學(xué)勢(shì)的減小所驅(qū)動(dòng)的過程，Gibbs自由能的減小通常是由相變、化學(xué)反應(yīng)、應(yīng)力釋放、再結(jié)晶、過飽和度減小等所引起的，是一維納米結(jié)構(gòu)生長的驅(qū)動(dòng)力。自發(fā)生長過程中，對(duì)于特定的材料和生長條件，生長表面

18、的缺陷和雜質(zhì)對(duì)最終產(chǎn)物形貌起到非常重要的作用。模板輔助納米線合成：沉積方法：電化學(xué)沉積、電泳沉積、模板填充。13、 模板輔助納米線生長中，電化學(xué)沉積和電泳沉積有何相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？電泳沉積與電化學(xué)沉積的相同點(diǎn)：沉積材料或溶液必須潤濕模板的內(nèi)部孔壁電泳沉積與電化學(xué)沉積的不同點(diǎn)：1）電泳沉積法形成的沉積物不需要導(dǎo)電；2）膠體分散系中的納米粒子是典型的靜電或空間穩(wěn)定機(jī)制。14、 碳富勒烯的定義是什么？舉例說明碳的幾種低維納米結(jié)構(gòu)。碳富勒烯通常指由60個(gè)碳原子組成的對(duì)稱的二十面體的分子，但也包括大分子量的富勒烯Cn（口60）,如C70、C76、C78、C80、和更大的富勒烯，它們具有不同的幾何結(jié)構(gòu)。這些

19、碳分子家族命名為富勒烯。零維碳納米粒子、一維碳納米線、二維石墨層狀結(jié)構(gòu)15、 碳納米管的制備途徑有幾種？簡要說明碳納米管催化生長機(jī)制及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。制備途徑:碳納米管可用電弧蒸發(fā)、激光燒蝕、熱解、氣相沉積、電化學(xué)方法等方法來制備。碳納米管的催化生長機(jī)理：與納米線、納米棒的VLS生長機(jī)制類似。Baker和Harris提出了催化碳纖維增長的模型，即碳原子溶解到金屬液滴，然后擴(kuò)散到生長表面并沉積下來，生長出碳納米管。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):頂端生長：PECVD、熱解生長等；基底生長：Fe催化CVD垂直生長碳納米管陣列16、 舉例說明多孔材料的分類及特點(diǎn)多孔固態(tài)材料可分為三類:微孔(d<2nm)：幾乎所有的沸石及

20、其衍生物介孔(2nm<d<50nm)：表面活性劑模板大孔(d>50nm):大多數(shù)干凝膠和氣凝膠有序介孔材料特點(diǎn)：均一的尺寸和孔的形狀，直徑為3納米幾十納米，長度達(dá)到微米級(jí)，而且往往有一個(gè)非常大的孔體積(高達(dá)70%)和非常高的比表面積(>700m2/g)17、 說明以膠束為模板制備有序介孔材料的具體途徑？在膠束周圍，無機(jī)前驅(qū)物經(jīng)水解、縮合反應(yīng)形成框架OOOLLOSiSi-Sl-HOrioHOHOOHOHOHHO-Si-Si-如406661-SMOIS一»iOISJHOHOHOOHOHOHIIO-Si-Si-SiHO666HOHOd.oSIlolSIIo18、 簡

21、要說明溶膠-凝膠法制備無序介孔材料的2種方法。溶膠-凝膠法制備的介孔材料，分為兩種類型：干凝膠xerogel:室溫條件干燥，孔隙率約為50%,孔徑為幾個(gè)nm氣凝膠aerogel:超臨界干燥，孔隙率75%99%,孔徑為幾個(gè)nm干凝膠在溶膠-凝膠工藝中,前驅(qū)體分子進(jìn)行水解、縮合反應(yīng)形成納米團(tuán)簇。氣凝膠氣溶膠制備中,為了加強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)，濕凝膠需要老化一段時(shí)間。在高壓器中，溫度和壓力在溶劑的超臨界點(diǎn)以上，此時(shí)溶劑將從凝膠網(wǎng)絡(luò)中去除。19、 什么是嵌入式化合物？嵌入式化合物是一類特殊的材料。嵌入是指可移動(dòng)的原子、分子或離子可逆地插入到宿主晶體點(diǎn)陣的空位中，在嵌入與脫出過程中，宿主的晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。20

22、、 納米復(fù)合材料、納米晶材料的主要區(qū)別是什么？納米復(fù)合材料：至少由兩相組成，且其中一相彌散在另一相中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)納米晶材料：一般是指單相多品材料21、 氣相、液相中制備薄膜的技術(shù)大體包括哪幾種？薄膜生長方法： 氣相沉積：蒸發(fā)、分子束外延生長（MBE）、濺射、化學(xué)氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）; 液相生長：電化學(xué)沉積法、化學(xué)溶液沉積法（CSD）、Langmuir-Blodgett薄膜、自組裝薄單層膜（SAMs）。22、 薄膜生長的3個(gè)基本形核模式？與一維納米結(jié)構(gòu)的形核相比較，主要區(qū)別是什么?島狀模式：生長物質(zhì)間的結(jié)合力強(qiáng)于其與基板間的結(jié)合力;層狀模式：生長物質(zhì)間的結(jié)合力遠(yuǎn)小于其與基

23、板間的結(jié)合力;島-層狀模式：島狀生長和層狀生長同時(shí)存在的一種生長方式。3.2_3cos二cos二臨界值含修正項(xiàng)?23、4沉積溫度和生長物質(zhì)供應(yīng)（多少、快慢）對(duì)薄膜生長有什么樣的影響?沉積溫度、生長物質(zhì)的碰撞速率是兩個(gè)最重要的影響因素: 單晶薄膜生長：晶格匹配的單晶基板清潔的基板表面，以防止二次形核高的生長溫度，以確保生長物質(zhì)的足夠遷移低的生長物質(zhì)碰撞速率，以確保足夠表面擴(kuò)散所需時(shí)間、生長物質(zhì)與晶體結(jié)合、下一步生長之前的結(jié)構(gòu)弛豫 非晶薄膜生長：低的生長溫度，生長物質(zhì)沒有足夠的表面遷移生長物質(zhì)大量涌入到表面，在較低能量下沒有足夠時(shí)間找到生長位谿 多晶薄膜的生長條件，介于單晶和非晶薄膜條件之間。24

24、、 什么是薄膜的外延生長？均相外延生長：基板和薄膜是同一種材料，無晶格失配（錯(cuò)配），主要用于制備高質(zhì)量的薄膜，或者是在生長的薄膜中引入摻雜劑。非均相外延生長：薄膜和基板不是同一種材料，有晶格失配（錯(cuò)配）。（百度）顧名思義,外延就是“向外延伸”，這是一種特殊的薄膜生長，特質(zhì)在單晶襯底上生長一層新的單晶，即在一定條件下，在制備好的單晶襯底（硅晶圓片）上，沿其原來晶體的結(jié)晶軸方向，生長一層導(dǎo)電類型、電阻率、厚度等都符合要求的新單晶層，稱為外延層。25、 物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積方法，各自的特點(diǎn)是什么？物理氣相沉積（PVD）:生長物質(zhì)從靶材中被轉(zhuǎn)移、并沉積到基板上形成薄膜的過程，不存在化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)

25、氣相沉積（CVD）:揮發(fā)性化合物材料與其它氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成非揮發(fā)性固體，沉積于基板之上的過程。（百度）PVD特點(diǎn)：物理氣相沉積技術(shù)工藝過程簡單，對(duì)環(huán)境改善，無污染，耗材少，成膜均勻致密，與基體的結(jié)合力強(qiáng)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、光學(xué)、機(jī)械、建筑、輕工、冶金、材料等領(lǐng)域，可制備具有耐磨、耐腐飾、裝飾、導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、壓電、磁性、潤滑、超導(dǎo)等特性的膜層。CVD特點(diǎn)：1）在中溫或高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而形成固體物質(zhì)沉積在基體上；2）可以在常壓或者真空條件下（負(fù)壓”進(jìn)行沉積、通常真空沉積膜層質(zhì)量較好）；3）采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使沉積可

26、在較低的溫度下進(jìn)行；4）涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而變化，從而獲得梯度沉積物或者得到混合鍍層；5）可以控制涂層的密度和涂層純度；6）繞鍍件好。可在復(fù)雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍膜。適合涂覆各種復(fù)雜形狀的工件。由于它的繞鍍性能好，所以可涂覆帶有槽、溝、孔，甚至是盲孔的工件；7）沉積層通常具有柱狀晶體結(jié)構(gòu)，不耐彎曲，但可通過各種技術(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行氣相擾動(dòng)，以改善其結(jié)構(gòu)；8）可以通過各種反應(yīng)形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物涂層。26、簡要說明原子層沉積、模板輔助納米線生長原子層沉積（ALD）是一種獨(dú)特的薄膜生長方法，其最大特征是自限制性生長，即每次只有一個(gè)原子或分子層可以生長。因此，它提供

27、了真正納米或亞微米范圍內(nèi)控制薄膜厚度和表面平滑的最大可能性。模板輔助納米線生長：沉積方法：電化學(xué)沉積、電泳沉積、模板填充。27、電化學(xué)沉積和電泳沉積有何相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？（同T13）電泳沉積與電化學(xué)沉積的相同點(diǎn)：沉積材料或溶液必須潤濕模板的內(nèi)部孔壁電泳沉積與電化學(xué)沉積的不同點(diǎn)：1）電泳沉積法形成的沉積物不需要導(dǎo)電;2）膠體分散系中的納米粒子是典型的靜電或空間穩(wěn)定機(jī)制。第三章納米電功能材料1 .電接觸復(fù)合材料類型、性能要求、應(yīng)用領(lǐng)域?！绢愋汀堪ˋg基電接觸材料、Cu基電接觸材料【性能要求】具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、小而穩(wěn)定的接觸電阻、高的化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性和抗電弧燒損能力。電接觸元件必須在電阻率、接觸電

28、阻、密度、硬度、化學(xué)成分、抗熔焊性、抗腐蝕性、可焊性等方面可靠地滿足應(yīng)用的要求?！緫?yīng)用領(lǐng)域】在電氣、電子領(lǐng)域，電接觸材料主要用作電觸點(diǎn)、導(dǎo)電刷、集電環(huán)、換向片、整流片和接插件等，是電通斷環(huán)節(jié)中重要的功能性元件。采用電接觸元件的電機(jī)、電氣開關(guān)、繼電器、接插件等作為基礎(chǔ)件在信息工程、家用電子電器、汽車工程等領(lǐng)域大量使用。2 .導(dǎo)電復(fù)合材料定義、成型加工方法。舉例說明其應(yīng)用。【定義】主要是指復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，是將聚合物與各種導(dǎo)電物質(zhì)通過一定的復(fù)合方式構(gòu)成。【成型加工方法】I表面導(dǎo)電膜形成法導(dǎo)電填料分散法導(dǎo)電材料層積復(fù)合法【舉例說明其應(yīng)用】復(fù)合性導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用日趨廣泛，在電子、電氣、石油化工

29、、機(jī)械、照相、軍火工業(yè)等領(lǐng)域，用于包裝、保溫、密封、集成電路材料等。3 .壓電復(fù)合材料定義。是由兩種或多種材料復(fù)合而成的壓電材料常見的壓電復(fù)合材料為壓電陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活環(huán)氧樹脂）的兩相復(fù)合材料。4,正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)。舉例說明壓電材料及其應(yīng)用。某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆_壓電

30、效應(yīng)。應(yīng)用：可實(shí)現(xiàn)電-聲換能、激振、濾波，在醫(yī)療、傳感、測(cè)量等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。壓電材料應(yīng)用領(lǐng)域：分為兩大類：即振動(dòng)能、超聲振動(dòng)能一電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器、水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。如：換能器、壓電驅(qū)動(dòng)器、壓電式傳感器等。5,超導(dǎo)材料定義。【定義】具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零，以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。6 .超導(dǎo)材料基本特征。特性一：完全導(dǎo)電性（零電阻）特性二：完全抗磁性（處于超導(dǎo)狀態(tài)的金屬，不管其經(jīng)歷如何，磁感應(yīng)強(qiáng)度B始終為零，稱為邁斯納效應(yīng)）特性三：臨界溫度（L）、臨界磁場（Hc）、臨界電流（J。是約束超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件（當(dāng)溫度超過臨界溫度

31、時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失；同時(shí)，當(dāng)超過臨界電流或者血界磁場時(shí).,.超導(dǎo)態(tài)也會(huì)消失，三者具有明顯的相關(guān)性。一只有當(dāng)一一上述三個(gè)條件均滿足超導(dǎo)材料本身的臨界值時(shí)，才能發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象）特性四：約瑟夫森（BDJosephson）效應(yīng)（承擔(dān)超導(dǎo)電的超導(dǎo)電子還可以穿越極薄絕緣體勢(shì)壘）特性五：同位素效應(yīng)（即超導(dǎo)體的臨界溫度工與其同位素質(zhì)量M有關(guān)，M越大，則Tc越低。）7 .什么是邁斯納效應(yīng)。處于超導(dǎo)狀態(tài)的金屬，不管其經(jīng)歷如何，磁感應(yīng)強(qiáng)度B始終為零，稱為邁斯納效應(yīng)。導(dǎo)線和附近的磁鐵會(huì)發(fā)生力的作用。但是在超導(dǎo)體內(nèi)，感應(yīng)電流對(duì)磁場的反作用會(huì)使磁力線不能穿過它的體內(nèi)，這使磁體被排斥，超導(dǎo)體的內(nèi)部磁場始終為零。這就是邁斯納效應(yīng)

32、，或稱理想抗磁性。（百度：當(dāng)一個(gè)磁體和一個(gè)處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體相互靠近時(shí)，磁體的磁場會(huì)使超導(dǎo)體表面中出現(xiàn)超導(dǎo)電流。此超導(dǎo)電流形成的磁場，在超導(dǎo)體內(nèi)部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個(gè)磁場抵消，使超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，B=0,即超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場。）8 .什么是約瑟夫森效應(yīng)。承擔(dān)超導(dǎo)電的超導(dǎo)電子還可以穿越極薄絕緣體勢(shì)壘。（百度：電子能通過兩塊超導(dǎo)體之間薄絕緣層的量子隧道效應(yīng)。）9 .第一類超導(dǎo)體、第二類超導(dǎo)體。【第一類超導(dǎo)體】（軟超導(dǎo)體）當(dāng)H<He時(shí)，B=0（B為磁感應(yīng)強(qiáng)度）當(dāng)H>He時(shí)，B=pH第一類超導(dǎo)體只有一個(gè)臨界磁場，即He只有一個(gè)特征值?！镜诙惓瑢?dǎo)體】：有

33、兩個(gè)臨界磁場T<Tc、H<Hci時(shí)，處于超導(dǎo)態(tài);H>Hc2時(shí)，處于正常態(tài)；Hci（T）<H<Hc2（T）時(shí)，處于一種混合態(tài)，此態(tài)中具有零電阻特性，但不具備完全抗磁性。10 .超導(dǎo)BCS理論的三個(gè)觀點(diǎn)。1 .在一定溫度下，金屬中參與導(dǎo)電的電子結(jié)成庫珀對(duì)，這是一個(gè)相變過程；2 .庫珀對(duì)電子凝聚在費(fèi)密面附近；3 .費(fèi)密面以上將出現(xiàn)一個(gè)寬度為A的能隙。11 .舉例說明超導(dǎo)材料應(yīng)用。強(qiáng)電強(qiáng)磁應(yīng)用（基于超導(dǎo)的零電阻特性和完全抗磁性，以及非理想第二類超導(dǎo)體所特有的高臨界電流密度和高臨界磁場。）超導(dǎo)磁體的應(yīng)用極廣，它可以在交通、電子、能源、高能物理、醫(yī)療、工業(yè)加工等領(lǐng)域發(fā)揮重要作

34、用?？茖W(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用科學(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室是超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面，它包括高能加速器、核聚變裝谿等。在這些應(yīng)用中，超導(dǎo)磁體是高能加速器和核聚變裝谿不可缺少的關(guān)鍵部件。電力應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)在電力中的應(yīng)用主要包括：超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)儲(chǔ)能裝谿和超導(dǎo)電機(jī)等。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝谿超導(dǎo)儲(chǔ)能裝谿是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其它負(fù)載的一種電力設(shè)施。超導(dǎo)線圈是超導(dǎo)儲(chǔ)能裝谿的核心部件，它可以是一個(gè)螺旋管線圈或是環(huán)形線圈。磁體應(yīng)用超導(dǎo)磁體在許多領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，如環(huán)保、材料變性、育種、磁共振、磁拉單晶以及掃雷等。12 .介電材料定義。與導(dǎo)體、半導(dǎo)體的區(qū)別。【定義】又稱電介質(zhì)，是電絕

35、緣材料。主要用于制造電容器，要求材料的電阻率高，介電常量大。【電介質(zhì)與導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的關(guān)系】 其電導(dǎo)率指標(biāo)，材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體； 導(dǎo)體中自由電荷起主要作用，導(dǎo)體利用自由電荷傳導(dǎo)電能；I電介質(zhì)中束縛電荷起主要作用，電介質(zhì)利用束縛電荷以正、負(fù)電荷重心不重合的電極化方式來傳遞、記錄電的能量和信息 廣義上，導(dǎo)體也可稱為電介質(zhì)，但其介電特性很差； 電介質(zhì)也可以導(dǎo)電，但其導(dǎo)電特性很差； 絕緣體都是電介質(zhì)，但電介質(zhì)并不都是絕緣體，確實(shí)有良好的電介質(zhì)是半導(dǎo)體材料。13 .介電材料極化、類型?！倦娊橘|(zhì)極化類型】宏觀上，電介質(zhì)的表面出現(xiàn)極化電荷并產(chǎn)生極化強(qiáng)度微觀本質(zhì)上，電介質(zhì)中產(chǎn)生了大量沿電場方向

36、取向的電偶極子14 .介電材料的動(dòng)態(tài)極化、介電常數(shù)的表示方法。動(dòng)態(tài)極化的顯著特征是外電場的連續(xù)變化，由此引起電介質(zhì)內(nèi)不斷發(fā)生極化弛豫過程。（當(dāng)處電場的變化頻率遠(yuǎn)高于所涉及極化機(jī)制的特有頻望時(shí)，這些極化機(jī)制就會(huì)因沒有足夠的晌應(yīng)時(shí)同血山現(xiàn)極化滯后現(xiàn)象。一.動(dòng)態(tài)極化時(shí)的極化弛豫和滯后對(duì)電介質(zhì)極化性質(zhì)最顯著地影響是：動(dòng)態(tài)介電系數(shù)不同于靜態(tài)介電系數(shù)，動(dòng)態(tài)介電系數(shù)需用復(fù)數(shù)表示；極化滯后會(huì)帶來介電損耗。）（百度）介質(zhì)在外加電場時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場，介質(zhì)中電場與原外加電場（真空中）的比值即為相對(duì)介電常數(shù)（permittivity,不規(guī)范稱dielectricconstant）,又稱誘電率，與頻率相關(guān)。介

37、電常數(shù)是相對(duì)介電常數(shù)與真空中絕對(duì)介電常數(shù)乘積。介電常數(shù)（又稱電容率），以e表示，e產(chǎn)冊(cè),購為真空絕對(duì)介電常數(shù)，e0=8.85*10A（-12）F/m。第四章納米磁功能材料1 .磁性材料定義、分類、應(yīng)用領(lǐng)域?！径x】磁性材料是具有磁有序的磁性物質(zhì)，由過渡元素鐵、鉆、鍥等、稀土元素鎊、鉉等、構(gòu)成的合金及化合物，并能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)?！痉诸悺堪闯C頑力的大小可將磁性材料分為：硬磁、半硬磁、軟磁材料三種按用途：軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、旋磁材料、矩磁材料、壓磁材料、磁電阻磁泡材料、磁光材料、磁致伸縮材料按性質(zhì)：金屬磁性材料、非金屬磁性材料按形態(tài)：塊體磁性材料、粉末磁性材料、薄膜磁性材料【

38、應(yīng)用領(lǐng)域】磁性材料廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)化、音像、電機(jī)、儀器儀表、航空航天、農(nóng)業(yè)、生物與醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域。2 .鐵磁性材料的單疇、多疇、超順磁性?！締萎牎繂萎犑谴判圆牧系某叨刃∮谂R界值時(shí)，原有的磁疇結(jié)構(gòu)消失，而所有的磁矩只沿某一方向平行排列的磁狀態(tài)?！径喈牎浚ㄋ^磁疇，是指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。）宏觀物體一般總是具有很多磁疇，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，對(duì)外不顯磁性?！境槾判浴砍槾判允侵歌F磁物質(zhì)的顆粒小于臨界尺寸時(shí)具有單疇結(jié)構(gòu)，在較高溫度下表現(xiàn)為順磁性特點(diǎn)，但在外磁場作用下其順磁性磁化率比一般順磁材料的大好幾十倍，稱為超順磁性。3 .舉例說明納米磁性材料的應(yīng)用。（特性：超順磁性，如無磁滯，高磁導(dǎo)率，低損耗、高飽和磁化強(qiáng)度等）磁性納米材料的應(yīng)用可謂涉及到各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)械，電子，光學(xué)，磁學(xué)，化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。例：磁性納米顆粒作為靶向藥物、細(xì)胞分離等醫(yī)療應(yīng)用。4 .舉例說明磁致伸縮材料的應(yīng)用。磁致