《納米材料與納米結(jié)構(gòu)》課程復(fù)習(xí)題

1、納米材料與納米結(jié)構(gòu)課程復(fù)習(xí)題納米材料與納米結(jié)構(gòu)課程復(fù)習(xí)題1.納米顆粒有哪些基 本的效應(yīng)？久保理論;尺寸效應(yīng)；表面與界面效應(yīng)；體積效應(yīng)；量子尺寸效 應(yīng)；宏觀量子隧道效應(yīng).什么是超順磁性？討論產(chǎn)生超順磁性的原因。磁性材料的磁性隨溫度的變化而變化，當(dāng)溫度低于居里點 時，材料的磁性很難被改變；而當(dāng)溫度高于居里點時，材料將變 成“順磁體” (paramagic),其磁性很容易隨周圍的磁場改變而 改變。如果溫度進(jìn)一步提高，或者磁性顆粒的粒度很小時，即便 在常溫下，磁體的極性也呈現(xiàn)出隨意性，難以保持穩(wěn)定的磁性 能，這種現(xiàn)象被就是所謂超順磁效應(yīng)。超順磁狀態(tài)的起源可歸為以下原因：在小尺寸下，當(dāng)各向異 性能減小到

2、與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不再固定在一個 易磁化方向，易磁化方向做無規(guī)律的變化，結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的 出現(xiàn)。不同種類的納米磁性微粒顯現(xiàn)超順磁的臨界尺寸是不相同 的.用機(jī)械法來制備納米顆粒有什么優(yōu)點和缺點？優(yōu)點：過程簡單，大規(guī)模生產(chǎn)容易，花費少，不污染環(huán)境， 沒有后續(xù)過程的問題缺點：能源消耗高，難以控制粒子形貌，夾 有雜質(zhì).納米顆粒材料與相同塊體材料的光學(xué)性質(zhì)有何差異？納米固體的光吸收具有常規(guī)粗晶不具備的一些新特點。金屬 納米固體等離子共振吸收峰變得很弱，甚至消失。半導(dǎo)體納米固體中粒子半徑小于或等于激子玻爾半徑時，會 出現(xiàn)激子(Wannier激子)光吸收帶(例如，粒徑為4. 5 nm的 Cd

3、SexS 1-x,在波長約450 nm處呈現(xiàn)一光吸收帶)。相對常規(guī)粗晶材料，納米固體的光吸收帶往往會出現(xiàn)藍(lán)移或 紅移。例如，納米NiO塊體的4個光吸收帶(3. 30, 2. 99, 2. 78, 2. 25 eV)發(fā)生藍(lán)移，三個光吸收帶(1.92, 1. 72, 1.03 eV)發(fā) 生紅移，與納米粉體相類似。納米結(jié)構(gòu)材料由于顆粒很小，這樣由于小尺寸會導(dǎo)致量子限 域效應(yīng)，界面結(jié)構(gòu)的無序性使激子，特別是表面激子很容易形 成；界面所占的體積很大，界面中存在大量缺陷，例如懸鍵，不 飽和鍵和雜質(zhì)等，這就可能在能隙中產(chǎn)生許多附加能隙；納米結(jié) 構(gòu)材料中由于平移周期的破壞，在動量空間(k空間)常規(guī)材料中 電子

4、躍遷的選擇定則對納米材料很可能不適用，這些就會導(dǎo)致納 米結(jié)構(gòu)材料的發(fā)光不同于常規(guī)材料，有自己新的特點。.給出采用透射電鏡(TEM)觀測納米顆粒粒度的優(yōu)缺點。優(yōu) 點：圖像為立體形象，反映了標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。缺點：電鏡觀察法得到的一次粒度分析結(jié)果一般很難代表實 際樣品顆粒的分布狀態(tài)。對一些在強(qiáng)電子束轟擊下不穩(wěn)定甚至分 解的納米顆粒以及制樣困難的生物和微乳等樣品則很難得到準(zhǔn)確 的結(jié)果。電鏡觀察法一次粒度檢測結(jié)果通常作為其他分析方法結(jié)果的 比照。.簡述納米二氧化鈦的光催化原理。光的照射下，價帶電子越遷到導(dǎo)帶，價帶的孔穴把周圍環(huán)境 中的羥基電子奪過來，羥基變成自由基，作為強(qiáng)氧化劑將酯類變 化如下：酯一醇一

5、醛一酸fC02,完成了對有機(jī)物的降解。當(dāng)半導(dǎo)體氧化物納米粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射 后，電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了電子一空穴對，電子具有還 原性，空穴具有氧化性，空穴與氧化物半導(dǎo)體納米粒子表面的0H 反應(yīng)生成氧化性很高的0H自由基，活潑的0H自由基可以把許多 難降解的有機(jī)物氧化為C02和水等無機(jī)物。.表述可使納米顆粒聚團(tuán)進(jìn)行有效分散的方法。加入反絮凝劑形成雙電層一反絮凝劑的選擇可依納米微粒的 性質(zhì)、帶電類型等來定；加入表（界）面活性劑包裹微粒一由于 活性劑的存在使分子產(chǎn)生斥力，使得粒子間不能接觸（如磁性顆 粒）。.給出溶膠一凝膠法制備納米顆粒物料的步驟。溶膠的制 備：有兩種方法制備溶

6、膠，一是先將部分或全部組分用適當(dāng)沉淀 劑先沉淀出來，經(jīng)解凝，使原來團(tuán)聚的沉淀顆粒分散成原始顆粒。因這種原始顆粒的大小一般在溶膠體系中膠核的大小范圍， 因而可制得溶膠。另一種方法是由同樣的鹽溶液出發(fā)，通過對沉淀過程的仔細(xì) 控制，使首先形成的顆粒不致團(tuán)聚為大顆粒而沉淀，從而直接得 到膠體溶膠。溶膠一凝膠轉(zhuǎn)化：一是化學(xué)法，通過控制溶膠中的電解質(zhì)濃度；二是物理法，迫使膠粒間相互靠近，克服斥力，實現(xiàn)膠凝 化。凝膠干燥：一定條件下（如加熱）使溶劑蒸發(fā)，得到粉料，干燥過程中 凝膠結(jié)構(gòu)變化很大。.討論影響納米磁性液體的穩(wěn)定性及性能的主要因素。pH值、Fe2+/Fe3+濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、分散劑均對納 米

7、Fe304顆粒的性能有顯著影響，在制備過程中必須嚴(yán)格地加以 控制才能得到具有良好磁性能和合適粒徑的納米Fe304顆粒。稀 士離子摻雜對Fe304顆粒磁性能的影響。.描述制備納米晶材料機(jī)械合金化方法的特點。高能球磨法是利用球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動或振動使硬球?qū)υ线M(jìn)行強(qiáng) 烈的撞擊，研磨和攪拌，把金屬或合金粉末粉碎為納米級微粒的 方法。如果將兩種或兩種以上金屬粉末同時放人球磨機(jī)的球磨罐 中進(jìn)行高能球磨，粉末顆粒經(jīng)壓延，壓合，又碾碎，再壓合的反 復(fù)過程（冷焊一粉碎一冷焊的反復(fù)進(jìn)行），最后獲得組織和成分 分布均勻的合金粉末。由于這種方法是利用機(jī)械能達(dá)到合金化而不是用熱能或電能，所以把高能 球磨制備合金粉末的方法稱

8、做為機(jī)械合金化（Mechanical alloying,簡寫成 MA）?？芍苽洌杭{米晶純金屬；互不相溶體系的固溶體；納米金屬 間化合物；納米金屬一陶瓷粉復(fù)合材料.納米材料熔點降低的原因是什么？納米微粒的熔點、開始燒結(jié)溫度和晶化溫度均比常規(guī)粉體的 低得多。由于顆粒小，納米微粒的表面能高、比表面原子數(shù)多， 這些表面原子近鄰配位不全，活性大以及體積遠(yuǎn)小于大塊材料的 納米粒子熔化時所需增加的內(nèi)能小的多，這就使得納米微粒熔點 急劇下降。.可以采用何種方法來測量納米晶材料的晶粒尺寸？.電鏡觀察法2.激光粒度分析法3.沉降法粒度分析4.電 超聲粒度分析法5.比表面積分析法.解釋納米顆粒的光吸收帶出現(xiàn)“藍(lán)移”

9、現(xiàn)象的原因。一是量子尺寸效應(yīng)，由于顆粒尺寸下降能隙變寬，這就導(dǎo)致 光吸收帶移向短波方向。Ball等從分子結(jié)構(gòu)的角度對這種藍(lán)移現(xiàn) 象給出了解釋：已被電子占據(jù)分子軌道能級與未被占據(jù)分子軌道 能級之間的寬度（能隙）隨顆粒直徑減小而增大，這是產(chǎn)生藍(lán)移的 根本原因。另一種是表面效應(yīng)。由于納米微粒顆粒小，大的表面張力使 晶格畸變，晶格常數(shù)變小。對納米氧化物和氮化物微粒研究表明，第一近鄰和第二近鄰的距離變短。鍵長的縮短導(dǎo)致納米微粒 的鍵本征振動頻率增大，結(jié)果使紅外光吸收帶移向了高波數(shù)。.給出納米薄膜的類型和制備方法。液相法：溶膠一凝膠法；電沉積法氣相法：高速超微粒子沉積法（氣體沉積法）；直接沉積法.給出高溫

10、水解法制備納米顆粒的幾種類型。.表述采用幾種常用制備納米顆粒液相方法。一凝膠法 （膠體化學(xué)法）；6、輻射化學(xué)合成法1、沉淀法；2、噴霧法；3、水熱法（高溫水解法）；4、溶 劑揮發(fā)分解法；5、溶膠.鐵磁性或亞鐵磁性納米顆粒的單疇尺寸等于其超順磁性 尺寸否？當(dāng)鐵磁或亞鐵磁物體小過某一臨界尺寸（20-50nm）時，它們 就成為單疇顆粒。許多這樣單疇顆粒組成的物質(zhì)具有超順磁性。.何為納米顆粒分散體系的丁達(dá)爾效應(yīng)？如果讓一束聚集的光線通過某種分散物系，在入射光的垂直 方向可以看到一個發(fā)光的圓錐體（見圖），此現(xiàn)象成為丁達(dá)爾效 應(yīng)，該圓錐為丁達(dá)爾圓錐。.表述用于分散納米顆粒的化學(xué)分散劑分子吸附在顆粒表 面上的吸附類型。物理吸附；電解質(zhì)吸附；非電解質(zhì)的吸附.紅移引起紅移的因素也很復(fù)雜，歸納起來有：1）電子限域在小 體積中運動；量子限域效應(yīng)2）粒徑減小，內(nèi)應(yīng)力（P=2?/