纳米结构与纳米材料25个题目+完整答案

1.什么是纳米材料？其内涵是什么？（从零、一、二、三维考虑）

2.纳米材料的四大效应是什么？对每一效应举例说明。

3.纳米材料的常用的表征方法有哪些？

4.用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求？从它们的图像中能够得到哪些基本信息？

5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点？如何利用？

6.在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节？气相合成大致可分为哪四种？气相成核理论的机制有哪两种？

7.溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的？

8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理，可获得密度不同的碳纳米管阵列（也叫纳米森林），简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度？

9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛，下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。请用Scherrer 方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸（XRD测试时所用的 = 1.5406Å，锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3）（默写出公式并根据图中的数据来计算）。

10.氧化物或者氮化物纳米材料具有许多特殊的功能，请以一种氧化物或者氮化物为例，举出其三种主要的制备方法（用到的原料、反应介质、主要的表征手段）、主要用途（与纳米效应有关的用途）、并介绍这种物质的至少两种晶相。

11.举出五种碳的纳米材料，阐述其一维材料与二维材料的结构特点、用途。

12.简述纳米材料的力学性能、热学性能与光学性能有怎样的变化？

13.什么叫化学气相沉积法，它与外场结合又可衍生出哪些方法？简述VLS机制。

14.纳米半导体颗粒具有光催化性能的主要原因是什么？光催化有哪些具体应用

15.利用机械球磨法制备纳米颗粒的主要机制是什么？有何优、缺点？

16 何为“自催化VLS生长”？怎样利用自催化VLS生长实现纳米线的掺杂？

17.液相合成金属纳米线，加入包络剂(capping reagent)的作用是什么？

18.何为纳米材料的模板法合成？它由哪些优点？合成一维纳米材料的模板有哪些？

19.试结合工艺流程图分别说明氧化铝模板的制备过程以及氧化铝模板合成纳米线阵列的过程

20.从力学特性、电学特性和化学特性来阐述碳纳米管的性质，它有哪些主要的应用前景？

21.如何提高传统光刻技术中曝光系统的分辩率？

22.试比较电子束刻蚀和离子束刻蚀技术的异同点和优缺点。

23.比较极紫外光刻技术和X射线光刻技术的异同。

24.何为纳米材料的自组装？用于制备纳米结构的微乳液体系一般有几个组成部分？

25 何谓“取向搭接Oriented attachment”“奥斯德瓦尔德熟化Ostwald ripening”?

1、什么是纳米材料？其内涵是什么？（从零、一、二、三维考虑）

广义地，纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为单元构成的材料。

几十个到几万个原子的纳米颗粒（零维）

一维量子线（线、管、棒、电缆）

二维量子面（超薄膜, ultrathin films ）

三维纳米固体（体材料，bulk materials）

2、纳米材料的四大效应是什么？对每一效应举例说明。

1.小尺寸效应：指纳米粒子尺寸减小，体积缩小，粒子内的原子数减少而造成的效应。

举例：小尺寸的Au/TiO2具有低温氧化催化活性。

2.表面效应：粒径逐渐接近于原子直径时，表面原子的数目及其作用不能忽略，这时晶粒的表面积、表面能和表面结合能等都发生了很大的变化，人们把由此而引起的种种特异效应通称为表面效应。

举例：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。

3.量子尺寸效应：当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级的；即可看作由连续能级变成不连续能级的现象称为纳米材料的量子尺寸效应。举例：①在某一温度下，半径为纳米级的Ag变成半导体或者绝缘体

4.宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。举例：○1宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。

5 库伦阻塞效应：

3、纳米材料的常用的表征方法有哪些？

答：①透射电子显微镜(TEM)，扫描电子显微镜(SEM)，原子粒显微镜(AFM)

②X射线衍射仪(XRD)，比表面积测定仪

③光谱分析：红外光谱，紫外光谱，拉曼光谱等。

4、用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求？从它们的图像中能够得到哪些基本信息？

三者都是固体样品。

要求：TEM：超薄切片

SEM：要求样品表面导电，如不导电则需镀白金、黄金或碳

AFM：样品要求表面较平整，过于凹凸针尖易断。

提供的信息：TEM：晶粒大小与分布，包括晶界，甚至能看到晶格条纹

SEM：颗粒的大小与分布

AFM：主要观察薄膜表面粗糙度

5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点？如何利用？

优点:①表面活性高可以吸附储氢.②制备高效催化剂③实现低熔点材料

缺点:①容易吸附团聚②容易失活③易被氧化而燃烧。

应用：表面吸附储氢、制备高效催化剂、实现低熔点材料等。

6.在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节？气相合成大致可分为哪四种？气相成核理论的机制有哪两种？

a在纳米微粒的气相法合成中，涉及过饱和蒸气的产生、粒子成核和长大、团聚、凝结、转移和收集等过程

b蒸发法、溅射法、化学气相反应法和化学气相凝聚法

c（１）蒸气的异相成核：以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂质或固体表面上的台阶等缺陷为成核中心，进行微粒的形核及长大。

（２）蒸气的均相成核：无任何外来杂质或缺陷的参与，过饱和蒸气中的原子因相互碰撞而失去动能，因小范围内温度和物质浓度不同，开始聚集成小核。当小核半径大于临界半径Rc时就可以成核生长，最终形成微粒。

7. 溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的？

过程：前驱体+溶剂→均匀溶液→在一定条件下溶质水解/醇解→水解产物（缩合聚集）→1nm左右的胶体粒子（溶胶）→溶胶粒子（聚合生长）→凝胶【（SSG法（溶液－溶胶－凝胶法）】→凝胶陈化、干燥、焙烧去除有机成分，最后得到所需的无机纳米微粒。

8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理，可获得密度不同的碳纳米管阵列（也叫纳米森林），简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度？

步骤：①制备FeCl3-SiO2溶胶

②溶液做成薄膜（浸渍提拉法或悬浮法）

③用氢气将Fe3+还原成为Fe

④通入含碳的烃类，CNTs催化生长

控制：通过控制FeCl3的浓度来改变Fe的含量；改变H2的还原温度来改变Fe纳米晶的大小，及控制气流量。

9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛，下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。请用Scherrer 方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸（XRD测试时所用的 = 1.5406Å，锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3）（默写出公式并根据图中的数据来计算）。