納米材料知識點

1、第一次作業(yè)1簡述納米材料科技的研究方法有哪些？答：主要有兩種技術：Top down（由上而下）的方法和 Bottom up（由下而上）的方法（2 分）； Top down 由上而下的方法是一種采用物理和化學方法對宏觀物質的超細化的納米科技的研究方法。Bottom up 由下而上的方法，以原子、分子、團簇等為基元組裝具有特定功能的器件、材料。納米科技的最終目的是以原子、分子為起點，去制造具有特殊功能的產(chǎn)品。2納米材料的分類？納米材料通常按照維度進行分類。 超細粒子，團簇 0 維材料 納米線或管 1 維納米材料 納米膜 2 維納米材料 納米塊體 3 維納米材料第二次作業(yè)1在化妝品中加入納米微粒能起

2、到防曬作用的基本原理是什么？答：量子尺寸效應使納米光學材料對某種波長的光吸收帶有藍移現(xiàn)象，納米粉體對各種波長光的吸收帶有寬化現(xiàn)象，納米微粒紫外吸收材料就是利用這兩個特性。對紫外吸收好的材料有三種：TiO2 納米粒子的樹脂膜、Fe2O3 納米微粒的聚合物膜和納米Al2O3 粉體。 大氣中的紫外線在 300400nm 波段，在防曬油、化妝品中加入納米微粒，對這個波段的紫外光線進行強吸收，可減少進入人體的紫外線，起到防曬作用。2解釋納米材料熔點降低現(xiàn)象。答：晶體的自由表面和內(nèi)界面（如晶界、相界等）處原子的排布與晶體內(nèi)部的完整晶格有很大差異，且界面原子具有較高的自由能。因此，熔化通常源于具有較高能量的

3、晶體表面或界面。晶粒尺寸減小，使各種界面增多、表面積增大，熔化的非均勻形性位置增多，從而導致熔化在較低溫度下開始，即熔點降低。第三次作業(yè)：1納米材料有哪些基本效應？試舉例說明。答：納米材料基本效應有尺寸效應、形狀效應、量子效應和界面效應。其中尺 寸效應和形狀效應是納米材料最重要的基本效應。1 米材料具有強烈的尺寸效應 所謂尺寸效應就是當納米材料的組成相的尺寸如晶粒的尺寸、第二相粒子的尺寸減小時，納米材料的性能會發(fā)生變化，當組成相的尺寸小到與某一臨界尺寸相當時，材料的性能將發(fā)生明顯的變化或突變。 例如：-Fe、Fe3O4、-Fe2O3的矯頑力隨著粒徑地減小而增加，但當粒徑小于臨界尺寸時它們將由鐵

4、磁體變?yōu)槌槾朋w，矯頑力變?yōu)榱?。庫侖阻塞效應是納米材料具有尺寸效應的又一實例。 納米材料的尺寸效應還涉及納米結構的穩(wěn)定性，當納米結構的尺寸小于某一臨界尺寸時就要發(fā)生納米晶向非晶態(tài)轉變的相變。 2 米材料具有強烈的形狀效應 由于納米結構或其基本單元的形狀變化所引起的宏觀物理、化學性質的變?yōu)榉Q為納米材料的形狀效應。 納米結構和納米材料形狀的變化可以強烈地改變電子能態(tài)密度和改變表面原子的排列，分布及表面能，一次可使材料的宏觀性能特別是磁、光、催化等性能發(fā)生明顯的變化。 例如：當納米粒子由實心變成空心后，吸收光譜出現(xiàn)明顯的“紅移”現(xiàn)象，如Ag納米粒子變成空心后其吸收光譜可“紅移”200nm。3 米材料

5、具有尺寸效應的技基礎是量子效應和界面效應 量子效應：隨著金屬微粒尺寸的減小，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象和半導體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)分子軌道，能隙變寬的現(xiàn)象均稱為量子效應。量子效應即為電子的能量被量子化，電子的運動受到約束。量子效應還可稱為量子限域效應、量子尺寸效應或量子尺寸限制。 例如：GaAs-Al0.3Ga0.7As超晶格材料勢阱中產(chǎn)生尺寸效應。當層厚小于在費米能級邊緣的電子平均自由程時，在量子阱內(nèi)就會形成電子和空穴的分立能級。這種尺寸效應將改變該材料的光學吸收、受激發(fā)射以及隧穿等性能。 界面效應：納米晶體材料中含有大量的晶界，因而晶界

6、上的原子占有相當高的比例。例如對于尺寸為5nm的晶粒，大約有50的原子處于晶粒最表面的一層平面（原子平面）和第二層平面；對于晶粒為10nm，晶界寬為1.0nm材料，大約有25原子位于晶界。由于大量的原子存在于晶界和局部的原子結構不同于大塊晶體材料，必將使納米材料的自由能增加，使納米材料處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，如晶粒容易長大，同時使材料的宏觀性能如機械變形發(fā)生變化。 界面效應能使異質原子在晶界的偏析大幅度提高。例如室溫下Bi在Cu中的溶解度小于104，而在8nm Cu多晶中溶解度為4，其中部分或大部分Bi原子位于晶界。 選擇和控制某些原子在晶界的偏析，可有效的阻止納米晶的長大。例如，少量的Cu的加入可有效地阻止Fe-Si-B非晶晶化時納米相的長大，在Fe-Cu合金中Cu偏析到晶界能抑制納米相的長大等。第四次作業(yè)1納米顆粒與微細顆粒及原子團簇的區(qū)別？答：1）尺度上：分別為 10-910-7m, 10-710-5m, 10-9m 2）物理與化學性質上：（1）微細顆粒不具有量子效應，納米顆粒有量子效應； （2）團簇有量子效應和幻術效應，而納米顆粒不具有幻數(shù)效應。2請分別從能帶變化和晶體結構來說明藍移現(xiàn)象。答：隨著半導體粒子尺寸的減小，其帶隙增加，相應的