納米知識點與答案匯總

1、精品文檔第一章1、納米科學技術概念 納米科學技術是研究在千萬分之一米（10-7）到十億分之一米（10 - 9米）內(nèi)，原子、分子和其它類型物質的運動和變化的科學；同時在這一尺度范圍內(nèi)對原子、分子等進行操縱和加工的技術，又稱為納米技術。2、納米材料的定義把組成相或晶粒結構的尺寸控制在100納米以下的具有特殊功能的材料稱為納米材料。即三維空間中至少有一維尺寸小于100 nm的材料或由它們作為基本單元構成的具有特殊功能的材料?！肮δ堋备拍?，即“量子尺寸效應”。3、納米材料五個類（維度）0維材料，1維材料，2維材料，體相納米材料，納米孔材料4、0、1、2維材料定義、例子 0維材料一尺寸為納米級 （100

2、 nm）以下的顆粒狀物質。 富勒烯、膠體微粒、半導體量子點1維材料一線徑為 1 100 nm的纖維（管）。納米線、納米棒、納米管、納米絲2維材料一厚度為1 100 nm的薄膜。薄片、材料表面相當薄的單層或多層膜5、納米材料與傳統(tǒng)材料的主要差別一尺寸：第一、這種材料至少有一個方向是在納米的數(shù)量級上。比如說納米尺度的顆粒，或者是分子膜的厚度在納米尺度范圍內(nèi)。性能：第二、由于量子效應、界面效應、表面效應等，使材料在物理和化學上表現(xiàn)出奇異現(xiàn)象。 比如物體的強度、韌性、比熱、導電率、擴散率等完全不同于或大大優(yōu)于常規(guī)的體相材料。6、金屬納米粒子隨粒徑的減小，能級間隔增大 7、與塊體材料相比，半導體納米團簇

3、的帶隙展寬，展寬量與顆粒尺寸成反比8、納米材料的四大基本效應 尺寸效應，介電限域效應，表（界）面效應，量子效應9、什么是量子尺寸效應當粒子尺寸下降到某一值時， 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；納米半導體顆粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道（HOMO ）和最低未被占據(jù)分子軌道能級 （LUMO ）,能隙變寬的現(xiàn)象，均稱為量子尺寸效應。10、什么是小尺寸效應 當超細顆粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長、以及超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞；非晶態(tài)納米顆粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導致聲、光、電、磁、熱、力學等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效

4、應。11、什么是表（界）面效應納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相當大的比例。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的化學活性，催化活性，吸附活性。表面效應是指納 米粒子表（界）面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后引起的性質上的變化。12什么是宏觀量子隧道效應、 微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化 強度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化， 故稱為宏觀量子隧道效應。13、什么是庫侖堵塞效應 當體系的尺度進入到納米級 （一般金屬粒子為幾個納米，半導體粒子為幾十

5、納米），體系電荷是“量子化”的，即充電和放電過程是不連續(xù)的，充入一個電子所需的能量Ec為e2/2C, e為一個電子的電荷，C為小體系的電容，體系越小，C越小，能量Ec越大。我們把這個能量稱為庫侖堵塞能。換句話說，庫侖堵塞能是前一個電子對后一個電子的庫侖排斥能，這就導致了對一個小體系的充放電過程，電子不能集體傳輸， 而是一個一個單電子的傳輸。通常把小體系這種單電子輸運行為稱庫侖堵塞效應。 14、納米微粒熔點降低的原因 與常規(guī)粉體材料相比，由于納米微粒的顆粒小，其表面能高、比表面原子數(shù)多。這些表面原子近鄰配位不全，活性大，以及體積遠小于大塊材料的納米粒子熔化時所需增加的內(nèi)能小得多，這就使得納米微粒

6、的熔點急劇下降。 15、燒結溫度比常規(guī)粉體顯著降低的原因 所謂燒結溫度是指把粉末先用高壓壓制成形，然后在低于熔點的溫度下使這些粉末互相結合成塊，密度接近常規(guī)材料的最低加熱溫度。納米粒子尺寸小， 表面能高，壓制成塊材后的界面具有高能量，在燒結中高的界面能成為原子運動的驅動力，有利于界面附近的原子擴散、界面中的空洞收縮及空位團的湮沒。因此，在較低溫度下燒結就能達到致密化目的，即燒結溫度降低。 16、什么是寬頻帶強吸收 大塊金屬具有不同顏色的金屬光澤，表明它們對可見光范圍各種顏色（波長）的光的反射和吸收能力不同。而當尺寸減小到納米級時，各種金屬納米微粒幾乎都呈黑色。它們對可見光的反射率極低，而吸收率

7、相當高。例如， Pt納米粒子的反射率為 1%, Au納米粒子的反射率小于10%。這種對可見光低反射率，強吸收率導致粒子變黑。 17、納米材料的紅外吸收譜寬化的主要原因 1）尺寸分布效應：通常納米材料的粒徑有一定分布，不同顆粒的表面張力有差異，引起晶格畸 變程度也不同。這就導致納米材料鍵長有一個分布，造成帶隙的分布， 這是引起紅外吸收寬化的原因之一。2）界面效應：界面原子的比例非常高，導致不飽和鍵、懸掛鍵以及缺陷非常多。界面原子除與 體相原子能級不同外，互相之間也可能不同，從而導致能級分布的展寬。與常規(guī)大塊材料不同， 沒有一個單一的、 擇優(yōu)的鍵振動模， 而存在一個較寬的鍵振動模的分布，在紅外光作

8、用下對紅外光吸收的頻率也就存在一個較寬的分布。18、什么是納米材料吸收光譜的藍移 與大塊材料相比，納米微粒的吸收帶普遍存在“藍移”現(xiàn)象，即吸收帶移向短波長方向。 19、納米材料吸收光譜藍移的原因 1）量子尺寸效應：即顆粒尺寸下降導致能隙變寬，從而導致光吸收帶移向短波方向。Ball等的普適性解釋是：已被電子占據(jù)的分子軌道能級（HOMO）與未被電子占據(jù)的分子軌道能級（LUMO）之間的寬度（能隙）隨顆粒直徑的減小而增大，從而導致藍移現(xiàn)象。這種解釋對半導體和絕緣體均 適用。 2）表面效應：納米顆粒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的研 究表明，第一近鄰和第二近鄰的距離變短，鍵長

9、的縮短導致納米顆粒的鍵本征振動頻率增大，結果使紅外吸收帶移向高波數(shù)。 20什么是納米材料吸收光譜的紅移現(xiàn)象、在一些情況下，當粒徑減小至納米級時，可以觀察到光吸收帶相對粗晶材料的“紅移”現(xiàn)象， 即吸收帶移向長波長21、金屬納米顆粒材料電阻增大原因 納米材料體系的大量界面使得界面散射對電阻的貢獻非常大，當尺寸非常小時，這種貢獻對總電阻占支配地位，導致總電阻趨向于飽和值，隨溫度的變化趨緩。 當粒徑低于臨界尺寸時，量子尺寸效應造成的能級離散性不可忽視，最后溫升造成的熱激發(fā)電子對電導的貢獻增大，即溫度系數(shù)變負。22、納米材料的超順磁性及原因 鐵磁性納米顆粒的尺寸減小到一定臨界值時，進入超順磁狀態(tài)。其原因

10、是：在小尺寸下，當各向異性能減小到與熱運動能可比擬時，磁化方向就不再固定在一個易磁化方向上，易磁化方向做無規(guī)律的變化，結果導致超順磁性的出現(xiàn)。此時磁化率不再服從居里-外斯定律。23、納米材料的高矯頑力及原因 納米粒子尺寸高于超順磁臨界尺寸時，通常呈現(xiàn)高的矯頑力。起源有兩種模型：（1） 一致轉動模型；（2）球鏈反轉磁化模型。前者的解釋是：當粒子尺寸小到 某一尺寸時，每個粒子就是一個單磁疇。例如Fe的單磁疇臨界尺寸為 12nm, Fe3O4為40nm每個單磁疇的納米粒子實際上成為一個永久磁鐵，要使該磁鐵去磁， 必須使每個粒子整體的磁矩反轉，這需要很大的反向磁場，因此具有較高的矯頑力。該模型預測值通

11、常偏高。球鏈模型認為， 由于凈磁作用球形納米 Ni粒子形成鏈狀，以此作為理論推導的前提。24、 “摔不碎的陶瓷碗”的原因 一陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。25、納米材料較高的化學活性和催化活性的原因 由于納米材料的比表面積很大，界面原子數(shù)很多，界面區(qū)域原子擴散系數(shù)高，而表面原子配位不飽和性將導致大量的懸鍵和不飽和鍵等，這些都使得納米材料具有較高的化學活性，許多納米金屬微粒室溫下在空氣中就會被強烈氧化而燃燒。將納米Er和納米Cu粒子在室

12、溫下進行壓結就能夠發(fā)生反應形成 CuEr金屬間化合物，而很多催化劑的催化效率隨顆粒尺寸減小到納米量級而 顯著提高，同時催化選擇性也增強。第二章1、什么是光催化納米半導體材料在光的照射下，通過把光能轉化為化學能，促進化合物的合成或使化合物（有機物、無機物）降解的過程稱為光催化。2、光照射納米 TiO2的反應（可用反應式表示）TlOj + 片* A TiQj + /+ i甘+匚復合+能量歌熱德）H20 + h+ -OH + H+3、光生空穴在光催化劑表面發(fā)生的氧化還原反應:OH- + h+ * , OH學資學習網(wǎng)精品文檔、光生電子在光催化劑表面發(fā)生的氧化還原反應：4.6 + h * 02-Had

13、+ *， - 00H 4 QH*2 OOH > O2 + H2O2hQOH + H2° + 丁 H2O2 + 0H'HOq + e" ，口H + 0H'半導體粒子產(chǎn)生光催化作用而相應的體相半導體上卻沒有任何光催化活性、納米TiO25_ 的原因10nm納米半導體材料可以利用太陽能進行光催化反應，例如：粒徑為與體相材料不同，半導體粒子，對于光催化有機物顯示出高效率的量子效率，而相應的體相半導的 TiO2體上卻沒有任何光催化活性)納米半導體粒子的量子尺寸效應使導帶和價帶能級變?yōu)榉至⒛芗墸芟蹲儗?。納(1米半導體粒子獲得了更強的還原及氧化能力，從而產(chǎn)生了光催化

14、性能。粒子中，電子從體內(nèi)擴散到表面的時間約為的TiO2 (2)計算表明，在粒徑為"而在粒徑為100ns10nm的微粒中擴散時間僅為10Ps粒徑越小，電子與空穴的復合幾率越小，電荷分離效果越好，光催化活性 提高。光觸媒作用的應用有哪些、納米TiO26 納米TiO2光觸媒滅蚊器 納米二氧化鈦具有催化性質，它可以降解汽車尾氣TiO2光催化降解氧化有機物的產(chǎn)物是什么7、納米 H2O和降解為小分子，直至變成CO2提高、TiO2光催化效率的途徑 8 光催化劑被光輻射激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對雖然具有很高的氧化能力，但在納米TiO2實際應用中存在一些缺陷：表面上光生電子和空穴的復合是在小于很易重新復合

15、，例如在 TiO2e-)(h+光生載流子，的時間內(nèi)完成，影響了光催化的效率。10-9s空穴的分離效率，抑-因此制備高活性光催化劑的突出問題是提高光催化劑中光生電子.制電子空穴的重新結合。目前光催化劑的改性研究主要針對TiO2進行金屬離子摻雜、貴金屬表面沉積、半導體復合、表面光敏化、表面超強酸化等。9、納米TiO2中摻雜過渡金屬離子提高光催化活性的原因當在半導體中摻雜不同價態(tài)的過渡金屬離子后，半導體的光催化性質被改變。從化學觀點看，金屬離子是電子的有效接受體，可捕獲導帶中的電子。由于金屬離子對電子的爭奪，減少了TiO2表面光生電子與空穴的復合，從而使TiO2表面產(chǎn)生了更多的 OH和O2-,提高了

16、催化劑的光催化活性。10、在納米TiO2光催化劑的表面沉積貴金屬的兩個作用是什么 有利于光生電子和空穴的有效分離以及降低還原反應(質子的還原、溶解氧的還原)的超電壓。貴金屬修飾TiO2通過改變體系中的電子分布，影響 TiO2的表面性質，進而改善其光催化活性。11、詳述CdS-TiO2復合體系提高光催化效率的過程(可以加圖示形式) CdS的帶隙能為2.5eV, TiO2的帶隙能為3.2eV。當以足夠的能量輻射時，CdS和TiO2同時發(fā)生電子激發(fā)，由于兩者導帶與價帶的差異，光生電子將聚集在TiO2的導帶上，而空穴則聚集在CdS的價帶上，使得光生載流子得到有效的分離，提高了光催化性能；當激發(fā)能不足以

17、激發(fā)光催化劑中的TiO2時，卻能激發(fā) CdS,由于TiO2導帶比CdS導帶電位高，使得 CdS上受激產(chǎn)生的電子更易遷移到 TiO2的導帶上，激發(fā)產(chǎn)生的空穴仍留在CdS的價帶，這種電子從 CdS向TiO2的遷移有利于電荷的分離，從而提高光催化的效率。分離的電子及空穴可以自由地與表面吸附質 進行交換。載流子在真5與復合半導體中的轉移Transfer of chaige carrier in coup； ed semiconductors ofTiOa and CdS粉體的五種方法，并寫出反應式列舉氣相法制備納米TiO2124HCl(g) TiO2(s) + 02f )+ TiCl4 (g 2H2(

18、g) + TiCl4 氣相氫火焰水解法 Ti02 ( s) + Cl2 ( g)TiCl4( g ) +02 ( g)-氣相氧化法 TiCl4nTiO2 (s) + 2nH2O (g) + 4nC4H8 (g) -nTi(OC4H9R)4 (g)鈦醇鹽氣相分解法Ti(0H)4 (s) +4R0H (g)- 鈦醇鹽氣相水解法Ti(0R)4 (g) + 4H2O (g)Ti02 (s) + H20 (g)fH20 (s) - Ti02 H20 (s) + H20 (g) - Ti02 f Ti(0H)4 (s)物理氣相法13、列舉液相法制備納米Ti02粉體的五種方法 水解法、溶膠-凝膠法、微乳液法

19、、水熱反應法、模板法14、敘述水解法制備納米Ti02粉體的過程 將TiCl4和鈦醇鹽溶液在一定條件下水解生成氫氧化物或水合氧化物沉淀，經(jīng)加熱分解后可得到Ti02納米粒子。利用這種方法合成的納米粉體，顆粒分布均勻，性能優(yōu)異，純度高，形狀易控 制。15、敘述溶膠-凝膠法 制備納米Ti02粉體的過程 以鈦醇鹽為原料，無水乙醇為有機溶劑，制得均勻溶膠，加入一定量的酸，起抑制水解的作用，再濃縮成透明凝膠，經(jīng)干燥熱處理即可得Ti02納米粒子16、敘述溶膠-凝膠法 制備納米TiO2薄膜的過程 般選取鈦的有機鹽（如鈦酯）或無機鹽（如 TiCl4 ）作為原料，將其溶于低碳醇中，然后在室溫下加入到中強酸度的水溶液

20、中，攪拌下水解制備TiO2溶膠，然后采用浸漬-提拉或旋涂法在基體上制備TiO2薄膜。它具有制備溫度低，工藝簡單，不需要昂貴的設備，可制備多組分混合均 勻的薄膜，并且得到的薄膜顆粒度均勻，純度高。17、分析溶膠-凝膠法 制備納米TiO2粉體和薄膜的區(qū)別 18、列舉制備納米TiO2薄膜的五種方法溶膠-凝膠法、磁控濺射法、化學氣相沉積法、液相沉積法、電沉積法19、納米TiO2制備技術要點和難點國際上納米TiO2的價格為（3040）萬元/t,其成本大致是銷售價格的2/5,原料和工藝路線的選擇是降低生產(chǎn)成本的關鍵因素；納米TiO2的晶型和粒度控制技術；金紅石型納米TiO2的表面處理技術；納米TiO2應用

21、分散技術；納米TiO2應用功能的提升技術：納米TiO2產(chǎn)業(yè)化成套技術。第3章碳材料1、C60的結構一C60屬于碳簇（Carbon Cluster）分子，？由20個正六邊形和 12個正五邊形組成的球狀32面 體,? C60分子中碳原子與相鄰的3個碳原子形成兩個0.1455nm,而六邊形所共有的邊為雙鍵，健長為鍵，其反應活性相當高。C60分子對稱性很高。直徑0.71nm ,其60個頂角各有一個碳原子。單鍵和一個雙鍵。五邊形的邊為單鍵，鍵長為0.1391nm。整個球狀分子就是一個三維的大 每個頂點存在5次對稱軸。2、C60的其它名字 一富勒烯，巴基球，C60 ,足球烯 4、C60的制備一3、C60整

22、個球狀分子就是一個三維的大冗鍵,其反應活性相當高1、激光蒸發(fā)石墨法 -1985年Kroto等發(fā)現(xiàn)C60就是采用激光轟擊石墨 表面，使石墨氣化成碳 原子碎片，在氨氣中碳原子碎片在冷卻過程中形成含富勒烯的混合物。該方法產(chǎn)生的富勒烯含 量極少。2.苯燃燒法 -1991年Howard等在含Ar的氧氣中燃燒苯， 燃 燒1kg苯得到3gC60和C70混合物，富勒烯產(chǎn)率隨燃燒條件不同而有所變化。產(chǎn)生高 電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。通過兩石墨電極之間的放電，可-.電弧放電法 3.于4000 c的高溫，使陽極石墨蒸發(fā)，而陰極溫度低于石墨蒸發(fā)溫度。在充有氨氣（壓力約為13.3kPa）的放電 室內(nèi)，被蒸發(fā)的碳原子及碳原

23、子團簇在冷凝時，形成含有富勒烯的煙灰。5、C60和C70的溶解性一芳香族類溶劑，例如苯、甲苯或者氯化芳香劑等能溶解少量的富勒烯。CS2也能溶解但不常用, 因為劇毒p-p鍵相互作用有助于富勒烯的溶解富勒烯不溶于水富勒烯呈電負性，因此它在能提供配對電子的溶液中溶解性很好6、富勒烯是化學缺電還是富電性質一化學缺電7、如何才能證明金屬是內(nèi)嵌，而不是在籠子的表面呢？氣態(tài)下用C2單元撞擊“內(nèi)嵌”分子，看金屬原子是否會離開表面形成單一的巴基球用STM或者TEM 直接觀察用同步輻射X射線散射法。該法不僅能夠觀察金屬原子是在籠內(nèi)還是籠外，還能觀察金屬原子在籠內(nèi)的具體位置及價態(tài)。實驗證明金屬原子不處于中心位置8、

24、辨別富勒烯的化學反應.主要由氫化反應、鹵化反應、親和加成反應、環(huán)加成反應、光化學反應和射線化學反應9、CNT分類，按照石墨烯片的層數(shù)，一單壁碳納米管（Single-walled nanotubes, SWNT s ）:由一層石墨烯片組成。單壁管典型的直徑和長度分別為0.75 3nm和1 50的。又稱富 勒管（Fullerenes tubes）。2）多壁碳納米管（Multi-walled nanotubes, MWNT s ）：含有多層石墨烯片。形狀象個同軸電纜。其層數(shù)從250不等，層間距為 0.34±0.01nm,與石墨層間距（0.34nm）相當。多壁管的典型直 徑和長度分別為 23

25、0nm和0.150師。10、碳納米管的制備 電弧放電法-激光蒸發(fā)法 -CVD法-高溫分解C-H化合物法-電弧放電法 11、分離CNT,常見的分離辦法有 一1.按長度分離。CNT的長度不一樣，其密度也會不一樣。采用離心法可以分離不同長度的的CNT按直徑分離。采用某些方法，如光照法，可以將 CNT的直徑分布限制在某個特定范圍內(nèi)1 .某些硝基鹽，如 NO2BF4或者NO2SbF6 ,它只溶解金 屬性CNT。所以利用溶液法也可以分 離（但該辦法只 適合于直彳小于 1.1nm的CNT）2 . 2003年，雙向電泳法出現(xiàn)，它是一種能捕捉到80%以上金屬性 CNT的方法12、CNT的化學性質（辨別反應類型）一CNT的基本反應 -氧化還原反應-封閉式或者開放