納米物理學材料導(dǎo)論作業(yè)-付春杰

第一章1.什么是納米？納米是一個長度計量單位，1納米=米。2.什么是納米結(jié)構(gòu)？納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑或組裝一種新的體系，它包括一維、二維和三維體系。3.什么是納米材料?納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(10-9～10-7m)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料4.什么是納米技術(shù)？在納米尺寸上對物質(zhì)和材料進行研究處理的技術(shù)稱為納米技術(shù)。納米技術(shù)本質(zhì)上是一種用單個原子、分子制造物質(zhì)的技術(shù)。納米技術(shù)是一門高新技術(shù)，它對21世紀材料科學和微型器件技術(shù)的發(fā)展具有重要影響，納米技術(shù)，就是要做到，從小到大，從下到上。要什么東西，將分子、原子搭起來，就是什么東西，原材料浪費為零，能耗降到極低，徹底從技術(shù)上解決了環(huán)保問題。5.什么是納米科學？在納米尺度上研究材料的制備及其性質(zhì)、現(xiàn)象的科學。6.什么是納米科學技術(shù)？納米科學技術(shù)就是Nano-ST，是制造和研究納米尺度（～m）的器件和材料科學技術(shù)。它包括：(1)創(chuàng)造和制備各種新型具有優(yōu)異性能的納米材料；(2)設(shè)計、制備各種納米器件和裝置；（3）探測分析納米材料,器件的結(jié)構(gòu),性質(zhì)及其相互關(guān)系和機理7.什么是納米科技特點、意義？納米科技特點：交叉性、綜合性。納米科技的意義：它是現(xiàn)代科學（量子力學、介觀物理、混沌物理、分子生物學等）和現(xiàn)代技術(shù)（計算機技術(shù)，掃描探針顯微術(shù)，電子束和電鏡技術(shù)、激光技術(shù)和核分析技術(shù)等）結(jié)合的產(chǎn)物。納米科技與其它學科的交叉又將引發(fā)一系列新的學科、技術(shù)、如納米電子學、納米生物學、納米材料學和納米機械學等。納米材料和結(jié)構(gòu)是這些分支學科的共同交點。8.敘述納米材料研究的三個階段。第一階段（1900年以前）：主要是在實驗室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。第二階段（1994年前）：人們關(guān)注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能，設(shè)計納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。第三階段（從1994年到現(xiàn)在）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料研究的新的熱點。第二章1．什么是原子團簇？納米微粒？原子團簇，簡稱團簇，是由幾個乃至上千個原子、分子或離子通過物理和化學結(jié)合力組成相對穩(wěn)定的聚集體，其物理和化學性質(zhì)隨著所含的原子數(shù)目不同而變化。納米微粒，是指顆粒尺寸一般在1—100nm之間的粒狀物質(zhì)，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。早期稱為超微粒子。2.人造原子？人造原子與真正原子的不同之處所謂人造原子是由一定數(shù)量的實際原子組成的具有顯著量子力學特征的人造聚集體，它們的尺寸小于100nm，是20世紀90年代提出來的一個新概念。人造原子與真正原子的不同之處：（1）人造原子含有一定數(shù)量的真正原子；（2）形狀和對稱性多種多樣(形貌)，真正原子可用球形或立方形描述；(3)電子間強交互作用比實際原子復(fù)雜得多(多電子交互作用)。(4)隨著原子數(shù)目增加，電子軌道間距減小，強庫侖排斥、系統(tǒng)限域效應(yīng)和泡利不相容原理使電子自旋朝同樣的方向有序排列。(5)實際原子中電子受原子核吸引作軌道運動，而人造原子中電子是處于拋物線形的勢阱中，具有向勢阱底部下落趨勢。由于庫侖排斥作用，部分電子處于勢阱上部，弱的束縛使它們具有自由電子特征。3.簡述C60的發(fā)現(xiàn)、命名、研究歷史。發(fā)現(xiàn)和命名：上世紀70年代，俄羅斯科學家D.A.Bochvar和E.G.Galpern以及美國R.A.Davidson等提出了碳多面體的設(shè)想。之后D.R.Huffman和羅爾芬都在實驗過程中產(chǎn)生了C60，可惜沒有提出C60的觀點。1985年，Smalley與Kroto在實驗室中發(fā)現(xiàn)了C60被命名為Buckminsterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，簡稱Fullerene即富勒烯，或用富勒的名字稱為Buckyball即巴基球。因C60酷似英式足球，所以又稱為研究歷史：在早期的研究中，注重富勒烯C60分子結(jié)構(gòu)、電子能級結(jié)構(gòu)、化學鍵、的理論和實驗研究。隨著制備技術(shù)的發(fā)展，克量級C60材料的合成，對固體狀態(tài)下的C604.查閱資料了解C60晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的的研究方法。研究C60晶體結(jié)構(gòu)的方法主要有：衍射法（X5.簡述合成碳納米管的方法（至少三種）電弧放電法（Arc-ChargeMethod(Iijima)：該方法是在真空反應(yīng)室中充以一定壓力的惰性保護氣體，采用面積較大的石墨棒(直徑為20mm)作陰極，面積較小的石墨棒(直徑為10mm)為陽極，在電極間加電壓，兩石墨棒電極靠近，引起電弧，再拉開，以保持電弧穩(wěn)定。在電弧放電過程中，兩石墨電極間總是保持1mm的間隙，放電過程中陽極溫度相對陰極較高，所以陽極石墨棒不斷被消耗，在陰極沉積出含有NTs、Fullerenes、石墨微粒、無定形碳等組成的煙灰(Soot)。激光燒蝕法（LaserAblationMethod(Smalley)：在1200度的爐中用激光蒸發(fā)碳靶，采用Co-Ni或Fe-Ni做催化劑，照射過程中通入氬氣作載氣，激光蒸發(fā)出的碳原子或原子團在載氣中互相碰撞形成碳納米管，載氣將形成的碳納米管從高溫區(qū)帶到水冷的Cu集電極?；瘜W氣相沉積法（ChemicalVaporDepositionMethod）：將有機氣體(如乙炔、乙烯等)混以一定比例的氮氣作為壓制氣體，通入事先除去氧的石英管中，在一定的溫度下，在催化劑表面裂解形成碳源，碳源通過催化劑擴散，在催化劑后表面長出碳納米管，同時推著小的催化劑顆粒前移。直到催化劑顆粒全部被石墨層包覆，碳納米管生長結(jié)束。6、簡述碳納米管的結(jié)構(gòu)特征。答：碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸可達微米量級）的一維量子材料,具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征，一般管的兩端有端帽封口。碳納米管的管身是準圓管結(jié)構(gòu)，由六邊形碳環(huán)結(jié)構(gòu)單元組成,

端帽部分為含五邊形和六邊形的碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)。管壁由類石墨微晶的碳原子SP2雜化與周圍三個碳原子完全鍵合而成的六邊形碳環(huán)構(gòu)成。碳納米管的彎曲部位是由五邊形和七邊形的碳環(huán)組成的。當六邊形逐漸延伸出現(xiàn)五邊形時碳納米管就會凸出，七邊形出現(xiàn)則會使其凹進。如果五邊形出現(xiàn)在碳納米管的頂端則成為碳納米管的封口。7.簡述碳納米管的應(yīng)用。（1）在場發(fā)射管(平板顯示器)；(2)原子力顯微鏡針尖；（3）化學傳感器；（4）信息存儲(5)超級電容器；(6)鋰離子電池；（7）碳納米管復(fù)合材料；（8），碳納米管儲氫；（9），CNTs還可作在污水處理時的高效吸附凈化劑、分離不同離子的吸附劑等；由于納米碳管特別是SWNT具有極小的直徑,可用作氣體凝固吸附材料；碳納米管可用于制造催化劑和吸附劑；納米裝置(納米機器人)、超大規(guī)模集成電路散熱襯托材料、計算機芯片導(dǎo)熱板、一維導(dǎo)線、納米同軸電纜、分子晶體管、電子開關(guān)；美容材料、防彈背心、抗震建筑等。8、思考題：成分-結(jié)構(gòu)-應(yīng)用三者的關(guān)系有什么樣的微觀組分就有什么樣的微觀結(jié)構(gòu)，當然要符合合理的鍵長鍵角，符合一定的數(shù)學規(guī)律；而微觀結(jié)構(gòu)又決定了性質(zhì)，性質(zhì)是與產(chǎn)品的應(yīng)用價值息息相關(guān)的。例如平滑的結(jié)構(gòu)（類似石墨）就可以做潤滑劑，堅固牢靠的結(jié)構(gòu)就可以做高應(yīng)力材料（類似金剛石）。第三章1、解釋下列概念：晶體、晶粒、晶界、相圖、點缺陷、線缺陷、面缺陷、晶格、晶向。答：晶體：原子按照某種特定方式在三維空間內(nèi)周期性的規(guī)則重復(fù)排列，長程有序，具有平移周期不變性的固體；晶粒：在多晶體中，不同位向的小晶體；晶界：

晶界是結(jié)構(gòu)相同而取向不同晶粒之間的界面；相圖：描寫系統(tǒng)狀態(tài)或相變與成分、溫度、壓力關(guān)系的圖解；點缺陷：0維，空位、間隙原子和異類原子；線缺陷：一維，位錯；面缺陷：二維，晶界、相界、表面；晶格：陣點用一系列相互平行的直線連接形成的空間格架；晶向：空間點陣中各陣點列的方向，代表原子列的方向。代表了相互平行、方向一致的一組晶向。2、舉例說明晶向和晶面指數(shù)化過程。答：晶向指數(shù)化過程：建立坐標系（以某一陣點為原點O,以三個基矢為坐標軸,以晶胞邊長作為坐標軸的長度單位）；作直線OP（平行于待標定的晶向或晶向直線通過坐標原點）；確定通過原點直線上任一點的坐標值并化為最小整數(shù)[UVW]；常用晶向有：晶面指數(shù)化過程：建立坐標系；確定晶面在各坐標軸上的截距；取截距的倒數(shù)，并化為最小的簡單整數(shù)（hkl）。同指數(shù)晶向和晶面相互垂直；方向和符號相關(guān)；位置和倍數(shù)相關(guān)。3、相圖在納米材料制備過程中起什么作用？答：可根據(jù)制品主要性能要求及生產(chǎn)狀況，利用相圖來選取原料，檢查和調(diào)整工藝參數(shù)。4、納米固體材料和常規(guī)材料有何不同？答：納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。納米固體材料的主要特征是具有巨大的顆粒間界面，如5納米顆粒所構(gòu)成的固體每立方厘米將含1019個晶界，原子的擴散系數(shù)要比大塊常規(guī)材料高1014～1016倍，從而使得納米材料具有高韌性。通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蝕等優(yōu)點，但又具有脆性和難以加工等缺點，納米陶瓷在一定的程度上卻可增加韌性，改善脆性。第四章1.敘述納米金屬粒子的能帶結(jié)構(gòu)與塊體金屬材料能帶結(jié)構(gòu)的不同之處。答：宏觀尺度的金屬材料在高溫條件下，其能帶可以看作是連續(xù)的；納米粒子能帶具有離散性。2.敘述納米材料的基本效應(yīng)。答：eq\o\ac(○,1)尺寸效應(yīng)(量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng))：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(dǎo)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(yīng)；當超細顆粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長、以及超導(dǎo)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(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。eq\o\ac(○,2)表(界)面效應(yīng)：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(yīng)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(zhì)上的變化。此外還有eq\o\ac(○,3)量子效應(yīng)(宏觀量子隧道效應(yīng)、庫侖堵塞與量子隧穿)eq\o\ac(○,4)介電限域效應(yīng)第五章1、敘述納米刻蝕技術(shù)和自組裝技術(shù)答：eq\o\ac(○,1)納米刻蝕技術(shù)是用光線或電子束等削除大片材料，從而留下所需要的微細圖形結(jié)構(gòu)。分為：一、極紫外光刻(EUVL)和X射線光刻(XRL)：極紫外光刻是指用波長范圍為11~14nm的光，經(jīng)過周期性多層膜反射鏡，照射到反射掩模上，反射出的EUV光再經(jīng)過投影系統(tǒng)，將掩模圖形形成在硅片的光刻膠上；x射線光刻是將掩模板上的圖形轉(zhuǎn)移到硅表面的光刻膠上；二、電子束刻蝕(EBL)和離子束刻蝕(IBL)：電子束刻蝕是指以電子束作為集成電路的刻蝕手段；離子束刻蝕是指對被加工工件進行物理濺蝕，以實現(xiàn)原子級的微細加工；三、納米壓印技術(shù)(NIL)：將具有納米圖案的模版以機械力（高溫、高壓）壓在涂有高分子材料的硅基板上，等比例壓印復(fù)制納米圖案，進行加熱或紫外照射，實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移；四、其他幾種納米刻蝕技術(shù)：有納米掩膜刻蝕技術(shù)，基于掃描探針顯微鏡(SPM)的納米刻蝕技術(shù)，蘸筆納米印刷術(shù)(DPN)eq\o\ac(○,2)納米材料的自組裝是在合適的物理、化學條件下，原子、分子、粒子和其他結(jié)構(gòu)單元，通過氫鍵、范德瓦爾斯鍵、靜電力等非共價鍵的相互作用、親水-疏水相互作用，在系統(tǒng)能量最低性原理的驅(qū)動下，自發(fā)地形成具有納米結(jié)構(gòu)材料的過程。分為：一、表面活性劑分子的自組裝：表面活性劑也稱作表面活性試劑，是頭部至少有一個親水性基團，尾部有一個疏水性基團的分子。在低濃度下，這些分子能吸附在表面或界面上來大大降低表面能；二、微乳液法自組裝：也叫表面活性劑模板法。表面活性劑分子在溶液中可以聚集形成膠團(反膠團)、微乳液(反相微乳液)、液晶及囊泡等多種；三、利用范德瓦爾斯力自組裝：將兩種不同材料的納米粒子靠微弱的范德瓦爾斯力結(jié)合形成有序的二元超晶格結(jié)構(gòu)(BNSL)，為同時將各種納米粒子自組裝為化學組成和粒子間的相關(guān)位置可控的聚集體提供了可能，將各種不同的半導(dǎo)體、磁性和金屬的納米粒子(比如金、銀、鈀等)自組裝可以得到多種不同的BNSL結(jié)構(gòu)(利用雙十二烷基二甲基溴化銨DDAB、三辛基銨等分別做穩(wěn)定劑)，例如用Fe2O3和Au的納米粒子自組裝為NaCl型的超晶格結(jié)構(gòu)；四、利用靜電引力自組裝：沿著[0001]方向生長的ZnO納米帶的兩側(cè)具有不同的電性，鋅原子富集的一側(cè)表現(xiàn)出正電性，而氧原子富集的另外一側(cè)表現(xiàn)出負電性。于是，在靜電力的誘導(dǎo)下，這種一維的納米帶結(jié)構(gòu)會自組裝成三維右手螺旋狀結(jié)構(gòu)；五、模板法自組裝：用液態(tài)的前驅(qū)物將模板球之間的空隙填滿，引發(fā)反應(yīng)后再除去模板球，即可合成出具有大孔徑的有序結(jié)構(gòu)；六、氣相催化自組裝：將同質(zhì)一維納米材料或晶格匹配度高的異質(zhì)一維納米材料組裝在一起，形成三維復(fù)雜有序納米等級結(jié)構(gòu)；七、利用表面張力和毛細管力自組裝：在液體的表面或者體相中，通過表面張力或者毛細管力的作用，可以將一維納米材料自發(fā)地組裝為微米尺度的有序結(jié)構(gòu)；八、取向搭接自組裝：在內(nèi)部驅(qū)動力比較微弱的情況下，納米晶體粒子會以相同的晶面互相結(jié)合在一起形成有序的圖案。2、敘述有序納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用答：一、電子器件研究領(lǐng)域的應(yīng)用：利用改變分子結(jié)構(gòu)的方式，將記憶位元壓印到每個分子群上，接著，分三個步驟制成一塊由可開關(guān)分子材料隔離的交叉矩陣電路。并將通過金屬線路的電流導(dǎo)入分子群中。改變分子結(jié)構(gòu)，會將分子的電阻系數(shù)變成一萬。因此，利用分子開關(guān)改變電子結(jié)構(gòu)后，測量分子狀態(tài)，可形成電腦所用的0和1的變化；二、光學器件研究領(lǐng)域的應(yīng)用：采用多孔氧化鋁模板制備了聚3，4-乙烯基二硫酚(PEDOT)納米管有序陣列，設(shè)計了電致發(fā)光顯示裝置。他們發(fā)現(xiàn)，這種顯示裝置能耗較低，尤為重要的是，超薄的PEDOT納米管壁(10~20nm)使得此裝置具有快速的圖像轉(zhuǎn)化能力(小于10ms)，能夠與活動圖像顯示技術(shù)相匹配，長長的納米管為顯示器提供了飽和的色彩；三、磁學器件研究領(lǐng)域的應(yīng)用：納米線陣列的易磁化軸垂直于模板的表面，即與納米線平行，外加磁場平行于樣品表面與垂直于納米線的矯頑力分別為330Oe和1040Oe(塊體鎳的矯頑力為0.7~1Oe)。由于形狀各向異性及單疇的共同作用，使得鎳磁性納米線陣列矯頑力相對于塊材大大增強；四、環(huán)境檢測研究領(lǐng)域的應(yīng)用：利用Ｂ和Ｐ精確摻雜的硅納米線作為構(gòu)筑單元組裝成三類半導(dǎo)體納米裝置。由p型和n型納米線交叉形成的無源二極管結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了比塊體p-n結(jié)更好的電流整流傳輸行為，利用這種大的柵壓效應(yīng)，可以制造超精度的化學和生物傳感器；五、高效能量轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域的應(yīng)用：具有表面極性的ZnO納米帶，其尺寸為5~30nm厚，寬100~300nm，幾十微米長。這種納米帶上下一對寬的表面具有正負相反的極性，并沿厚度方向能產(chǎn)生自發(fā)極化，這是一種具有壓電效應(yīng)的納米帶，是一種非常理想的機電耦合材料，在微／納米機電系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用價值；六、催化研究領(lǐng)域的應(yīng)用：催化劑：由硫醇保護的Au納米粒子(2nm和5nm)有序陣列，在電位的活化下，能夠?qū)O進行催化氧化。氧化能力與粒子的大小及所包覆的有機分子層的參數(shù)有關(guān)；催化劑載體：有序大孔或微孔材料是催化劑載體的重要材料。對于納米催化劑而言，其催化性能與粒子的尺度有很大的關(guān)系。將催化劑固定在有序孔中，可以防止催化劑在多次催化過程中凝結(jié)成塊，使其能夠在較長的時間內(nèi)發(fā)揮材料的催化性能，防止催化劑失效；七、醫(yī)學研究領(lǐng)域的應(yīng)用：有序納米結(jié)構(gòu)薄膜在生物檢測和診斷方面起著十分重要的作用。以無機納米粒子有序陣列和有機單分子膜為基底，用于識別、固定、配對生物活性物種，可以達到檢測和操縱生物活性分子的目的。第六章1、納米材料與塊體材料力學性質(zhì)有何不同？解釋其可能的原因。答：納米材料與塊體材料力學性質(zhì)的區(qū)別：1.超塑性：超塑性的機制目前尚不十分清楚，有兩種說法：一是界面擴散蠕變和擴散范性；二是晶界遷移和粘滯流變。一般而言，當界面中原子的擴散速率大于形變速率時，界面表現(xiàn)為塑性，反之界面表現(xiàn)為脆性。納米材料中界面原子的高擴散性是有利于其超塑性的。2.硬度和強度：納米陶瓷未經(jīng)燒結(jié)的生坯強度和硬度都比常規(guī)陶瓷材料低的多，原因是致密度很低。為提高致密度，增加斷裂強度，一是燒結(jié)，二是加入添加劑進一步提高燒結(jié)致密化。對二氧化鈦來說，對應(yīng)于同樣燒結(jié)溫度，納米陶瓷硬度均高于常規(guī)陶瓷。3.反常的Hall-Petch關(guān)系：eq\o\ac(○,1)三叉晶界的影響，三叉晶界處原子擴散快、動性好，三叉晶界實際上就是旋錯，旋錯的運動就會導(dǎo)致界面區(qū)的軟化，對納米晶材料來說，這種軟化現(xiàn)象就使納米晶材料整體的延展性增加，用這樣的分析很容易解釋納米晶材料具有的反H—P關(guān)系，以及K值的變化．=2\*GB3②界面的作用。納米晶粒尺寸減小，高密度的晶界導(dǎo)致晶粒取向混亂，界面能量升高．對蒸發(fā)凝聚原位加壓法獲得的試樣，考慮這個因素尤為重要。這時界面原子動性大，這就增加了納米品材料的延展性(軟化現(xiàn)象)．=3\*GB3③存在臨界尺寸，Gleiter等人認為在一個給定的溫度下納米材料存在一個臨界的尺寸，低于這個尺寸界面粘滯性增強，這就引起材料的軟化，高于臨界尺寸，材料硬化．他們把這個臨界尺寸稱為“等粘合晶粒尺寸”。2、納米材料與塊體材料光學性質(zhì)有何不同？并用能帶結(jié)構(gòu)解釋其可能的原因。答：納米相材料在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)的晶態(tài)和非晶態(tài)體系有很大的差別，表現(xiàn)為：小尺寸、能級離散性顯著、表(界)面原子比例高、界面原子排列和鍵的組態(tài)的無規(guī)則性較大等。這些特征導(dǎo)致納米材料的光學性質(zhì)出現(xiàn)一些不同于常規(guī)晶態(tài)和非晶態(tài)的新現(xiàn)象。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，而吸收率相當高。納米材料較塊體材料的特性具體表現(xiàn)為：量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)引起的藍移，和一系列原因引起的紅移。引起藍移：量子尺寸效應(yīng)：即顆粒尺寸下降導(dǎo)致能隙變寬，從而導(dǎo)致光吸收帶移向短波方向。這里給出解釋是：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(dǎo)致藍移現(xiàn)象。這種解釋對半導(dǎo)體和絕緣體均適用。表面效應(yīng)：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，鍵長的縮短導(dǎo)致納米顆粒的鍵本征振動頻率增大，結(jié)果使紅外吸收帶移向高波數(shù)。引起紅移的因素很多，也很復(fù)雜，歸納起來有：(1)電子限域在小體積中運動；(2)粒徑減小，顆粒內(nèi)部內(nèi)應(yīng)力（p=2/r，r為粒子半徑，為表面張力）增加，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)變化，電子波函數(shù)重疊加大；(3)存在附加能級，如缺陷能級，使電子躍遷能級間距減?。?4)外加壓力使能隙減?。?5)空位、雜質(zhì)的存在使平均原子間距R增大，導(dǎo)致能級間距變小。通常認為，紅移和藍移兩種因素共同發(fā)揮作用，結(jié)果視孰強而定。隨著粒徑的減小，量子尺寸效應(yīng)會導(dǎo)致吸收帶的藍移；但是粒徑減小的同時，顆粒內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力會增加，而導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)的變化，電子波函數(shù)重疊加大，結(jié)果帶隙、能級間距變窄，從而引起紅移。第七章1、敘述一維納米材料合成答：目前制備一維納米材料(包括納米電纜)的方法很多,比較有代表性的有:電弧放電法、化學氣相沉積法、激光濺射法、模板法。電弧放電法是制備納米碳管最原始的方法,該方法也用于制備其它一維納米材料;化學氣相沉積法通常是指反應(yīng)物經(jīng)過化學反應(yīng)和凝結(jié)過程,生產(chǎn)特定產(chǎn)物的方法;激光濺射法也是制備一維納米材料的重要方法。激光濺射法所用的設(shè)備包括激光源、聚光鏡、目標靶、管式爐、冷卻環(huán)、真空泵和氣流閥等幾個部分組成;激光濺射法最早也是用于制備納米碳管,以后也用于制備其它一維納米材料:非模板法制備一維納米材料需要使用昂貴的設(shè)備，工序復(fù)雜，而且生產(chǎn)效率低。相比之下,模板法制備一維納米材料簡單方便,容易控制。常用的模板有碳納米管、多孔陽極氧化鋁、聚合物膜和生命分子。2、敘述納米薄膜制備方法答：制備的方法很多，比如說：（1）蒸鍍法。主要由磁控濺射、分子束外延等方法；（2）旋涂法，就是將溶膠等通過旋涂的方法制備薄膜；（3）化學法。比如采用表面氧化的方法可以制備氧化物薄膜等。第八章1.敘述納米材料形貌分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、電子結(jié)構(gòu)分析的儀器原理答：研究納米材料的儀器有：X-射線衍射儀，高分辨透射電子顯微鏡（HREM），透射電子顯微鏡（TEM），掃描電子顯微鏡（SEM），掃描隧道顯微鏡（STM），原子力顯微鏡（AFM），俄歇電子能譜（AES），X射線光電子能譜（XPS），靜態(tài)二次離子質(zhì)譜（SIMS），離子散射譜（ISS），紅外光譜儀，紫外-可見光譜儀。1.納米材料形貌分析：=1\*GB3①掃描電子顯微鏡（SEM）：掃描電鏡成像是利用細聚焦高能電子束在樣品表面掃描發(fā)出各種物理信號，如二次電子、背反射電子等。通過相應(yīng)的檢測來檢測這些信號，再將其轉(zhuǎn)換為視頻信號來調(diào)制顯像管的亮度。由于信號的強度與樣品表面的形貌、成分有對應(yīng)關(guān)系，在顯像管上就相應(yīng)獲得該面積樣品表面的形貌或成分的一副圖像。=2\*GB3②原子力顯微鏡（AFM）：當原子間距離減小到一定程度以后，原子間的作用力將迅速上升。因此，由顯微探針受力的大小就可以直接換算出樣品表面的高度，從而獲得樣品表面形貌的信息。2.納米材料晶體結(jié)構(gòu)分析：=3\*GB3③透射電子顯微鏡（TEM）：透射電子顯微鏡的成像原理可分為三種情況：吸收像：當電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時，主要的成相作用是散射作用。樣品上質(zhì)量厚度大的地方對電子的散射角大，通過的電子較少，像的亮度較暗。早期的透射電子顯微鏡都是基于這種原理。衍射像：電子束被樣品衍射后，樣品不同位置的衍射波振幅分布對應(yīng)于