纳米技术与材料制备

1、1、纳米微粒的光学（性质）特性表、纳米微粒的光学（性质）特性表现在哪些方面？现在哪些方面？n（1）宽频带强吸收n（2）蓝移和红移现象n（3）纳米微粒的发光现象2、纳米微粒在吸收谱图中的蓝移和红、纳米微粒在吸收谱图中的蓝移和红移现象是怎样产生的？移现象是怎样产生的？n当电子的能隙、带隙变宽，电子跃迁时需能量大时吸收带蓝移n当电子的能隙、带隙变窄，电子跃迁时需能量小时吸收带红移3、使电子能隙带隙变宽的因素有什、使电子能隙带隙变宽的因素有什么？么？n（1）量子尺寸效应n（2）量子限域效应n（3）表面效应4、使电子能隙、带隙变窄的因素有、使电子能隙、带隙变窄的因素有哪些？哪些？ 主要当颗粒的粒径时，颗

2、粒内部的内应力。5、矫顽力随颗粒粒径的变化关系是、矫顽力随颗粒粒径的变化关系是怎样的？怎样的？HC： 小 大 小 大颗粒粒径：大 小 小 小 （纳米级） （超顺磁态） （小于超顺磁临界状态） 6、纳米材料与常规材料的发光谱产、纳米材料与常规材料的发光谱产生差别的原因。生差别的原因。 总的来说，纳米材料与常规材料的发光谱产生差别的原因：n（1）电子跃迁选择定则n（2）量子限域效应n（3）缺陷能级的作用n（4）杂质能级的作用7、丁达尔效应与分散粒子的大小及、丁达尔效应与分散粒子的大小及入射光波长的关系。入射光波长的关系。n分散粒子的直径 入射光波长，反射；n分散粒子的直径 入射光波长，散射 乳光n

3、纳米微粒分散系以散射作用为主8、根据雷利公式说明溶液为什么没、根据雷利公式说明溶液为什么没有丁达尔效应？有丁达尔效应？n（1）散射光强度与粒子的体积平方成正比，对于真溶液，乳光极弱。只有纳米胶体粒子形成的溶胶才有丁达尔效应；n（2）散射光强度与入射光的波长的四次方成反比，入射光的波长愈短，散射愈强；n（3）分散相与分散介质的折射率相差愈大，粒子的散射光愈强；n（4）乳光强度与单位体积内胶体粒子数N成正比。9、材料进入超顺磁状态的两个标志、材料进入超顺磁状态的两个标志是什么？是什么？ 矫顽力由大矫顽力由大小小 磁化率磁化率 不再服从居里不再服从居里-外斯定律外斯定律居里居里-外斯定律外斯定律 C

4、常数；常数； Tc居里温度居里温度cTTC10、纳米粒子高矫顽力的起源有哪、纳米粒子高矫顽力的起源有哪两种解释？两种解释？n纳米粒子高矫顽力n的起源有两种解释一致转动磁化模式 球链反转磁化模式一致转动磁化模式基本内容是： 当粒子尺寸小到某一数值时，每个粒子就是一个单磁畴，每个单磁畴的纳米微粒实际上成为一个永久磁铁。要消除磁性，需较高的矫顽力。11、纳米材料对红外吸收谱图会产、纳米材料对红外吸收谱图会产生宽化现象的原因是什么？生宽化现象的原因是什么？n块体纳米材料的光学性质与其内部的微观结构有关， 突出表现在极小的颗粒尺寸和庞大的比表面积上。n 因此纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的新的

5、光学特性。主要表现为如下几方面：（1）大块金属具有特征色泽，而纳米级金属粒子变黑，这是由于粒子尺寸下降时，它们对可见光的反射率降低。（2）在红外吸收光谱中，纳米材料会出现宽频带强吸收这是由纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键及悬键增多。与常规大块材料不同，没有一个单一的择优的键振动模，而是存在一个较宽的键振动模的分布。因此在光场作用下对光的吸收频率产生较宽的分布，导致吸收带的宽化。12、表面接枝改性法中又分为几种、表面接枝改性法中又分为几种类型？类型？n聚合和表面接枝同步进行法；n颗粒表面聚合生长接枝法； n偶连接枝法。13、什么叫纳米材料在红外吸收谱、什么叫纳米材料在红外吸收谱中

6、的蓝移、红移？中的蓝移、红移？n红外吸收谱中峰值吸收频率移向短波长蓝移n红外吸收谱中峰值吸收频率移向长波长红移14、解释电子能隙，电子带隙。、解释电子能隙，电子带隙。n电子能隙正被电子占据的分子轨道能级与未被电子占据的分子轨道能级之间的宽度。n电子带隙半导体中价带与导带之间的宽度。15、使电子能隙改变的因素有哪些？、使电子能隙改变的因素有哪些？ 使电子能级变宽的因素有：n量子尺寸效应；n量子限域效应；n表面效应使电子能级变窄的因素有：n颗粒粒径 ，颗粒内应力。归纳：归纳：n电子能电子能(带带)隙变宽隙变宽吸收带篮移吸收带篮移(短短波长、高波数方向波长、高波数方向)n电子能电子能(带带)隙变窄隙

7、变窄吸收带红移吸收带红移(长长波长、低波数方向波长、低波数方向)16、纳米材料按传统材料学科分为、纳米材料按传统材料学科分为哪几类？哪几类？ 纳米材料按传统材料学科分为纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。17、纳米微粒表面物理修饰的原理、纳米微粒表面物理修饰的原理是什么？是什么？ 通过范氏力等将异质材料吸附在无机纳米微粒的表面来防止纳米微粒团聚。 18、根据雷利公式、根据雷利公式I=243NV2I04（N12-N22 N12+N22）讨论纳米微粒与散物系产生丁达尔讨论纳米微粒与散物系产生丁达尔效应时散射光强度效应时散射光强度 I 与哪些因素有与哪些因素有关？关？式中：波长

8、； N单位体积中的粒子数 V单个粒子的体积； n1纳米粒子折射率 I0入射光强度； n2分散介质折射率（1）散射光强度I与入射光的波长的四次方成反比，入射光波长，散射越强；（2）散射光强度I与粒子的体积平方成正比； 对真溶液，分子体积很小，虽有乳光，但很微弱； 对悬溶液，粒子直径大于入射光波长，无乳光，只有反射光； 对溶胶，粒子直径小于入射光波长，但分子体积大于真溶液，有丁达尔效应。19、纳米材料的电学特性表现在哪、纳米材料的电学特性表现在哪些方面？些方面？n（1）电阻与电导n（2）介电特性n（3）压电效应20、纳米微粒由于吸附电解质后会、纳米微粒由于吸附电解质后会形成双电层，请阐述双电层结构

9、？形成双电层，请阐述双电层结构？双电层的厚度与哪些因素有关？双电层的厚度与哪些因素有关？ 纳米微粒纳米微粒相反电荷离子相反电荷离子(异电离子异电离子)强吸附：紧密层，作用强吸附：紧密层，作用是基本平衡纳米微粒表是基本平衡纳米微粒表面电性。电位急剧下降。面电性。电位急剧下降。相反电荷离子相反电荷离子弱吸附：分散层，作用是弱吸附：分散层，作用是进一步平衡纳米微粒表面进一步平衡纳米微粒表面电性。电位缓慢下降。电性。电位缓慢下降。 电位梯度电位梯度 双电层双电层双电层厚度双电层厚度 （1/纳米粒子的原子价态）纳米粒子的原子价态） （1/ 电解质溶液浓度）电解质溶液浓度）21、为了防止纳米微粒团聚，我们

10、、为了防止纳米微粒团聚，我们常常加入表面活性剂，请阐述表面常常加入表面活性剂，请阐述表面活性剂的结构和特点。活性剂的结构和特点。两亲性定向排列形成胶团胶团尺寸22、表面活性剂如何对纳米微粒表、表面活性剂如何对纳米微粒表面进行改性的？面进行改性的？表面活性剂对纳米微粒表面进行改性：n（1）表面活性剂亲水基团与纳米微粒表面基团结合生成新结构；n（2）表面活性剂降低纳米微粒表面能；n（3）表面活性剂在纳米微粒表面形成空间位阻。23、使用表面活性剂来防止纳米粒、使用表面活性剂来防止纳米粒子团聚，选用原则是什么？子团聚，选用原则是什么？n表面活性剂的选用原则：降低粒子的表面能，消除表面电荷及表面引力。2

11、4、纳米的粒体团聚可分为哪些类、纳米的粒体团聚可分为哪些类型？它们的作用原理是什么？型？它们的作用原理是什么？ 粉末的团聚分为：n软团聚微粒之间的范氏力和库仑力所致；n硬团聚除了微粒之间的范氏力和库仑力之外，还存在化学键力。25、流体的粘度有几种表示方法？、流体的粘度有几种表示方法？流体的粘度有以下表示方法： 相对粘度: 比粘度: 0溶剂的粘度溶液的粘度rel100relsp爱因斯坦粘度表示式:式中： 粒子的浓度（体积分数） 爱因斯坦粘度表示式适用于固体粒子分散于液体中形成的球形粒子分散系统，如Au胶体。但浓度高时实验值偏离较多。约化粘度: 单位浓度下粘度的增 加率5 .2spCsprecl2

12、6、典型溶液的粘性随、典型溶液的粘性随而而的原因？的原因？（要加上公式）（要加上公式）典型溶胶的粘性 研究发现，随胶体粒径减小，溶胶粘度增大。溶胶浓度与相对粘度关系可用Mooney式表示：式中： 胶体浓度（体积分数） a0胶粒的形状因子，为2.5 K 静电引力常数(K1.35)Karecl10exp胶粒粒径下降而溶胶粘度上升的原因：胶粒粒径下降，表面积增大，胶粒间静电引力增加，K值随之上升所致。27、磁液是怎样构成的？、磁液是怎样构成的？磁液的基本知识 磁液是由磁性微粒通过界面活性剂高度分散于载液中而构成的稳定胶体体系。此体系既具有强磁性，又具有流动性，在重力、电磁力作用下能长期稳定地存在，不

13、产生沉淀与分层。磁液是由磁性微粒、界面活性剂和载液三者组成：M21M3 图2 .14 磁液组成 1磁性微粒；2界面活性剂；3载液28、纳米材料分析包括哪些方面的、纳米材料分析包括哪些方面的内容？内容？ 包括性能研究和组分、结构表征29、电子显微镜有哪些种类？、电子显微镜有哪些种类？ n电子显微镜的种类主要有：TEM、SEM、EPMA、STEM。另外还有EDS、WDS、EELS。30、电子显微分析的优点及局限性、电子显微分析的优点及局限性有哪些？有哪些？ n电子显微分析主要是使用电子显微镜来进行分析，它的优点是：可作形貌观察，因为具有高空间分辨率，所以又可作结构分析。这是其他微结构研究方法无法做

14、到的。n电子显微分析的局限性在于：仪器价格昂贵，操作复杂，样品制备较困难。 31、X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）中衍）中衍射波的两个基本特征？射波的两个基本特征？ 衍射波的两个基本特征：衍射线在空间分布规律（衍射方向）和衍射强度。 32、根据、根据X射线衍射图谱和衍射数射线衍射图谱和衍射数据能够得到什么信息？据能够得到什么信息？ n鉴定纳米材料的物相；n计算晶胞（晶粒）尺寸。33、X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）的原）的原理？理？ 利用X射线研究晶体结构中的各类问题，主要是通过X射线在晶体中产生的衍射现象进行的。34、X射线衍射线线宽法（谢乐公射线衍射线线宽法（谢乐公式）测定晶粒

15、度时，当颗粒为单晶式）测定晶粒度时，当颗粒为单晶时测得的是什么尺度？时测得的是什么尺度？ n当颗粒为单晶时，测得的是颗粒度。 35、X射线衍射线线宽法（谢乐公射线衍射线线宽法（谢乐公式）测定晶粒度时，当颗粒为多晶式）测定晶粒度时，当颗粒为多晶时测得的是什么尺度？时测得的是什么尺度？n当颗粒为多晶时，测得的是组成颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。36、X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）中衍）中衍射波的方向和强度由哪些因素决定？射波的方向和强度由哪些因素决定？ n衍射线的衍射方向是由晶胞的大小形状和位相决定；n衍射线的衍射强度取决于原子在晶胞中的位置、数量和种类。37、透射电镜观察法（、透射电镜观察

16、法（TEM）测量）测量纳米粒子平均粒径的方法有哪些？纳米粒子平均粒径的方法有哪些？ 透射电镜观察法（TEM）测量纳米粒子平均粒径的方法有：交叉法；绘制分布图法。38、透射电镜观察法（、透射电镜观察法（TEM）测量）测量纳米粒子平均粒径的方法有什么缺纳米粒子平均粒径的方法有什么缺点？点？ n（1）测得的颗粒粒径往往是团聚体的粒径；n（2）测量结果缺乏统计性。39、常用的电子能谱有哪些？、常用的电子能谱有哪些？ 常用的电子能谱分析是：AES、XPS、UPS。 40、电子能谱分析的基本原理？、电子能谱分析的基本原理？ n电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表层分析技术。其基本原理是用单

17、色射线照射样品，使样品中原子或分子的电子受激发射，然后测量这些电子的能量分布。41、光谱分析技术有哪些？、光谱分析技术有哪些？ 光谱分析包括NMR； IR； 激光拉曼光谱；UV、Vis光谱；穆斯堡尔譜；原子光谱；分子荧光光谱；EXAFS。42、什么是晶粒？什么是一次颗粒？、什么是晶粒？什么是一次颗粒？ n晶粒单晶颗粒。颗粒内部为单相，无晶界；n一次颗粒含有低气空率的独立的粒子。颗粒内部可以有界面，如相界晶界等。43、什么是团聚体？什么是二次颗、什么是团聚体？什么是二次颗粒？粒？ n团聚体由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒。团聚体内部含有相互连接的气孔网络。团聚体可以分为硬团聚体

18、和软团聚体两种。团聚体的形成过程使体系能量下降。n二次颗粒人为制造的粉料团聚粒子。 44、球形颗粒的尺寸怎样定义？、球形颗粒的尺寸怎样定义？ 球形颗粒颗粒尺寸为直径45、不规则颗粒的尺寸怎样定义？、不规则颗粒的尺寸怎样定义？ n不规则颗粒：颗粒尺寸为等当直径（如体积等当直径，投影面积直径等）。46、比表面积法测量纳米粒子粒径、比表面积法测量纳米粒子粒径有容量法和重量法，请简述容量法有容量法和重量法，请简述容量法和重量法测定的原理。和重量法测定的原理。 n容量法测定已知量的气体在吸附前后的体积差，进而得到气体的吸附量。n重量法直接测定固体吸附前后的重量差，计算吸附气体的量。47、比表面积法测量纳

19、米粒子粒径、比表面积法测量纳米粒子粒径有容量法和重量法，其中容量法又有容量法和重量法，其中容量法又有两种不同的操作，分别是什么？有两种不同的操作，分别是什么？ 分别是n 保持气体体积不变，测定吸附平衡前后系统压力变化定容法n 保持系统压力不变，测定吸附平衡前后气体体积变化定压法48、比表面积法测量粒经的测定范、比表面积法测量粒经的测定范围是多少？围是多少？n比表面积法测量粒经的测定范围约为0.11000m2/g49、纳米材料的分析技术有那几类？、纳米材料的分析技术有那几类？ 包括纳米材料的分析技术有透射电镜、扫描隧道显微镜、光电子能谱、振动光谱、EXAFS、NMR、ESR、质譜、超快激光光谱、

20、差热与热重分析、液相色譜、磁学和电学分析系统等。50、电子显微镜有哪些种类？、电子显微镜有哪些种类？ 电子显微镜的种类主要有：TEM、SEM、EPMA、STEM。另外还有EDS、WDS、EELS。51、X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）中衍）中衍射波的两个基本特征？射波的两个基本特征？ 衍射波的两个基本特征：衍射线在空间分布规律（衍射方向）和衍射强度。52、X射线光电子能谱分析（射线光电子能谱分析（XPS）定性和定量的依据各是什么？定性和定量的依据各是什么？ XPS定性的依据是电子结合能，定量的依据是光电子峰强度。53、纳米微粒表面化学修饰有几种、纳米微粒表面化学修饰有几种方法？方法？ n

21、偶联剂法；n酯化反应法；n表面接枝改性法。54、纳米微粒的表面修饰分为哪两、纳米微粒的表面修饰分为哪两大类方法？大类方法？ 物理方法和化学方法。55、通过对纳米微粒表面的修饰可、通过对纳米微粒表面的修饰可以达到哪以达到哪4个方面的目的？个方面的目的？ n改善或改变纳米粒子的分散性；n提高微粒表面活性；n使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能；n改善纳米粒子与其他物质之间的相容性。56、不规则颗粒的尺寸怎样定义？、不规则颗粒的尺寸怎样定义？ 不规则颗粒：颗粒尺寸为等当直径（如体积等 当直径，投影面积直径等）。57、纳米材料从狭义来说如何定义？、纳米材料从狭义来说如何定义？ 纳米材料从狭

22、义来说是指原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料。58、纳米材料从广义来说如何定义？、纳米材料从广义来说如何定义？n纳米材料从广义来说是指晶粒或晶界等显微构造能达到纳米尺寸水平的材料。59、纳米材料按传统材料学科分为、纳米材料按传统材料学科分为哪几类？哪几类？n纳米材料按传统材料学科分为纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。 60、纳米材料按应用目的分为哪几、纳米材料按应用目的分为哪几类？类？ 纳米材料按应用目的分为纳米电子材料、纳米磁性材料、纳米隐身材料、纳米生物材料。 61、原子团簇的独特性质是什么？、原子团簇的独特性质是什么？ 原子团簇的独特性质

23、是（1）表面效应；（2）幻数效应；（3）光的量子尺寸效应和非线性效应；（4）库仑堵塞与量子隧穿；（5）电导的几何尺寸效应。62、纳米微粒、原子团簇和通常的、纳米微粒、原子团簇和通常的微粉的尺寸由大至小的排列顺序：微粉的尺寸由大至小的排列顺序：原子团簇 纳米微粒 通常的微粉 63、什么是纳米碳管？、什么是纳米碳管？n纳米碳管是由纯碳元素组成，是类似石墨六边形网格翻卷而成的管状物。纳米碳管直径一般在120nm，长度可以从纳米至微米量级。64、纳米棒、纳米丝和纳米线的长、纳米棒、纳米丝和纳米线的长度度/直径的比值如何定义？直径的比值如何定义？ n长度/直径 1000nm纳米丝或纳米线65、量子尺寸效

24、应的两种不同表达、量子尺寸效应的两种不同表达方式是：方式是： n（1）当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象。n（2）纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道，能隙变宽现象。66、纳米微粒的基本理论包括哪些？、纳米微粒的基本理论包括哪些？ n电子能级的不连续性久保(Kubo)理论n量子尺寸效应n小尺寸效应n表面效应n宏观量子隧道效应n库仑堵塞与量子隧穿n介电限域效应67、制备纳米微粒的方法分为几类？、制备纳米微粒的方法分为几类？n制备纳米微粒的方法分为：n气相法；n液相法；n高能球磨法。68、利用高能球磨法能够制备哪几、利用高

25、能球磨法能够制备哪几类纳米晶材料？类纳米晶材料？ 利用高能球磨法可以制备下列纳米晶材料： 不互溶体系纳米结构； 纳米晶纯金属； 纳米金属间化合物。69、液相制备纳米微粒的方法有哪、液相制备纳米微粒的方法有哪几种？几种？ n沉淀法；n水热法；n喷雾法； n溶剂挥发分解法；n溶胶凝胶法；n辐射化学合成法；70、气相制备纳米微粒的方法有哪、气相制备纳米微粒的方法有哪几种？几种？ n低压气体中蒸发法；n活性氢熔融金属反应法；n溅射法；n流动液面上真空蒸度法；n通电加热蒸发法；n混合等离子法；n激光诱导化学气相沉积；n爆炸丝法；n化学气相凝聚法与燃烧火焰化学气相凝聚法。71、纳米科技的特征纳米科技的特征

26、n以纳米科学技术为代表的新兴科学技术，将在21世纪给人类带来第三次工业革命。72、纳米科学定义纳米科学定义n研究纳米尺度范围内物质所具有的特异现象和特异功能的科学。 73、纳米技术定义纳米技术定义n在纳米科学的基础之上制造新材料、研究新工艺的方法和手段。 74、纳米科学技术是多科学群，它纳米科学技术是多科学群，它包括什么？包括什么？n包括：纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米光学、纳米制造。75、纳米科学技术在未来的应用包纳米科学技术在未来的应用包括哪几大方面？括哪几大方面？n纳米科技的未来包括：（1）海水脱盐净化技术；（2）照明系统；（3）医学和生物领域；（4）微电子和计算机；（5）环境和能源。76、纳米尺度是指什么尺度范围？n1100nm77、举例