1、什么是納米功能材料？納米功能材料的種類和結(jié)構(gòu)特點答指在納米尺度上材料的性能既不同于原來組成的原子分子，也不同于宏觀材料，具有特殊功能的材料。納米功能材料的基本單元按維數(shù)可以分為：零維 在空間三維尺度均在納米尺度，如納米尺度顆粒、原子團簇等；一維 在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；二維 在三維空間中有一維在納米尺度，超薄膜、多層膜、超晶格等。納米材料具有如下結(jié)構(gòu)特點、原子疇（晶?；蛳啵┏叽缧∮?00nm；很大比例的原子處于晶界環(huán)境；各疇之間存在相互作用。定義團簇：（原子分子團簇）是由幾個乃至上千個原子、分子或離子通過物理和化學(xué)結(jié)合力組成相對穩(wěn)定的聚集體，其物理和化學(xué)性質(zhì)隨著所

2、含的原子數(shù)目不同而變化幻數(shù)：在團簇質(zhì)譜分析中，含有某些特殊原子數(shù)的團簇的強度呈現(xiàn)峰值，表明這些團簇特別穩(wěn)定，所含的原子數(shù)稱為“幻數(shù)”、重構(gòu)：當團簇尺寸很小時，每增加一個原子，團簇的結(jié)構(gòu)都會發(fā)生變化，這種變化被稱為重構(gòu)。什么是小尺寸效應(yīng)？納米顆粒的哪些現(xiàn)象和小尺寸有關(guān)？當納米顆粒的尺寸，如晶粒的尺寸、第二相粒子的尺寸與光波波長、德布羅意波長（=hp）以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，它的周期性邊界被破壞，引起宏觀物理性質(zhì)性對于塊材顯著變化。這種現(xiàn)象稱為小尺寸效應(yīng)。光吸收明顯增加磁有序向無序轉(zhuǎn)變，超導(dǎo)相向正常相轉(zhuǎn)變矯頑力增加聲子譜發(fā)生改變納米顆粒的熔點遠低于塊狀納米顆粒有哪

3、些基本的效應(yīng)？試舉例說明量子尺寸效應(yīng)（金屬良導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體，半導(dǎo)體的能隙變寬、吸收光譜闕值向短波移動）小尺寸效應(yīng)（力、聲、光、磁）表面效應(yīng)（高活性的表面 容易導(dǎo)致顆粒間出現(xiàn)團聚、吸附現(xiàn)象）庫倫堵塞效應(yīng)（電容極小，充放電量子化）量子隧穿效應(yīng)介電限域效應(yīng)納米材料的晶界有哪些不同于粗晶界的特點？對其納米材料的性能有什么影響？晶界具有大量未被原子占據(jù)的位置或空間低的配位數(shù)和密度大的原子均方間距存在三叉晶界納米材料有那些缺陷？總的納米材料中位錯的特點納米材料的缺陷包括：在晶界處存在的空位團、微孔等缺陷旋錯、晶粒內(nèi)的位錯、孿晶、層錯等刃位錯若一個晶面在晶體內(nèi)部突然中止于某一條線處，則稱這種不規(guī)則排列為一個

4、刃位錯。刃位錯附近的原子面會發(fā)生朝錯線方向的扭曲螺位錯將規(guī)則排列的晶面想象成一疊間距固定的紙面，若將這疊紙片剪開（但不完全剪斷），然后將剪開的部分其中一側(cè)上移半層，形成一個類似于樓梯拐角處的排列結(jié)構(gòu)，則此時在“剪開線”終結(jié)處（這里已形成一條垂直紙面的位錯線）附近的原子面將發(fā)生畸變，這種原子不規(guī)則的排列結(jié)構(gòu)成為一個螺位錯?；旌衔诲e刃位錯的伯氏矢量垂直于位錯線方向，螺位錯的伯氏矢量平行于其位錯線方向。但實際材料中位錯的伯氏矢量往往既非平行又非垂直于位錯線方向，這些位錯兼具了刃位錯和螺位錯的特征，稱為混合位錯納米晶粒的長大有什么特點？采用哪些方法可以防止納米晶粒的長大特點：隨著晶粒尺寸的減小，熱力學(xué)

5、的不穩(wěn)定性增加，晶粒容易長大；在一種極端的情況下，當晶粒小于某一臨界尺寸時，自由能大于相應(yīng)的非晶態(tài)的自由能，由晶態(tài)轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)；晶粒長大的驅(qū)動力來源于晶界和晶粒內(nèi)部的內(nèi)能；服從關(guān)系式 方法：降低晶粒長大的驅(qū)動力，即降低晶界的自由能或降低晶界的遷移速率；獲得真正亞穩(wěn)態(tài)的組織。怎樣使納米材料具有可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)？什么是Schotty 勢壘？討論納米材料的電子結(jié)構(gòu)對其性能的影響。外加電壓可改變納米材料的電子結(jié)構(gòu)：組成鏈狀物的納米顆粒的直徑小于空間電荷區(qū)的厚度；在鏈狀體與絕緣層的表面區(qū)域之間外加壓將形成空間電荷區(qū)；整個納米顆粒體系內(nèi)的平均電荷密度在外加電壓的作用下發(fā)生變化。Schotty勢壘：由金屬和

6、半導(dǎo)體粒子復(fù)合而成的復(fù)合材料，由于金屬的功函數(shù)通常高于半導(dǎo)體的，半導(dǎo)體相帶正電荷而金屬相帶在相界形成負的空間電荷區(qū)。半導(dǎo)體的空間電荷層內(nèi)失去電子形成耗盡層，能帶向上彎曲形成能壘。由于晶界空間電荷區(qū)局部偏離電中性，當晶界占據(jù)相當大的體積分數(shù)時（特別是當晶粒尺寸在幾個nm時），將導(dǎo)致局部物理性能發(fā)生變化，從而影響材料的整體性能。為什么納米顆粒具有很高的活性？如何利用？表面原子數(shù)和總原子數(shù)之比隨顆粒減小而大幅增加。表面原子具有許多的懸掛鍵，有不飽和性，易與其他原子結(jié)合穩(wěn)定下來。/表面吸附儲氧、制備高效催化劑、實現(xiàn)低熔點材料如何理解和區(qū)分量子尺寸效應(yīng)與小尺寸效應(yīng)。理解：材料的大多數(shù)物理性質(zhì)都與費米面附

7、近的電子的運動狀態(tài)有關(guān)，費米波長隨電子濃度的增加而降低，可以設(shè)想費米波長相當于使納米顆粒產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)的臨界尺寸。參加小尺寸定義區(qū)分：量子尺寸效應(yīng)：在低溫的條件下明顯，性能的變化在某一溫度下有突變小尺寸效應(yīng)：不要求低溫，性能雖溫度沒有變化是舉例說明納米材料的量子尺寸效應(yīng)。答：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)體微粒存在不連續(xù)的最高未被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級，并存在能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。為什么考慮納米顆粒的界面效應(yīng)？納米粒子具有大的比表面積，晶界上的原子占有相當高的比例，導(dǎo)致晶粒的大量原子和局部的原子結(jié)構(gòu)不同于大

8、塊晶體材料；鍵態(tài)嚴重失配出現(xiàn)許多活性中心；表面臺階和粗糙型增加，出現(xiàn)非化學(xué)平衡、非整數(shù)配位的化學(xué)鍵，從而導(dǎo)致納米體系的化學(xué)性質(zhì)與化學(xué)平衡的體系有很大差異。如何解釋介電限域效應(yīng)對半導(dǎo)體納米材料光學(xué)性質(zhì)的影響介電限域是納米微粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強的現(xiàn)象。主要來源于微粒表面和內(nèi)部局域場的增強。當介質(zhì)的折射率比微粒的折射率相差很大時，產(chǎn)生了折射率邊界，這就導(dǎo)致微粒表面和內(nèi)部的場強比入射場明顯增強。對光吸收帶邊移動（紅移、藍移）的影響。為什么晶界是納米材料的一個組成部分，哪些因素對晶界有影響？納米材料中晶界的體積分數(shù)可用下式來估計：=3/(d+)式中，是晶界的厚度，通常包括2-3個

9、原子間距，d為晶粒的直徑。晶界在常規(guī)粗晶中僅僅是一種面缺陷，但在納米材料中還是構(gòu)成納米材料的一個組元，即界面組元。因素：與晶粒的直徑和界面的厚度有關(guān)與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)與制備方法和工藝有關(guān)異質(zhì)原子在晶界處偏析的原因和對晶界遷移的影響。熱力學(xué)原因：異質(zhì)原子在晶界的偏析引起晶界混合熵和結(jié)構(gòu)熵的增加，從而降低晶界的自由能。在較低的溫度下，晶界混合熵（-TS）的作用對作用的貢獻很小，不足以影響晶界的自由能。當溶質(zhì)原子與基體原子的半徑相差很大時（如大于12%），有原子的錯配所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)熵是不可忽略的，結(jié)構(gòu)熵的增加可使晶界的自由能接近于晶粒的自由能。動力學(xué)原因：擴散系數(shù)低的原子能穩(wěn)定晶界，同時異質(zhì)原子的晶界形成

10、的原子團、沉淀粒子對晶界運動產(chǎn)生釘扎、拖曳等作用，從而穩(wěn)定晶界。Zener給出了一個穩(wěn)定的晶粒半徑R：R/r=3/4。上式表明，在晶界形成很小、分散的原子團或粒子（半徑為r）能穩(wěn)定納米組織，體積分數(shù)越大，納米晶的尺寸越不易長大。影響：當晶界遷移較慢時，將拖著雜質(zhì)原子一起遷移，降低了晶界運動速率和晶粒長大速率；當晶界遷移很快時，將擺脫雜質(zhì)原子的作用而自由運動；當晶界遷移速率適中時，部分晶界將擺脫雜質(zhì)原子的作用而突出出來形成雜質(zhì)原子的部分晶界。然而，界面面積的增加又使無雜質(zhì)原子的凸出界面運動速率降低，并重新形成溶質(zhì)原子團。因此，晶界的這種遷移是不平穩(wěn)的。給出下列概念的定義：三叉晶界、刃錯晶界、孿晶

11、界、層錯。三叉晶界：也成旋錯，是三個或四個以上相鄰的晶粒之間形成的交叉線；刃錯晶界：若一個晶面在晶體內(nèi)部突然中止于某一條線處，則稱這種不規(guī)則排列為一個刃位錯 ；孿晶界：相鄰兩晶?；蚓Я?nèi)部相鄰部分沿同一個公共晶面（孿晶界）；層錯：如果晶體中有某一個原子面的堆疊次序發(fā)生了錯亂，則在該晶面處即出現(xiàn)了原子排列混亂，這就是堆垛層錯（層錯）；為什么半導(dǎo)體材料表面修飾有明顯的介電限域效應(yīng)？答：當在半導(dǎo)體納米材料表面修飾一層某種介電常數(shù)較小的介質(zhì)時，相對裸露于半導(dǎo)體納米材料周圍其他介質(zhì)而言，被包覆的納米材料中電荷載體的電力線更容易穿過這層包覆膜，從而導(dǎo)致它比裸露納米材料的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生較大的變化，變產(chǎn)生明顯的

12、介電限域效應(yīng)。納米材料中位錯與晶粒大小之間的關(guān)系是什么？1）當晶粒尺寸在50100nm之間，溫度<0.5Tm時，位錯的行為決定了材料的力學(xué)性能，隨著晶粒尺寸的減小，位錯的作用開始減小2）當晶粒尺寸在3050nm時可認為基本上沒有位錯行為3）當晶粒尺寸小于10nm時產(chǎn)生新的位錯很困難4)當晶粒小于約2nm時，開動位錯源的應(yīng)力達到無位錯晶粒的理論切應(yīng)力。用氣相合成法來合成與制備納米材料有什么優(yōu)點和缺點？物理氣相沉積主要包括蒸發(fā)和濺射。優(yōu)點：不需要坩堝；蒸發(fā)材料（靶）可隨意放置；高熔點金屬盒陶瓷材料也可制成納米微粒；可具有很大蒸發(fā)面；使用反應(yīng)性氣體，可制備化合物納米微粒；直接由納米顆粒形成薄膜

13、?；瘜W(xué)氣相沉積包括大范圍絕緣材料、大多數(shù)金屬和金屬合金材料。主要有化學(xué)氣相反應(yīng)和化學(xué)氣相凝聚。優(yōu)點：顆粒均勻、純度高、粒度小、分散性好、化學(xué)反應(yīng)活性高、工藝可控、過程連續(xù)。用液相法來合成和制備納米材料有什么優(yōu)點和缺點？優(yōu)點：納米粉純度高，均勻性好，設(shè)備簡單，原材料容易找到，化學(xué)組成容易控制。缺點：控制范圍窄，主要用于氧化物納米材料的制備。簡述活性氫-熔融金屬反應(yīng)法，這種方法具有什么優(yōu)點?日本金屬材料研究所在電弧加熱法的基礎(chǔ)上，采用等離子使金屬熔化，過飽和氫氣是熔體霧化，汽化的的一種制備方法。優(yōu)點：超微粒的生成量隨等離子體中氣體中氫氣的濃度增加而上升。各種金屬超微粒子均可采用此方法制取，純度高，

14、產(chǎn)量大。濺射法制備納米微粒的原理和優(yōu)點原理：兩塊金屬板分別作為陽極和陰極，陰極為蒸發(fā)用的材料，在兩電極間充入Ar氣，施加0.31.5kv的電壓。兩電極之間的輝光放電生成Ar離子，在電場的作用下Ar離子沖擊陰極靶材表面使靶材原子從其表面蒸發(fā)出來形成超微粒子，并在附著面上沉積下來。優(yōu)點：可制備多種納米金屬，包括高熔點和低熔點金屬。常規(guī)熱蒸發(fā)法只能適用于低熔點金屬。能制備多組員的化合物納米顆粒。通過加大被濺射的陰極表面可提高納米顆粒的獲得量。用機械合金法制備韌性/韌性系統(tǒng)的材料的機理。球磨韌性組員時，冷焊與破碎之間存在競爭機制。最初的微鍛造使粉粒變成板狀和碎片狀，較脆的組員變成細微粒；進一步冷焊形成

15、韌性組元的復(fù)合板狀結(jié)構(gòu)；較長時間球磨，復(fù)合粉末微粒進一步細化，層間距減小，層變得纏繞不清，在這個階段，合金化開始了，借助球磨產(chǎn)生的熱量增加，產(chǎn)生了增加擴散途徑的點陣缺陷和隨著層變薄以至于用晶相顯微鏡不能分辨，達到原子層次的互混合，如Cu-Ni系。詳細說明球磨過程分為哪幾個階段？（1）在含有高密度位錯，寬大約0.5-1um的剪切帶內(nèi)部發(fā)生局部形變/（2）通過湮滅，在結(jié)合和重排，形成小角度晶界分割的納米尺度上的晶胞或亞晶粒結(jié)構(gòu)，進一步研磨漫延至整個顆粒/（3）晶粒的取向變成隨機的或任意的，即通過晶界的滑移或旋轉(zhuǎn)使低角度晶界轉(zhuǎn)變成高角度晶界，最終形成無位錯的納米晶什么是激光蒸發(fā)和激光熱解法？畫出原理

16、圖，說明產(chǎn)生團簇的特點。利用反應(yīng)氣體分子對特定波長激光束的吸收，引起反氣體分子激光光解，激光熱解，激光光敏化和激光誘導(dǎo)化學(xué)合成，在一定工藝條件下（激光功率密度、反應(yīng)池壓力、反應(yīng)氣體配比和流速、反應(yīng)溫度）獲得超細粒子空間成核和生長.LICVD具有表面清潔，粒子的大小可精確控制，無粘結(jié)，粒度分布均勻等特點，并容易制出幾納米至幾十納米的非晶態(tài)或晶態(tài)納米微粒?；旌系入x子體法的基本原理和特點此制備方法是采用RF等離子體與DC等離子組合的混合方式來獲得超細粒子。由石英管外的感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻磁場將氣體電離產(chǎn)生RF等離子體，由載氣攜帶的原料經(jīng)等離子體加熱、反應(yīng)生成超微粒子并附著在冷卻壁上。由于氣體或原料進入R

17、F等離子體的空間會使RF等離子體弧焰被攪亂，導(dǎo)致超微粒子生成困難。采用沿等離室軸向同時噴出DC（直流）等離子電弧束來防止RF等離子電弧受干擾。特點：產(chǎn)生RF等離子體是沒有采用電極，故不產(chǎn)生雜質(zhì)，超微細的純度較高；氣體流速比DC等離子慢，物質(zhì)可以充分加熱和反應(yīng)；可使用非惰性氣體，既能制備金屬超微粒；也能制備化合物超微粒。溶膠-凝膠的基本原理是什么？優(yōu)缺點。溶膠的制備：單體經(jīng)水解縮合而沉淀，控制沉淀或加解凝過程，制得溶膠。溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化：溶膠粒子的聚集生長，相互連接成鏈，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制得凝膠。凝膠陳化、干燥：是溶劑蒸發(fā)，得固相的超微粉料。優(yōu)點：較高純度、化學(xué)均勻性、顆粒細較低的反應(yīng)合成溫度、可

18、控材料的超微結(jié)構(gòu)、條件設(shè)備和投資的經(jīng)濟性。缺點：干燥時收縮大，微粒表面不清潔、撒、燒結(jié)性較差、難以得到致密的塊體樣品。簡述低壓氣體中蒸發(fā)法（氣體冷凝法）制備納米材料的原理和過程，如何控制納米材料的尺寸？將物質(zhì)放在低壓的惰性氣體腔室的蒸發(fā)皿中，高溫加熱至汽化/蒸發(fā)出的原子或分子與惰性氣體原子或分子碰撞，迅速損失能量而冷卻下來，在蒸發(fā)源附近形成的過飽和區(qū)中成核并長成原子團簇/團簇形成后，通過對流作用迅速離開過飽和區(qū)，避免團簇進一步聚集而長大，將高溫的蒸氣在冷阱中冷凝或在襯底上沉積和長出低維材料。用氣體冷凝法通過調(diào)節(jié)惰性氣體的壓力，蒸發(fā)物質(zhì)的分壓或惰性氣體的溫度，來控制納米微粒粒徑的大小，隨惰性氣體

19、壓力的增大，離子近似的成比例增大。13、畫出流動液面上真空蒸鍍法的裝置圖，說明該方法的基本原理和優(yōu)點是什么。在高真空條件下將原料放在水冷銅坩堝中，采用電子束加熱蒸發(fā)/打開快門，使蒸發(fā)物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)的圓盤的下表面上，從圓盤中心流出的油通過圓盤旋轉(zhuǎn)時的離心力在下表面上形成流動的油膜，蒸發(fā)的原子在油膜中形成超微粒子/含有超微粒子的油被甩進了真空室沿壁的容器中，然后將這種超微粒子含量很低的油在真空下進行蒸餾，使它成為濃縮的含有超微粒子的糊狀物。優(yōu)點：可制備Ag，Pd，Cu，F(xiàn)e，Ni，Co，Al，In等超微粒，平均粒徑約3nm粒徑均勻，分布窄超微粒分散的分布在油中粒徑尺寸可控，即通過改變蒸發(fā)條件來控制粒徑

20、的大小，圓盤轉(zhuǎn)速高，蒸發(fā)速度快，油的粘度高均使粒子的粒徑增大。為什么要對納米微粒的表面進行修飾？改善或改變納米粒子的分散性提高微粒表面活性使微粒表面產(chǎn)生新的物理、化學(xué)、機械性能和新的功能改善納米粒子與其他物質(zhì)間的相容性什么是噴霧法？根據(jù)霧化和凝聚過程的不同分為幾種方法？他們的特點是什么？將溶液通過各種物理手段進行霧化獲得超微粒子的一種化學(xué)與物理相結(jié)合的方法。基本過程是溶液的制備、噴霧、干燥、收集、熱處理。特點；顆粒分布比較均勻，電腦顆粒尺寸為亞微米到10微米。噴霧干燥法、霧化水解法、物化焙燒法。金屬醇鹽水解法及其特點利用一些金屬有機醇鹽能溶于有機溶劑并可能發(fā)生水解，生成氫氧化物或氧化物沉淀的特

21、性，制備細粉料的一種方法。特點采用有機試劑金屬醇鹽的溶劑，由于有機試劑純度高，因此氧化物粉體純度高?？芍苽浠瘜W(xué)計量的復(fù)合金屬氧化物粉末。解釋下列名詞：共沉淀法、均相沉淀法、水熱法、溶脹膠束、臨界膠束濃度、反膠束共沉淀法：含有多種陽離子的溶液中加入沉淀劑后，沉淀物為單一化合物或單相固溶體時。均相沉淀法：一般沉淀過程是不平衡的，但如果控制溶液中沉淀劑的濃度，使之緩慢的增加，則使溶液中沉淀出于平衡狀態(tài)，且沉淀在整個溶液中均勻的出現(xiàn)。水熱法：指在高壓反應(yīng)釜內(nèi)，以水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)體系加熱而產(chǎn)生高壓，從而進行無機材料的制備。溶脹膠束：在表面活性劑的作用下，若用兩種或兩種以上互不相容液體經(jīng)混合乳

22、化后，分散液滴的直徑在5nm100nm之間。臨界膠束濃度：在表面活性劑增加到一定值時，表面活性劑離子或分子不但在表面聚集而形成單分子層，而且在溶液本體內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基相互靠攏，聚在一起形成膠束。形成膠束的最低濃度。反膠束：油滴在水中（O/W）（反膠束）形成的兩種熱力學(xué)穩(wěn)定的、透明的單分散體系。什么是納米材料的表面化學(xué)修飾？大致可分為幾種?通過納米微粒表面與處理劑之間進行化學(xué)反應(yīng)，改變納米微粒表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，達到表面改性的目的稱為納米微粒表面化學(xué)修飾。偶聯(lián)劑法；酯化反應(yīng)法；表面接枝改性法絕熱膨脹法和優(yōu)點使處在高壓下的純凈氣體經(jīng)過一個小孔向真空室膨脹。這種絕熱膨脹過程把氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)換成橫向能量，從而冷卻下來凝聚成團簇。特點：可以得到相當冷團簇的連