2012纳米材料概论期末考试复习

《纳米材料与技术》期末复习

第一章：

纳米科学技术的发展历史——

1、1959年12月，美国物理学家费曼在加州理工学院召开的美物理学会会议上作了一次富有想象力的演说“最底层大有发展空间”，费曼的幻想点燃纳米科技之火。

2、1981年比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的扫描隧道显微镜（STM）。

3、1989年在美国加州的IBM实验内，依格勒博士采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。

4、1991年，日本的饭岛澄男教授在电弧法制备C60时，发现氩气直流电弧放电后的阴极碳棒上发现了管状结构的碳原子簇，直径约几纳米，长约几微米碳纳米管。

5、1990年在美国东海岸的巴尔的摩召开第二届国际STM会议的期间，召开了第一届国际纳米科学技术会议，该会议标志纳米科学技术的诞生。

第二章：

1、纳米材料的分类：

按功能分为半导体纳米材料、光敏型纳米材料、增强型纳米材料和磁性纳米材料；

按属性分为金属纳米材料、氧化物纳米材料、硫化物纳米材料、碳（硅）化合物纳米材料、氮（磷）等化合物纳米材料、含氧酸盐纳米材料、复合纳米材料。

按形态分为纳米点、纳米线、纳米纤维和纳米块状材料。

2、纳米材料的四个基本效应：小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应。

1）量子尺寸效应与纳米材料性质

a.导电的金属在制成超微粒子时就可以变成半导体或绝缘体；绝缘体氧化物相反。

b.磁化率的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 。

c.比热亦会发生反常变化，与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 。

d.光谱线会产生向短波长方向的移动 。

e.催化活性与原子数目有奇数的联系，多一个原子活性高,少一个原子活性很低。

2)小尺寸效应的主要影响：

a.金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象

（电子平均自由程）动量

b.宽频带强吸收性质（光波波长）

c.激子增强吸收现象（激子半径）

d.磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能）

e.超导相向正常相的转变（超导相干长度）

f.磁性纳米颗粒的高矫顽力（单畴临界尺寸）

3)表面效应及其影响：

表面化学反应活性(可参与反应)、催化活性、纳米材料的（不）稳定性、铁磁质的居里温度降低、熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低、纳米材料的超塑性和超延展性、介电材料的高介电常数（界面极化）、吸收光谱的红移现象。

3、纳米材料的特殊的光学性质及其应用：

光学性质：光谱迁移性、光吸收性、发光性、光催化性、和非线性光学性质。

应用：红外发射材料、光吸收材料（利用纳米材料对紫外吸收特性，可提高日光灯寿命、防晒油和化妆品、聚合物的防老化；以及红外吸收材料、隐身材料等）、自清洁材料、光催化材料等。

4、纳米材料的特殊的磁学性质：超顺磁性和较高的矫顽力、巨磁电阻效应。

5、纳米材料的制备方法

（1）液相法：

种类：沉淀法、水热法、溶胶－凝胶法、微乳液法

沉淀法：均匀沉淀法、共沉淀法

溶胶－凝胶法：溶胶－凝胶法的过程和原理以及溶胶－凝胶法的干燥技术。

微乳液法：原理及其合成纳米材料的机理

（2）气相法

种类：物理气相沉淀法和化学气相沉积法

物理气相沉淀法：电极溅射法

化学气相沉积法：等离子体加强气相化学反应法和激光诱导化学气相沉积法。

（3）一维纳米材料的可控合成技术：气相－ 液相－固相法、层状卷曲机制备法和模板限制合成法。

6、纳米粉体表面改性

1）、引起纳米颗粒团聚的主要原因：

纳米颗粒的表面静电荷引力 、纳米颗粒的高表面能 、纳米颗粒间的范德华力和纳米颗粒的表面的氢键及其化学键作用。

2）、表面改性的方法：物理改性法、机械化学改性法、高能改性法

3）、纳米颗粒的表面改性物：无机氧化物、有机化合物、纳米材料和聚合物

7、纳米分散体系：

1）纳米分散体系的种类及制备方法：超声分散法和机械分散法

8、碳纳米管

1）碳纳米管的制备方法：电弧法、激光蒸发法、CVD法（基种法、喷淋法、浮动催化法）

2）碳纳米管的结构与形态：

结构：单壁、多壁；根据碳六边形网格沿轴向的不同取向，可将单壁碳纳米管分为：扶手椅型、锯齿型和螺旋型。

形态：开口型、封口型、竹节型、变径型、螺旋型、海胆型、洋葱型

3）碳纳米管的性能

力学性能：碳纳米管是人类发现的强度最高的纤维

电学性能：随螺旋矢量（n，m）不同单壁碳纳米管的能隙宽度可以从零（金属）连续变化至1eV（半导体）。

第三章：

1、纳米复合材料的分类：

按用途可分为:结构纳米复合材料、功能纳米复合材料、智能纳米复合材料；

按基体可分为聚合物基纳米复合材料和非聚合物基纳米复合材料。

2、纳米复合材料的稳定化设计：

纳米稳定化设计要特别注意聚合物的化学结构，聚合物与纳米

粒子之间的作用形式有形成共价键、形成离子键、形成配位键和纳米作用能的亲和作用。

3、纳米复合材料的制备

纳米微粒原位合成法、溶液共混法、聚合物基体原位聚合法、两相同步原位合成法相应例子。

4、蒙脱土/聚合物的制备、性能特性及应用

第四章：

1、纳米陶瓷分类：1、根据复合材料中纳米相分为单相纳米陶瓷、复相纳米陶瓷；2、根据复合材料中纳米相分为晶内型纳米陶瓷、晶界型纳米陶瓷晶内－晶界混杂型纳米陶瓷、纳米－纳米弥散型；3、依据复合陶瓷的性能分类纳米结构陶瓷、纳米功能陶瓷。

2、提高陶瓷粉体分散度的干燥方法：

共沸蒸馏法、超临界流体干燥法、真空干燥法和冷冻干燥法

3、高度分散的烧结浆料的配制方法：

(1)溶液混合法、(2)多相悬浮液混合法、(3)溶胶—悬浮液混合法

4、纳米陶瓷的设计原则

化学相容性原则、物理性质匹配原则、晶粒生长速率差异最大原则、原料粉体最细原则、烧结温度控制原则、组成控制原则

5、纳米陶瓷的素坯成形技术

干法成形：等静压成形、超高压成形、橡胶等静压成形、原位成形

湿法成形：离心注浆成形、凝胶直接成形、凝胶浇注成形、渗透固化法

6、介孔材料

分类、合成机理、应用

第五章：

1、纳米器件/结构制备和加工技术

外延技术——原子层外延(AEE)、分子束外延(MBE)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、化学束外延(CBE)。 光刻技术——光学光刻、电子束光刻、离子束光刻

微细加工——扫描探针显微镜(SPM)作为工具的超微细加工技术

2、固体纳米电子器件的分类

谐振遂穿二极管/纳米线、单电子晶体管、量子点器件

根据纳米功能器件的物理长度可将纳米电子器件分为：

(1)亚纳米电子器件(0.1～1.0nm)：分子电子器件

(2)纳米电子器件(1.0～10nm)：量子点、量子线

(3)准纳米电子器件(10～100nm)：纳米CMOS器件

3、纳米电子器件的四个基本现象：

电导量子化、库仑阻塞效应、普适电导涨落、量子相干效应

4、分子组装技术制备超晶格

层－层自组装技术制备无机超薄膜、以嵌段共聚物为模板构建无机超薄膜、SILAR法、DNA模板自组装、有机分子模板自组装。

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