2012纳米材料概论期末考试复习(2)

定义、原理、制备以及应用

第七章：

1、纳米表面及微观结构分析的光谱法：

红外光谱、紫外－可见光(UV-Vis)谱、紫外－可见光(UV-Vis)谱、X射线光电子能谱法(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、正电子湮没谱

2、纳米材料的化学组成仪器分析法：

原子光谱、特征X射线分析法、质谱法、中子活化法

晶态的表征：

X－射线衍射法、电子衍射法

粒径测试方法：

电子显微镜法、X射线衍射线宽法、X射线小角散射法、沉降粒度分析法、电超声粒度分析法、激光粒度分析法、比表面积(BET)法5、扫描探针显微技术——扫描隧道显微术、原子力显微术、扫描近场光学显微术、弹道电子发射显微术

基本原理、扫描模式、样品表面的扫描、优缺点以及应用

一、填空题（每空格0.5分，共15分）

二、选择题（一项或多项，每题1分，共15分）

三、名词解释（每题3分，共12分）

1、人工纳米结构组装体系—按人类的意志，利用物理和化学的方法人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维的纳米结构体系。

2、纳米结构的自组装体系—指通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德华键和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。

3、量子尺寸效应—是指当粒子尺寸下降到接近或小于某一值（激子玻尔半径）时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象。当能级间距大于热能、电场能或磁场能时，纳米微粒就会出现一系列与宏观物质不同的反常

特性。

4、宏观量子隧道效应—电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观量子隧道效应。

5、纳米表面工程－是通过特定的加工技术赋予材料以纳米表面、使表面纳米结构化，从而使材料的表面得以强化、改性或赋予表面新功能的系统工程。

6、纳米陶瓷—指显微结构中的物相(包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶瓷材料。

7、蛋白质芯片 －又称蛋白质阵列或蛋白质微阵列，是指以蛋白质分子作为配基,将其有序地固定在固相载体的表面形成微阵列；用标记了荧光的蛋白质或其 他它分子与之作用，洗去未结合的成分，经荧光扫描等检测方式测定芯片上各点的荧光强度，来分析蛋白之间或蛋白与其它分子之间的相互作用关系。

8、基因芯片－DNA芯片又叫基因芯片， 就是通过把预先设定好的巨大数量的寡核苷酸或DNA固定在一块面积极小的硅片、塑料、载玻片或尼龙膜等基片上而形成 ＤＮＡ 微点阵， 然后与标记的样品通过碱基互补配对原则进行分子杂交， 通过检测杂交信号的强弱来判断样品中的分子组成和数量。

四、简答题（每题6分，共42分）

1、简述晶粒尺寸对TiO2光催化性能的影响。

粒径对TiO2光催化活性的影响主要表现在：

1）对能带结构的影响：随着粒径的减小，由于量子效应TiO2的导带和价带变为分立的能级，能隙变宽，价带的电位更正，导带的电位更负，光生电子和空穴的能量更高，因而具有更强的氧化－还原能力；

2）对光生载流子的输送和量子产率的影响：随着粒径的减小，光生电子从粒子内部扩散到表面的时间减少，从而光生电子和空穴复合几率越小，这意味光生量子产率增高；

3）对光吸收及TiO2吸附能力的影响：随着粒径的减小，光吸收边界蓝移；另一方面随着粒径的减小，TiO2的比表面积迅速增大，使TiO2具有很强的吸附能力，提高了光催化性能。

2、采用哪些措施可以提高纳米TiO2光催化反应的量子产率？

一、提高纳米TiO2光催化反应的量子产率的主要措施有：

1）、TiO2掺杂不同价态的金属离子可以形成掺杂能级，使能量较小的光子能激发掺杂能级上电子和空穴，提高光子的利用率。

2）、也可以采用外加催化剂的方法，使TiO2的光生电子和空穴被不同的基元捕获，从而使电子和空穴分离，达到提高光量子产率的目的。

3）、半导体耦合是提高光催化效率的有效手段，通过半导体耦合可提高系统的电荷分离效果，扩展光谱响应范围。

4）在TiO2表面沉积惰性贵金属，可以降低光生电子与空穴的复合率，提高光量子产率。

3、简述流动液面上真空蒸度法制备纳米粒子的优点。

纳米粒子流动液面上真空蒸度法的优点主要有：

(1) 制备Ag，Au，Pd，Cu，Fe，Ni，Co，A1，In等超微粒，平均粒径约3 nm；用隋性气体蒸发法是难获得这样小的微粒；

(2)粒径均匀，分布窄；

(3)超微粒可均匀分布在油中；

(4)粒径的尺寸可控，即通过改变蒸发条件来控制粒径的大小，例如蒸发速度，油的粘度，圆盘转速等。圆盘转速低，蒸发速度快，油的粘度高均使粒子的粒径增大，最大可达8 nm。

4、氢电弧等离子体法制备的金属粒子具有哪些特性？

利用氢电弧等离子体法制备的金属粒子具有以下特性：

1）储氢性能 ：由于纳米粒子表面积较大，制备过程中使用了氢气，因此产物纳米粒子吸附有一定量的氢。

2）特殊的氧化行为：由于储氢性能的影响，导致此法制备的粒子的氧化行为不同于其它方法制备的粒子。即由内核开始氧化，至外部全部氧化，例如：纳米Fe粒子在空气中加热，当温度低于600℃时,粒子由金属外壳和氧化物内核组成,原因是储藏的氢遇到热后释放出来,把表层氧化物还原为金属。

3）薄壳修饰：使用氢电弧等离子体法，在制备工艺中使用添加第二种元素的方法，可制备出一种具有稀土外壳和过渡金属内核的纳米复合粒子。

4）再分散性：使用此法制备的纳米金属粒子，在一定大小的机械力作用下，平均粒径为50 nm的金属粒子可再分散为3-5 nm，可加到载体的孔中。

5、简述溶胶－凝胶法制备SiO2/聚甲基丙烯酸甲酯的工艺流程

首先利用原子转移聚合合成甲基丙烯酸烯丙酯(AMA)，然后加入到甲基丙烯酸甲酯中进行共聚，再把其中的烯丙基片断用氢化硅烷化反应转变成三乙氧基硅

烷基团，最后，在酸催化的情况下，使丙烯酸酯共聚物和四乙氧基硅烷发生溶胶一凝胶反应。通过在室温下慢慢挥发溶剂和小分子副产物，最后进行高温热处理可以制备出透明的SiO2/聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料。

6、蒙脱土的结构特点及其有机化原理

蒙脱土属于2：1型层状硅酸盐，即每个单位晶胞由两个硅氧四面体中间夹带一层铝氧八面体构成，二者之间靠共用氧原子连接，这种四面体和八面体的紧密堆积结构使其具有高度有序的晶格排列，每层的厚度约为1nm，长度和宽度约为100nm，具有很高的刚度，层间不易滑移。

各种有机阳离子(如烷基胺离子、阳离子表面活性剂)也可以通过离子交换来置换粘土层间原有的水合阳离子，从而使通常为亲水的矿物表面疏水化，即粘土的有机化。

7、简述晶内型纳米复相陶瓷的增强增韧机理。

晶内型纳米复相陶瓷韧性的提高主要是通过以下效应发挥作用:

1）“晶内型”结构导致“纳米化效应”：纳米粒子进入微米级基质颗粒之后，在基体晶粒内部产生大量次界面和微裂纹，引起基体晶粒的潜在分化,相当于组织的再细化,使得主晶界的作用被削弱。

2 ）诱发穿晶断裂：由于纳米化效应使晶粒内部产生微裂纹，当纳米粒子与基质晶粒的热膨胀失配和弹性失配等原因造成纳米相周围产生局部拉应力时，就 …… 此处隐藏：2710字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……