陕西师范大学纳米材料考试.doc

纳米材料复习题 陕西师范大学材料学院2010级 喻俊 简单论述纳米材料的定义与分类Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径?解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？ 讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边的影响。 纳米材料中的声子限域和压应力如何Raman 光谱。 论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构（图）。 答：一维纳米结构的组装： （1）模板法组装纳米结构：将流体组装技术与表面模板技术结合在一起成功地将一维纳米结构组装成平行阵列。包括高分子模板技术（PDMS）、Al2O3有序孔洞做模板。 （2）L-B技术表面压力组装纳米棒阵列：通过表面张力的递增，使原本无序排列的各向同性的纳米棒首先排列成二维向列性排布，继而排列成二维近晶性的有序结构，多层这种二维结构叠加在一起，最终得到三维排列的有序纳米棒的阵列，3D－向列。 （3）电场驱动组装：采用电场驱动组装的方法将纳米线的组装与其半导体性质的测量联系起来。例如在两电极之间滴加一滴InP纳米棒，则溶液中的纳米线能在电场作用下自组装为平行的阵列。 （4）催化剂的图案化；通过对催化剂模板化，在有催化剂的地方反应，没有催化剂的地方不反应，从而制备一定规则的纳米结构材料。 （5）其他方法：eg加热ZnO,In2O3和石墨粉末的混合物在碳衬底或Si衬底上生长分级纳米结构；以ZnO，SnO2和石墨粉的混合物在多晶Al2O3衬底上分别得到了ZnO螺旋桨状纳米结构。 2种纳米器件的结构：ZnO纳米线直流发电机；纳米管收音机；纳米尺度太阳能电池。 简单讨论纳米材料的磁学性能。 答：纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规晶粒材料所不具备的磁特性——超顺磁性、高矫顽力、低居里温度、高比磁化率等。 超顺磁性：纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，原因为：在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向做无规律的变化，结构导致超顺磁性的出现，不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同的。 （2）矫顽力：纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力。这主要是当粒子尺寸小到某一尺寸时，每一个粒子可以看做一个单磁畴，若使磁畴转向需要较大能量。 （3）居里温度：居里温度为物质磁性的重要参数，通常与交换积分成正比，并与原子结构和间距有关。对于薄膜，理论与实验研究表明，随着铁磁薄膜厚度的减小，居里温度下降。对于纳米微粒，由于小尺寸效应和表面效应而导致纳米粒子的本征和内禀的磁性变化，因此具有较低的居里温度。 （4）磁化率：纳米微粒的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关。每个微粒的电子可以看成一个体系，电子数的宇称可为奇或偶。一价金属的粉体，一半粒子的宇成为奇，另一半为偶，两价金属的粒子的宇成为偶，电子数为奇或偶数的粒子磁性有不同温度特点。（5） Fe（5nm）饱和磁化强度比常规α－Fe低40％，其比饱和磁化强度随粒径的减小而下降②单晶FeF2由顺磁转变为反铁磁的奈耳温度范围很窄，只有2K，而纳米 FeF2（ 10nm）在 78～88K由顺磁转变为反铁磁，即有一个宽达12K的奈耳温度范围；③1988年日本发现纳米合金Fe－Si－Bi－Cu（20～50nm）具有好的软磁性能，可用作高频转换器，其芯耗低至200mW／cm3，有效磁导率高于108。当晶粒度大于100nm时，上述软磁性能消失。④Sb通常为抗磁性，其χ＜0，但纳米微晶的χ＞0，表现出顺磁性。 介绍铁磁材料的结构与铁磁性能（图）。 铁磁材料：具有自发极化或当外加磁场很小时即达到磁化饱和，这类材料就是铁磁材料。 基本特性：铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，不但磁化率0，而且数值大到10－106数量级，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂函数关系。 磁畴：具有相同磁化方向的小区域。 磁化率：磁化强度M与磁场强度H 磁滞回线：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。 17、目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。并说明那些纳 米结构应该具有增强物理和化学性能（图）。 答：纳米结构单元：0维: 团簇、纳米颗粒、八面体、三角形、多面体等；一维: : 纳米片等。 复杂的纳米结构：嵌段共聚物有序的自组装成为超分子纳米结构；多层膜；自组装形成管状、球状、层状和蘑菇状的结构 纳米器件：ZnO纳米线直流发电机、光子晶体、纳米棒的逻辑敏电路、纳米管收音机、纳米线染料