纳米材料与技术真题精选.docx

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纳米材料与技术真题精选

2020年纳米材料与技术真题精选

[填空题]

1列举气相法制备纳米TiO2粉体的五种方法，并写出反应式。

参考答案：

[填空题]

2纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型（）的科学。

参考答案：

物质运动和变化

[填空题]

3详述CdS-TiO2复合体系提高光催化效率的过程（可以加图示形式）。

参考答案：

CdS的带隙能为2.5eV，TiO2的带隙能为3.2eV。

当以足够的能量辐射时，CdS和TiO2同时发生电子激发，由于两者导带与价带的差异，光生电子将聚集在TiO2的导带上，而空穴则聚集在CdS的价带上，使得光生载流子得到有效的分离，提高了光催化性能；当激发能不足以激发光催化剂中的TiO2时，却能激发CdS，由于TiO2导带比CdS导带电位高，使得CdS上受激产生的电子更易迁移到TiO2的导带上，激发产生的空穴仍留在CdS的价带，这种电子从CdS向TiO2的迁移有利于电荷的分离，从而提高光催化的效率。

分离的电子及空穴可以自由地与表面吸附质进行交换。

[填空题]

4当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为（）。

参考答案：

低维材料

[填空题]

5在纳米TiO2光催化剂的表面沉积贵金属的两个作用是什么？

参考答案：

有利于光生电子和空穴的有效分离以及降低还原反应（质子的还原、溶解氧的还原）的超电压。

贵金属修饰TiO2通过改变体系中的电子分布，影响TiO2的表面性质，进而改善其光催化活性。

[填空题]

61997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因（）。

参考答案：

是材料的密度偏低

[填空题]

7提高TiO2光催化效率的途径有哪些？

参考答案：

纳米TiO2光催化剂被光辐射激发产生的电子－空穴对虽然具有很高的氧化能力，但在实际应用中存在一些缺陷：

光生载流子（h+，e-）很易重新复合，例如在TiO2表面上光生电子和空穴的复合是在小于10-9s的时间内完成，影响了光催化的效率。

因此制备高活性光催化剂的突出问题是提高光催化剂中光生电子-空穴的分离效率，抑制电子空穴的重新结合。

目前光催化剂的改性研究主要针对TiO2进行金属离子掺杂、贵金属表面沉积、半导体复合、表面光敏化、表面超强酸化等。

[填空题]

8纳米材料具有高比例的内界面，包括（）等。

参考答案：

晶界、相界、畴界

[填空题]

9纳米TiO2光催化降解氧化有机物的产物是什么？

参考答案：

降解为小分子，直至变成CO2和H2O

[填空题]

10隧穿过程发生的条件为（）。

参考答案：

|Q|>e/2

[填空题]

11纳米TiO2光触媒作用的应用有哪些？

参考答案：

纳米TiO2光触媒灭蚊器；

纳米二氧化钛具有催化性质，它可以降解汽车尾气。

[填空题]

12随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向（）方向移动，即（）。

参考答案：

短波；蓝移

[填空题]

13纳米TiO2半导体粒子产生光催化作用而相应的体相半导体上却没有任何光催化活性的原因是什么？

参考答案：

与体相材料不同，纳米半导体材料可以利用太阳能进行光催化反应，例如：

粒径为10nm的TiO2半导体粒子，对于光催化有机物显示出高效率的量子效率，而相应的体相半导体上却没有任何光催化活性。

（1）纳米半导体粒子的量子尺寸效应使导带和价带能级变为分立能级，能隙变宽。

纳米半导体粒子获得了更强的还原及氧化能力，从而产生了光催化性能。

（2）计算表明，在粒径为1m的TiO2粒子中，电子从体内扩散到表面的时间约为100ns；而在粒径为10nm的微粒中扩散时间仅为10ps，粒径越小，电子与空穴的复合几率越小，电荷分离效果越好，光催化活性提高。

[填空题]

14根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：

（）。

参考答案：

扶手椅型、锯齿型、螺旋型

[填空题]

15写出光生空穴在光催化剂表面发生的氧化还原反应。

参考答案：

[填空题]

16简述纳米材料科技的研究方法有哪些？

参考答案：

主要有两种技术：

Topdown（由上而下）的方法和Bottomup（由下而上）的方法；Topdown由上而下的方法是一种采用物理和化学方法对宏观物质的超细化的纳米科技的研究方法。

Bottomup由下而上的方法，以原子、分子、团簇等为基元组装具有特定功能的器件、材料。

纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。

[填空题]

17写出光照射纳米TiO2的反应（可用反应式表示）。

参考答案：

[填空题]

18纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？

参考答案：

1）尺度上：

分别为10-9~10-7m，10-7~10-5m，<10-9m

2）物理与化学性质上：

（1）微细颗粒不具有量子效应，纳米颗粒有量子效应；

（2）团簇有量子效应和幻术效应，而纳米颗粒不具有幻数效应。

[填空题]

19什么是光催化？

参考答案：

纳米半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促进化合物的合成或使化合物（有机物、无机物）降解的过程称为光催化。

[填空题]

20纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？

参考答案：

1）对于粗晶金属，在杂质含量一定的条件下，由于晶界的体积分数很小，晶界对电子的散射是相对稳定的。

因此，普通粗晶和微米晶金属的电导可以认为与晶粒的大小无关。

2）对于纳米晶材料，由于含有大量的晶界，且晶界的体积分数随晶粒尺寸的减小而大幅度上升，纳米材料的界面效应的影响不能忽略。

纳米材料的电导具有尺寸效应，特别是晶粒小于某一临界尺寸时，量子限制将使电导量子化。

纳米材料的电导将显示出许多不同于普通粗晶材料电导的性能。

例如：

纳米晶金属块体材料的电导随着晶粒度的减小而减小，电阻的温度系数亦随着晶粒的减小而减小，甚至出现负的电阻温度系数。

[填空题]

21纳米材料较高的化学活性和催化活性的原因是什么？

参考答案：

由于纳米材料的比表面积很大，界面原子数很多，界面区域原子扩散系数高，而表面原子配位不饱和性将导致大量的悬键和不饱和键等，这些都使得纳米材料具有较高的化学活性，许多纳米金属微粒室温下在空气中就会被强烈氧化而燃烧。

将纳米Er和纳米Cu粒子在室温下进行压结就能够发生反应形成CuEr金属间化合物，而很多催化剂的催化效率随颗粒尺寸减小到纳米量级而显著提高，同时催化选择性也增强。

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[填空题]

22在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？

参考答案：

量子尺寸效应使纳米光学材料对某种波长的光吸收带有蓝移现象，纳米粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象，纳米微粒紫外吸收材料就是利用这两个特性。

对紫外吸收好的材料有三种：

TiO2纳米粒子的树脂膜、Fe2O3纳米微粒的聚合物膜和纳米Al2O3粉体。

大气中的紫外线在300~400nm波段，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒，对这个波段的紫外光线进行强吸收，可减少进入人体的紫外线，起到防晒作用。

[填空题]

23“摔不碎的陶瓷碗”的原因是什么？

参考答案：

"陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。

因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。

[填空题]

24AFM针尖状况对图像有何影响？

画简图说明。

参考答案：

[填空题]

25纳米材料的超顺磁性及原因是什么？

参考答案：

铁磁性纳米颗粒的尺寸减小到一定临界值时，进入超顺磁状态。

其原因是：

在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，易磁化方向做无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。

此时磁化率不再服从居里－外斯定律。

[填空题]

26什么是纳米结构？

参考答案：

纳米结构：

以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系

[填空题]

27金属纳米颗粒材料电阻增大原因是什么？

参考答案：

纳米材料体系的大量界面使得界面散射对电阻的贡献非常大，当尺寸非常小时，这种贡献对总电阻占支配地位，导致总电阻趋向于饱和值，随温度的变化趋缓。

当粒径低于临界尺寸时，量子尺寸效应造成的能级离散性不可忽视，最后温升造成的热激发电子对电导的贡献增大，即温度系数变负。

[填空题]

28请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应。

参考答案：

宏观量子隧道效应：

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

库仑堵塞效应：

前一个电子对后一个电子的库伦排斥，小体系单电子运输行为

[填空题]

29什么是纳米材料吸收光谱的红移现象？

参考答案：

在一些情况下，当粒径减小至纳米级时，可以观察到光吸收带相对粗晶材料的“红移”现象，即吸收带移向长波长。

[填空题]

30巨磁电阻效应

参考答案：

1988年，法国的费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨磁电阻效应

[填空题]

31纳米材料吸收光谱蓝移的原因是什么？

参考答案：

1.量子尺寸效应：

即颗粒尺寸下降导致能隙变宽，从而导致光吸收带移向短波方向。

Ball等的普适性解释是：

已被电子占据的分子轨道能级（HOMO）与未被电子占据的分子轨道能级（LUMO）之间的宽度（能隙）随颗粒直径的减小而增大，从而导致蓝移现象。

这种解释对半导体和绝缘体均适用。

2.表面效应：

纳米颗粒大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。

对纳米氧化物和氮化物的研究表明，第一近邻和第二近邻的距离变短，键长的缩短导致纳米颗粒的键本征振动频率增大，结果使红外吸收带移向高波数。

[填空题]

32“自下而上”（bottomup）

参考答案：

是指以原子分子为基本单元,根据人们的意愿进行设计和组装,从而构筑成具有特定功能的产品，这种技术路线将减少对原材料的需求,降低环境污染

[填空题]

33什么是纳米材料吸收光谱的蓝移？

参考答案：

与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。

[填空题]

34纳米材料有哪些危害性？

参考答案：

纳米技术对生物的危害性：

1）在常态下对动植物体友好的金，在纳米态下则有剧毒；

2）小于100nm的物质进入动物体内后，会在大脑和中枢神经富集，从而影响动物的正常生存；

3）纳米微粒可以穿过人体皮肤，直接破坏人体的组织及血液循环

纳米技术对环境的危害性：

美国研究人员证明，足球烯分子会限制土壤细菌的生长，而巴基球则对鱼类有毒，这说明纳米技术对生态平衡和生态安全都有一定的破坏性

[填空题]

35什么是宽频带强吸收？

参考答案：

大块金属具有不同颜色的金属光泽，表明它们对可见光范围各种颜色（波长）的光的反射和吸收能力不同。

而当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈黑色。

它们对可见光的反射率极低，而吸收率相当高。

例如，Pt纳米粒子的反射率为1％，Au纳米粒子的反射率小于10％。

这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子变黑。

[填空题]

36什么是纳米世界的“眼”和“手”？

参考答案：

扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）

[填空题]

37简述烧结温度比常规粉体显著降低的原因。

参考答案：

所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温