納米材料概論復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、納米科技：研究由尺寸在0.1—100nm之間的物質(zhì)組成體系的運(yùn)動規(guī)律和相互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。2、納米固體材料：又可稱為納米結(jié)構(gòu)材料或納米材料，它是由顆粒或晶粒尺寸為1~100nm的粒子凝聚而成的三維塊體。3、量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象，以及納米半導(dǎo)體微粒存在比連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級，這些能隙變寬現(xiàn)象。4、表面效應(yīng)：表面原子的活性不但引起納米粒子表面原子的變化，同時(shí)也引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化。5、宏觀量子隧道效應(yīng)：某些宏觀量如顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等具有貫穿勢壘的能力，稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。6、納米材料（廣義）：晶?；蚓Ы绲蕊@微構(gòu)造能達(dá)到納米尺寸水平的材料。7、原子團(tuán)簇：由多個原子組成的小粒子。它們比無機(jī)分子大，但比具有平移對稱性的塊體材料小，它們的原子結(jié)構(gòu)（鍵長、鍵角和對稱性等）和電子結(jié)構(gòu)不同于分子，也不同于塊體。8、Kubo理論：顆粒尺寸進(jìn)入納米級時(shí)，靠近費(fèi)米面附近的能級由原來的準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級。9、小尺寸效應(yīng)：當(dāng)顆粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米粒子的顆粒表面層附近的原子密度減少，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。10、納米結(jié)構(gòu)材料：由顆?；蚓Я３叽鐬?~100nm的粒子形成的三維塊體稱為納米固體（結(jié)構(gòu)）材料。其晶粒尺寸、晶界寬度、析出相分布、氣孔尺寸和缺陷尺寸都在納米數(shù)量級。二、簡答題1、冷凍干燥法制備納米顆粒的基本原理。先使干燥的溶液噴霧在冷凍劑中冷凍，然后在低溫低壓下真空干燥，將溶劑升華除去，再通過熱處理得到所需的物質(zhì)。2、氣相合成法制備納米顆粒的主要過程有哪些？利用兩種以上物質(zhì)之間的氣相化學(xué)反應(yīng)，在高溫下合成出相應(yīng)的化合物，再經(jīng)過快速冷凝，從而制備各類物質(zhì)的納米粒子。3、沉淀法制備納米顆粒的主要過程。在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽浼{米粒子的前驅(qū)體沉淀物，再將此沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的納米粒子。4、納米陶瓷固體材料的制備方法有哪些？無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、微波燒結(jié)。5、納米復(fù)合材料力學(xué)性能有什么特點(diǎn)？高強(qiáng)度，高韌性、高幣強(qiáng)度，高比模量抗蠕變，抗疲勞性好。6、離子濺射法制制備納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)。靶材料蒸發(fā)面積大、粒子收率高、制備的粒子均勻粒度分布窄，適合于制備高熔點(diǎn)金屬型納米粒子。7、機(jī)械粉碎過程中物料顆粒將發(fā)生什么變化？粒子結(jié)構(gòu)變化、粒子表面物理化學(xué)性質(zhì)變化、在局部受反復(fù)應(yīng)力作用區(qū)域產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。8、溶膠一凝膠法制備納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)有哪些？工藝簡單、成本低、生產(chǎn)過程溫和可控。9、納米金屬固體材料的制備方法有哪些？惰性氣體蒸發(fā)原位加壓法、高能球墨法、非晶晶化法三、問答題1、與常規(guī)材料相比，納米粒子的磁學(xué)性質(zhì)有何特點(diǎn)？答：超順磁性，納米微粒尺寸小到一定臨界值時(shí)會進(jìn)入超順磁狀態(tài)，在小尺寸下，當(dāng)各向異性能減小到與熱運(yùn)動能可相比擬時(shí)，磁化方向就不再固定在一個易磁化方向，易磁化方向作無規(guī)律的變化結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)。矯頑力，納米微粒尺寸高于超順磁臨界尺寸時(shí)呈現(xiàn)高的矯頑力，納米微粒高矯頑力起源于兩種解釋，其中一種是一致轉(zhuǎn)動模式和球鏈反轉(zhuǎn)磁化模式。居里溫度，由于小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)而導(dǎo)致納米粒子的本征和內(nèi)稟的磁性變化，具有較低的居里溫度。四、磁化率，納米微粒的磁性與它所含的總電子數(shù)的奇偶性密切相關(guān)。2、與常規(guī)材料相比，納米粒子的光學(xué)性質(zhì)有什么特點(diǎn)？寬頻帶強(qiáng)吸收：大塊金屬具有不同顏色的光澤，這表明它們對可見光范圍各種顏色（波長）的反射和吸收能力不同。當(dāng)尺寸減小到納米級時(shí)各種金屬納米微粒幾乎都呈黑色，它們對可見光的反射率極低。藍(lán)移現(xiàn)象:與大塊材料相比納米微粒的吸收帶普遍存在“藍(lán)移”現(xiàn)象，即吸收帶移向短波方向?？蓺w納為量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)。量子限域效應(yīng)——激子帶的吸收系數(shù)隨粒徑下降而增加，即出現(xiàn)激子增強(qiáng)吸收并藍(lán)移納米微粒的發(fā)光當(dāng)納米微粒的尺寸小到一定值時(shí)可在一定波長的光激發(fā)下發(fā)射熒光和出現(xiàn)吸收的紅移。納米微粒分散物系的光學(xué)性質(zhì)一一在溶膠中膠體的高分散性和不均勻性使得分散物系具有特殊的光學(xué)特性，以散射的作用為主，散射出來的光為乳光。3、與其他濺射方法相比，磁控濺射的特點(diǎn)有哪些？答：磁控濺射的鍍膜速率與二級濺射相比提高了一個數(shù)量級，具有高速、低溫、低損傷等優(yōu)點(diǎn)；特點(diǎn)是在陰極靶面上建立一個環(huán)狀磁靶，以控制二次電子的運(yùn)動，離子轟擊靶面所產(chǎn)生的二次電子在陰極暗區(qū)被電場加速之后飛向陽極。其主要缺點(diǎn)是靶材的利用率低，低于40%,磁控濺射靶的濺射溝槽一旦穿透靶材，就會導(dǎo)致整塊靶材報(bào)廢。4、與常規(guī)材料相比，納米固體材料的磁學(xué)性質(zhì)有什么特點(diǎn)？答：飽和磁化強(qiáng)度降低、發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，抗磁體轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾朋w、超順磁性降低、居里溫度降低5、與常規(guī)材料相比，納米固體材料的電學(xué)性質(zhì)有什么特點(diǎn)？答：電阻電導(dǎo)：納米晶Pd的比電阻比常規(guī)材料高，比電阻隨晶粒尺寸的減小而增大，隨溫度的升高而升高。納米材料中大量界面的存在，使大量電子的運(yùn)動局限在小晶粒范圍。晶界原子排列愈混亂，晶界厚度愈大，對電子散射能力就愈強(qiáng)，界面這種高能壘是使電阻升高的主要原因。介電特性：主要表現(xiàn)在介電常數(shù)和介電損耗對顆粒尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，電場頻率對介電行為有極強(qiáng)的影響，介電常數(shù)隨頻率減小二增大。而相應(yīng)的常規(guī)材料介電常數(shù)較低，在低頻上升趨勢低于納米材料。空間電極化，在納米材料龐大界面中存在大量的懸鍵、空位及空洞等缺陷，引起電荷分布的變化；轉(zhuǎn)向極化，納米材料中存在較多的空位、空位團(tuán)等缺陷，納米顆粒內(nèi)和龐大界面內(nèi)存在相當(dāng)數(shù)量的氧離子空位或氮離子空位，這兩種離子帶負(fù)電，它們的空位往往帶正電；松弛極化包括電子松弛極化和離子松弛極化。壓電效應(yīng)：是某些晶體受到機(jī)械作用（應(yīng)力或應(yīng)變），在其兩端出現(xiàn)符號相反的束縛電荷現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)是由晶體介質(zhì)的極化引起的。6、金屬基納米復(fù)合材料有什么特點(diǎn)，舉例說明。答：機(jī)械性能好剪切強(qiáng)度高，工作溫度較高，耐磨損，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，不吸濕不吸氣，尺寸穩(wěn)定，不老化。7、金屬基納米復(fù)合材料的制備方法有哪些，舉例說明。固相法一粉末冶金法液相法一壓鑄成型法（SC）、半固態(tài)復(fù)合鑄造法（CC）噴射與噴涂沉積法一噴涂沉積法（SD）噴射沉積法（OSC）原位復(fù)合法一共晶定向凝固法、直接氧化法、反應(yīng)合成法8、與常規(guī)材料相比，納米薄膜的光學(xué)性質(zhì)有什么特點(diǎn)？答：藍(lán)移和寬化，由于量子尺寸效應(yīng)，納米顆粒膜能隙加寬，導(dǎo)致吸收帶邊藍(lán)移，顆粒尺寸有一個分布，能隙寬度有一個分布，這是引起吸收帶和發(fā)射帶以及投射帶寬化得主要原因。光的線性與非線性：一般來說，多層膜的每層膜的厚度與激子玻爾半徑a相比擬或小于激子玻爾半徑時(shí)，在光的照射下吸收譜上會出現(xiàn)激子吸收峰，為B光學(xué)線性效應(yīng)；所謂光學(xué)非線性，是在強(qiáng)光場的作用下介質(zhì)的極化強(qiáng)度中就會出現(xiàn)與外加地磁場的二次、三次以至高次方成比例的項(xiàng)，導(dǎo)致了光學(xué)非線性的出現(xiàn)。一般來說，光學(xué)非線性可以用非線性系數(shù)來表征：對于納米材料引起光學(xué)非線性的主要原因有小尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)、量子限域和激子。9、與常規(guī)材料相比，納米薄膜的電學(xué)性質(zhì)有什么特點(diǎn)？答：尺寸的因素在導(dǎo)體和絕緣體的轉(zhuǎn)變中起著重要的作用。當(dāng)金屬顆粒的尺寸大于臨界尺寸時(shí)，將遵守常規(guī)電阻與溫度的關(guān)系；當(dāng)金屬的粒徑小于臨界尺寸時(shí)，他就可能失掉金屬的特性。10、制備納米薄膜的物理氣相沉積方法的基本過程有哪些？答：氣相物質(zhì)的產(chǎn)生（一種方法是使沉積物加熱蒸發(fā)，稱蒸發(fā)鍍膜；另一方法是用具有一定能量的粒子轟擊靶材料，從靶材上擊出沉積物原子，稱為濺射鍍膜）氣相物質(zhì)的運(yùn)輸：要求在真空中進(jìn)行，主要是為了避免氣體碰撞妨礙沉積物到達(dá)基片。氣相物質(zhì)的沉積：氣相物質(zhì)在基片上的沉積是一個凝聚過程，根據(jù)凝聚條件的不同，可以形成非晶態(tài)膜，多晶膜或單晶膜。11、陶瓷基納米復(fù)合材料的制備方法有哪些，舉例說明。答：固相法——熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、微波燒結(jié)、自蔓延高溫合成液相法——漿體法、液態(tài)浸漬法、溶