納米知識(shí)點(diǎn)與答案

第一章1、納米科學(xué)技術(shù)概念納米科學(xué)技術(shù)是爭(zhēng)論在千萬(wàn)分之一米(10–7)到十億分之一米(10–9米)內(nèi)，原子、分子和加工的技術(shù)，又稱為納米技術(shù)。2、納米材料的定義100納米以下的具有特別功能的材料稱為納米材料。100nm的材料或由它們作為根本單元構(gòu)成的具有特別3、納米材料五個(gè)類〔維度〕0維材料，1維材料，2維材料，體相納米材料，納米孔材料4、0、1、2維材料定義、例子維材料—尺寸為納米級(jí)(100nm)以下的顆粒狀物質(zhì)。1—100nm的纖維(管)。納米線、納米棒、納米管、納米絲1100nm的薄膜。薄片、材料外表相當(dāng)薄的單層或多層膜5、納米材料與傳統(tǒng)材料的主要差異尺寸：第一、這種材料至少有一個(gè)方向是在納米的數(shù)量級(jí)上。比方說(shuō)納米尺度的顆粒，或者是分子膜的厚度在納米尺度范圍內(nèi)。性能：其次、由于量子效應(yīng)、界面效應(yīng)、外表效應(yīng)等，使材料在物理和化學(xué)上表現(xiàn)格外異現(xiàn)象。比方物體的強(qiáng)度、韌性、比熱、導(dǎo)電率、集中率等完全不同于或大大優(yōu)于常規(guī)的體相材料。6、金屬納米粒子隨粒徑的減小，能級(jí)間隔增大7、與塊體材料相比，半導(dǎo)體納米團(tuán)簇的帶隙展寬，展寬量與顆粒尺寸成反比8、納米材料的四大根本效應(yīng)尺寸效應(yīng)，介電限域效應(yīng)，表〔界〕面效應(yīng)，量子效應(yīng)9、什么是量子尺寸效應(yīng)軌道能級(jí)LUM，能隙變寬的現(xiàn)象，均稱為量子尺寸效應(yīng)。10、什么是小尺寸效應(yīng)層四周原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)的小尺寸效應(yīng)。11、什么是表(界)面效應(yīng)納米微粒尺寸小，外表能高，位于外表的原子占相當(dāng)大的比例。由于外表原子數(shù)增多，外表效應(yīng)是指納米粒子表(界)面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后引起的性質(zhì)上的變化。12、什么是宏觀量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的力氣稱為隧道效應(yīng)。近年來(lái)，人們覺(jué)察一些宏觀量，例如統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，故稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。13、什么是庫(kù)侖堵塞效應(yīng)當(dāng)體系的尺度進(jìn)入到納米級(jí)(一般金屬粒子為幾個(gè)納米，半導(dǎo)體粒子為幾十納米)，體系電荷是“量子化”的，即充電和放電過(guò)程是不連續(xù)的，充入一個(gè)電子所需的能量Ec為e2/2C，e為一個(gè)電子的電荷，C為小體系的電容，體系越小，CEc越大。庫(kù)侖排斥能，這就導(dǎo)致了對(duì)一個(gè)小體系的充放電過(guò)程，電子不能集體傳輸，而是一個(gè)一個(gè)單電子的傳輸。通常把小體系這種單電子輸運(yùn)行為稱庫(kù)侖堵塞效應(yīng)。14、納米微粒熔點(diǎn)降低的緣由與常規(guī)粉體材料相比，由于納米微粒的顆粒小，其外表能高、比外表原子數(shù)多。這些外表內(nèi)能小得多，這就使得納米微粒的熔點(diǎn)急劇下降。15、燒結(jié)溫度比常規(guī)粉體顯著降低的緣由結(jié)合成塊，密度接近常規(guī)材料的最低加熱溫度。納米粒子尺寸小，外表能高，壓制成塊的原子集中、界面中的空洞收縮及空位團(tuán)的湮沒(méi)。因此，在較低溫度下燒結(jié)就能到達(dá)致密化目的，即燒結(jié)溫度降低。16、什么是寬頻帶強(qiáng)吸取大塊金屬具有不同顏色的金屬光澤，說(shuō)明它們對(duì)可見(jiàn)光范圍各種顏色(波長(zhǎng))的光的反射和吸取力氣不同。而當(dāng)尺寸減小到納米級(jí)時(shí)，各種金屬納米微粒幾乎都呈黑色。它們對(duì)可見(jiàn)光的反射率極低，而吸取率相當(dāng)高。例如，Pt1％，Au納米10％。這種對(duì)可見(jiàn)光低反射率，強(qiáng)吸取率導(dǎo)致粒子變黑。17、納米材料的紅外吸取譜寬化的主要緣由尺寸分布效應(yīng)：通常納米材料的粒徑有確定分布，不同顆粒的外表張力有差異，引起晶格畸變程度也不同。這就導(dǎo)致納米材料鍵長(zhǎng)有一個(gè)分布，造成帶隙的分布，這是引起紅外吸取寬化的緣由之一。界面效應(yīng)：界面原子的比例格外高，導(dǎo)致不飽和鍵、懸掛鍵以及缺陷格外多。界面原子除與體相原子能級(jí)不同外，相互之間也可能不同，從而導(dǎo)致能級(jí)分布的展寬。與常規(guī)大塊材料不同，沒(méi)有一個(gè)單一的、擇優(yōu)的鍵振動(dòng)模，而存在一個(gè)較寬的鍵振動(dòng)模的分布，在紅外光作用下對(duì)紅外光吸取的頻率也就存在一個(gè)較寬的分布。18、什么是納米材料吸取光譜的藍(lán)移19、納米材料吸取光譜藍(lán)移的緣由量子尺寸效應(yīng)：即顆粒尺寸下降導(dǎo)致能隙變寬，從而導(dǎo)致光吸取帶移向短波方向。Ball等的普適性解釋是：已被電子占據(jù)的分子軌道能級(jí)(HOMO)與未被電子占據(jù)的分子軌道能級(jí)(LUMO)之間的寬度(能隙)隨顆粒直徑的減小而增大，從而導(dǎo)致藍(lán)移現(xiàn)象。這種解釋對(duì)半導(dǎo)體和絕緣體均適用。外表效應(yīng)：納米顆粒大的外表張力使晶格畸變，晶格常數(shù)變小。對(duì)納米氧化物和氮振動(dòng)頻率增大，結(jié)果使紅外吸取帶移向高波數(shù)。20、什么是納米材料吸取光譜的紅移現(xiàn)象在一些狀況下，當(dāng)粒徑減小至納米級(jí)時(shí)，可以觀看到光吸取帶相對(duì)粗晶材料的“紅移”現(xiàn)象，即吸取帶移向長(zhǎng)波長(zhǎng)。21、金屬納米顆粒材料電阻增大緣由納米材料體系的大量界面使得界面散射對(duì)電阻的奉獻(xiàn)格外大，當(dāng)尺寸格外小時(shí)，這種奉獻(xiàn)對(duì)總電阻占支配地位，導(dǎo)致總電阻趨向于飽和值，隨溫度的變化趨緩。當(dāng)粒徑低于臨界尺寸時(shí)，量子尺寸效應(yīng)造成的能級(jí)離散性不行無(wú)視，最終溫升造成的熱激發(fā)電子對(duì)電導(dǎo)的奉獻(xiàn)增大，即溫度系數(shù)變負(fù)。22、納米材料的超順磁性及緣由當(dāng)各向異性能減小到與熱運(yùn)動(dòng)能可比較時(shí)，磁化方向就不再固定在一個(gè)易磁化方向上，易磁化方向做無(wú)規(guī)律的變化,定律。23、納米材料的高矯頑力及緣由納米粒子尺寸高于超順磁臨界尺寸時(shí)，通常呈現(xiàn)高的矯頑力。起源有兩種模型：(1)全都轉(zhuǎn)動(dòng)模型；(2)球鏈反轉(zhuǎn)磁化模型。前者的解釋是：當(dāng)粒子尺寸小到某一尺寸時(shí)，每個(gè)粒子就是一個(gè)單磁疇。例如Fe12nm，F(xiàn)e3O440nm。每個(gè)單磁疇的納米粒子實(shí)際上成為一個(gè)永久磁鐵，要使該磁鐵去磁，必需使每個(gè)粒子整體的磁矩反轉(zhuǎn)，這需要很大的反向磁場(chǎng)，因此具有較高的矯頑力。該Ni粒子形成鏈狀，以此作為理論推導(dǎo)的前提。24“摔不碎的陶瓷碗”的緣由“陶瓷材料在通常狀況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。下很簡(jiǎn)潔遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。25、納米材料較高的化學(xué)活性和催化活性的緣由由于納米材料的比外表積很大，界面原子數(shù)很多，界面區(qū)域原子集中系數(shù)高，而外表Er和納CuCuEr金屬間化合物，而很多催化劑的催化效率隨顆粒尺寸減小到納米量級(jí)而顯著提高，同時(shí)催化選擇性也增加。其次章1、什么是光催化物〔有機(jī)物、無(wú)機(jī)物〕降解的過(guò)程稱為光催化。2、光照耀納米TiO2的反響〔可用反響式表示〕3、光生空穴在光催化劑外表發(fā)生的氧化復(fù)原反響：4、光生電子在光催化劑外表發(fā)生的氧化復(fù)原反響：5TiO2半導(dǎo)體粒子產(chǎn)生光催化作用而相應(yīng)的體相半導(dǎo)體上卻沒(méi)有任何光催化活性的緣由10nmTiO2半導(dǎo)體粒子，對(duì)于光催化有機(jī)物顯示出高效率的量子效率，而相應(yīng)的體相半導(dǎo)體上卻沒(méi)有任何光催化活性納米半導(dǎo)體粒子的量子尺寸效應(yīng)使導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)，能隙變寬。納米半導(dǎo)體粒子獲得了更強(qiáng)的復(fù)原及氧化力氣，從而產(chǎn)生了光催化性能。計(jì)算說(shuō)明，在粒徑為1 m的TiO2粒子中，電子從體內(nèi)集中到外表的時(shí)間約為100ns10nm10ps，粒徑越小，電子與空穴的復(fù)合幾率越小，電荷分別效果越好，光催化活性提高。6、納米TiO2光觸媒作用的應(yīng)用有哪些納米TiO2光觸媒滅蚊器納米二氧化鈦具有催化性質(zhì)，它可以降解汽車(chē)尾氣7、納米TiO2光催化降解氧化有機(jī)物的產(chǎn)物是什么降解為小分子，直至變成CO2H2O8、提高TiO2光催化效率的途徑TiO2光催化劑被光輻射激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)雖然具有很高的氧化力氣，但在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺陷：光生載流子(h+，e-)TiO2外表上光生電子和空穴的復(fù)合是在小于10-9s的時(shí)間內(nèi)完成，影響了光催化的效率。因此制備高活性光催化劑的突出問(wèn)題是提高光催化劑中光生電子-空穴的分別效率，抑制電子空穴的重結(jié)合。目前光催化劑的改性爭(zhēng)論主要針對(duì)TiO2進(jìn)展金屬離子摻雜、貴金屬外表沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、外表光敏化、外表超強(qiáng)酸化等。9、納米TiO2中摻雜過(guò)渡金屬離子提高光催化活性的緣由當(dāng)在半導(dǎo)體中摻雜不同價(jià)態(tài)的過(guò)渡金屬離子后，半導(dǎo)體的光催化性質(zhì)被轉(zhuǎn)變。從化學(xué)觀點(diǎn)看，金屬離子是電子的有效承受體，可捕獲導(dǎo)帶中的電子。由于金屬離子對(duì)電子的爭(zhēng)奪，削減了TiO2外表光生電子與空穴的復(fù)合，從而使TiO2外表產(chǎn)生了更多的·OH和O2-，提高了催化劑的光催化活性。10、在納米TiO2光催化劑的外表沉積貴金屬的兩個(gè)作用是什么有利于光生電子和空穴的有效分別以及降低復(fù)原反響(質(zhì)子的復(fù)原、溶解氧的復(fù)原)的超TiO2TiO2其光催化活性。11、CdS-TiO2復(fù)合體系提高光催化效率的過(guò)程〔可以加圖示形式〕CdS的帶隙能為2.5e，TiO2的帶隙能為3.2eCdS和TiO2同時(shí)發(fā)生電子激發(fā)，由于兩者導(dǎo)帶與價(jià)帶的差異，光生電子將聚攏在TiO2的導(dǎo)帶上，CdS的價(jià)帶上，使得光生載流子得到有效的分別，提高了光催化性能;TiO2CdSTiO2CdS導(dǎo)帶電位高，使得CdS上受激產(chǎn)生的電子更易遷移到TiO2的導(dǎo)帶上，激發(fā)產(chǎn)生的空穴仍CdSCdS向TiO2的效率。分別的電子及空穴可以自由地與外表吸附質(zhì)進(jìn)展交換。12、列舉氣相法制備納米TiO2粉體的五種方法，并寫(xiě)出反響式TiCl4氣相氫火焰水解法 TiCl4〔g〕＋2H2(g)＋O2→TiO2(s)＋4HCl(g)TiCl4氣相氧化法 TiCl4(g)+O2(g)→TiO2(s)+Cl2(g)鈦醇鹽氣相分解法 nTi(OC4H9R)4(g)→nTiO2(s)+2nH2O(g)+4nC4H8(g)鈦醇鹽氣相水解法 Ti(OR)4(g)+4H2O(g) →Ti(OH)4(s)+4ROH(g)Ti(OH)4(s)→TiO2·H2O(s)+H2O(g) TiO2·H2O(s)→TiO2(s)+H2O(g)物理氣相法13、列舉液相法制備納米TiO2粉體的五種方法水解法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱反響法、模板法14、表達(dá)水解法制備納米TiO2粉體的過(guò)程將TiCl4和鈦醇鹽溶液在確定條件下水解生成氫氧化物或水合氧化物沉淀，經(jīng)加熱分解TiO2納米粒子。利用這種方法合成的納米粉體，顆粒分布均勻，性能優(yōu)異，純度高，外形易把握。15、表達(dá)溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體的過(guò)程以鈦醇鹽為原料，無(wú)水乙醇為有機(jī)溶劑，制得均勻溶膠，參與確定量的酸，起抑制水解的作用，再濃縮成透亮凝膠，經(jīng)枯燥熱處理即可得TiO2納米粒子16、表達(dá)溶膠-凝膠法制備納米TiO2薄膜的過(guò)程般選取鈦的有機(jī)鹽〔如鈦酯〕或無(wú)機(jī)鹽〔TiCl4〕作為原料，將其溶于低碳醇中，然后在室溫下參與到中強(qiáng)酸度的水溶液中，攪拌下水解制備TiO2溶膠，然后承受浸漬－TiO2薄膜。它具有制備溫度低，工藝簡(jiǎn)潔，不需要昂貴的設(shè)備，可制備多組分混合均勻的薄膜，并且得到的薄膜顆粒度均勻，純度高。17、分析溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體和薄膜的區(qū)分18、列舉制備納米TiO2薄膜的五種方法溶膠－凝膠法、磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法、液相沉積法、電沉積法19、納米TiO2制備技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)TiO2的價(jià)格為(30～40)萬(wàn)元/t2/5，原料和工藝路線的選擇是降低生產(chǎn)本錢(qián)的關(guān)鍵因素；納米TiO2的晶型和粒度把握技術(shù)；金紅石型納米TiO2的外表處理技術(shù)；納米TiO2應(yīng)用分散技術(shù)；納米TiO2應(yīng)用功能的提升技術(shù)：納米TiO2產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)。3章碳材料1、C60的構(gòu)造C60屬于碳簇〔CarbonCluster〕2012個(gè)正五邊形組成的球60C60分子中碳原子與相鄰30.1455nm，而六0.1391nm。整個(gè)球狀分子就是一個(gè)三維的大π反響活性相當(dāng)高。C605次對(duì)稱軸。2、C60的其它名字富勒烯，巴基球，C60，足球烯3、C60整個(gè)球狀分子就是一個(gè)三維的大π鍵，其反響活性相當(dāng)高4、C60的制備1、激光蒸發(fā)石墨法–1985Kroto等覺(jué)察C60苯燃燒法–1991HowardAr1kg3gC60C70電弧放電法–電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。通過(guò)兩石墨電極之間的放電，可產(chǎn)生高4000〔壓烯的煙灰。5、C60C70的溶解性CS2也能溶解但不常用，由于劇毒p-p鍵相互作用有助于富勒烯的溶解富勒烯不溶于水富勒烯呈電負(fù)性，因此它在能供給配對(duì)電子的溶液中溶解性很好6、富勒烯是化學(xué)缺電還是富電性質(zhì)化學(xué)缺電7、如何才能證明金屬是內(nèi)嵌，而不是在籠子的外表呢？C2球STM或者TEM直接觀看用同步輻射X8、區(qū)分富勒烯的化學(xué)反響主要由氫化反響、鹵化反響、親和加成反響、環(huán)加成反響、光化學(xué)反響和射線化學(xué)反響9、CNT分類，依據(jù)石墨烯片的層數(shù)，單壁碳納米管Single-wallednanotubes,SWNT：的直徑和長(zhǎng)度分別為0.75～3nm1～50μm。又稱富勒管(Fullerenestubes)。2)多壁碳納米管Multi-wallednanotubes,MWNTs2～500.34±0.01nm，與石墨層間距(0.34nm)相2～30nm0.1～50μm。10、碳納米管的制備CVD法–高溫分解C-H化合物法–電弧放電法CNTCNTCNT的直徑分布限制在某個(gè)特定范圍內(nèi)某些硝基鹽，如NO2BF4NO2SbF6CNT。所以利用溶液法也可以分別〔1.1nmCNT〕202380%以上金屬性