墨烯具有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光；5）石墨烯比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上１００倍 26、什么是纳米管、量子点？
答：纳米管：纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管两端基本上都封口）的一维量子材料纳米管的硬度要比钢材坚硬100倍它可以耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能纳米管既可以用作金属导电体，比金的电高多得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体纳米管在极低的温度下还具有超导性
量子点：量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能阶结构，因此量子点又被称为“人造原子”
27、解释：SWNTS、MWNTS
答：SWNTS单壁碳纳米管MWNTS多壁碳纳米管
各章具体要求
第一章
1、了解纳米技术提出的背景及发展过程
背景：1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示 一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用；
发展过程：1987年，Bell实验室的科学家发明了一种靠单电子作为电流开头的晶体管世界上第一个单电子晶体管诞生
1988年，Dupont公司的科研人员W.Degrado等无意中设计出一种新的蛋白质，世界上第一个人为设计的蛋白质诞生了
1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；
1993年，第一个致力于纳米技术研究的实验室在美国Rice大学诞生 1999年，美国耶鲁大学的科学家创造了单分子有机开关
2000年，美国政府启动了“国家纳米行动计划(NNI)，NNI的提出统一了对纳米技术的展望，并使这种展望得到普遍的接受自此，全球掀起了纳米科技研究的热潮
2、什么是纳米世界的“眼”和“手”
扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM） 3、与纳米技术相关的诺贝尔奖有几个？
1986年：鲁斯卡（德国）设计第一台透射电子显微镜；比尼格（德国）、罗雷尔（瑞 士）设计第一台扫描隧道电子显微镜
2010年：英国曼彻斯特大学科学家安德烈?盖姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫因在二维空间材料石墨烯的突破性实验获奖
4、世界上第一个单电子晶体管何年诞生？（1987）
5、世界上第一个人为设计的蛋白质何年诞生？（1988） 6、第一届国际纳米科技会议何年在哪召开？ 1990年7月，美国巴尔的摩
7、世界上第一个致力于纳米技术的实验室何年在哪诞生？
6
1993年美国Rice大学
8、首届纳米材料会议在哪召开？
1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开
9、团簇：原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于1 nm)
10、纳米微粒：是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉 量子点：是指载流子仅在一个方向上可以自由运动，而在另外两个方向上则受到约束也叫一维量子线
11、量子线：是指载流子在三个方向上的运动都要受到约束的材料体系，即电子在三个维度上的能量都是量子化的也叫零维量子点
12、量子阱：是指载流子在两个方向（如在X,Y平面内）上可以自由运动，而在另外一个方向（ Z）则受到约束，即材料在这个方向上的特征尺寸与电子的德布罗意波长或电子的平均自由程相比拟或更小有时也称为二维超晶格
13、人造原子：人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们的尺寸小于100nm
14、人造原子与真正原子的相似和不同之处： 1）人造原子含有一定数量的真正原子； 2）形状和对称性多种多样（形貌），真正原子可用球形或立方形描述 3）电子间强交互作用比实际原子复杂得多（多电子交互作用）
4）实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱底部下落的趋势
15、富勒烯的结构、特性：
A、六元环的每个碳原子均以双键与其他碳原子结合，形成类似苯环的结构，它的σ 键不同于石墨中sp2杂化轨道形成的σ键，也不同于金刚石中sp3杂化轨道形成的σ 键，是以sp2.28杂化轨道形成的σ键单键键长为0.145nm B、C60的л键垂直于球面，含有10％的s成分，90％的p成分，即为s0.1p0.9，双键键长为0.14nm C、C60中两个σ键间的夹角为106o，σ键和л键的夹角为101.64o
D、由于C60的共轭π键是非平面的，环电流较小，芳香性也较差，但显示不饱和双键的性质，易于发生加成、氧化等反应，现已合成了大量的C60衍生物 16、富勒烯的应用：
1).C60分子本身不导电，它可能成为继Si、Ge、GaAs之后的又一种新型半导体材料 2).C60和C70是一种良好的非线性光学材料 3).合成金刚石的理想原料
4.富勒烯的氢化物由于含有大量的氢且性质稳定，有可能作为储氢材料或高能燃料C60F60 （特氟隆球）是一种超级耐高温和耐磨材料，被认为是比C60更好的润滑剂 5).C60分子间在一定条件下还可以相互结合成聚合物，形成新的分子团簇
6).在生理医学方面，还可利用C60内部中空来包裹放射性元素，用于治疗癌症，以减轻放射性物质对健康组织的损害
17、碳纳米管的结构：
多壁碳纳米管一般由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成管间距为0.34nm左右，这相当于石墨的
7
面间距碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级每个单壁管侧面由碳原子六边形组成，两端由碳原子的五边形封顶 碳纳米管的分类：
根据管壁可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管 存在三种类型的结构：
分别称为单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性形纳米管
18、碳纳米管的性质和应用：
1.性能（1）电磁性能：碳纳米管具有螺旋、管状结构，预示其具有不同寻常的电磁性能由于直径和螺旋性不同，碳纳米管可以是金属性的，也可以是半导体性的，因而不必掺杂就可以制成一维半导体-金属器件；（2）力学性能：具有低密度、高弹性模量、高强度；（3）热学性能：高的热传导率；（4）吸附性能：具有很强的毛细吸引力
2应用（1）场发射(2)修饰电极(3)分子电子器件(4)导电或抗静电塑料（5）探针显微镜(SPM)针尖(6)复合增强材料（7）储气（8）催化剂载体（9）作为模板合成其它纳米管
第二章
1.体积效应：纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少许多现象不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应
2.表面效应：纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所不同存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和性质，因而极易与其它原子结合而趋于稳定
3.量子尺寸效应：由尺寸减小，超微颗粒的能级间距变为分立能级，如果热能，电场能或磁场能比平均的能级间距还小时，超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应
4.小尺寸效应：当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象---小尺寸效应
(1)久保理论的两个假设是什么?
A简并液体费米假设——久保把超微粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子期，并进一步假设他们的能级为准粒子态的不连续能级；
B超微粒子电中性假设：对于一个超微粒子取走或放入一个电子都是十分困难的 2 、
3、表（界）面效应的主要影响： 1). 表面化学反应活性(可参与反应) 2).催化活性
3).纳米材料的（不）稳定性 4).铁磁质的居里温度降低 5).熔点降低 6).烧结温度降低 7).晶化温度降低
8).纳米材料的超塑性和超延展性
9).介电材料的高介电常数（界面极化） 10).吸收光谱的红移现象 4、小尺寸效应的主要影响：
8
1).金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象（电子平均自由程）动量 2).宽频带强吸收性质（光波波长） 3).激子增强吸收现象（激子半径）
4).磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能） 5).超导相向正常相的转变（超导相干长度）
5、纳米微粒表现出与宏观块体材料不同的的微观特性和宏观性质
A导电的金属在制成超微粒子时就可以变成半导体或绝缘体绝缘体氧化物相反 B磁化率的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关
C比热亦会发生反常变化，与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 D光谱线会产生向短波长方向的移动
E催化活性与原子数目有奇数的联系，多一个原子活性高，少一个原子活性很低
第三章，第四章
1 、与常规材料相比，纳米微粒的熔点、烧结温度和比热发生什么变化，并分别解释原因。 熔点和开始烧结温度比常规粉体的低得多，比热容增加 答：熔点和开始烧结温度比常规粉体的低得多，比热容增加 A
熔点下降的原因：
由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大(为原子运动提供动力)，纳米粒子熔化时所需增加的内能小，这就使得纳米微粒熔点急剧下降 B烧结温度降低原因：
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结过程中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的埋没因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低
C比热容增加：纳米结构材料的界面结构原子杂乱分布，晶界体积百分数大（比常规块体）
，因而纳米材料熵对比热的贡献比常规材料高很多需要更多的能量来给表面原子的振动或组态混乱提供背景，使温度上升趋势减慢
2、试解释磁性纳米颗粒尺寸小到一定临界值时出现超顺磁性的原因超顺磁状态的起源可归为以下原因：
A当颗粒尺寸小于单畴临界尺寸，随尺寸减小，磁各向异性能(磁畴方向)减小到与热运动能可相比拟，在热扰动作用下，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现
B不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁性的临界尺寸是不相同的 3、试述纳米微粒的光学吸收带发生蓝移和红移的原因 A.纳米微粒吸收带“蓝移”的解释有两个方面： 1).量子尺寸效应
由于颗粒尺寸下降能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向, Ball等对这种蓝移现象给出了普适性的解释：已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因，这种解释对半导体和绝缘体都适用 2).表面效应
由于纳米微粒颗粒小，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微粒研究表明：第一近邻和第二近邻的距离变短,键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，结果使红外光吸收带移向了高波数 B吸收光谱的红移现象的原因
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1).电子限域在小体积中运动；量子限域效应
2).粒径减小，内应力（P=2g/r, r为半径，g为表面能）增加，这种内应力的增加会导致能带结构的变化，电子波函数重叠加大，结果带隙、能级间距变窄，这就导致电子由低能级向高能级及半导体电子由价带到导带跃迁引起的光吸收带和吸收边发生红移；
3).能级中存在附加能级，如缺陷能级，使电子跃迁能级间距减小； 4).外加压力使能隙减小；
5).空位、杂质的存在使平均原子间距R增大，导致能级间距变小键长的变长
光吸收带的位置是由影响蜂位的蓝移因素和红移因素共同作用的结果，如果前者的影响大于后者，吸收带蓝移，反之，红移
4、试述纳米材料的光致发光不同于常规材料的原因
1）由于颗粒很小，出现量子限域效应，界面结构的无序性使激子、特别是表面激子很容易形成，因此容易产生激子发光带；
2）界面体积大，存在大量的缺陷，从而使能隙中产生许多附加能级；
3）平移周期被破坏，在K空间常规材料中电子跃迁的选择定则可能不适用晶体场不对称 4）杂质能级---杂质发光带处于较低能量位置，发光带比较宽
5、试述半导体催化剂的微粒尺寸减小，其光催化效率提高的原因 A能隙变宽
(1)当半导体粒子的粒径小于某一临界值(一般约为10nm)时，量子尺寸效应变得显著，电荷载体就会显示出量子行为，主要表现在导带和价带变成分立能级，能隙变宽，价带电位变得更正，导带电位变得更负，这实际上增加了光生电子和空穴的氧化—还原能力，提高了半导体光催化氧化有机物的活性
(2)量子尺寸效应
B电子空穴分离效率高
(1)半导体纳米粒子粒径通常小于空间电荷层的厚度，在离开粒子中心的L距离处的势垒高度为：(2)LD是半导体的德拜长度，空间电荷层的任何影响都可以忽略
(3)光生载流子(电子、空穴）通过简单的扩散从粒子的内部迁移到粒子的表面与电子给体或受体发生氧化或还原反应
(4)在光催化剂中电子和空穴的俘获过程是很快的
这意味着半径越小，光生载流子从体内扩散到表面所需的时间越短，光生电荷分离效果就越高，电子和空穴的复合概率就越小，从而导致光催化活性的提高，提高电子空穴分离效率
C吸附能力强纳米粒子的尺寸很小，处于表面的原子很多，比表面积很大，吸附有机污染物的能力提高，光催化降解有机污染物的能力提高。研究表明，在光催化体系中，反应物吸附在催化剂表面上是光催化反应的一个前置步骤，纳米半导体粒子强的吸附效应甚至允许光生载流子优先与吸附的物质反应，而不管溶液中其他物质的氧化还原电位的顺序
6、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜的工作原理
透射电子显微镜：从加热到高温的钨丝发射电子，在高电压作用下以极快的速度射出，聚光镜将电子聚成很细的电子束，射在试样上；电子束透过试样后进入物镜，由物镜、中间镜成像在投影镜的物平面上，这是中间像；然后再由投影镜将中间像放大，投影到荧光屏上，形成最终像扫描电子显微镜：入射电子与样品之间相互作用激发出二次电子二次电子收集极将向各方向发射的二次电子汇集起来，再经加速极加速射到闪烁体上转变成光信号经过光导管到达光电倍增管，使光倍号再转变成电信号经视频放大器放大后输出送至显像管，调制显像管的亮度在荧光屏上便呈现一幅亮暗程度不同的反映样品表面起伏程度(形貌)的二次电子像
扫描隧道显微镜：在样品与探针之间加上小的探测电压，调节样品与探针间距控制系统，使针尖
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靠近样品表面，当针尖原子与样品表面原子距离≤10?时，由于隧道效应，探针和样品表面之间产生电子隧穿，在样品的表面针尖之间有一纳安级电流通过电流强度对探针和样品表面间的距离非常敏感，距离变化1?，电流就变化一个数量级左右移动探针或样品，使探针在样品上扫描
原子力显微镜：将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定另一端的针尖与样品表面轻轻接触当针尖尖端原子与样品表面间存在极微弱的作用力(10-8--10-6N)时，微悬臂会发生微小的弹性形变，针尖和样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系（遵循胡克定律）
7、列举高能入射电子束轰击样品表面从样品中激发出的各种有用的信息1)二次电子—从距样品表面l00?左右深度范围内激发出来的低能电子<50eV---SEM2); 2)背散射电子—从距样品表面0.1—1μm深度范围内散射回来的入射电子，其能量近似入射电子能量; 3)SEM、低能电子衍射 4)原子核(连续波长X射线)和核外电子(二次电子和特征X射线)
5)俄歇电子—从距样品表面几?深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子Element 6)非弹性散射电子—入射电子受到原子核的吸引改变方向电子能量损失谱
7、TEM、SEM图像衬度原理分别是什么 TEM：由于穿过试样各点后电子波的相位差情况不同，在像平面上电子波发生干涉形成的合成波色不同，形成图像上的衬度
SEM：背散射电子能量高，以直线轨迹溢出样品表面，背向检测器的表面无法收集电子变成阴影，可以分析凹面样品
第五章
1、气相法制备纳米微粒的分类？
气相法制备纳米微粒包括化学气相反应法：气相分解法，气相合成法，气－固反应法
物理气相法：气体冷凝法，氢电弧等离子体法，溅射法，真空沉积法，加热蒸发法，混合等离子体法
2、液相法制备纳米微粒的分类？
液相法制备纳米微粒分为：沉淀法，水热法，溶胶凝胶法，冷冻干燥法，喷雾法
3、试述气体冷凝法制备纳米微粒的基本原理
定义:此种制备方法是在低压的氩、氦等惰性气体中加热金属，使其蒸发后形成超微粒(1~1000nm)或纳米微粒 原理：整个过程是在超高真空室内进行通过分子涡轮使其达到0.1Pa上的真空度，然后充入低压(约2KPa)的净惰性气体 (He或Ar，纯度为~99.9996％)欲蒸的物质(例如，金属，CaF2NaCl，FeF等离子化合物、过渡族金属氮化物及易升华的氧化物等)置于坩埚内，通过钨电阻加热器或石墨加热器等加热装置逐渐加热蒸发，产生原物质烟雾，由于惰性气体的对流，烟雾向上移动，并接近充液氦的冷却棒(冷阱，77K)在蒸发过程中，原物质发出的原子与惰性气体原子碰撞而迅速损失能量而冷却，在原物质蒸气中造成很高的局域过饱和，导致均匀的成核过程，在接近冷却棒的过程中，原物质蒸气首先形成原子簇，然后形成单个纳米微粒在接近冷却棒表面的区域内，单个纳米微粒聚合长大，最后在冷却棒表面上积累起来用聚四氟乙烯刮刀刻下并收集起来获得纳米粉
4、溶胶凝胶法制备纳米微粒的基本原理
溶胶凝胶法的基本原理是：将金属醇盐或无机盐经水解,然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、煅烧除去有机成分，最后得到无机材料
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