1、 什么是纳米材料？其内涵是什么？（从零、一、二、三维考虑）
广义地，纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为单元构成的材料。
几十个到几万个原子的纳米颗粒 （零维） 一维量子线 （线、管、棒、电缆） 二维量子面 （超薄膜, ultrathin films ） 三维纳米固体 （体材料，bulk materials）
2、 纳米材料的四大效应是什么？对每一效应举例说明。
1.小尺寸效应：指纳米粒子尺寸减小，体积缩小，粒子内的原子数减少而造成的效应。举例：1小尺寸的铂呈现黑色或者棕黑色,是很多低温氧化催化剂的重要成分,如汽车尾气催化(三○
2小尺寸的Au/TiO2具有低温氧化催化活性。3金属超微颗粒对光的反射率很效催化剂)等.○○4光吸收显著增加并产生吸收峰的低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。○
5磁有序态向磁无序态转变；○6超导相向正常相的转变；○7声子谱发生等离子共振频移；○改变。 （任选其一）
2.表面效应：当材料粒径远大于原子直径时，表面原子可以忽略；但当粒径逐渐接近于原子直径时，表面原子的数目及其作用就不能忽略，而且这时晶粒的表面积、表面能和表面结合1粒能等都发生了很大的变化，人们把由此而引起的种种特异效应通称为表面效应。举例：○径减小，表面原子数迅速增加。原因：粒径小，表面积急剧变大。例如，粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面2高的比表面，使处于表面的原子数越来越多，表面能迅速增加。Cu积猛增到450m2/g。○
纳米微粒粒径从100nm→10nm→1nm，Cu微粒的比表面积和表面能增加了2个数量级。 3表面原子数增多、原子配位不足及高的表面能，使表面原子具有高的活性，极不稳定，○
很容易与其他原子结合。例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。 （任选其一）
3.量子尺寸效应：量子尺寸效应是指当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级的；即可看作由连续能级变成不连续能级的现象称为纳米1利用Kubo关于能级间距的公式估计了Ag微粒在1K时出材料的量子尺寸效应。举例：○
现量子尺寸效应的临界粒径d0:当粒径d0<14nm时Ag纳米微粒变为非金属绝缘体，如果温2当粒子尺寸下降到某一值时，金度高于1k，则要求d0<<14nm时才有可能变为绝缘体。○
3纳米半导体微粒存在不连续属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象。○的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级。（任选）
4.宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。举1宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。 例：○
5 库伦阻塞效应：
3、 纳米材料的常用的表征方法有哪些？
答：透射电子显微镜(TEM)：能看到晶粒、晶格、分辨率高、要求晶粒小 扫描电子显微镜(SEM)：能观察到晶粒的三维分布（样品需导电） 原子粒显微镜(AFM)： 三维图像、能计算表面粗糙度、不要求样品导电 X射线衍射仪(XRD)： 能分辨晶相、计算平均晶粒尺寸 比表面积测定仪： 能测定比表面积、也可计算晶粒尺寸
4、用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求？从它们的图像中能够得到哪些基本信息？
三者都是固体样品。
要求：TEM：样品尺寸小且薄
SEM：要求样品表面导电，如不导电则需镀白金、黄金或碳 AFM：样品要求表面较平整，过于凹凸针尖易断。
提供的信息：TEM：晶粒大小与分布，包括晶界，甚至能看到晶格条纹 SEM：颗粒的大小与分布 AFM：主要观察薄膜表面粗糙度
5. 纳米颗粒的高表面活性有何优缺点？如何利用？
缺点：纳米颗粒的高表面能使颗粒间的吸附作用很强，容易集聚，难以稳定保存。 应用：表面吸附储氢、制备高效催化剂、实现低熔点材料等。
6. 在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节？气相合成大致可分为哪四种？气相成核理论的机制有哪两种？
a在纳米微粒的气相法合成中，涉及过饱和蒸气的产生、粒子成核和长大、团聚、凝结、转移和收集等过程
b蒸发法、溅射法、化学气相反应法和化学气相凝聚法
c（１）蒸气的异相成核：以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂质或固体表面上的台阶等缺陷为成核中心，进行微粒的形核及长大。
（２）蒸气的均相成核：无任何外来杂质或缺陷的参与，过饱和蒸气中的原子因相互碰撞而失去动能，由于在局部范围内温度的不均匀和物质浓度的波动，在小范围内开始聚集成小核。当小核半径大于临界半径Rc时就可以不断吸收撞击到其表面的其他原子、继续长大，最终形成微粒。 7. 溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的？
首先将前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液（Solution），在一定条件下溶质在溶液中发生水解（或醇解），水解产物缩合聚集成粒径为1nm左右的胶体粒子、形成溶胶（Sol），然后使溶胶粒子进一步聚合生长、形成凝胶（Gel），故此方法也称为SSG法（溶液－溶胶－凝胶法）。再将凝胶陈化（即缩合反应延续、凝胶强度增大，凝胶网络收缩，使液－液、液－固、固－固相分离）、干燥、焙烧去除有机成分，最后得到所需的无机纳米微粒。
8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理，可获得密度不同的碳纳米管阵列（也叫纳米森林），简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度？
步骤：①制备FeCl3-SiO2溶胶
②溶液做成薄膜（浸渍提拉法或悬浮法） ③用氢气将Fe3+还原成为Fe ④通入含碳的烃类，CNTs催化生长
控制：通过控制FeCl3的浓度来改变Fe的含量；改变H2的还原温度来改变Fe纳米晶的大小，及控制气流量。
9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛，下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。请用Scherrer方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸（XRD测试时所用的? = 1.5406?，锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3）（默写出公式并根据图中的数据来计算）。
10.氧化物或者氮化物纳米材料具有许多特殊的功能，请以一种氧化物或者氮化物为例，举出其三种主要的制备方法（用到的原料、反应介质、主要的表征手段）、主要用途（与纳米效应有关的用途）、并介绍这种物质的至少两种晶相。
答：氧化钛 TiO2俗称钛白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型（A型）和金红石型（R型） （1）制备方法 ①四氯化钛水解法 原料：四氯化钛 反应介质：水
主要表征手段：XRD（看晶相），SEM（看表面微观结构，颗粒大小与分布），TEM（看晶粒大小） ②气相法
原料：金属钛、钛的醇盐或无机盐 反应介质：H2/O2
主要表征手段：XRD（看晶相），TEM（看晶粒大小） ③溶胶-凝胶法 原料：酞酸丁酯 反应介质：乙醇
主要表征手段：XPS（看表面化学态），SEM（看表面微观结构，颗粒大小与分布），
TEM（看晶粒大小），AFM（看表面形貌，计算表面粗糙度） 4液相沉积法制备氧化钛薄膜 原料：氟钛酸铵，硼酸 反应介质：水
主要表征手段：XPS（看表面化学态），SEM（看表面微观结构，颗粒大小与分布），TEM（看晶粒大小），AFM（看表面形貌，计算表面粗糙度）
（2）主要用途：光催化材料，太阳能电池，污水处理用太阳能光反应器，空气净化器，防雾及自清洁涂层，抗菌材料
（3）锐钛矿：构成锐钛矿的八面体通过共顶点的方式连接成一张网。八面体层之间通过共边的方式而构成三维网络。这样，每4个八面体层，相同的结构就会重复一次。
金红石：以Ti-O八面体的排列看，金红石结构由Ti-O八面体以共棱的方式排列成链状，晶胞中心的链和四角的Ti-O八面体链的排列方向相差90°。链与链之间是Ti-O八面体以共顶相连。
11.举出五种碳的纳米材料，阐述其一维材料与二维材料的结构特点、用途。 答：纳米石墨 石墨烯 富勒烯（C60） 碳纳米管 纳米金刚石薄膜 其中石墨烯是二维结构，碳纳米管是一维结构。 ①一维材料：碳纳米管
结构特点：六边形网格翻卷而成的管状物，管子两端一般有含五边形的半球面网格封口。 用途：碳纳米管超级电容器、碳纳米管储氢材料、碳纳米管吸波剂、碳纳米管异质结构。大规模集成电路。 ②二维材料：石墨烯
结构特点：sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的排列成蜂窝状六角平面晶体。原子厚的碳薄膜片，C-C键之间以sp2键相连。
用途：透明导电薄膜、液晶显示材料、晶体管集成电路。 12.简述纳米材料的力学性能、热学性能与光学性能有怎样的变化？ 力学性能：
由于纳米晶体材料由很大的表面积/体积比，杂质在界面的浓度便大大降低，从而提高了材料的力学性能，强度变低，塑性变好,韧性变好。 热学性能：