一、填空： （每空 1 分，總共 30分）
1. 奈米尺度是指 1~100nm。
2. 奈米科學是研究奈米尺度內原子、分子和其他型別物質運動和變化的科學。
3. 奈米技術是在奈米尺度範圍內對原子、分子等進行操縱和加工的技術。
4. 當材料的某一維、二維或三維方向上的尺度達到奈米範圍尺寸時，可將此類材料稱
為低維材料。
5. 一維奈米材料中電子在 2 個方向受到約束，僅能在 1 個方向自由運動，即
電子在 2 個方向的能量已量子化。一維奈米材料是在奈米碳管發現後才得到廣
泛關注的，又稱為量子線 。
6. 1997 年以前關於 au、cu、pd 奈米晶樣品的彈性模量值明顯偏低，其主要原因
是材料的密度偏低。
7. 奈米材料熱力學上的不穩定性表現在奈米晶粒容易長大和相變兩個方
面。8. 奈米材料具有高比例的內介面，包括晶界、相界、疇界等。
9. 根據原料的不同，溶膠-凝膠法可分為：水溶液溶膠-凝膠法和醇鹽溶膠-凝膠法 10. 隧穿過程發生的條件為 |q| > e/2 。
11. 磁性液體由三部分組成：磁性顆粒 、表面活性劑和基液。
12. 隨著半導體粒子尺寸的減小，其帶隙增加，相應的吸收光譜和螢光光譜將向
短波方向移動，即藍移 。
13. 光致發光指在一定波長光照射下被激發到高能級激發態的電子重新躍入
低能級被空穴捕獲而發光的微觀過程。僅在激發過程中發射的光為螢光 。
在激發停止後還繼續發射一定時間的光為磷光 。
14. 根據碳奈米管中碳六邊形沿軸向的不同取向，可將其分成三種結構：扶手椅型、鋸齒型、螺旋型
15. stm 成像的兩種模式是恆電流模式和恆高度模式。
二、簡答題： （每題 5分，總共 45分）
1、簡述奈米材料科技的研究方法有哪些？
答：主要有兩種技術：top down（由上而下）的方法和 bottom up（由下而上）的方法（2 分）； top down 由上而下的方法是一種採用物理和化學方法對巨集觀物質的超細化的奈米科技的研究方法。
bottom up 由下而上的方法，以原子、分子、團簇等為基元組裝具有特定功能的器件、材料。奈米科技的最終目的是以原子、分子為起點，去製造具有特殊功能的產品。
2、奈米材料的分類？
答：奈米材料通常按照維度進行分類。
超細粒子，團簇 → 0 維材料
奈米線或管 → 1 維奈米材料
奈米膜 → 2 維奈米材料
奈米塊體 → 3 維奈米材料
3、奈米顆粒與微細顆粒及原子團簇的區別？
答：1）尺度上：分別為 10-9~10-7m, 10-7~10-5m, <10-9m
2）物理與化學性質上：
（1）微細顆粒不具有量子效應，奈米顆粒有量子效應；
（2）團簇有量子效應和幻術效應，而奈米顆粒不具有幻數效應。
4、簡述 pvd 製粉原理。
答：在蒸發過程中，蒸氣中原材料的原子由於不斷地與惰性氣體原子相碰撞損失能量而迅速冷卻，這將在蒸氣中造成很高的局域過飽和，促進蒸氣中原材料的原子均勻成核，形成原子團，原子團長大形成奈米粒子，最終在冷阱或容器的表面冷卻、凝聚，收集冷阱或容器表面的蒸發沉積層就可獲得奈米粉體。通過調節蒸發的溫度和惰性氣體的壓力等引數可控制納公尺粉的粒徑。
5、奈米材料的電導（電阻）有什麼不同於粗晶材料電導的特點？
答： 1）對於粗晶金屬，在雜質含量一定的條件下，由於晶界的體積分數很小，晶界對電子的散射是相對穩定的。因此，普通粗晶和微公尺晶金屬的電導可以認為與晶粒的大小無關。
2）對於奈米晶材料，由於含有大量的晶界，且晶界的體積分數隨晶粒尺寸的減小而大幅度上公升，奈米材料的介面效應的影響不能忽略。奈米材料的電導具有尺寸效應，特別是晶粒小於某一臨界尺寸時，量子限制將使電導量子化。奈米材料的電導將顯示出許多不同於普通粗晶材料電導的效能。
例如：奈米晶金屬塊體材料的電導隨著晶粒度的減小而減小，電阻的溫度係數亦隨著晶粒的減小而減小，甚至出現負的電阻溫度係數。
6、請分別從能帶變化和晶體結構來說明藍移現象。
答：隨著半導體粒子尺寸的減小，其帶隙增加，相應的吸收光譜和螢光光譜向短波方向移動，即藍移。 由於奈米顆粒尺度小，而具有大的表面張力，造成晶格畸變，晶格常數變小，鍵長縮短，導致奈米微粒的鍵本徵振動頻率增大，使光吸收帶移向了高波數。
介面效應引起奈米材料的譜線藍移
7、在化妝品中加入奈米微粒能起到防曬作用的基本原理是什麼？
答：量子尺寸效應使奈米光學材料對某種波長的光吸收帶有藍移現象，奈米粉體對各種波長光的吸收帶有寬化現象，奈米微粒紫外吸收材料就是利用這兩個特性。對紫外吸收好的材料有三種：
tio2 奈米粒子的樹脂膜、fe2o3 奈米微粒的聚合物膜和奈米al2o3 粉體。 大氣中的紫外線在 300~400nm 波段，在防曬油、化妝品中加入奈米微粒，對這個波段的紫外光線進行強吸收，可減少進入人體的紫外線，起到防曬作用。
8、解釋奈米材料熔點降低現象。
答：晶體的自由表面和內介面（如晶界、相界等）處原子的排布與晶體內部的完整晶格有很大差異，且介面原子具有較高的自由能。因此，熔化通常源於具有較高能量的晶體表面或介面。
晶粒尺寸減小，使各種介面增多、表面積增大，熔化的非均勻形性位置增多，從而導致熔化在較低溫度下開始，即熔點降低。
9、afm 針尖狀況對影象有何影響？畫簡圖說明。
1) 針尖不夠尖
2) 針尖的長徑比不夠大
3) 針尖被汙染
1. 奈米科學技術
(nano-st):20世紀80年代末期剛剛誕生並正在崛起的新科技，是研究在千萬分之一公尺10–7)到十億分之一公尺(10–9公尺)內，原子、分子和其它型別物質的運動和變化的科學；同時在這一尺度範圍內對原子、分子等進行操縱和加工的技術，又稱為奈米技術
2、什麼是奈米材料、奈米結構？
奈米結構：以奈米尺度的物質為單元按一定規律組成的一種體系
3、什麼是奈米科技？
答：奈米科技是研究在千萬分之一公尺(10-8)到億分之一公尺(10-9公尺)內，原子、分子和其它型別物質的運動和變化的學問；同時在這一尺度範圍內對原子、分子進行操縱和加工
4、什麼是奈米技術的科學意義？
5、奈米材料有哪4種維度？舉例說明
6、請敘述什麼是小尺寸效應、表面效應、量子效應和巨集觀量子隧道效應、庫侖堵塞效應
答：巨集觀量子隧道效應：微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應奈米粒子的磁化強度等也有隧道效應，它們可以穿過巨集觀系統的勢壘而產生變化，這種被稱為奈米粒子的巨集觀量子隧道效應。
庫侖堵塞效應：前乙個電子對後乙個電子的庫倫排斥，小體系單電子運輸行為
7、隨著顆粒直徑的減小，材料的熔點有什麼改變？材料的熱穩定性有什麼改變？
答：熔點下降，由於顆粒小，奈米微粒的表面能高，表面原子數多，這些表面原子臨近配位不全，活性大，奈米例子熔化時，所需增加的內能小，這就使得奈米微粒熔點急劇下降
熱穩定性變差，微粒半徑越小，熱穩定性越差
8．巨磁電阻效應：2023年，法國的費爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發現，微弱的磁場變化可以導致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，他把這種效應命名為巨磁電阻效應
9. 「自上而下」(topdown)：
是指通過微加工或固態技術,不斷在尺寸上將人類創造的功能產品微型化
10． 「自下而上」(bottom up)：
是指以原子分子為基本單元,根據人們的意願進行設計和組裝,從而構築成具有特定功能的產品，這種技術路線將減少對原材料的需求,降低環境汙染
11．量子器件:利用量子效應而工作的電子器件
14. 奈米材料有哪些危害性？
答：奈米技術對生物的危害性：1）在常態下對動植物體友好的金，在奈米態下則有劇毒；2）小於100nm的物質進入動物體內後，會在大腦和中樞神經富集，從而影響動物的正常生存；3）奈米微粒可以穿過人體**，直接破壞人體的組織及血液迴圈
奈米技術對環境的危害性：美國研究人員證明，足球烯分子會限制土壤細菌的生長，而巴基球則對魚類有毒，這說明奈米技術對生態平衡和生態安全都有一定的破壞性
18、簡述stm和afm的工作原理及對奈米技術的影響
答：stm工作原理：掃瞄隧道顯微鏡是一種利用量子力學的隧道效應的非光學顯微鏡它主要是利用一根非常細的鎢金屬探針，針尖電子會跳到待測物體表面上形成穿隧電流，同時，物體表面的高低會影響穿隧電流的大小，針尖隨著物體表面的高低上下移動以維持恆定的電流，依此來觀測物體表面的形貌
stm對奈米技術的影響：它作為一種掃瞄探針顯微術工具，掃瞄隧道顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的解析度此外掃瞄隧道顯微鏡在低溫下（4k）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在奈米科技既是重要的測量工具又是加工工具
afm工作原理：，懸臂會因為受到探針頭和表面的引力而遵從胡克定律彎曲偏移在不同的情況下，這種被afm測量到的力可能是機械接觸力、范德華力、毛吸力、化學鍵、靜電力、磁力（見磁力顯微鏡）喀希公尺爾效應力、溶劑力等等通常，偏移會由射在微懸臂上的雷射束反射至光敏二極體陣列而測量到，較薄之懸臂表面常鍍上反光材質（如鋁）以增強其反射通過惠斯登電橋，探頭的形變何以被測得，不過這種方法沒有雷射反射法或干涉法靈敏
afm對奈米技術的影響：不同於電子顯微鏡只能提供二維影象，afm提供真正的三維表面圖同時，afm不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉的傷害第三，電子顯微鏡需要執行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環境下都可以良好工作這樣可以用來研究生物巨集觀分子，甚至活的生物組織
19、名詞解釋
stm掃瞄隧道顯微鏡afm原子力顯微鏡
sem掃瞄電子顯微鏡xrfx射線螢光分析
tem透射電子顯微鏡
cvd化學氣相沉積法pvd物理氣相沉積法
pld雷射誘導沉積法mbe分子束外延
pecvd等離子體增強化學氣相沉積法
swnts單壁碳奈米管mwnts多壁碳奈米管
第一章2、什麼是奈米世界的「眼」和「手」
掃瞄隧道顯微鏡（stm）和原子力顯微鏡（afm）
9、原子團簇是指幾個至幾百個原子的聚集體(粒徑小於或等於1 nm)
10、奈米微粒：是指顆粒尺寸為奈米量級的超細微粒，它的尺度大於原子簇，小於通常的微粉
量子點：是指載流子僅在乙個方向上可以自由運動，而在另外兩個方向上則受到約束也叫一維量子線
11、量子線：是指載流子在三個方向上的運動都要受到約束的材料體系，即電子在三個維度上的能量都是量子化的也叫零維量子點
12、量子阱：是指載流子在兩個方向（如在x,y平面內）上可以自由運動，而在另外乙個方向（
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