1． 簡單論述奈米材料的定義與分類。
答：最初奈米材料是指奈米顆粒和由它們構成的奈米薄膜和固體。
現在廣義: 奈米材料是指在三維空間中至少有一維處在奈米尺度範圍，或由他們作為基本單元構成的材料。
如果按維數，奈米材料可分為三大類：
零維：指在空間三維尺度均在奈米尺度，如：奈米顆粒，原子團簇等。
一維：指在空間有兩處處於奈米尺度，如：奈米絲，奈米棒，奈米管等。
二維：指在三維空間中有一維處在奈米尺度，如：超薄膜，多層膜等。
因為這些單元最具有量子的性質，所以對零維，一維，二維的基本單元，分別又具有量子點，量子線和量子阱之稱。
2． 通過raman光譜中如何鑑別單壁和多壁碳奈米管？如何計算單壁碳奈米管的直徑？
答：利用微束拉曼光譜儀能有效地觀察到單臂奈米管特有的譜線，這是鑑定單臂奈米管非常靈敏的方法。
100-400cm-1範圍內出現單臂奈米管的特徵峰，單臂奈米管特有的環呼吸振動模式；1609cm-1，這是定向多壁奈米管的拉曼特徵峰。
單臂管的直徑d與特徵拉曼峰的波數成反比，即d = 224/w
d：單壁管的直徑，nm；w：為特徵拉曼峰的波數cm-1
3． 論述碳奈米管的生長機理。
答：採用化學氣相沉積（cvd)在襯底上控制生長多壁碳奈米管。原理：
首先，過鍍金屬(fe ,co, ni)催化劑顆粒吸收和分解碳化合物，碳與金屬形成碳-金屬體，隨後碳原子從過飽和的催化劑顆粒中析出，為了便於碳奈米管的合成，金屬奈米催化劑通常由具有較大的表面積的材料承載。
各種生長模型：1、五元環－七元環缺陷沉積生長 2、層－層相互作用(lip-lip interaction)生長3、層流生長(step flow)4、頂端生長(tip growth)5、根部生長(base growth)6、噴塑模式生長(extrusion mode) 7、範守善院士：13c同位素標記，多壁碳奈米管的所有層數同時從催化劑中生長出來的，證明了「帽」式生長(yarmulke)的合理性；
「帽」式生長機理：不是生長一內單壁管，然後生長外單壁管；而是在從固熔體相處時，開始就形成多層管。
4． 論述氣相和溶液法生長奈米線的基本原理。
答：5． 解釋奈米顆粒紅外吸收寬化和藍移的原因。
答：紅外吸收帶的寬化原因：
奈米氮化矽、sic、及al2o3粉對紅外有乙個寬頻帶強吸收譜，這是由於奈米粒子大的比表面導致了平均配位數下降，不飽和鍵和懸鍵增多，與常規大塊材料不同，沒有乙個單一的，擇優的鍵振動模，而存在乙個較寬的鍵振動模的分布，在紅外光場作用下，它們對紅外吸收的頻率也就存在乙個較寬的分布。這就導致了奈米粒子紅外吸收帶的寬化。
藍移原因：
與大塊材料相比，奈米微粒的吸收帶普遍存在「藍移」現象，即吸收帶移向短波長方向。
表面效應：由於奈米微粒尺寸小，大的表面張力使晶格畸變，晶格常數變小。 對奈米氧化物和氮化物小粒子研究表明：
第一近鄰和第二近鄰的距離變短。鍵長的縮短導致奈米微粒的鍵本徵振動頻率增大，結果使紅外光吸收帶移向了高波數。（化學鍵的振動）
量子尺寸效應：由於顆粒尺寸下降能隙變寬，這就導致光吸收帶移向短波方向。ball等對這種藍移現象給出了普適性的解釋：
已被電子佔據分子軌道能級與未被佔據分子軌道能級之間的寬度（能隙）隨顆粒直徑減小而增大，這是產生藍移的根本原因。這種解釋對半導體和絕緣體都適應。（電子躍遷）
6． 論述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途徑。
答：光催化的基本原理：
當半導體奈米粒子受到大於禁帶寬度能量的光子照射後，電子從價帶躍遷到導帶，產生電子空穴時，電子具有還原性，空穴具有氧化性。空穴與半導體奈米粒子表面oh―反應生成氧化性很高的·oh自由基，這種活潑的·oh自由基可把許多難降解的有機物氧化為co2和h2o等無機物。
提高光催化活性的途徑：半導體的光催化活性主要取決於:導帶與價帶的氧化―還原電位。
價帶的氧化―還原電位越正，導帶的氧化―還原電位越負，則光生電子和空穴的還原及氧化能力越強，光催化的效率就越高。
（1）減小半導體光催化劑的顆粒尺寸，可以提高其催化效率。（a.當半導體粒子d＜某一臨界值，量子尺寸效應變的顯著,這時導帶與價帶變成分離能級，能隙變寬，價帶電位變的更正，導帶電位變的更負，這就增加了光生空穴和電子的氧化還原能力。
b.光生載流子可通過簡單的擴散，從粒子內部遷移到粒子的表面，而與電子給體或受體發生氧化還原反應，電子從內部擴散到表面的時間越小，光電電荷分離效果就越高，電子和空穴的復合概率就越小，從而導致光催化活性的提高。c.
奈米半導體的尺寸越小，處於表面的原子越多，比表面積越大，大大增強了半導體催化吸附的能力從而提高了光催化降解有機物的能力。）
（2）通過對奈米半導體材料進行敏化，攙雜，表面修飾以及表面沉澱金屬或金屬氧化物等方法，顯著改善光吸收及光催化效能
7． 什麼是庫侖堵塞效應以及觀察到的條件？
答：庫侖堵塞效應：由於庫侖堵塞能的存在對乙個小體系的充放電過程，電子不能集體傳輸，而是乙個乙個單電子傳輸，這種現象叫做庫侖堵塞效應。
庫侖堵塞是在極低溫度下觀察到的.
觀察到的條件是:（e2/2c）> kbt
有人曾統計如果量子點的尺寸為nm，可在室溫下觀察到上述效應。量子點是十幾nm。上述效應必須在液氮溫度下。
8． 寫出公式討論半導體奈米顆粒的量子限域效應和介電限域效應對其吸收邊，發光峰的影響。
答： 式中：e（r）:
奈米微粒的吸收帶隙， eg(r=∞) 為體相的帶隙， r為粒子半徑μ=[me-1+mh-1] -1 為粒子的折合質量，其中me和 mh分別為電子和空穴的有效質量
第二項為量子限域能（藍移），第三項表明介電限域效應,第四項為有效里德伯能
由上式可以看出，隨著粒子半徑的減少，量子限域效應為主，其吸收光譜發生藍移；介電限域效應導致介電常數ε增加引起吸收邊藍移，其吸收光譜發生紅移。
9． 奈米材料中的聲子限域和壓應力如何影響其raman光譜。
答：聲子限域效應加強，使raman峰向低波方向移動，發生藍移，表面包覆或鑲嵌某物質時，raman要考慮正壓力的影響，正壓力增加，raman光譜向高波數方向移動，發生紅移。
10. 論述製備奈米材料的氣相法和溼化學法。在奈米製備研究中最重要的是什麼？
答：氣相法：既嚴格控制了成核過程，又避免了因為擴散與擾動或者產物收集與後處理時導致的團聚。
因此是控制粒徑單分散的最佳方法之一。（1）低壓氣體中蒸發法（氣體冷凝法）：此種製備方法是在低壓的氬、氮等惰性氣體中加熱金屬，使其蒸發後形成超微粒（1—1000nm）或奈米微粒。
用氣體冷凝法可通過調節惰性氣體壓力，蒸發物質的分壓即蒸發溫度或速度，或惰性氣體的溫度，來控制奈米微粒粒徑的大小。（2）活性氫-熔融金屬反應法：含有氫氣的等離子體與金屬間產生電弧，使金屬熔融，電離的n2，ar等氣體和h2溶入熔融金屬，然後釋放出來，在氣體中形成了金屬的超微粒子，用離心收集器、過濾式收集器使微粒與氣體分離而獲得奈米微粒。
（3）濺射法：用兩塊金屬板分別作為陽極和陰極，陰極為蒸發用的材料，在兩電極間充入ar氣（40-250pa）。兩電極間施加的電壓範圍為0.
3-1.5kv。由於兩電極間的輝光放點使ar離子形成，在電場的作用下ar離子衝擊陰極靶材表面，使靶材原子從其表面蒸發出來形成超微粒子，並在附著面上沉積下來。
（4）流動液面上真空蒸度法：在高真空中蒸發的金屬原子在流動的油麵內形成超微粒子。（5）通電加熱蒸發法：
通過碳棒與金屬相接觸，通電加熱使金屬熔化，金屬與高速碳素反應並蒸發形成碳化物超微粒子。（6）混合等離子法：採用rf等離子與dc等離子組合的混合方式來獲得超微粒子。
（7）雷射誘導化學氣象沉積（licvd）：licvd具有清潔表面、粒子大小可精確控制、無粘結，粒度分布均勻等優點，並容易製備出幾奈米至幾十奈米的非晶態或晶態奈米微粒。利用大功率雷射器的雷射束照射於反應氣體，反應氣體通過對入射雷射光子的強吸收，氣體分子或原子在瞬間得到加熱、活化，在極短的時間內完成反應、成核、凝聚、生長等過程，從而制得相應物質的奈米顆粒。
（8）**絲法：適用於連續生產奈米金屬、合金和金屬氧化物奈米粉體。（9）化學氣相凝聚法（cvc）和燃燒火焰-化學氣相凝聚法：
通過金屬有機先驅物分子熱解獲得奈米陶瓷粉體。
溼化學法：在液體懸浮液中收集奈米粒子可以保證所得奈米粉體對團聚、結構、組成變化的穩定性。因為反應在溶液中已完成，不需要再加熱燒結，所以防止奈米顆粒的團聚以及結構、組成的變化，表面有一層表面活性劑，起到保護作用。
（1）沉澱法：指含一種或多種離子的可溶性鹽溶液，加入沉澱劑（如oh－，c2o4一，co3－等），或於一定溫度下使溶液發生水解，形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類的前驅體沉澱物從溶液中析出，經固液分離，並將沉澱物洗滌以洗去其中的陰離子，經熱分解或脫水即得到所需的氧化物粉料。沉澱法製備奈米顆粒主要分為共沉澱法、均相沉澱法、混合物共沉澱、金屬醇鹽水解法等多種。
（2）噴霧法：將溶液通過各種物理手段霧化獲得超微粒子的一種化學與物理相結合的方法。主要包括：
噴霧乾燥法、霧化水解法、霧化焙燒法。（3）水熱法（高溫水解法）：一般是在100～350℃溫度下和高氣壓環境下使無機或有機化合物與水化合，通過對加速滲析反應和物理過程的控制，可以得到改進的無機物，再過濾、洗滌、乾燥，從而得到高純、超細的各類微顆粒。
（4）溶劑揮發分解法：將金屬鹽的溶液霧化成微小液滴、並快速凍結成固體，然後加熱使這種凍結的液滴中的水昇華氣化，從而形成了溶質的無機鹽。經焙燒合成了超微粒粉體。
（5）溶膠－凝膠法：以液體的化學試劑配製成金屬無機鹽或金屬醇鹽前驅物，前驅物溶於溶劑中形成均勻的溶液，溶質與溶劑產生水解或醇解反應，反應生成物經聚集後，一般生成1nm左右的粒子並形成溶膠。通常要求反應物在液相下均勻混合，均勻反應，反應生成物是穩定的溶膠體系。
（6）輻射化學合成法：金屬鹽溶液在γ射線輻照下逐級還原成金屬奈米粒子。
在奈米製備研究中最重要的是：
11. 什麼是奈米結構，並舉例說明他們是如何分類的，其中自組裝奈米結構形成的條件是什麼？
答：奈米結構：是以奈米尺度的物質單元為基礎。按一定規律構築和營造一種新的體系。它包括一維、二維、三維體系。
奈米材料與奈米結構
一 課程基本資訊 課程編號 13103106 課程類別 專業核心課程 適應專業 材料物理 總學時 54學時 學分數 3學分 課程簡介 奈米技術和奈米材料科學是20世紀80年代末發展起來的新興學科。由於奈米材料具有許多傳統材料無法媲美的奇異特性和非凡的特殊功能，因此在各行各業中將有空前的應用前景，它將...
奈米材料結構與效能
摘要奈米材料具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的發展可能給物理 化學 材料 生物 醫藥等學科的研究帶來新的機遇。奈米材料的應用前景十分廣闊。本文簡要介紹了奈米材料在結構與效能方面的一些獨特的性質，包括其物理效應以及物理化學性質。關鍵字 奈米材料，效應，特性 奈米材料是指特徵尺寸在奈米數量級 ...
奈米科技與奈米材料課程總結
西南科技大學 告報告人 理學院光資訊1102班楊星 時間 2012.4.9 早在1959年，美國著名的物理學家，諾貝爾獎金獲得者費曼就設想 如果有朝一日人們能把百科全書儲存在乙個針尖大小的空間內並能移動原子，那麼這將給科學帶來什麼！這正是對奈米科技的預言，也就是人們常說的小尺寸大世界。奈米科技是研究...