问答题简述纳米材料的四大基本效应。

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问答题

简述纳米材料的四大基本效应。

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相似问题和答案

第1题：

简述纳米材料的四大效应。

正确答案: 小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。
①小尺寸效应，当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。
②表面效应
颗粒比表面积：颗粒表面积与体积之比，S/V=6/D随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。
③量子尺寸效应，指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象（粒子尺寸越小，能级间距越大）。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同的现象。
④宏观量子隧道效应
即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。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。

第2题：

简述纳米科技、纳米材料的基本概念。

正确答案: 纳米科技：在纳米尺度（l~100纳米）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。
纳米材料：三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。

第3题：

简述碳纳米材料（C60、碳纳米管）的结构、合成方法、性能。

正确答案: 一、C60：
结构：C60分子中每个碳原子与周围3个碳原子形成2个单键和1个双键。
合成方法：电弧放电法、苯火焰燃烧法、高频加热蒸发石墨法
性能：物理性质：
①黑色粉末，密度1.65g/cm³±0.05g/cm³，熔点>700℃；
②易溶于CS₂、甲苯等，在脂肪烃中溶解度随溶剂碳原子数的增加而增大；
③能在不裂解情况下升华；
④抗冲击能力强；
⑤具有非线性光学性能，室温下是分子晶体，适当的金属掺杂后的C60表现出良好的导电性和超导性。化学性质：芳香性，倾向于得到电子，易于与亲核试剂反应。
二、碳纳米管：
①单壁碳纳米管：由一层石墨烯片组成。典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。
②多壁碳纳米管：含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距（0.34nm）相当。典型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。

第4题：

何谓纳米科技和纳米材料？纳米粒子有哪些物理效应和特点？

正确答案:纳米科技：纳研究尺寸在0.1～100nm之间的物质所组成体系的运动规律和相互作用，及其实用技术问题的科学技术。
纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。
物理效应：1.久保效应；2.表面与界面效应；3.小尺寸效应；4.量子尺寸效应；5.宏观量子隧道效应
特点：1.物理特性：热性质的变化；磁性的变化；离子导电性增加；光学性质变化；力学性能变化
2.化学特性：化学反应性能提高；吸附性强；催化效率高

第5题：

纳米材料的基本性质主要包括（）、（）、（）、（）。

正确答案:表面效应；体积效应；量子尺寸效应；宏观量子隧道效应

第6题：

简述纳米材料的其他新奇性质。

正确答案: ①光学性质：所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑。
②热学性质：固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
③磁学性质：小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，当颗粒尺寸减小到0.02微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于0.006微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。
④力学性质：陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。

第7题：

简述纳米复合材料的界面特点。

正确答案: 复合材料的界面层特点：
（1）具有一定的厚度；
（2）性能在厚度方向上有一定的梯度变化；
（3）随环境条件变化而改变。

第8题：

简述纳米材料的构建方法。

正确答案: 两种，一种是自上而下的方法（Top-Down），另一种是自下而上的方法（Bottom-Up）。
自上而下，通过微加工等技术手段，不断在尺寸上将功能材料器件微型化，比如粉碎法、激光加工、光影印、光刻；自下而上，以原子分子为基本单元进行设计和组装，构筑具有特定功能、性能的材料器件，比如化学气相沉积、物理气相沉积、模板法、溶胶凝胶法、自组装法、电沉积、化学还原法、水热法或溶剂热法等。

第9题：

简述在目前材料技术中获得纳米晶材料十分困难的原因。

正确答案: 制备纳米晶材料关键是在保持块体材料呈现纳米晶结构，而又能获得全致密化。
1）从烧结热力学角度，纳米粉体具有极大的表面能，既为烧结过程中的全致密化提供驱动力，也为晶粒长大提供驱动力；
2）从烧结动力学角度，烧结动力学方程（X/a）m=F（T）.t/am-n，由于纳米粉末颗粒的a值很小，达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。纳米粉末具有本征的偏离平衡态的亚稳结构，热激活过程导致纳米结构不稳定。
所以，获得纳米晶材料十分困难

第10题：

问答题

纳米颗粒的纳米效应包括哪些方面？为什么纳米颗粒具有这样的特殊效应？

正确答案：纳米颗粒的纳米效应：
（1）表面效应：纳米颗粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相当大的比例；表面原子的影响不能够忽略，所以纳米颗粒具有高的比表面积和比表面能，会使纳米颗粒表面成为极活泼的表面，大大增强了纳米颗粒的活性和化学反应性；
（2）体积效应：纳米颗粒体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就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；
（3）小尺寸效应：当纳米颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米颗粒表面层附近原子密度减小，这将导致声、光、电磁、热力学等特性均会出现新的小尺寸效应；
（4）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金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，纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，以及能隙加宽而发生发光带或吸收带由长波长移向短波长的“蓝移”现象；
（5）宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力。

解析：暂无解析

简述纳米材料的四大基本效应。

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