简述纳米材料的构建方法。
题目
简述纳米材料的构建方法。
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第1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2题：
简述块体纳米材料的制备方法原理
正确答案: 外压力合成法：
（1）惰性气体凝聚原位加压成形法
（2）高能机械研磨法
（3）电解沉积法
相变界面成形法：
非晶晶化法
大塑性变形法（粉末冶金法，高温、高压法）
电解沉积法原理：电解沉积法是指在溶液中带正电的金属离子，吸附到带负电的纳米颗粒表面，然后在电动力的作用下移至阴极，金属离子还原成原子，并与所俘获的纳米颗粒一起占据阴极金属或合金表面的位置，而形成涂层，逐渐形成薄膜纳米材料。
非晶晶化法原理：非晶晶化法是通过控制非晶态固体的晶化动力，来获得块体纳米材料的方法，它包括非晶态固体的获得和晶化两个过程。
大塑性变形法原理：它是材料在准静态压力作用下自身发生严重塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米级或纳米数量级。
粉末冶金法原理：粉末冶金法是把纳米粉压实成实体，然后放到热压炉中烧结。
高温、高压法原理：高温、高压法是将真空电弧炉熔炼的样品置入高压腔体内，加压至数GPa后升温，通过高压抑制原子的长程扩散及晶体的生长速率，从而实现晶粒的纳米化 ，然后再从高温下固相淬火以保持高温、高压组织。 -
第3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4题：
问答题请简述纳米材料可分为哪几类？正确答案： 纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。
纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。解析： 暂无解析 -
第5题：
问答题简述纳米材料和超导材料的特性。正确答案： 超导体的主要特性：
（1）“零电阻”特性
零电阻是超导体的一个重要特性。实验发现，当温度下降到某一值时，超导体的电阻会突然降为零，从而材料处于超导态，每种超导物质从正常态（有电阻）转变为超导态（电阻为零）的临界温度（或称转变温度）是不同的，即不同的金属及合金有不同临界温度，每种材料只有温度低于它自己的临界温度时，才会出现超导现象。昂纳斯在研究中还发现，超导转变是可逆的，加热已处于超导态的样品，当温度高于后，样品恢复其正常电阻率。这证实了他的设想，即超导态是物质的一种新的状态，它只依赖于状态参量（如温度），而与样品的历史无关。
（2）临界磁场
研究发现，如果超导材料处于一个外磁场中，则只有当外磁场的磁感应强度小于某一量值时，超导材料才能保持其超导态，否则超导态即被破坏。称为临界磁场，它随不同材料和不同温度而变化。
（3）迈斯纳效应
1933年迈斯纳和奥克逊菲尔德在实验中发现，超导具有完全抗磁性，即进入超导态时，超导体会将内部的磁场完全排出体外，磁力线不能进入人体内，体内的磁场恒等于零这种现象称为完全抗磁性，也常称为迈斯纳效应。所以超导体不仅仅是理想导体（零电阻），而且是完全抗磁体。
纳米材料的只要特性如下：
表面效应；小尺寸效应；.量子尺寸效应；宏观量子隧道效应解析： 暂无解析 -
第6题：
问答题简述纳米材料的制备途径。正确答案： a.“自上而下（Top－Down）”是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化；b.“自下而上（Bottom－Up）”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，主要是利用化学和生物学技术。解析： 暂无解析 -
第7题：
问答题论述纳米材料制备方法。正确答案： （1）惰性气体淀积法:当金属晶粒尺寸为纳米量级时，由于具有很高的表面能，极容易氧化，所以制备技术中必须采取惰性气体（如He，Ar）保护。在蒸发系统中进行制备，将原始材料在约1KPa的惰性气氛中蒸发，蒸发出来的原子与He原子相互碰撞，降低了动能，在温度处于77K的冷阱上淀积下来，形成尺寸为数纳米的疏松粉末。
（2）还原法:用金属元素的酸溶液，以柠檬酸钠为还原剂迅速混合溶液，并还原成具有纳米尺寸的金属颗粒，形成悬浮液，为了防止纳米微粒的长大，加入分散剂，最后去除水分，就得到含有超微细金属颗粒构成的纳米薄膜材料。
（3）化学气相淀积法:射频等离子体技术采用频率为10-20MHz的射频场，以H2稀释的SiH4为气源，在射频电磁场作用下，使SiH4经过离解、激发、电离以及表面反应等过程，在衬底表面生长成纳米硅薄膜。
采用激光增强等离子体技术，在激光作用下分解高度稀释的SiH4气体，产生等离子体，然后淀积生长纳米薄膜。
（4）溶胶-凝胶法:溶胶-凝胶技术是制备纳米结构材料的特殊工艺。溶胶-凝胶方法用一种或多种醇盐的均匀溶液作原料，醇盐是制备氧化硅、氧化铝、氧化钙及氧化锆的有机金属前驱体，可用一种催化剂来启动化学反应并控制pH值。
溶胶-凝胶工艺路线：溶解和前驱体反应；凝胶成型；干燥；烧结得到致密物质。
溶胶-凝胶法的优点是工艺简单、所得物质纯度高，通过烧结可以得到致密陶瓷。溶胶-凝胶法能够制备气孔相连接的多孔纳米材料，在复合材料的设计和制备方面发挥重要作用。
（5）球磨法
球磨工艺目的是减小微粒尺寸、固态合金化、混合以及改变微粒形状。主要方法包括滚转、摩擦磨、振动磨和平面磨。球磨的动能是它的质量和速度的函数，致密的材料使用陶瓷球，在连续严重塑性形变中，位错密度增加，在一定的临界位错密度下松弛为小角度亚晶，晶格畸变减小，粉末微粒的内部结构连续地细化到纳米尺寸。解析： 暂无解析 -
第8题：
问答题简述块体纳米材料存在的问题及解决方案正确答案： 存在问题
（1）热稳定性差块体纳米材料中大量的晶界处于热力学亚稳态 ,在适当的外界条件下将向稳定的亚稳态或稳定态转化 ,一般表现为三种形式:晶粒长大、固溶脱脂或相变。块体纳米材料一旦发生晶粒长大 ,即转变为普通粗晶材料 ,失去其优异性能 ,甚至在常温下 ,纳米材料的热稳定性也较差。
（2）致密性差
解决方案
（1）解决热稳定性差问题
（a）加入第二相
加入的第二相物质 ，在纳米材料的晶界中起到隔离晶粒边界的作用 ，抑制纳米晶粒的可动性 ，提高块状纳米材料的热稳定性。
（b）强烈塑性加工
强烈塑性流动还使纳米晶粒增强相均匀弥散于基体材料中 ，抑制晶粒长大 ，提高其热稳定性；同时也消除了组织疏松现象 ，使材料致密 ，各组元分布平缓、均匀从而提高块体纳米材料的力学性能和热稳定性。
（2）解决致密性差问题
（a）烧结
控制纳米晶体在烧结过程中的生长是纳米烧结研究追求的目标。 目前主要的方法有：对烧结过程中施加外力，即施压；在纳米材料中加入第二相物质 ，利用快速烧结抑制纳米晶粒生长。
（b）挤压
挤压是对放在容器（挤压筒） 内的坯料施加力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状尺寸的一种塑性加工方法。对于用粉末冶金法制而成的块体纳米材料，利用高温挤压变形时，强三压应力和强剪切变形作用，可以破坏块体表面的化膜，改善块体颗粒之间的接触状态 ，压合内部的洞和孔隙 ，从而提高块体纳米材料的致密度及力性能。解析： 暂无解析 -
第9题：
问答题简述纳米材料制备过程中的主要问题和解决方法。正确答案： （1）纳米粒子的分散。纳米粒子粒径小，表面能高，极易形成团聚的大颗粒
解决方法：
超声分散：利用超声波空化产生的高温、高压或强冲击波和微射 流作用，可大幅度地弱化纳米粒子的表面作用和静电作用，有效地防止纳米粒子团聚而使之充分分散。 机械搅拌分散 化学改性分散。通过化学反应赋予纳米粒子表面一定的有机化合物薄膜，可以提高纳米粒子在有机基质中的分散性。 分散剂分散
（2）纳米粒子的污染：目前没有十分有效的解决方法。解析： 暂无解析 -
第10题：
问答题简述量子尺寸效应与纳米材料性质。正确答案： 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。解析： 暂无解析 -
第11题：
问答题纳米材料的表面改性方法有哪些？正确答案： 一般来说，纳米材料的表面改性可大致分为以下几点：
①表面覆盖改性：利用表面活性剂覆盖于纳米粒子表面，赋予粒子表面新的性质。
②机械化学改性：运用粉碎、摩擦等方法，利用机械应力作用对纳米粒子表面进行激活，以改变表面晶体结构和物理化学结构。
③外膜层改性：在纳米粒子表面均匀地包覆一层其它物质的膜，使粒子表面性质发生变化；
④局部活性改性：利用化学反应在纳米粒子表面接枝带有不同功能基团的聚合物，使之具有新的功能；
⑤高能量表面改性：利用高能电晕放电、紫外线、等离子射线等对纳米粒子表面改性；
⑥利用沉淀反应进行表面改性：利用有机物或无机物在纳米粒子表面沉淀一层包覆物以改变其表面性质。解析： 暂无解析 -
第12题：
问答题简述气相冷凝法制备纳米材料的原理。正确答案： 在充满惰性气体（或活泼性气体）的超真空室内将金属或金属混合物蒸发，然后与惰性气体原子碰撞失去动能，在液氮冷却棒上凝结（或与活泼性气体反应再冷却凝结）而形成纳米微粒。将纳米微粒刮落到一封闭装置，加压成型（压力达到数百兆帕或吉帕），其密度达到金属棒样品体积的75~90%。晶界体积分数一般占50%。解析： 暂无解析 -
第13题：
简述纳米材料产生团聚的主要原因、表面改性原理及其方法。
正确答案: 粉体产生团聚的原因：
（1）凝聚体：是原级粒子间以双面相结合的，或晶面成长在一起的，结构比较紧密的、大的粒子团。
（2）附聚体：是原级粒子的边和角相连接，结合而成的，结构比较松散的，大的粒子团。
（3）软团聚体：由范德华力、静电引力等较弱的力引起的微粒团，它在外力作用下易于拆开。
（4）硬团聚体：硬团聚一般是指颗粒之间通过化学键力或氢键作用力等强作用力连接形成的团聚体。一般外力作用难于拆开。形成原因包括晶桥理论、毛细管理论、氢键理论、化学键理论。
纳米粉体表面改性基本原理：在颗粒表面引入一层包覆层，形成由“核层”和“壳层”组成的复合粉体。壳层既可以是无机物质也可以是有机物质。
表面改性方法：
①物理：蚀刻；超声波；高能射线照射；机械处理。
②化学：水溶液沉淀干燥；表面活性处理；表面化学处理；聚合物涂覆；化学气相沉积。 -
第14题：
简述纳米材料制备过程中的主要问题和解决方法。
正确答案: （1）纳米粒子的分散。纳米粒子粒径小，表面能高，极易形成团聚的大颗粒
解决方法：
超声分散：利用超声波空化产生的高温、高压或强冲击波和微射 流作用，可大幅度地弱化纳米粒子的表面作用和静电作用，有效地防止纳米粒子团聚而使之充分分散。 机械搅拌分散 化学改性分散。通过化学反应赋予纳米粒子表面一定的有机化合物薄膜，可以提高纳米粒子在有机基质中的分散性。 分散剂分散
（2）纳米粒子的污染：目前没有十分有效的解决方法。 -
第15题：
介绍几种纳米材料的制备方法？
正确答案: 气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气-固反应法等。
液相反应法可分为：沉淀法、水热、溶剂热法、溶胶-凝胶法、反相胶束法等。
溶胶凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。步骤：溶胶的制备。溶胶凝胶转化。凝胶干燥。
纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。
真空冷凝法
用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
物理粉碎法
通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
机械球磨法
采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
化学方法
气相沉积法
利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。
沉淀法
把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。
水热合成法
高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。
溶胶凝胶法
金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
微乳液法
两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 -
第16题：
问答题什么是纳米材料？简述纳米材料的主要制备方法和工艺。正确答案： 纳米材料：通常定义为材料的显微结构中，包括颗粒直径、晶粒大小、晶界、厚度等特征尺寸都处于纳米尺寸水平的材料。（指材料块体中的颗粒、粉体粒度在10-100nm之间，使其某些性质发生突变的材料）
主要制备方法和工艺：气相冷凝法、球磨法、非晶晶化法、溶胶－凝胶法。解析： 暂无解析 -
第17题：
问答题纳米的基本涵义是什么？简述为什么纳米材料会表现出许多前所未有的新特性？正确答案： 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级（10-9米）的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100~102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：
一是直径为几个或几十个纳米的粒子。
二是粒子间的界面。
前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。
由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。即纳米材料显现出纳米效应，具体表现为三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
由于纳米效应，纳米材料光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生十分显著的变化。因此纳米材料具备其它一般材料所没有的优越性能，可广泛应用于电子、医药、化工、军事、航空航天等众多领域，在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。解析： 暂无解析 -
第18题：
问答题简述纳米材料的特殊的光学性质及其应用。正确答案： 光学性质：光谱迁移性、光吸收性、发光性、光催化性、和非线性光学性质。
应用：红外发射材料、光吸收材料（利用纳米材料对紫外吸收特性，可提高日光灯寿命、防晒油和化妆品、聚合物的防老化；以及红外吸收材料、隐身材料等）、自清洁材料、光催化材料等。解析： 暂无解析 -
第19题：
问答题简述块体纳米材料的制备方法原理正确答案： 外压力合成法：
（1）惰性气体凝聚原位加压成形法
（2）高能机械研磨法
（3）电解沉积法
相变界面成形法：
非晶晶化法
大塑性变形法（粉末冶金法，高温、高压法）
电解沉积法原理：电解沉积法是指在溶液中带正电的金属离子，吸附到带负电的纳米颗粒表面，然后在电动力的作用下移至阴极，金属离子还原成原子，并与所俘获的纳米颗粒一起占据阴极金属或合金表面的位置，而形成涂层，逐渐形成薄膜纳米材料。
非晶晶化法原理：非晶晶化法是通过控制非晶态固体的晶化动力，来获得块体纳米材料的方法，它包括非晶态固体的获得和晶化两个过程。
大塑性变形法原理：它是材料在准静态压力作用下自身发生严重塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米级或纳米数量级。
粉末冶金法原理：粉末冶金法是把纳米粉压实成实体，然后放到热压炉中烧结。
高温、高压法原理：高温、高压法是将真空电弧炉熔炼的样品置入高压腔体内，加压至数GPa后升温，通过高压抑制原子的长程扩散及晶体的生长速率，从而实现晶粒的纳米化 ，然后再从高温下固相淬火以保持高温、高压组织。解析： 暂无解析 -
第20题：
问答题简述纳米材料的含义、组成与分类。正确答案： 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料可有晶体、准晶、非晶组成。纳米材料的基本单元或组成单元可由原子团簇、纳米微粒、纳米线或纳米膜组成，它既可以包括金属材料，也可以包括无机非金属材料和高分子材料。纳米材料通常按照维度进行分类。原子团簇、纳米颗粒等为零维纳米材料，纳米线为一维纳米材料，纳米薄膜为二维纳米材料，纳米块体为三维纳米材料解析： 暂无解析 -
第21题：
问答题简述纳米材料制备过程中的问题正确答案： （1）纳米粒子的分散：纳米粒子粒径小、比表面积大，表面能高→发生团聚物理分散和化学分散
（2）纳米粒子的污染。
（3）纳米材料的合成机理。
（4）合成装置。
（5）制备技术。
（6）实用化技术。解析： 暂无解析 -
第22题：
问答题简述纳米材料的分类方法，并举例说明。正确答案： 纳米材料的种类繁多根据化学组成和结构不同，可分为纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料和纳米复合材料在纳米材料研究中，通常按维数不同，把纳米材料的基本单元分为零维、一维和二维。
零维纳米材料指空间三维尺度均在纳米尺度范围，如纳米颗粒、原子团簇等；
一维纳米材料指空间中有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米管、纳米棒等；
二维纳米材料指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。解析： 暂无解析 -
第23题：
问答题简述纳米材料的特殊的磁学性质。正确答案： 超顺磁性和较高的矫顽力、巨磁电阻效应。解析： 暂无解析