2012纳米材料复习范围及要点。
a、复习重点（答案以《纳米材料学概论》教材为准）
第一章（20%）
第二章（20%）
第三章（15%）
第四章（15%）
第八章（10%）
其他 （20%）
b、参考题型。
一、选择题与填空题。
1、纳米科技指在纳米尺度（1-100nm）上研究物质的特性和相互作用，同时利用这些特性在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的多学科交叉的科学和技术。
2、研究内容是创造和制备优异性能的纳米材料；设计、制备各种纳米器件和装置；探测和分析纳米区域的性质和现象。
3、最终目的：以原子、分子为起点，去设计制造具有特殊功能的产品，其技术路线可分为“自上而下”（top down），“自下而上”（bottom up）两种方式。
4、纳米材料：广义地，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或由它们作为基本单元构成的材料。
5、纳米材料是纳米科技的主要基础，它和纳米电子学、纳米生物学、纳米检测与表征等组成纳米科技最基本的内容，显示出丰富的层次与学科交叉特征。
6、纳米材料研究的主要内容，包括纳米材料制备中的科学技术问题，纳米材料结构表征与评估方法，纳米材料物理化学性质的测试方法，特别是纳米微区分析技术，纳米材料物理化学性质的特殊变化规律和产生机理，纳米材料的应用与使用过程中的老化失效问题等。
7、纳米结构以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇或人造超原子(artificial superatoms)、纳米管、纳米棒、纳米丝、纳米带以及纳米尺寸的孔洞。
8、人工纳米结构组装体系： 按人类的意志，利用物理和化学的方法人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维的纳米结构体系，包括纳米有序阵列体系和介孔复合体系等。这里，人的设计和参与制造起到决定性的作用，就好像人们用自己制造的部件装配成非生命的实体。
9、纳米结构的自组装体系： 指通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德瓦耳斯键和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。
10、纳米微粒的尺寸远远小于飞机本身发出的红外线波长和雷达发来的电磁波波长，可以大大增加对这些波的透过率和减少对这些波的反射率，使得红外探测器和雷达接受到的反射信号变得微弱，从而达到隐身的作用； 纳米微粒的比表面积大，对电磁波有很强的吸收能力，这些又使得红外探测器和雷达接受到得反射信号强度又大打折扣。
11、纳米微粒尺寸小，比表面积大。由于表面原子的周围缺少相邻的原子，使得颗粒出现大量剩余的悬空键而具有不饱和的性质，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。 随着微粒的粒径减小，微粒表面的光滑程度也会相应变差，由此形成更多的凹凸不平的原子台阶，可以增加化学反应的接触面，这是提高催化作用的必要条件。
纳米半导体微粒因量子尺寸效应使得能隙变宽，拓宽了对光的吸收带（不局限于紫外光），这是提高催化作用的充分条件。
12、原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于1nm)，其性质既不同于单个原子和分子，又不同于固体和液体，而是介于气态和固态之间物质结构的新形态，常被称为“物质第五态”。 当前能大量制备并分离的原子团簇是c60及富勒烯。
13、人造原子(artificial atoms)有时称为量子点，是20世纪90年代提出来的一个新概念。所谓人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们的尺寸小于l00nm。
14、人造原子和真正原子相似之处 ： 人造原子有离散的能级，电荷也是不连续的，电子在人造原子中也是以轨道的方式运动 ；电子填充的规律也与真正原子相似，服从洪德法则。
15、人造原子与真正原子差别 ：人造原子含有一定数量的真正原子，人造原子的形状和对称性是多种多样。真正的原子可以用简单的球形和立方形来描述，而人造原子不局限于这些简单的形状，除了高对称性的量子点外，尺寸小于100nm的低对称性复杂形状的微小体系都可以称为人造原子；人造原子电子间强交互作用比实际原子复杂得多。
16、随着人造原子中原子数目的增加，电子轨道间距减小，强的库仑排斥和系统的限域效应和泡利不相容原理使电子自旋朝同样方向进行有序排列；实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱底部下落的趋势，由于库仑排斥作用，部分电子处于势阱上部，弱的束缚使它们具有自由电子的特征 。
17、一维纳米结构单元主要包括：纳米管、纳米棒、纳米丝、纳米线、纳米同轴电缆、纳米带。
18、理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管，多于一层的则称为多壁纳米碳管。
19、swnt的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，但swnt的直径大于6nm以后特别不稳定，会发生swnt管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。mwnt的层间距约为0.
34纳米，直径在零点几纳米到几十纳米，长度一般为纳米至微米级，最长者可达数毫米。
20、世界最长的碳纳米管：中国科学院物理研究所解思深在成功地发明了碳纳米管定向生长新方法的基础上，于2023年又成功地制备出长度达3毫米的超长碳纳米管阵列，其长度比现有碳纳米管的长度大1-2个数量级，创造了一项“3mm的世界之最”，受到了国内外的普遍关注。用这种新方法制备的超长定向生长的碳纳米管列阵，除少量碳管轻微弯曲或缠绕外，大多数碳管都由基底垂直向上生长，并形成高密度和离散分布的定向碳纳米管列阵。
21、世界最细的碳纳米管：日本电气公司的科学家最近在英国《自然》杂志上报告说，他们将石墨棒置于充满氢气的气室内，用高压电弧放电，制成了共有18层管壁的多层碳纳米管，其中最内层的碳纳米管直径仅0.4纳米。
香港科技大学的科学家在同一期杂志上报告说，他们采取另一种制造工艺，在具有多孔结构的沸石中用高温分解，也得到了直径0.4纳米的单层碳纳米管。沸石是一种有着大量微细孔道的矿物，这些直径0.
4纳米左右的孔道可以作为制造碳纳米管的“模具”控制碳纳米管的尺寸。 据称，这可能是迄今世界上造出的最小的稳定碳纳米管，也是理论上可能最小的碳纳米管。如果尺寸再小，就会因碳原子之间的结合角度太小而造成结构不稳固，不具备实用价值。
事实上，不久前曾有科学家制造出直径0.33纳米的碳纳米管，但很快就解体了。
22、纳米碳管的形成过程是游离态的碳原子或者碳原子团，发生重新排布的过程。 纳米碳管的直径和直径分布主要取决于制备方法、催化剂的种类、生长温度等反应条件。
23、碳纳米管兼具金属和半导体两种材料的特性，使它在应用方面显示了诱人的前景。
24、碳纳米管的侧面的基本构成是由六边形碳环(石墨片)组成，但在管身弯曲和管端口封顶的半球帽形部位则含有一些五边形和十边形的碳环结构。构成这些不同碳环结构的碳—碳共价键是自然界中最稳定的化学键，所以碳纳米管应该具有非常好的力学性能，其强度接近于碳—碳键的强度。
25、理论计算和实验研究表明，单壁碳纳米管的杨氏模量和剪切模量都与金刚石相当，其强度是钢的100倍，而密度却只有钢的六分之一，是一种新型的“超级纤维”材料。
26、碳纳米管同时还具有较好的柔性，其延伸率可达百分之几。不仅如此，碳纳米管还有良好的可弯曲性，不但可以被弯曲成很小的角度，也可以被弯曲成极其微小的环状结构，当弯曲应力去除后，碳纳米管可以从很大的弯曲变形中完全恢复到原来的状态。除此之外，即使受到了很大的外加应力，碳纳米管也不会发生脆性断裂。
27、碳纳米管内流动的电子受到量子限域所致，电子在碳纳米管中通常只能在同一层石墨片中沿着碳纳米管的轴向运动，沿径向的运动将受到很大限制。 不同类型的碳纳米管，导电性能也不相同。例如，单臂纳米管总是金属性的；锯齿形纳米管和手性形纳米管则部分为半导体性，部分为金属性的。
随着半导体性碳纳米管的直径的增加，带隙变窄，在大直径情况下，带隙为零，呈现金属的性质。
28、碳纳米管十分特殊的电学性能，使其在未来的纳米电子学中将得到广泛的应用，例如，金属性碳纳米管可以用作纳米集成电路中的连接线，而半导体性碳纳米管则可以用来制作纳米电子开关和其他纳米量子器件。
29、在碳纳米管中，如果在连接部位或结构中由于管体缺陷而出现五／七碳环对时，在多数情况下都会形成结的电子特性。可以想像，未来的纳米尺度的电子器件将有可能利用碳纳米管的这种结的电子特性来进行设计，并在纳米电子器件中得到广泛应用。
30、同轴纳米电缆是指芯部为半导体或导体的纳米丝，外包敷异质纳米壳体(导体或非导体)，外部的壳体和芯部丝是共轴的。
31、同轴纳米电缆除可用于高密度集成元件的连接外，还可作为微型工具和微型机器人的部件；其硬度和金刚石差不多，可制成钻头，是制造纳米器件的极佳工具。肉眼看不见的纳米电缆将改变我们未来生活的许多方面。科学家还观察到，纳米同轴电缆中电子的传输不同于普通的导体，其传输速度快，能耗更小。
它的诞生还可能为下一代光导纤维的产生奠定基础。
年，王中林等三位留美中国科学家利用高温固体气相法成功合成了zno、sno2，in2o3，cdo和ga2o3等宽带半导体体系的带状结构，带宽为30～300nm，厚5～10nm，而长度可达几毫米。
33、纳米管比钢硬，有惊人的导电能力，这些特点使它一度成为纳米科学研究的宠儿。但它在批量生产时发现了缺陷，即稳定性差。材料有缺陷的电子元件在通过电流时，温度可能会异常升高。
当今电子设备越变越小，功能越来越强大，这就要求电子元件能够以非常高的密度放入微小的设备中，如果电子元件过热，将会导致整个设备失控。
34、半导体氧化物纳米带不存在碳纳米管的稳定性问题。这些带状结构材料纯度可高达95％以上，而且产量大、结构完美、表面干净，并且内部无缺陷、无错位。相比之下，碳纳米管的纯度仅能达到70％左右。
纳米带的优点使它更早地被投入工业生产中。
35、纳米带是迄今发现具有结构可控且无缺陷的惟一宽带半导体准一维结构。这种结构是用于研究一维功能和智能材料中光、电、热输运过程的理想体系，可以使科学家用单根氧化物纳米带做成纳米尺寸的气相、液相传感器和敏感器或纳米功能及智能光电元件，为纳米光电学打下了坚实的基础。
36、纳米微粒的制备方法可从不同的角度进行分类。按反应物状态可分为干法和湿法；按反应类型可分为物理法和化学法；按反应介质可分为固相法、液相法、气相法。
37、纳米微粒表面修饰目的：改善或改变纳米粒子的分散性；提高微粒表面活性；使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能；改善纳米粒子与其它物质之间的相容性。
2019纳米材料课程复习提要
2011纳米材料复习范围及要点。1 纳米科技指在纳米尺度 1 100nm 上研究物质的特性和相互作用，同时利用这些特性在这一尺度范围内对原子 分子进行操纵和加工的多学科交叉的科学和技术。2 研究内容是创造和制备优异性能的纳米材料 设计 制备各种纳米器件和装置 探测和分析纳米区域的性质和现象。3 最终...
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