纳米材料物理与化学作业

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1、1，什么是纳米材料，有何特征答：著名的诺贝尔化学奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米是一种度量单位，1纳米（nm）等于10-9米（1毫米等于10-3米，1微米等于10-6米），即百万分之一毫米、十亿分之一米。1nm相当于头发丝直径的10万分之一。广义地说，所谓纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1nm--100nm）调制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团蔟（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维调制的纳米多

2、层膜；二维调制的纳米微粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米相材料。简单地说，是指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其纳米颗粒的大小不应超过100纳米，而通常情况下不应超过10纳米。目前，国际上将处于1-100nm纳米尺度范围内的超微颗粒及其致密的聚集体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米材料是纳米技术应用的基础，其相应发展起来的纳米技术则被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。所谓纳米科学，是指研究纳米尺寸范围在0.1－100nm之内的物质所具有的物理、化学性质和功能的科学。而纳米

3、科技其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术，它以纳米科学为理论基础，进行制造新材料、新器件，研究新工艺的方法。纳米科技大致涉及以下七个分支：纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米物理学、纳米化学、纳米机械学(制造工艺学)、纳米加工及表征。其中每一门类都是跨学科的边缘科学，不是某一学科的延伸或某一项工艺的革新，而是许多基础理论、专业工程理论与当代尖端高新技术的结晶。并且主要以物理、化学等的微观研究理论为基础，以现代高精密检测仪器和先进的分析技术为手段，是一个原理深奥、科技顶尖和内容极广的多学科群。纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、长程有序的"气体状"固体结

4、构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的"第三态晶体材料"。正是由于纳米材料这种特殊的结构，使之产生四大效应，即小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应）、表面效应和界面效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性。当金属或非金属被制备成小于100纳米的粉末时，其物理性质就发生了根本的变化，具有高强度、高韧性、高比热、高导电率、高扩散率、磁化率及对电磁波具有强吸收性等，据此可制造出具有特定功能的产品。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍，气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍；纳米

5、磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高10倍，纳米颗粒材料与生物细胞结合力很强，为人造骨质的应用拓宽了途径等等。2，什么是表面，界面？表面和界面有何基本特征？表面是指固体表层一个或数个原子层的区域。由于表面层所处的特殊位置，使其具有得性质与固体内部明显不同，例如：由于偏析造成化学成分与体内不同，原子排列情形不同，能吸附外来原子或分子形成有序或无序的吸附层等。由于固体表面的研究具有重大科学和实际意义，已经形成一门新学科－－表面科学；它包括表面物理、表面化学和表面分析技术三个主要方面。它有很多应用，例如金属和合金材料的腐蚀、磨损和断裂等问题；半导体器件的性能；多相催化机理；材料的老化和寿命以

6、及受控热核反应装置中的材料问题等。材料学中通常将气相（或真空）与凝聚相之间的分界面称为表面。界面是指相与相之间的交界面，即两相间的接触表面。有固-固、液-液、固-气、固-液和液-气等五类型。在两相间进行传质时，一般假定界面本身并不产生阻力，而且在界面上两相是达到相平衡的关系的。流体沿静止的固体壁流动并无传质作用时，流-固直接接触面也称界面。　　1，什么是润湿现象？什么是润湿角？如何判断润湿情况？润湿行为有何规律？　　液体在与固体接触时，沿固体表面扩展的现象。又称为液体润湿固体。通常用接触角来反映润湿的程度。在液、固、气三相的交界处作液体表面的切线与固体表面的切线(如图)，两切线通过液体内部所

7、成的夹角θ即称为接触角。当θ为锐角时，液体在固体表面上扩展，即液体润湿固体；θ＝0时，叫做完全润湿；θ为钝角时，液体表面收缩而不扩展,液体不润湿固体，简称不润湿；当θ＝π时，称为完全不润湿。　　接触角θ是描写液、固、气三相交界处性质的一个重要的物理量。　　微观上，液体和固体接触的面内存在薄薄一层，该层内的液体分子受到外面固体分子的作用，其性质和液体内部的不同，称附着层。附着层表现出和表面张力十分类似的现象，区