纳米材料参考答案

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1、纳米材料与纳米结构复习题1.简单论述纳米材料的定义与分类。答：广义上讲：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，或由他们作为基本单元构成的材料。按维数，纳米材料可分为三类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒，原子团簇等。一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜等。因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称2.什么是原子团簇?谈谈它的分类。答：原子团簇:指几个至几百个原子

2、的聚集体（粒径一般等于或小于1nm）例如:CnHm（n与m都是整数）；碳簇（C60、C70和富勒烯等）原子团簇的分类：a一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如ZnnPm,AgnSm等。c多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如Vn(C6H6)m等d原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例如(Ag)n(NH3)m等。3.通过Raman光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管?如何计算单壁碳纳米管直径?答：利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管

3、特有谱线，这是鉴定单壁纳米管非常灵敏的方法。100-400cm-1范围内出现单壁纳米管特征峰，单壁纳米管特有的呼吸振动模式；1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。单臂管的直径d与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w。式中的d单壁管的直径，nm；w为特征拉曼峰的波数cm-14.论述碳纳米管的生长机理。答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金属(Fe,Co,Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体；随后，碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出；最后，为了便于碳纳米管的

4、合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。各种生长模型1、五元环－七元环缺陷沉积生长2、层－层相互作用生长3、层流生长4、顶端生长5、根部生长6、喷塑模式生长7、范守善院士：13C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke)的合理性生长机理表面扩散生长机理：不是生长一内单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管顶端生长和根部生长：生长机理是V-L-S生长机理，关键特征：体相扩散。如果催化剂保留在纳米管顶端，为顶端生长；如果催化剂保留在底部

5、，为根部生长。VLS(气-液-固)顶端生长模型示意图1.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。答：气相法生长纳米线一般按照气-液-固（V-L-S）和气-固（V-S)生长机理气-液-固（V-L-S）生长机理：首先在衬底表面沉积一层具有催化作用的薄膜（通常为Au），在一定温度下，Au与衬底形成合金液滴或单独形成液滴。此时通过载气或热蒸发，将反应物原子带到合金液滴处，凝聚成核。当这些原子在液滴中达到饱和后，会在液滴表面结晶，析出并生长成纳米线，最终合金留在纳米线的一端。由于形成的合金液滴尺寸很小，并且纳米线只能在催化剂液滴上进行顶

6、端或根部生长，因此能够生长出纳米线。气-固（Vapor-solid,V-S)生长法原理：凹坑或蚀丘为纳米丝提供了成核位置,并且它的尺寸限定纳米丝的临界成核直径，因此在制备MgO纳米丝时，Mg蒸汽在氩气的传送下，能够在生长区生长成纳米丝。溶液法生长纳米线一般按照溶液-液相-固相（S-L-S）和选择性吸附生长机理溶液-液相-固相（S-L-S）生长机理与V-L-S生长机理相同，只是按V-L-S机制生长，原料由气相提供；而S-L-S机制的原料是由溶液提供的。选择性吸附生长机理：不同的吸附剂会选择性的通过吸附键的形式（不是物理吸附）吸

7、附在特定晶面上，从而抑制该方向的生长，从而得到超长的纳米线。在ZnO纳米线的制备中，C2O22-选择性吸附在ZnO的侧面，从而抑制了侧面的生长，从而使ZnO沿C轴方向生长出超长纳米线。6.解释纳米颗粒红外吸收带的宽化和蓝移的原因。答：红外吸收带宽化的原因：纳米氮化硅、SiC、及Al2O3粉，对红外有一个宽频带强吸收谱。由于纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的，择优的键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下，它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布。

8、这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。蓝移原因：与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。主要由于表面效应引起：由于纳米微粒尺寸小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明：第一近邻和第二近邻的距离变短。键长的缩短导致纳米微