纳米材料参考答案.doc

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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屮至少有一维处于纳米尺度范I韦I,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：指在三维空间屮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了的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量了点，量子线和量了阱Z称2.什么是原子团簇？谈谈它的分类。答：原了团簇：指几个至几百个原了的聚集体(粒径一般等于或小于lnm)例如:

2、(3血(n与m都是整数)；碳簇(阳、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ZnnPgAgnSm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原了簇化合物：原了团簇与其它分了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星纳米管特有谱线，这是鉴泄单壁纳米管非常灵敏的方法。100・400cn?范围内出现单壁纳米管特征峰，单壁

3、纳米管特有的呼吸振动模式；1609cm"是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。单臂管的育径d与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/wo式屮的d单壁管的肓径，nm；w为特征拉曼峰的波数cn?4.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■金屈体；随后，碳原了从过饱和的催化剂颗粒屮析出；最示，为了便于碳纳米管的合成，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、五元环一七元环缺陷沉积生长2、层一层相互作用生长3、层流生长4、顶端生长5、根

4、部生长6、喷塑模式生长7、范守善院士：,3C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂屮生长出来的,证明了“帽"式生长(yarmulkc)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，为根部生长。PrecursorsB>-pro

5、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：灯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,将反应物原了带到合金液滴处，凝聚成核。当这些原了在液滴屮达到饱和后，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端或根部生长，因此能够生长出纳米线。lnAs(III)B合金滴Au丿京子退火(5009)(420°C)图1・8在Au催化作用下I

6、nAs纳米线按VIS机理生长示意图.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蒸汽在蹴气的传送下，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。溶液II液休［图1.9用SLS法生族化合物半导体纳米线示总图.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（

7、不是物理吸附）吸附在特定晶面上，从而抑制该方向的生长，从而得到超长的纳米线。在ZnO纳米线的制备屮，C2O2厶选择性吸附在ZnO的侧瓯，从而抑制了侧曲的生长，从而使ZnO沿C轴方向生长出超长纳米线。1.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AI2O3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。