(完整word版)納米材料考試試題3(word文檔良心出品).doc

1、判斷和填空1 由納米薄膜的特殊性質(zhì)，可分為兩類 ： a、含有那么顆粒與原子團簇基質(zhì)薄膜。 b、納米尺寸厚度的薄膜，其厚度接近于電子自由程和 Debye 長度，可以利用其顯著的量子特性和統(tǒng)計特性組裝成新型功能器件。2、.增強相為 納米顆粒、納米晶須、納米晶片、納米纖維 的復合材料稱為納米復合材料；納米復合材料包括 金屬基、陶瓷基和高分子基 納米復合材料；復合方式有： 晶內(nèi)型、晶間型、晶內(nèi) - 晶間混合型、納米 -納米型等3、宏觀量子隧道效應(yīng) 微粒具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。微粒的磁化強度 ,量子相干器件中的磁通量等，具有隧道效應(yīng)、稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。4、納米微粒反?，F(xiàn)象 原因：小尺寸效應(yīng)

2、、表面界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及量子隧道效應(yīng)。舉例：金屬體為導體，但納米金屬微粒在低溫由于量子尺寸效應(yīng)會呈現(xiàn)電絕緣性?；瘜W惰性的金屬鉑制成納米微粒（鉑黑）后卻成為活性極好的催化劑。5、非晶納米微粒的晶化溫度低于常規(guī)粉體。6、超順磁性 納米微粒尺寸小到一定臨界值進入超順磁狀態(tài)，例如 a-Fe Fe3O4和 a-Fe2O3 粒徑分別為 5nm 16nm 和 20nm 時變成順磁體這時磁化率 X 不再服從居里 -外斯定律。7、超順磁狀態(tài)的起源 :在小尺寸下，當各向異性能減小到與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不再固定一個易磁化方向，易磁化方向作無規(guī)律的變化，結(jié)果導致超順磁性的出現(xiàn)。不同種類的納米微粒顯現(xiàn)

3、的超順的臨界尺寸是不同的。8 納米微粒尺寸高于超順磁臨界尺寸時通常呈現(xiàn)高的矯頑力Hc10 矯頑力的起源兩種解釋一致轉(zhuǎn)動模式和球鏈反轉(zhuǎn)磁化模式。11.居里溫度Tc 為物質(zhì)磁性的重要參數(shù)與交換積分成正比，并與原子構(gòu)型和間距有關(guān)。對于薄膜隨著鐵磁薄膜厚度的減小，居里溫度下降。對于納米微粒，由于小尺寸效應(yīng)而導致納米粒子的本征和內(nèi)稟的磁性變化，因此具有較低的居里溫度。12，大塊金屬具有不不同顏色的光澤，表明對可見光各種顏色的反射和吸收能力不同。當尺寸Pt 為減小到納米級時各種金屬納米微粒幾乎都呈黑色，它們對可見光的反射率極低。反射率：1%,Au 小于 10%。對可見光低反射率、強吸收率導致粒子變黑。13

4、、當納米微粒的尺寸小到一定值時可在一定波長的光激發(fā)下發(fā)光。14、物理法制備納米粒子：粉碎法和構(gòu)筑法。前者以大塊固體為原料，將塊狀物質(zhì)粉碎、細化，從而得到不同粒徑范圍的納米粒子； 構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子。15、物料的基本粉碎方式：壓碎、剪碎、沖擊破碎和磨碎。16、非晶納米微粒的晶化溫度低于常規(guī)粉體17.原位復合法主要有：共晶定向凝固法、直接氧化法和反應(yīng)合成法18、納米增強相和金屬基體之間的界面類型三種： 不反應(yīng)不溶解；不反應(yīng)但相互；相互反應(yīng)生成界面反應(yīng)物。 界面結(jié)合方式有四種：機械結(jié)合；浸潤與溶解結(jié)合；化學反應(yīng)結(jié)合；混合結(jié)合。 界面的溶解和析出是影響界面穩(wěn)定性的物理因

5、素，而界面反應(yīng)是影響界面的化學因素。19、使納米增強相遇金屬基體之間具有最佳界面結(jié)合狀態(tài)的措施：應(yīng)該使納米增強相與金屬基體之間具有良好的潤濕后，互相間應(yīng)發(fā)生一定程度的溶解；保持適當?shù)慕缑娼Y(jié)合力，提高復合材料的強韌性；并產(chǎn)生適當?shù)慕缑娣磻?yīng)，而界面反應(yīng)產(chǎn)物層應(yīng)質(zhì)地均勻，無脆性異物，不能成為內(nèi)部缺陷（裂紋源） ，界面反應(yīng)可以控制等。措施：增強相表面改性（如涂覆） ;基體合金化（改性）。20、原位復合法關(guān)鍵： 在陶瓷基體中均勻加入可生成納米第二相的元素或化合物，控制其反應(yīng)生成條件，使其在陶瓷基體致密化過程中，在原位同時生長處納米顆粒、晶須和纖維等，形成陶瓷基納米復合材料。也可以利用陶瓷液相燒結(jié)時某些晶

6、相生長成高長徑比的習性，控制燒結(jié)工藝。也可以使基體中生長高長徑比晶體，形成陶瓷基復合材料。 優(yōu)點：有利于制作形狀復雜的結(jié)構(gòu)件，成本低，同時還能有效地避免人體與晶須等地直接接觸，減輕環(huán)境污染。21、陶瓷基納米復合材料的基體主要有：氧化鋁、碳化硅、氮化硅和玻璃陶瓷。與納米級第二相的界面粘結(jié)形式：機械粘結(jié)和化學粘結(jié)22、納米材料的三種結(jié)構(gòu)缺陷：點缺陷（空位、空位對、空位團、溶質(zhì)原子、雜質(zhì)原子等） 、線缺陷（位錯、刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯等） 、面缺陷（層錯、相界、晶界、三叉晶界、孿晶界等）。23、納米晶體材料是由晶粒組元（所有原子都位于晶粒的格點上）和晶界組元所組成；納米非晶體材料是由非晶組元

7、和界面組元所組成；納米晶體材料是由準晶組元和界面組元所組成，晶粒組元、非晶組元和準晶組元統(tǒng)稱為克里組元，晶界組元和界面組元統(tǒng)稱為界面組元。24、納米固體材料的界面結(jié)構(gòu)模型：類氣體模型，短程有序模型，界面缺陷模型，界面結(jié)構(gòu)可變模型等25、溶膠 -凝膠法制備氧化物薄膜：浸漬提拉法、旋覆法噴涂法及簡單的刷涂法。前兩者最常用名詞解釋量子尺寸效應(yīng) ：當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象，以及納米半導體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級，這些能隙變寬現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)小尺寸效應(yīng)： 當超細微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波波長以及超導態(tài)的

8、相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞；非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導致聲、光、電、磁、熱、力學等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)納米材料： 從狹義上說，就是有關(guān)原子團簇、納米顆粒、納米線、納米薄膜、納米碳管、和納米固體材料的總稱。從廣義上看，納米材料應(yīng)該是晶?；蚓Ы绲蕊@微結(jié)構(gòu)能達到納米尺寸水平的材料。喇曼效應(yīng) :當光照射到物質(zhì)上時 ,會發(fā)生非彈性散射 ,散射光中除有與激光波長相同的彈性成分外 , 還有比激光光波長的和短的成分 ,后一現(xiàn)象統(tǒng)稱為喇曼效應(yīng) .離子鍍 :就是在鍍膜的同時 ,采用帶能離子轟擊基片表面和膜層的鍍膜技術(shù)正電子壽命 :正電子射入材料

9、中時 ,在與周圍達到熱平衡后 ,通常要經(jīng)歷一段時間才會合電子淹沒 , 這段時間稱為正電子壽命原位復合法 :在陶瓷基納米復合材料制備時 ,利用化學反應(yīng)生成增強體組元 納米顆粒、晶須纖維等來增強陶瓷基剃的工藝過程稱為原位復合法超塑性：指在一定應(yīng)力下伸長率100%的塑性變形壓電效應(yīng) ：某些晶體收到機械作用（應(yīng)力或應(yīng)變） ，在其兩端出現(xiàn)符號相反的束縛電荷的現(xiàn)象熱壓燒結(jié) ：將陶瓷粉體在一定溫度和一定壓力下進行燒結(jié)化學復合鍍： 化學鍍是采用金屬鹽和還原基在同一鍍液中進行自催化的氧化還原反應(yīng)在固體表面沉積出金屬鍍層的成膜技術(shù)。復合鍍又稱分散鍍，是用電鍍或化學鍍的方法使金屬和固體微粒共沉積獲得復合材料的工藝過

10、程，其鍍層是由形成復合鍍層的主體金屬和分散微粒兩相組成的復合材料。機械力化學 ：物料粒子受到機械力作用而被粉碎時，還會發(fā)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學性質(zhì)的變化，這種因機械載荷作用導致粒子晶體結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)的變化稱為機械力化學。團簇 ：由幾個乃至上千個原子、 分子或離子通過物理或化學結(jié)合力組成的相對穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體，其物理和化學性質(zhì)隨所含的原子數(shù)目而變化。壓延成型 ：將熔融塑化的熱塑性塑料通過兩個以上的平行異向旋轉(zhuǎn)輥筒間隙，輥筒擠壓延展、 拉伸而成為具有一定規(guī)格尺寸和符合質(zhì)量要求的連續(xù)片狀制品，然冷卻成型的方法。使溶體受到最后經(jīng)自爆炸燒結(jié) 又激波固結(jié)或激波壓實，是利用滑移爆轟波掠過試件所

11、產(chǎn)生的斜入射激波，使金屬或非金屬粉末在瞬態(tài)高溫、高壓下發(fā)生燒結(jié)或合成的一種高技術(shù)。1、簡述激光誘導氣相化學反應(yīng)法合成納米粒子的過程？答：氣體的處理、原料蒸發(fā)、反應(yīng)氣配制、成核與生長、捕集等過程。2、什么是磁電阻效應(yīng)？對顆粒膜來說，其巨磁電阻效應(yīng)的來源是什么？答：材料的電阻值隨磁化狀態(tài)變化的現(xiàn)象稱為電阻效應(yīng)。對顆粒膜的巨磁阻效應(yīng)的理論解釋，通常認為與自磁相關(guān)的散射有關(guān)，并以界面散射效應(yīng)為主。理論與實際都表明，顆粒膜的巨磁阻效應(yīng)與磁性顆粒的直徑呈反比關(guān)系，要在顆粒膜體系中顯示出巨磁阻效應(yīng)，必須是顆粒尺寸及其間距小于電子平均自由程。3、簡述 sol-gel法 (溶膠 -凝膠法 )制備納米薄膜的過程、

12、途徑及特點？答:過程 :從金屬的有機或無機化合物的溶液出發(fā)，在溶液中通過化合物的加水分解、聚合，把溶液制成溶有金屬氧化物微粒子的膠溶液，進一步反應(yīng)發(fā)生凝膠化，再把凝膠加熱，可制成非晶態(tài)玻璃、多晶體陶瓷。 途徑：有機途徑和無機途徑。有機途徑是通過有機金屬醇鹽的水解與縮聚而形成溶膠；無機途徑則是將通過某種方法制得的氧化物微粒，穩(wěn)定地懸浮在某種有機或無機溶劑中而形成溶膠。 特點： a、工藝設(shè)備簡單，不需要任何真空條件或其他昂貴的設(shè)備，便于應(yīng)用推廣。 b、在工藝過程中溫度低。這對于制備那些含有易揮發(fā)組分或在高溫下易發(fā)生相分離的多元體系來說非常有利。 c、很容易大面積地在各種不同形狀、不同材料的基底上制

13、備薄膜，甚至可以在粉體材料表面制備一層包覆膜，這是其他的傳統(tǒng)工藝難以做到的。d、容易制出均勻的多元氧化物薄膜，易于實現(xiàn)定量摻雜，可以有效地控制薄膜的成分及結(jié)構(gòu)。 e、用料省，成本較低。4、什么是共沉淀？均勻沉淀？各具有哪些特點？答：共沉淀是使溶液由某些特定的離子沉淀時，共存于溶液中的其他離子也和特定陽離子一起沉淀。均勻沉淀法是利用某一化學反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢均勻地釋放出來，通過控制溶液中沉淀劑濃度，保證溶液中的沉淀處于一種平衡狀態(tài)，從而均勻的析出。共沉淀法的優(yōu)點：1 通過溶液中的各種化學反應(yīng)直接得到化學成分均一的納米粉體材料，2 是容易制備粒度小而且分布均勻的納米粉體材料。均勻沉

14、淀法具有原料成本低、 工藝簡單、操作簡便、對設(shè)備要求低等優(yōu)點5、什么是離子鍍膜？其一般流程及工作原理是什么？答：離子鍍就是在鍍膜的同時，采用帶能離子轟擊基片表面和膜層的鍍膜技術(shù)。離子轟擊得目的在于改善膜層的性能。離子鍍是鍍膜與離子轟擊改性同時進行的鍍膜過程。 一般流程： 無論是蒸鍍還是濺射都可以發(fā)展成為離子鍍。在磁控濺射時，將基片與真空式絕緣，再加上數(shù)百伏的負偏壓，即有能量為100eV 量級的離子向基片轟擊，從而實現(xiàn)離子鍍。離子鍍也可以在蒸鍍的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，例如在真空室內(nèi)通入1量級的 Ar 氣后，在基片上加上 1000V 以上的負偏壓，即可產(chǎn)生輝光放電，并有能量為數(shù)百電子伏的離子轟擊基片，這就是

15、二級離子鍍。工作原理：離子鍍中轟擊離子大概有幾百到幾千電子伏特。離子鍍一般來說是離子轟擊膜層，實際上有些離子在行程中與其它原子發(fā)生碰撞時可能發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而變成中性原子， 但其動能并沒有變化，仍然繼續(xù)前進轟擊膜層。由此可見，所有離子轟擊，確切的說應(yīng)該是既有離子又有原子的粒子轟擊。粒子中不但有氬粒子，還有靶材粒子，在鍍膜初期還會有由基片表面濺射出來的基材粒子。6、簡述 CVD 方法的特點、原理及其一般流程答：CVD 的特點：在中溫或高溫下， 通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學反應(yīng)而沉積固體?？梢栽诖髿鈮海ǔ海┗蛘叩痛髿鈮合拢ǖ蛪海┻M行沉積。一般來說低壓效果更好采用等離子和激光軸助技術(shù)可以顯著地促

16、進化學反應(yīng)，使沉積可以在較低的溫度下進行沉積層的化學成分可以變化，從而獲得梯度沉積物或者得到混合沉積層可以控制沉積層密度和純度繞鍍性好，可在復雜形狀的基體上及顆粒材料上沉積氣流條件通常是層流的，在基體表面形成厚的邊界層沉積層通常具有柱狀晶結(jié)構(gòu)，不耐彎曲。但通過各種技術(shù)對化學反應(yīng)進行氣相擾動，可以得到細晶粒的等軸沉積層?？梢孕纬啥喾N金屬、合金、陶瓷和化合物沉積層。CVD的原理 ：混合氣體在較高的溫度下發(fā)生化學反應(yīng),在基體表面沉積形成涂層和薄膜一般流程 ：高純度的高壓氣體，一般大多是使用載氣體，通過氣體精制裝置進行凈化，特別是必須十分注意除去對薄膜性質(zhì)影響較大的水和氫。當溫室下使用非氣態(tài)的，即固態(tài)

17、或者固態(tài)原料時，須使其在規(guī)定的溫度下蒸發(fā)或升華，并通過載氣送入反應(yīng)爐內(nèi)。還必須使廢氣通過放有吸收劑的水浴瓶、收集器或特殊的處理裝置后進行排放。并且在裝置和房間里安裝防爆裝置和有毒氣體的檢驗器。這樣 CVD 的整個流程可以分為原料氣體和載氣的供給源氣體的混合系統(tǒng)、反應(yīng)爐、廢氣系統(tǒng)以及氣體和反應(yīng)爐的控制系統(tǒng)。7.簡述 PVD 方法的特點、原理及其一般流程。答:特點 1 膜層與工件表面的結(jié)合力強，更加持久和耐磨 .2 離子的繞射性能好，能夠鍍形狀復雜的工件。 3 膜層沉積速度快，生產(chǎn)效率高。 4 可鍍膜層種類廣泛。 5 膜層性能穩(wěn)定、安全性高。 PVD 技術(shù)原理 ：在鍍鉻的基礎(chǔ)上，利用高溫高壓蒸發(fā)振

18、動使表面涂層材料激發(fā)形成離子流，并與鉻鍍層離子緊密結(jié)合，然后再在龍頭表面沉積而成。 流程：來料抽檢、上掛、清洗、烘烤、鍍膜、下掛、入庫、全檢、涂抗指紋油、 UV 、終檢8. 納米固體材料的界面結(jié)構(gòu)對性能有重要影響，采用 TEM 觀察納米固體材料界面結(jié)構(gòu)時，要考慮的兩個問題是什么？ 答：考慮的問題是 : 試樣制備過程中界面結(jié)構(gòu)弛豫問題 .制備 TEM 試樣時 ,由于應(yīng)力松馳 ,導致納米材料界面結(jié)構(gòu)弛豫 ,使觀察的結(jié)果可能與原始狀態(tài)有很大差別 .電子束誘導界面結(jié)構(gòu)弛豫問題 .高能量的電子束縛照射薄膜試樣表面可能導致局部過熱 ,面產(chǎn)生界面結(jié)構(gòu)弛豫 .納米材料內(nèi)原子擴散速度很快 ,原子弛豫激活能小 ,

19、即使子啊低溫下電子束轟擊也會對納米材料界面的原始狀態(tài)有影響9 納米晶材料晶粒尺寸熱穩(wěn)定性和納米相材料顆粒尺寸熱穩(wěn)定性有何異同，為什么？答：納米相材料顆粒尺寸熱穩(wěn)定性尺寸熱穩(wěn)定性的溫度范圍較窄, 納米相材料顆粒尺寸熱穩(wěn)定性的溫度范圍較寬 .這是由于 : 長大激活能 , 納米晶材料晶粒長大激活能較小 ,晶粒相對來說容易長大 , 所以熱穩(wěn)定華溫區(qū)范圍較窄 ;納米相材料顆粒長大激活能較大 ,顆粒長大較困難 ,所以熱穩(wěn)定化區(qū)范圍較寬 . 界面遷移 ,抑制界面遷移會阻止晶粒長大 ,提高熱穩(wěn)定性 .界面能高及界面兩側(cè)相鄰晶粒的差別大 ,有利于晶界遷移 .納米晶材料晶粒為等軸晶 ,粒徑均勻 ,分布窄 ,保持各

20、向同性時 ,就會大大降低界面遷移的驅(qū)動力 ,而不會發(fā)生晶粒異常長大 ,有利于熱穩(wěn)定性的提高 . 晶界結(jié)構(gòu)弛豫 :納米相材料由于壓抑過程中晶粒取向是隨機的 ,晶界內(nèi)原子的排列 ,鍵的組態(tài) ,缺陷的分布都比晶內(nèi)混亂得多 ,晶界通常能量高而引起晶界遷移 .因為在升溫過程中首先是進界產(chǎn)生結(jié)構(gòu)弛豫 , 導致原子重排 ,趨于有序 ,以降低晶界自由性 .這是由于晶界結(jié)構(gòu)弛豫所需要能量小于晶界遷移能 , 升溫過程中提供的能量首先在晶界結(jié)構(gòu)弛豫上 ,從面試納米材料晶粒在較寬范圍內(nèi)部明顯長大。晶界釘扎 ,納米相材料找你個添加穩(wěn)定劑 ,使其偏聚在晶界 ,降低晶界的靜電能和畸變能 ,對晶界起釘扎作用 ,使晶界遷移變的

21、困難 ,晶粒打仗得到控制 ,有利于提到納米相材料的熱穩(wěn)定性 .10 什么是光致發(fā)光？納米材料與常規(guī)材料發(fā)光譜是否相同，原因是什么？ 答：興致發(fā)光是指在一定波長的光照射下 ,被激發(fā)到高能級的電子重新躍入低能級 ,被空穴捕獲而發(fā)光的圍觀過程 . 納米材料與常規(guī)材料發(fā)光譜有很大差別 ,這是由于電子躍遷選擇定則問題量子限域效應(yīng)缺陷能級的作用雜質(zhì)能級的影響11.納米材料的介電常數(shù)與常規(guī)粗晶材料有何異同，其隨外加電場頻率的變化趨勢是否相同，為什么？ 答：納米材料的介電常數(shù)比常規(guī)材料要高，其隨外加電場頻率的變化趨勢相同。原因：電介質(zhì)顯示高的介電性必須在電場作用下極化的建立能跟上電場的變化，極化損耗小，甚至沒

22、有損耗。納米材料隨著電場頻率的下降，介質(zhì)的多種極化都能跟的上外加電場的變化，介電常數(shù)增大，與以下幾種極化機制有關(guān)： a、空間電荷極化：極化強度隨溫度上升而下降 b、轉(zhuǎn)向極化：極化強度隨溫度上升而出現(xiàn)極大值 c、松弛極化：介電損耗與溫度、頻率的關(guān)系曲線中均出現(xiàn)極大值。12.簡述氧化物系陶瓷基納米復合材料的力學性能改善機理答： a、納米級彌散相抑制了氧化物基體晶粒生長和減輕了晶粒的異常長大，起到細晶強化作用 b、在彌散相內(nèi)火彌散相周圍存在高的局部應(yīng)力，這種應(yīng)力是基體和彌散相之間熱膨脹失配而產(chǎn)生的，使冷卻期間產(chǎn)生位錯，納米級粒子針扎或進入位錯區(qū)使基體晶粒內(nèi)形成亞晶界，使基體晶粒再細化而起增強作用 c

23、、納米級粒子周圍的局部拉伸應(yīng)力引起穿晶斷裂， 并由于硬粒子對裂紋尖端的反射作用而產(chǎn)生韌化。破話模式從穿晶和晶間道單純晶間斷裂，晶界相（通常約10%體積的無定形相）的改變和對高溫力學性能影響的減小，使高溫力學性能獲得明顯改善 d、納米級粒子在高溫牽制位錯運動，從而也能使高溫力學性能獲得明顯改善。13.金屬基納米復合材料的力學性能改善機理圖在 124 頁答： a、與長纖維增強復合材料不同，基體和增強體都將承擔載荷，但顆粒與晶須的增強效果不同。顆粒增強復合材料的強度與顆粒在基體中分布的平均間距有關(guān)。隨顆粒間距增大，復合材料的強度下降。也就是說，在同樣體積含量下，顆粒越細，增強效果越好。 b、晶須的強

24、度和長徑比遠高于顆粒，因此晶須的增強效果要比顆粒顯著。但無論是顆粒增強，還是晶須增強，復合材料的強度是隨增強體含量的增加而增加。見圖 1。C、顆粒和晶須增強金屬基那么復合材料的模量基本符合復合法則。由于顆粒與晶須增強體材料在模量上差別不大，因而兩者對模量的增強效果是接近的。見圖 2.。d、與對強度的增強效果相比，顆粒對復合材料模量的增強效果十分明顯，但仍然低于晶須，這是由于顆粒形狀對模量增強效果有一定的影響。 e、采用顆粒和晶須增強金屬基那么復合材料時，在高溫下得強度和模量一般要比其基體合金的高。與室溫時相同，復合材料的高溫強度及高溫模量也隨顆粒或晶須的體積含量的增加而增加。見圖 3。14.粉

25、末冶金法制備金屬基納米復合材料的過程及其特點?圖在 136 頁答：由圖可以看出，金屬基納米復合材料的粉末冶金工藝過程主要分為二部分。首先將增強體材料（納米顆粒、納米晶片、納米晶須等）與金屬粉末混合均勻。然后進行封裝、除氣或采用冷等靜壓（ CIP），再進行熱等靜壓（ HIP）或無壓燒結(jié)，以提高復合材料的致密性。經(jīng)過熱等靜壓或無壓燒結(jié)后，一般還要經(jīng)過二次加工（熱擠壓、熱軋等）才能獲得金屬基納米復合材料零件毛坯。特點： a、熱等靜壓或無壓燒結(jié)溫度低于金屬熔點，因而由高溫引起的增強體材料與金屬基界面反應(yīng)少，一減少界面反應(yīng)應(yīng)對復合材料性能的不利影響。同時可以通過熱等靜壓或無壓燒結(jié)時的溫度、壓力和事件等工

26、藝參數(shù)來控制界面反應(yīng)b、可以根據(jù)所設(shè)計的金屬基納米復合材料的性能要求，使增強體與基體金屬粉末一任何比例混合，增強體含量可達50%以上 c、可以降低增強體與基體互相濕潤的性能要求，也降低了增強體與基體粉末的密度差要求，使納米顆粒、納米晶片、納米晶須等均勻分布在金屬基納米復合材料中d、采用熱等靜壓工藝時，妻組織細化、致密、均勻，一般不會產(chǎn)生偏析、偏聚等缺陷?？墒箍紫逗推渌麅?nèi)部缺陷得到明顯改善，從而提高復合材料的性能e、粉末冶金工藝制備的金屬基納米復合材料可以通過傳統(tǒng)的金屬加工方法進行二次加工，得到所需形狀的復合材料零件毛坯。缺點：粉末冶金工藝過程比較復雜，特別是金屬基體必須制成金屬粉末，增加了工藝

27、的復雜性和成本15.簡述聚合物熔融嵌入法制備高分子基納米復合材料的一般過程和特點.答：聚合物熔融嵌入法的操作過程如下：首先用合適的有機改性劑與層狀硅酸鹽反應(yīng)，制得有機改性層狀硅酸鹽。然后將聚合物與有機改性層狀硅酸鹽粉末的共混物一起加熱到聚合物的Tg（非晶聚合物）活 Tm（結(jié)晶聚合物）以上，聚合物分子鏈通過擴散而進入硅酸鹽層間。與溶液嵌入法相比，熔融嵌入法具有以下優(yōu)點：a、使用范圍廣，不同極性或結(jié)晶的聚合物都可以用此法制得相應(yīng)的嵌入法化合物；同時還可以制備溶液嵌入法難以制備的雜化材料 b、與目前聚合物成型加工技術(shù)（如擠壓、注射）具有兼容性 c、嵌入法過程不使用溶劑，從環(huán)保經(jīng)濟效益角度來看非常有利

28、 d、這種方法制備的新型雜化材料為研究受限于二維空間聚合物鏈的構(gòu)象及單分子鏈的特征提供了理想的模型。16.與常規(guī)材料相比，納米微粒的熔點、燒結(jié)溫度和比熱發(fā)生什么變化，并分別解釋原因。答:納米微粒的熔點，燒結(jié)溫度和比熱均比常規(guī)材料低得多。原因：由于顆粒小，納米微粒的表面能高，比表面原子數(shù)多，這些表面原子近鄰配位不全，活性大以及體積遠小于大塊材料，因此納米粒子融化時所需增加的內(nèi)能小得多， 這就使得納米微粒熔點急劇下降； 納米微粒尺寸小，表面能高，壓制成塊材后的界面具有高能量，在燒結(jié)中高的界面能成為原子運動的驅(qū)動了，有利于界面中的孔洞收縮，空位團的湮沒，因此，在較低的溫度下燒結(jié)就能達到致密化的目的，

29、即燒結(jié)溫度降低；非晶納米微粒的晶化溫度低于常規(guī)粉體，傳統(tǒng)非晶在 Si3N4 在 1793K 晶化成相，納米非晶 Si3N4 微粒在 1673K 加熱 4h 全部轉(zhuǎn)變成 相，納米微粒開始長大，溫度隨粒徑的減小而降低。17. 與傳統(tǒng)塊體材料相比，納米固體材料的熱膨脹有何特點？100 頁答：材料的熱膨脹與晶格非線性振動有關(guān)，如果晶體點陣作線性振動就不會產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。納米晶體在溫度變化時非線性熱振動可分為兩個部分：一是晶內(nèi)的非線性熱振動；二是晶界的非線性熱振動；后者的非線性熱振動較前者更為顯著?？梢哉f占據(jù)體積分數(shù)很大的界面對納米晶體熱膨脹的貢獻妻主導作用。納米晶 Cu（8nm）在 110293K 的溫

30、度范圍內(nèi)的膨脹系數(shù)為 31 10-6 K-1 ，而單晶 Cu 為 1610-6 K-1 ，可見納米晶體比常規(guī)晶體的熱膨脹系數(shù)幾乎大一倍。并且證實晶界對熱膨脹的貢獻比晶內(nèi)高3 倍。18.試述納米微粒的光學吸收帶發(fā)生藍移和紅移的原因。 答： a、小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)導致藍移：納米材料顆粒組元尺寸很小，表面張力較大，顆粒內(nèi)部發(fā)生畸變，使平均鍵長變短，導致鍵振動頻率升高引起藍移，量子尺寸效應(yīng)導致能及間距加寬，使吸收帶在納米態(tài)下較之常規(guī)材料出現(xiàn)在更高波數(shù)范圍。 b、尺寸分布效應(yīng)和界面效應(yīng)導致寬化：納米材料在制備過程中顆粒均勻，粒徑分布窄，但很難使粒徑完全一致。由于顆粒大小有一個分布，使各個顆粒表面張

31、力有差別，晶格畸變程度不同，因此引起鍵長有一個分布，使紅外吸收帶寬化。納米材料中界面占相當大比例，界面存在孔洞等缺陷，原子配位不足，失配鍵較多，使界面內(nèi)德鍵長與顆粒內(nèi)的鍵長有差別， 界面內(nèi)的鍵長也有一個分布， 引起納米材料紅外吸收帶的寬化 19 納米陶瓷材料的一般制備過程，其中關(guān)鍵的步驟是什么？ 答：一般過程：首先要制備納米尺寸的粉體，然后成型和燒結(jié)。關(guān)鍵：材料是否高度致密。這與燒結(jié)過程密切相關(guān)。 20. 納米晶 Pd 的比電阻比常規(guī)塊體 Pd 高，且其電阻溫度系數(shù)隨著晶粒尺寸的減小而下降，當晶粒尺寸小于某一臨界值時，電阻溫度系數(shù)可能有正變負，試解釋原因。 答：納米材料中大量界面的存在，使大量電子的運動局限在小晶粒范圍。晶界原子排列愈混亂，晶界厚度愈大，對電子散射能力就愈強。界面這種高能壘是使電阻升高的主要原因。納米材料從微觀結(jié)構(gòu)來說， 對電阻的散射可