納米材料習題

1、一、選擇題 1、納米（nm）是一個長度單位，它等于B 。 A.10-6 米 B.10-9 米 C.10-10 米 D.10-3米2、一般而言，光學顯微鏡由于受到光學衍射的限制， 其分辨率約為 200 nm。 200納米(nm)1毫米(mm)10微米 (m)35納米(nm).3、準一維納米材料是指在兩個維度上為納米尺度，長度約為微米級、毫米級的新型納米材料。下列各選項中，屬于準一維納米材料的是 碳納米管 。 A.納米粒子B.納米結構薄膜C.碳納米管 D.儲氫合金粉末4、1981年美國IBM公司的科學家們發(fā)明了掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡，極大地推動了納米科技的發(fā)展。這兩種微觀表征和操縱技術的英文

2、縮寫為 和 。 A.SEM和STM B.SPM和AFM C.SEM和SPM D.STM和AFM5、原子的直徑在0.10.3nm之間，原子核的大小約幾個費米（1fm=10-15m）。人類的遺傳物質DNA是納米科學技術的重要研究對象，DNA螺旋結構的橫向尺寸約為 1-3nm 。 1-3nm35m100m200m6、研究表明，納米粒子粒徑從100nm減小至1nm，其表面原子占粒子中原子總數(shù)的比例將 增大 。 減小 不變尚無定論增大7、固體物質隨著晶粒尺寸的細化，其熔點將表現(xiàn)出明顯變化。差熱分析(DTA)實驗表明，平均粒徑為40nm的納米銅粒子的熔點與同一種固體材料的熔點相比，（由3000左右降到10

3、00 降低了300左右 無明顯變化 升高了300左右 由3000左右降到8、科學研究發(fā)現(xiàn)，從蛋白質、DNA、RNA到病毒，都在納米尺度范圍，即納米結構也是生命現(xiàn)象中基本的東西，例如DNA的直徑約2nm左右，SARS病毒約60-120nm，艾滋(AIDS)病毒約 100nm 。 100埃 100nm 100m 13m 9、下述所列納米材料制備技術或方法中，屬于液相制備方法的是 溶膠凝膠法（Sol-gel ） 。 激光誘導化學氣相反應法電子束加熱法高能球磨法溶膠凝膠法（Sol-gel）10、1985年英國科學家克羅托（H.W.Kroto）和美國科學家柯爾（R.F.Curl）和斯莫利（R.E.Sma

4、lley）合作研究，共同發(fā)現(xiàn)了以C60為代表的富勒烯家族。一個C60分子的結構類似于一個足球，它是由 12個五邊形和20個六邊形組成的球體 。 A.12個五邊形和20個六邊形組成的球體； B.20個五邊形和12個六邊形組成的球體； C.32個六邊形組成的球體； D.32個五邊形組成的球體。二、填空題。1、最早明確提出納米尺度上科學和技術問題的是美國著名物理學家，諾貝爾物理獎獲得者 理查德。費曼 ，1959年12月29日，他在一次著名的“在底部還有很大空間（There is plenty of Room at the Bottom）”的演講中提出：如果人類能夠在原子分子的尺度上來加工材料、制備裝

5、置，我們將有許多激動人心的新發(fā)現(xiàn)。2、納米科學技術(NST)的最終目標就是根據人類的意愿，直接操縱和排布原子、分子以創(chuàng)制出新的材料和器件，其NST的英文全稱為： Nano-science and technology 。3、當納米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(或分立)能級的現(xiàn)象以及納米半導體粒子能隙的調制現(xiàn)象，均被稱為 量子尺寸 效應。4、為制造具有特定功能的納米產品，其技術路線可分為“自上而下”(top-down)和“自下而上”(bottom-up)兩種方案。其中“自下而上”是指以原子、分子為基本單位，根據人們的意愿進行設計和組裝，從而構筑成具有特定功能

6、的器件或產品的方式。5、納米結構自組裝體系的英文全稱為 Nanostructured Self-assembling system .其涵義是分子間通過非鍵合力自發(fā)組織的超分子穩(wěn)定聚集體，從一般原則來講，自組裝過程的關鍵是表界面分子識別內稟驅動力包括氫鍵、范德瓦耳斯力、靜電力、電子效應、官能團的立方體效應和長程作用等。6、目前，從學科角度層面上劃分，納米科學技術主要包括納米(體系)物理學 、納米化學 、納米材料學 、納米生物學 、納米電子學、納米加工與測量學、納米力學等7個既相對獨立又相互滲透的學科。7、碳材料有非晶碳(無定形碳)和晶態(tài)碳材料之分。其中晶態(tài)碳材料包括石墨、金剛石、富勒烯、碳納米

7、管；其中 C-60 的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了碳科學的新領域，同時，三位科學家也因此分享了1996年諾貝爾化學獎。8、介觀的意思是介于宏觀和微觀。大致上講，所謂宏觀尺度的下限是肉眼所能分辨的最小尺寸，而微觀尺度的上限約為原子分子的大小，即0.1nm左右。9、2000年1月21日美國總統(tǒng)克林頓在加州理工大學正式宣布一項新的國家計劃，即國家納米技術(推進)計劃，簡稱為NNI，英文全稱為National Nanotechnolgy Initiative10、納米生物材料工程是納米科技的熱點研究領域之一，目前主要集中在6個方面的研究與開發(fā)，即生物分子操作和組裝、可控室溫活性的功能分子膜、生物分子芯片、生物分子識別專

8、家系統(tǒng)、自組裝生物膜、生物分子機器 。三、名詞解釋 或問答題1、納米科學技術：是指在納米尺度上研究物質組成體系的運動規(guī)律和相互作用，以及在應用中實現(xiàn)特有功能和智能作用的、多學科交叉的科學和技術。2、小尺寸效應（亦稱體積效應）：由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化現(xiàn)象稱為納米材料的小尺寸效應。 小到與光波波長或德布羅意波長、超導體的相干長度或透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被破壞，非晶態(tài)納米粒子的表面層附近原子密度減小，使得材料的聲、光、電、磁、熱、力學等特性發(fā)生變化的現(xiàn)象。3、納米材料：是指在三個維度上至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本組元構成的材料。主要

9、包括納米粒子或納米粉體材料，一維納米材料、納米薄膜、納米塊材。4、納米器件：利用量子效應而工作的電子器件通稱為納米器件。通常分為三類，即納米電子器件、光電子器件和分子電子器件。5、納米生物材料工程：是通過生物大分子操作，研究和開發(fā)生物功能材料、生物分子芯片及生物分子識別和檢測、納米分子機械等方面的技術。其科學基礎是基于基因特征的分子表達、生物大分子之間、大分子與表面之間以及細胞與表面之間的相互作用的規(guī)律和機理的認識。 6、宏觀是子隧道效應：微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。研究發(fā)現(xiàn)，宏觀物理量如納米粒子磁化強度、量子相干器件中的磁通量等具有隧道效應，稱為宏觀量子隧道效應。四、簡答題 1、

10、我國近年來納米科技基礎研究計劃的科學目標是什么？答：納米科技是近年來迅速崛起和飛速發(fā)展的研究領域，無論從理論還是實驗方面都仍處于研究探索階段。我國“納米科技基礎研究”以探索和發(fā)展科技的基本理論和建立新的研究方法及新的實驗技術為基本出發(fā)點，提倡多學科交叉，注重基礎研究。擬實現(xiàn)以下目標：綜合運用現(xiàn)代物理學、生命科學、信息科學、化學的理論和方法，以納米科技所涉及的新概念、新結構、新方法、新技術以及新材料為突破口，在理論和實驗的源頭創(chuàng)新上有所突破，提高我們在納米科技研究領域的整體創(chuàng)新能力；解決對我國的科學技術進步和國民經濟發(fā)展以及國防建設具有重大意義的納米科學問題，為國家科技長遠發(fā)展做儲備；通過重大研

11、究計劃的實施，穩(wěn)定支持一批具有創(chuàng)新意識、思維活躍、立足國內的科研人才隊伍，培養(yǎng)和造就一批在納米科技研究領域國內外公認的我國科研人員隊伍。2、美國納米技術計劃（NNI）優(yōu)先發(fā)展的領域有哪些？答：美國NNI計劃的優(yōu)先領域包括以下5個方面：（1）長期基礎性的納米科學和納米工程。目的是要發(fā)現(xiàn)和理解新的現(xiàn)象工具和手段（指測量、建模、模擬和操縱）。（2）根據意愿設計、合成和加工納米材料結構單元以及系統(tǒng)組件，充分運用分子的自組裝概念；（3）利用納米器件和特性和納米系統(tǒng)的原理，把構筑分子結構與微型化結合起來；（4）納米結構材料和系統(tǒng)在制造、電子系統(tǒng)、能源、環(huán)境、國家安全和保健等方面的應用；（5）人才的教育與培

12、訓，并研究納米技術對社會所產生的影響3、生物芯片技術 生物芯片技術是近年來在生命科學領域中嶄露頭角的一項新技術。 生物芯片技術是指通過微加工與微電子技術在固體芯片表面構建的微型生物化學分析單元或系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量檢測的相關技術。生物芯片技術將會給分子生物學、疾病診斷和治療、新藥開發(fā)、農作物育種和改良、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督和環(huán)境保護等領域帶來一場新的革命，已成為21世紀生物醫(yī)學工程的前沿科技。生物芯片，俗稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術與微電子技術相融合的結晶。4、單電子晶體管答：是根據庫侖堵塞效應和單電子隧道效應的基本物理

13、原理設計和制造的一種新型納米結構器件，它在未來的微電子學和納電子學領域將占有重要的地位。五、論述題 1、淺析納米科技對人類社會進步和產業(yè)革命的影響。答：(1)納米科技將促進人類認知的革命，進一步探索和理解新現(xiàn)象、新理論、新發(fā)現(xiàn)；(2)未來學家預測，在新的時代里，納米科技將會從根本上改變人類的生活方式、思維方式和生存條件；(3)納米科技將引領下一場產業(yè)革命：根據歷史經驗和最新的科技發(fā)展預測，決定一個國家在21世紀地位的產業(yè)就是納米產業(yè)；以納米技術為突破口的高科技群有可能改變幾十年來使很多國家困惑的經濟“滯脹”現(xiàn)象；納米科技和納米產業(yè)將使人類在可持續(xù)發(fā)展上邁出更大的步伐。2、淺析納米(結構)薄膜的

14、制備方法答案要點：溶膠溶膠法；電沉積法；高速超微粒子沉積法；等離子體化學氣相沉積技術；濺射法；化學氣相沉積法；惰性氣體蒸發(fā)法。3、試論我國發(fā)展納米科技的意義和存在的問題、對策答：(1)意義三個方面：a、納米科技在21世紀將對我們的社會、經濟以及國家安全產生影響；b、發(fā)展納米科技將極大提高我國科技競爭力；c、納米科技將促進我國傳統(tǒng)產業(yè)的改造。 (2)我國納米科技存在的問題主要表現(xiàn)在多學科交叉融合程度不夠，缺乏重要的實驗設施，基礎研究薄弱、信息交流少。(3)對策： a 應在國家層次上確定我國納米科技的發(fā)展戰(zhàn)略，制定我國納米產科技發(fā)展的近期、中長期規(guī)劃、兼顧基礎研究、應用研究和開發(fā)研究的協(xié)調發(fā)展，推動科技成果產業(yè)化，協(xié)助有關部門盡快制定與納米科技相關的產品技術標準；b、成立國家級“納米科技專家咨詢小組”，協(xié)助政府制定納米科技戰(zhàn)略和監(jiān)控研究開發(fā)工作；c、成立國家納米科技研究和工程中心，集中力量建設為納米科技發(fā)展提供服務的技術平臺，并組織協(xié)調科研機構、大學、國家實驗室、產業(yè)