《納米材料》-彭飛(習(xí)題解答)丁昕禎

第3章納米材料的物理、化學(xué)、生物性質(zhì)一、單選題1.以下哪個不是納米材料的毒性特點？A.隱襲性B.持久性C.穿透性D.相容性答案：D2.以下哪一項不是調(diào)控納米材料生物相容性的主要方式？A.使用無機材料（如金、釓等）對納米顆粒進行表面修飾B.選用毒性較大的表面活性劑作為納米顆粒的穩(wěn)定劑C.采用聚合物（如天然聚合物和合成聚合物）對納米顆粒進行修飾D.使用非聚合物的有機分子，包括乙醇、有機羧酸（鏈烷硬酸、鏈烷膦酸、油酸和月桂酸）、硫酸、硅烷和一些小分子等答案：B3.在評價材料的血液相容性時，通常會采用多種試驗方法。以下哪一項不屬于這些試驗方法？A.溶血試驗：通過將試樣與血液直接接觸，測定紅細(xì)胞膜破裂后釋放的血紅蛋白量，以評估材料在體外的溶血程度B.凝血試驗：包括凝血時間及動態(tài)凝血時間，通過在玻璃試管內(nèi)壁涂布試驗材料并與血液接觸，判斷材料對全血凝固時間的影響C.復(fù)鈣試驗：測試材料阻止富含血小板的血漿中纖維蛋白原與鈣離子結(jié)合形成纖維蛋白的能力D.紅細(xì)胞沉降率試驗：通過測量紅細(xì)胞在一定時間內(nèi)下沉的距離，來評估血液的黏稠度和紅細(xì)胞表面的電荷情況答案：D4.對于納米材料，想要穿過血液循環(huán)系統(tǒng)進入特定細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的要求有很多。其中，最大的限制條件就是尺寸問題。直徑在（）以內(nèi)的材料才能通過血管壁，（）以內(nèi)的才能被細(xì)胞內(nèi)吞。A.50nm，100nmB.100nm，50nmC.50nm，50nmD.100nm，100nm答案：A5.納米材料的表征工具中，哪種顯微鏡可以提供原子級別的分辨率？A.掃描電子顯微鏡B.透射電子顯微鏡C.原子力顯微鏡D.掃描隧道顯微鏡答案：D6.納米材料的光學(xué)性能中，以下哪項不是其特性？A.寬頻帶強吸收B.藍移和紅移現(xiàn)象C.低發(fā)光效率D.納米分散系的光學(xué)特性答案：C7.納米材料的分類中，零維納米材料主要包括哪些？A.納米線和納米管B.納米顆粒和納米薄膜C.納米棒和納米纖維D.納米顆粒和人造原子答案：D8.納米材料的化學(xué)特性中，以下哪項不是其特點？A.高活性表面原子B.多缺陷表面C.低表面積效應(yīng)D.催化性能答案：C9.納米材料的生物學(xué)特性中，以下哪項不是其特點？A.靶向遞送能力B.生物相容性C.納米毒理學(xué)D.高熱導(dǎo)率答案：D10.納米材料的吸附特性中，物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)分依據(jù)是什么？A.吸附速率B.吸附能的大小C.是否形成化學(xué)鍵D.吸附的選擇性答案：C11.納米材料的磁學(xué)性能中，超順磁性通常出現(xiàn)在哪種尺寸的顆粒中？A.微米級B.毫米級C.納米級D.厘米級答案：C12.納米材料的生物學(xué)特性中，被動靶向能力通常依賴于（）A.納米材料的尺寸B.納米材料的形狀C.納米材料的顏色D.納米材料的化學(xué)成分答案：A13.納米材料的懸浮動力學(xué)特性中，沉降平衡通常在以下哪種條件下達到？A.高溫B.低壓C.靜止?fàn)顟B(tài)D.高速攪拌答案：C14.納米材料的吸附特性中，物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)分依據(jù)是什么？A.吸附速率B.吸附能的大小C.是否形成化學(xué)鍵D.吸附的選擇性答案：C15.當(dāng)半導(dǎo)體納米顆粒粒徑減小至納米級時，可以觀察到光吸收帶相對粗晶材料向長波方向移動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做（）。A.藍移B.紅移C.寬頻帶強吸收D.光吸收答案：B16.凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认聲兊檬秩彳?，且能夠在?yīng)變速率為（）mm/s時，產(chǎn)生自身長度（）倍以上的延伸率，則認(rèn)為該材料具有超塑性特征。A.100，3B.10，3C.100，6D.10，6答案：B17.下列哪個尺寸范圍通常被認(rèn)為是納米尺度？A.1-1000nmB.1-100nmC.0.1-10nmD.0.01-1nm答案：B18.下列哪個不是納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用？A.藥物輸送系統(tǒng)B.生物傳感器C.組織工程D.高性能計算機芯片答案：D19.在納米尺度下，材料的哪些基本物理性質(zhì)可能會顯著改變？A.密度和折射率B.電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率C.硬度和韌性D.所有上述選項答案：D20.在納米材料的表面改性中，哪種方法是提高生物相容性的重要措施？A.聚乙二醇（PEG）修飾B.硅烷偶聯(lián)劑修飾C.表面活性劑修飾D.所有上述選項答案：A二、簡答題1.簡述納米材料的定義及其在尺寸上的特點。答案：納米材料是指至少在一個維度上具有納米級別（1-100納米）尺寸的材料。這些材料可以是零維（如量子點）、一維（如納米線和納米管）、二維（如納米片）或三維（如納米顆粒和納米復(fù)合材料）結(jié)構(gòu)。納米材料的尺寸特點使得它們具有獨特的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)。2.簡述納米材料的量子尺寸效應(yīng)及其對材料光學(xué)性質(zhì)的影響。答案：量子尺寸效應(yīng)是指當(dāng)材料的尺寸減小到納米級別時，電子的能級由連續(xù)能帶變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象。這種效應(yīng)導(dǎo)致納米材料的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，如吸收和發(fā)射光譜的藍移或紅移，以及顏色的變化。例如，金屬納米顆粒的表面等離子共振可以導(dǎo)致強烈的吸收和散射，影響材料的顏色和透明度。3.簡述納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。答案：納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，主要包括以下方面：=1\*GB3①藥物遞送：納米粒子具有粒徑小、比表面積大等特性，可以提高藥物的溶解度和生物利用度，還可以增強藥物對病變部位的導(dǎo)向性和對組織的滲透性，控制藥物的釋放，進而提高療效并降低副作用。=2\*GB3②成像和診斷：納米粒子可以作為顯像劑，通過粒徑調(diào)整、顯影劑負(fù)載以及靶向配體設(shè)計，實現(xiàn)多模態(tài)和特異性成像，提高磁共振、聲學(xué)等成像的敏感度與分辨率。=3\*GB3③組織工程：納米材料通過其獨特的物理和化學(xué)特性，能顯著提升組織工程材料的性能，有效支持支撐細(xì)胞生長和組織再生，模擬生命體組織的自然特性，可以應(yīng)用骨修復(fù)、神經(jīng)修復(fù)、人工血管修復(fù)等。4.半導(dǎo)體納米顆粒的藍移兩個主要原因是什么？答案：①量子尺寸效應(yīng)：由于顆粒尺寸減小，能隙變寬，已被電子占據(jù)分子軌道能級與未被占據(jù)的分子軌道能級之間的寬度隨顆粒直徑減小而增大，這是產(chǎn)生藍移的根本原因。②表面效應(yīng)：由于納米顆粒粒徑小，大的表面張力使得晶格發(fā)生畸變，晶格常數(shù)變小。鍵長的縮短使得納米顆粒的鍵本征振動頻率增大，導(dǎo)致光吸收帶向短波方向移動。5.表征納米材料力學(xué)性能的常見指標(biāo)有哪些？答案：材料的力學(xué)性能是評估材料能否承受相對應(yīng)結(jié)構(gòu)受力要求的重要依據(jù)，而納米結(jié)構(gòu)會使得納米材料的力學(xué)性能與常規(guī)材料有明顯的差別，其中表征納米材料力學(xué)性能的常見指標(biāo)包括彈性模量、強度、硬度、塑性、韌性、超塑性等。6.為了提高納米材料的塑性和韌性，可以從哪幾個方面進行考慮和改進？答案：①嚴(yán)格控制制備過程中可能的雜質(zhì)元素，并盡量降低材料的孔隙率。②納米晶材料在快速拉伸速率的作用下，其真實斷裂應(yīng)力得以提高，并且真實斷裂應(yīng)變也明顯增大。③調(diào)控其表面狀態(tài)，如對材料表面進行拋光處理。三、名詞解釋1.熱導(dǎo)率答案：指材料傳導(dǎo)熱量的能力，其定義為單位截面、長度的材料在單位溫差和單位時間內(nèi)直接傳導(dǎo)的熱量。2.燒結(jié)溫度答案：指把納米粉末先高壓壓制成型，然后在低于熔點的溫度下使這些粉末互相結(jié)合成塊，使該壓制塊材料的密度接近對應(yīng)的塊體材料的最低加熱溫度。3.超順磁性答案：指顆粒小于臨界尺寸時具有單疇結(jié)構(gòu)的鐵磁物質(zhì)，在溫度低于居里溫度且高于轉(zhuǎn)變溫度時表現(xiàn)為順磁性特點，但在外磁場作用下其順磁性磁化率遠(yuǎn)高于一般順磁材料的磁化率。4.晶化溫度答案：恒速升溫的熱分析曲線上，晶化放熱峰的起始溫度或峰值溫度定義為晶化溫度。5.藍移現(xiàn)象答案：當(dāng)半導(dǎo)體納米顆粒尺寸與其波爾半徑相近時，隨著顆粒尺寸的減小，半導(dǎo)體顆粒的有效帶隙增加，其相應(yīng)的吸收光譜和熒光光譜向短波方向移動，即發(fā)生藍移。6.矯頑力答案：指磁性材料在飽和磁化后，當(dāng)外磁場退回到零時其磁感應(yīng)強度B并不退到零，只有在原磁化場相反方向加上一定大小的磁場才能使磁感應(yīng)強度退回到零，該磁場稱為矯頑磁場，又稱為矯頑力。7.介電性能答案：指材料在電場的作用下表現(xiàn)出來的對靜電能的儲存和損耗的性質(zhì)，是材料中的束縛電荷對外加電場的響應(yīng)特性，一般可以由介電常數(shù)、相對介電常數(shù)和損耗角正切等參數(shù)來表征。8.壓電效應(yīng)答案：指電介質(zhì)材料在機械壓力作用下兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，從而產(chǎn)生電壓的一種現(xiàn)象。9.熱電效應(yīng)答案：指物體在受熱時，載流子在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間隨著溫度梯度發(fā)生定向運動，從而產(chǎn)生電荷堆積或電流的一種現(xiàn)象。10.光電效應(yīng)答案：指在高于特定頻率的電磁波照射下，物質(zhì)內(nèi)部電子吸收光子能量后形成電流的現(xiàn)象。11.磁疇答案：指磁性材料內(nèi)部的一個個小區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。12.居里溫度答案：稱為居里點或磁性轉(zhuǎn)變點，是指磁性材料中自發(fā)磁化強度降到零時的溫度，是鐵磁性或亞鐵磁性物質(zhì)轉(zhuǎn)變成順磁性物質(zhì)的臨界點。13.飽和磁化強度答案：指磁性材料在外加磁場中被磁化時所能夠達到的最大磁化強度。14.超塑性答案：凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认聲兊檬秩彳洠夷軌蛟趹?yīng)變速率為10mm/s時，產(chǎn)生自身長度3倍以上的延伸率，則認(rèn)為該材料具有超塑性特征。15.布朗運動答案：指懸浮在氣體或液體介質(zhì)中的微粒在周圍環(huán)境中小分子的不斷撞擊作用下做永不停息的無規(guī)則運動的現(xiàn)象。第4章納米材料的制備與功能化一、單選題1.納米材料的制備方法中，溶膠-凝膠法屬于（）。A.物理方法B.化學(xué)方法C.機械方法D.生物方法答案：B2.下列納米材料制備技術(shù)或方法中，屬于液相制備方法的是（）。A.激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法B.電子束加熱法C.高能球磨法D.溶膠－凝膠法答案：D3.在納米材料制備的球磨過程中，為了防止材料因靜電作用吸附到管壁和研磨介質(zhì)上，通常需要添加（），并且其用量需要嚴(yán)格控制？A.研磨介質(zhì)B.分散劑C.腔體潤滑劑D.溫度調(diào)節(jié)劑答案：B4.下列哪個參數(shù)在納米材料制備過程中，如果設(shè)置不當(dāng)，可能會導(dǎo)致腔體內(nèi)溫度過高或研磨介質(zhì)無法有效對材料進行研磨和撞擊？A.研磨時間B.球料比C.轉(zhuǎn)速D.分散劑種類答案：C5.關(guān)于固相反應(yīng)，下列哪項描述是正確的？A.固相反應(yīng)僅指液體與固體之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)B.廣義上，凡是有固相參與的反應(yīng)都可稱之為固相反應(yīng)C.固相反應(yīng)的速度通常很快，因為反應(yīng)物之間可以直接接觸D.固相反應(yīng)通常不需要高溫條件答案：B6.在固相反應(yīng)中，哪一項通常是決定反應(yīng)速度和程度的關(guān)鍵因素？A.反應(yīng)物的初始濃度B.反應(yīng)溫度的高低C.擴散速率D.產(chǎn)物層的厚度答案：C7.關(guān)于真空蒸鍍法，下列哪項描述是正確的？A.真空蒸鍍法是在大氣壓條件下進行的B.真空蒸鍍法只能用于沉積金屬材料C.真空蒸鍍法是物理氣相沉積中使用最早的方法之一D.真空蒸鍍法形成的薄膜與基板結(jié)合強度非常高答案：C8.下列哪項是物理氣相沉積技術(shù)的主要方法之一？A.化學(xué)鍍B.真空蒸鍍C.電鍍D.熱噴涂答案：B9.下列哪項不是化學(xué)氣相沉積的優(yōu)點？A.制備的薄膜純度較高B.活化方式單一C.工藝簡單易行D.在微電子技術(shù)、保護膜層等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用答案：B10.化學(xué)氣相沉積技術(shù)不包含一下哪種反應(yīng)？A.合成反應(yīng)法B.氧化反應(yīng)C.熱分解反應(yīng)D.水解反應(yīng)答案：A11.下列納米材料制備技術(shù)或方法中，屬于氣相制備方法的是（）A.球磨法B.濺射鍍C.共沉淀法D.水熱法答案：B12.在共沉淀法中，納米顆粒的大小和形態(tài)主要取決于哪些因素？A.溶液的顏色和攪拌速度B.所選鹽的比例、溶液的pH值、反應(yīng)介質(zhì)溫度和所用堿的類型C.還原劑的種類和添加速度D.反應(yīng)容器的材質(zhì)和大小答案：B13.水熱法通常使用的溫度與相應(yīng)的水蒸氣壓是（）A.130-250℃；0.3-4MPaB.130-250℃；0.2-0.3MPaC.100-120℃；0.3-4MPaD.130-250℃；0.2-0.3MPa答案：A14.下列哪個選項屬于動態(tài)自組裝？A.分子晶體在平衡狀態(tài)下形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)B.大多數(shù)折疊的球狀蛋白質(zhì)在沒有能量耗散時保持的結(jié)構(gòu)C.振蕩化學(xué)反應(yīng)中，由于反應(yīng)和擴散之間的競爭而形成的模式D.一個不需要任何能量輸入就能形成的穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)答案：C15.關(guān)于軟模板法制備納米材料，以下哪個描述是不準(zhǔn)確的？A.軟模板法利用前體分子/添加劑形成的膠體系統(tǒng)作為模板B.在軟模板法中，消除模板的過程相對容易C.與硬模板法相比，軟模板法制備的材料通常具有更好的形態(tài)和單分散性D.最常見的軟模板包括具有親水頭和疏水鏈的表面活性劑答案：C16.在高溫高壓的水熱體系中，水的黏度變化如何影響晶體的生長速率？A.水的黏度隨溫度升高而增加，從而提高生長速率B.水的黏度隨溫度升高而降低，從而提高生長速率C.水的黏度不受溫度影響，生長速率不變D.水的黏度隨著溫度變化不規(guī)律，無法預(yù)測生長速率答案：B17.均勻沉淀法的主要特點不包括以下哪個方面？A.沉淀劑與被沉淀組分的反應(yīng)能夠立即進行B.容易控制均勻的粒度C.不需要昂貴的原材料和復(fù)雜的設(shè)備D.可在短時間內(nèi)低溫制備樣品，有助于大規(guī)模生產(chǎn)答案：A18.以下哪項是物理氣相沉積技術(shù)的主要優(yōu)點之一？A.只能在特定基底材料上沉積B.膜層的結(jié)合力較差C.只能制備納米厚度的膜層D.制備過程環(huán)保無污染答案:D19. 一維納米材料的制備方法不包括下列哪種？A.配體介導(dǎo)的各向異性生長法B.無基底各向異性生長法C.靜電紡絲法D.機械剝離法答案：D20.下列哪種材料不能通過水熱合成法制備得到？A.氧化錳納米線B.羥基磷灰石納米材料C.二維金屬氧化物薄膜D.碳納米纖維答案：C21.靜電紡絲設(shè)備中，高壓電源的正極通常與哪個部分相連接？A.推進泵B.注射器C.接收裝置D.紡絲箱體答案：B22. 下列哪種方法不屬于二維納米材料制備的自上而下的策略？A.液相剝離法B.插層輔助剝離法C.化學(xué)氣相沉積法D.球磨剝離法答案：C23.在化學(xué)催化方面，為了提高納米材料的催化效果，科學(xué)家們通常會對納米材料進行哪種處理？A.增加納米材料的尺寸B.對納米材料表面進行修飾和束縛C.降低納米材料的結(jié)晶度D.減少納米材料表面的缺陷答案：B24.在仿生材料領(lǐng)域，為什么納米材料的表面修飾變得極為必要？A.模擬天然材料的結(jié)構(gòu)和性能B.提高納米材料的導(dǎo)電性C.降低納米材料的成本D.增加納米材料的生物毒性答案：A25.納米材料的物理修飾法主要包括哪兩種方法？A.偶聯(lián)劑法和表面接枝改性法B.蒸餾法和結(jié)晶法C.離子交換法和萃取法D.吸附法和包覆法答案：D26.下列哪種方法是通過化學(xué)反應(yīng)將高分子鏈接到納米材料表面，從而改變其表面結(jié)構(gòu)與狀態(tài)？A.偶聯(lián)劑法B.表面接枝改性法C.酯化法D.物理吸附法答案：B二、簡答題1.根據(jù)制備狀態(tài)的不同，納米微粒的制備方法可分為哪三類？并對方法進行概述。答案：=1\*GB3①氣相法：直接利用氣體或者通過其他方式將物質(zhì)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。=2\*GB3②液相法：將均相溶液通過各種途徑使溶質(zhì)和溶劑分離，溶質(zhì)形成一定形狀和大小的顆粒，得到所需粉末的前驅(qū)體，熱解后得到納米微粒。=3\*GB3③固相法：通過從固相到固相的變化制造粉體，即通過粉碎過程，將大塊物質(zhì)極細(xì)地分割，或?qū)⒆钚挝唬ㄔ踊蚍肿樱┻M行組合。2.簡述高能球磨制備納米微粒的步驟及該方法優(yōu)缺點。答案：高能球磨制備納米微粒的步驟為：往球磨罐中加入材料→加入磨球→加入液體介質(zhì)→抽真空并充入惰性氣體→設(shè)置參數(shù)→開始球磨→取出樣品→分散納米顆?！^濾。3.化學(xué)氣相沉積法制備納米材料的基本原理是什么？答案：化學(xué)氣相沉積技術(shù)是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進行化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)沉積物的過程，其原理大致包含三步：①反應(yīng)氣體形成揮發(fā)性物質(zhì)；②把揮發(fā)性物質(zhì)轉(zhuǎn)移至沉積區(qū)域；③揮發(fā)性物質(zhì)在固體上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并生成固態(tài)物質(zhì)。4.沉淀法可分為哪幾類？簡述各類沉淀法的原理。答案：沉淀法可以分為三類，分別為：①共沉淀法：含多種兩種或兩種以上陽離子的溶液中加入沉淀劑后反應(yīng)生成沉淀的制備納米顆粒的方法。②均勻沉淀法：利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子從溶液中緩慢均勻地釋放，通過控制溶液中沉淀劑的濃度，保證溶液中的沉淀處于平衡狀態(tài)，從而均勻地析出。5.溶膠和凝膠體系的區(qū)別是什么？答案：溶膠是具有液體特征的膠體體系，分散的膠體粒子（1—100nm）是固體或大分子；凝膠則是一種具有固體特征的膠體體系，被分散的膠體粒子形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其空隙被液體或氣體填充；沉淀物由孤立粒子聚集體組成。6.利用溶膠-凝膠法合成納米材料的優(yōu)缺點有哪些？答案：優(yōu)點：①化學(xué)均勻性好，溶膠-凝膠過程中的溶膠是由溶液制得的，膠體粒子內(nèi)和膠體粒子間的化學(xué)成分完全統(tǒng)一，因此所得產(chǎn)物具有較好的化學(xué)均勻性性；②純度高，納米粉制備過程中無需機械混合，不易引入雜質(zhì)；③顆粒細(xì)，膠粒尺寸小于100nm；④反應(yīng)溫度較低，有利于材料成分及結(jié)構(gòu)的調(diào)控；⑤產(chǎn)物活性高；⑥當(dāng)用無機鹽作為合成原料時，其合成成本大大降低，并且工藝合成及設(shè)備簡單。缺點：需要昂貴的前驅(qū)體和添加劑，而且難以控制目標(biāo)粉體的結(jié)構(gòu)。三、名詞解釋1.球磨法答案：將顆粒放入球磨罐中，進行長時間球磨的制造納米材料的方法。2.熱分解法：指利用某些化合物在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)，制備出金屬、氧化物等納米粉末的一種方法。3.泰曼溫度：固相反應(yīng)的溫度與反應(yīng)物內(nèi)部晶格開始呈現(xiàn)明顯擴散作用的溫度一致，這個溫度常稱為泰曼溫度。4.物理氣相沉積：指在真空條件下，通過物理方法將材料源——固體或液體表面汽化成氣態(tài)原子、分子，或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積一層有特殊功能薄膜的技術(shù)。5.化學(xué)氣相沉積：利用各種能量使氣相化合物或單質(zhì)在基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法。6.超高真空化學(xué)氣相沉積：指在氣壓在10-6Pa以下的超高真空反應(yīng)器中進行的化學(xué)氣相沉積。7.激光化學(xué)氣相沉積：指利用激光束的光子能量激發(fā)和促進化學(xué)氣相反應(yīng)沉積薄膜的方法。8.真空蒸鍍：在真空室中，加熱蒸發(fā)器中的材料源，使其原子或分子從表面汽化逸出，形成蒸汽流，凝結(jié)到基體表面，從而形成固態(tài)薄膜的方法，也是物理氣相沉積中使用最早的方法。9.均勻沉淀法：利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子從溶液中緩慢均勻地釋放，通過控制溶液中沉淀劑的濃度，保證溶液中的沉淀處于平衡狀態(tài)，從而均勻地析出的方法。10.水熱法：在高壓釜的高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境中，采用水作為反應(yīng)介質(zhì)，在高壓環(huán)境下制備納米微粒的方法。第5章納米材料的測試表征一、單選題1.美國IBM公司的科學(xué)家們相繼發(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(shù)的英文縮寫為A.SEM和STMB.SPM和AFMC.SEM和SPMD.STM和AFM答案：D2.光譜分析在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用不包括哪一項？A.檢查半導(dǎo)體材料的純度B.發(fā)現(xiàn)新元素C.進行基因測序D.研究天體的化學(xué)組成答案：C3.納米材料的分析與表征對其發(fā)展具有何種重要性？A.確定材料的顏色B.揭示材料的物理、化學(xué)性質(zhì)C.關(guān)注材料的外觀D.不涉及多學(xué)科交叉答案：B4.以下哪種技術(shù)不屬于納米材料的結(jié)構(gòu)分析和鑒定方法？A.掃描電子顯微鏡B.原子力顯微鏡C.核磁共振D.透射電子顯微鏡答案：C5.誰發(fā)明了世界上第一臺光學(xué)顯微鏡，從而開啟了使用顯微鏡研究微觀世界的新紀(jì)元？A.愛因斯坦B.伽利略C.列文虎克D.牛頓答案：C6.納米顆粒的尺寸至少有一個維度在什么范圍內(nèi)？A.米級B.微米級C.納米級D.厘米級答案：C7.透射電子顯微鏡的研究基礎(chǔ)是誰的貢獻？A.愛因斯坦B.伽利略C.RuskaD.DeBroglie答案：C8.電子顯微鏡的分辨率相比普通光學(xué)顯微鏡有何顯著優(yōu)勢？A.電子顯微鏡分辨率更高，可以觀察納米級別的物質(zhì)B.光學(xué)顯微鏡分辨率更高，可以觀察更大物體C.兩者的分辨率相同D.光學(xué)顯微鏡沒有分辨率答案：A9.衍射襯度是由什么條件的滿足程度不同而形成的？A.電子能量的高低B.自然光的波長C.布拉格條件D.溶液的濃度答案：C10.在透射電子顯微鏡中，質(zhì)厚襯度主要是由于什么引起的？A.電子束能量的變化B.材料的質(zhì)量厚度差異C.樣品的晶體結(jié)構(gòu)D.入射角度的不同答案：B11.透射電子顯微鏡中，形成圖像襯度的主要原因是什么？A.電子束的波長B.電子束與樣品的相互作用C.磁透鏡的特性D.加速電壓的高低答案：B12.在透射電子顯微鏡樣品制備過程中，為了防止樣品從銅網(wǎng)孔中漏出，會在銅網(wǎng)上覆蓋一層什么材料？A.銅膜B.透明塑料膜C.支持膜D.玻璃膜答案：C13.高分辨透射電子顯微鏡的圖像可以獲取哪些信息？A.晶胞排列的信息和晶胞中原子的位置B.納米粒子的形狀C.納米粒子的化學(xué)成分D.以上都是答案：A14.掃描隧道顯微鏡的探針與樣品必須具備什么特性？A.具有高溫耐受性B.必須是導(dǎo)電的C.具有光學(xué)透明性D.具有強烈的磁性答案：B15.在掃描隧道顯微鏡中，恒流掃描模式的主要特點是什么？A.探針高度保持不變，直接測量電流變化B.隧道電流保持不變，探針高度隨樣品表面起伏而變化C.探針與樣品之間的距離保持恒定D.僅適用于非導(dǎo)電材料的觀察答案：B16.掃描隧道顯微鏡是通過什么原理獲得樣品表面的原子級分辨圖像的？A.通過激光照射樣品B.利用針尖與樣品間的隧道電流C.通過樣品的熱輻射D.通過光的干涉現(xiàn)象答案：B17.在原子力顯微鏡中，微懸臂的彈性常數(shù)被用來計算什么？A.樣品的溫度B.液體的密度C.原子間的作用力D.針尖的尺寸答案：C18.原子力顯微鏡主要利用什么原理來探測樣品表面特性？A.通過激光干涉B.通過測量原子間的相互作用力C.通過X射線衍射D.通過電流的變化答案：B19.在研究分子識別過程中，原子力顯微鏡可以充當(dāng)什么角色？A.溫度監(jiān)測器B.力傳感器C.光學(xué)顯微鏡D.化學(xué)反應(yīng)器答案：B20.原子力顯微鏡在觀察生化反應(yīng)過程中的一個主要挑戰(zhàn)是什么？A.樣品需要在真空環(huán)境下進行觀察B.樣品必須固定在基底上，但反應(yīng)過程是動態(tài)的C.樣品必須洗凈，以免影響觀察結(jié)果D.樣品的溫度需要控制在絕對零度答案：B21.X射線衍射技術(shù)的核心原理是什么？A.X射線通過物質(zhì)后直接可見B.X射線與物質(zhì)發(fā)生電離作用C.X射線在晶體內(nèi)的原子面之間發(fā)生散射并產(chǎn)生干涉D.X射線能夠被光學(xué)材料完全吸收答案：C22.X射線管的陰極通常采用哪種材料制造？A.鉛B.鎢C.金D.鎳答案：B23.X射線衍射技術(shù)可以分析以下哪種材料的相結(jié)構(gòu)？A.僅限于金屬材料B.僅限于非金屬材料C.金屬與非金屬材料D.僅限于有機材料答案：C24.在進行X射線衍射實驗時，哪一部分是用來發(fā)射電子并產(chǎn)生X射線的？A.陽極靶B.陰極C.X射線測角儀D.輻射探測器答案：B25.X射線衍射法最主要用于分析什么類型的材料？A.僅限于液體材料B.只適用于非晶態(tài)固體C.主要用于固態(tài)材料的分析D.僅適用于氣體樣品答案：C26.電子衍射是基于電子的哪種性質(zhì)進行的？A.電子的靜止性B.波粒二象性C.電子的電荷D.電子的質(zhì)量答案：B27.哪種散射是拉曼散射的主要特征？A.能量不交換的散射B.非彈性碰撞導(dǎo)致的波長變化C.強度極強的散射D.僅與激光波長相同的散射答案：B28.激光粒度儀的主要優(yōu)點不包括以下哪一項？A.測試速度快B.操作復(fù)雜C.測試范圍廣D.重復(fù)性和準(zhǔn)確性好答案：B29.Zeta電位的大小主要反映了什么特性？A.粒子的表面形狀B.粒子的尺寸C.膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定趨勢D.粒子的重力答案：C30.在Zeta電位的穩(wěn)定性判斷中，通常被認(rèn)為粒子處于穩(wěn)定狀態(tài)的Zeta電位范圍是：A.+10mV到-10mVB.+30mV或-30mVC.+30mV或小于-30mVD.大于0mV答案：C31. 原子吸收光譜分析的基本原理是基于：A.發(fā)射光譜的強度B.基態(tài)原子對特征譜線的吸收C.物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)D.物質(zhì)的物理狀態(tài)答案：B32. 在電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀中，樣品被轉(zhuǎn)化為帶電離子的過程主要發(fā)生在以下哪個步驟中？A.樣品霧化B.樣品蒸發(fā)與解離C.質(zhì)譜分析D.離子檢測答案：B33. 電感耦合等離子體質(zhì)譜主要用于測定以下哪類物質(zhì)的含量與同位素比值？A.非金屬元素B.有機化合物C.痕量及超痕量金屬元素D.水分含量答案：C34. XPS技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域不包括以下哪個領(lǐng)域？A.化學(xué)化工B.材料科學(xué)C.生物醫(yī)學(xué)D.電子材料答案：C二、簡答題1.原子力顯微鏡的應(yīng)用范圍有哪些？答案：原子力顯微鏡是一種非常強大的表面分析技術(shù)，能夠以非常高的分辨率觀察樣品表面的形貌和結(jié)構(gòu)，可以用于觀察生化反應(yīng)過程、研究分子識別、研究物質(zhì)超微結(jié)構(gòu)以及分析細(xì)胞生物學(xué)等。2.衍射儀有哪四部分組成，主要應(yīng)用于哪些方面？答案：衍射儀由X射線發(fā)生器、X射線測角儀、輻射探測器和輻射探測電路四部分組成，是以特征X射線照射多晶體樣品，并以輻射探測器記錄衍射信息的衍射實驗裝置，主要應(yīng)用于晶粒度的測定、顆粒度的測定、微區(qū)納米物相分析和物相鑒定等。3.X射線光電子能譜作為一種現(xiàn)代化分析方法，具有什么特點？答案：=1\*GB3①可以分析除H和He以外的所有元素，對所有元素的靈敏度具有相同的數(shù)量級。=2\*GB3②相鄰元素的同種能級的譜線相隔較遠(yuǎn)，相互干擾較少，元素定性的標(biāo)識性強。=3\*GB3③能夠觀測化學(xué)位移?；瘜W(xué)位移信息是X射線光電子能譜進行結(jié)構(gòu)分析和化學(xué)鍵研究的基礎(chǔ)。=4\*GB3④可做定量分析，既可測定元素的相對濃度，又可測定相同元素、不同氧化態(tài)的相對濃度。4.簡述原位力學(xué)性能測試在微納材料研究中的重要性及其主要方法。答案：原位力學(xué)性能測試能夠準(zhǔn)確表征微納材料在外力作用下的變形情況，幫助研究人員分析材料的力學(xué)性能與尺寸效應(yīng)的基本機制，在微納材料研究中具有重要意義。其主要方法包括納米壓痕法、三點彎曲法、原位彎曲法、拉伸法、諧振法等。5.簡述納米材料的分析和表征對其發(fā)展及應(yīng)用的重要性。答案：納米材料的分析和表征對于理解其多樣化結(jié)構(gòu)、評估特殊性能及優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)至關(guān)重要。這些分析方法是科學(xué)鑒別納米材料的根本途徑，能夠幫助研究人員識別納米材料的毒性與安全性，確保其在各個應(yīng)用領(lǐng)域的健康持續(xù)發(fā)展。隨著納米材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，對其分析技術(shù)的要求也在不斷提高，需改進和發(fā)展新分析方法，以提高靈敏度、準(zhǔn)確度和可靠性。綜合多種分析方法能夠全面評價納米材料的結(jié)構(gòu)、成分和性能，從而推動基礎(chǔ)研究的發(fā)展，促進納米材料在催化、光學(xué)、醫(yī)用等領(lǐng)域的深層應(yīng)用。三、名詞解釋1.質(zhì)譜儀答案：是一種將物質(zhì)粒子（原子、分子）電離成離子，通過適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定或變化的電磁場將它們按空間位置、時間先后等方式實現(xiàn)荷質(zhì)比分離，并檢測其強度來做定性、定量分析的分析儀器。2.拉曼光譜答案：是一種無損的分析技術(shù)，它是基于光和材料內(nèi)化學(xué)鍵的相互作用而產(chǎn)生的，可以提供樣品化學(xué)結(jié)構(gòu)、相和形態(tài)、結(jié)晶度以及分子相互作用的詳細(xì)信息。3.動態(tài)光散射答案：是一種用于測量微小顆粒（如納米顆粒）尺寸的技術(shù)，基于布朗運動原理，通過激光照射粒子，分析散射光的強度波動，進而與粒徑相關(guān)。4.光譜分析答案：每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，這種方法稱為光譜分析。光譜分析時，可以利用發(fā)射光譜，也可以利用吸收光譜。5.原子吸收光譜答案：是一種基于待測基態(tài)原子對特征譜線的吸收而建立的分析方法。該方法利用物質(zhì)內(nèi)的原子吸收特定波長的光，而其吸收程度與元素的含量成正比。6.質(zhì)譜儀答案：是一種將物質(zhì)粒子（原子、分子）電離成離子，通過適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定或變化的電磁場將它們按空間位置、時間先后等方式實現(xiàn)荷質(zhì)比分離，并檢測其強度來做定性、定量分析的分析儀器。7.電感耦合等離子體質(zhì)譜儀答案：是一種測定超痕量元素和同位素比值的儀器，由樣品引入系統(tǒng)、等離子體離子源系統(tǒng)、離子聚焦和傳輸系統(tǒng)、質(zhì)量分析器系統(tǒng)和離子檢測系統(tǒng)組成。8.納米壓痕法答案：也稱深度敏感壓痕技術(shù)，可以表征材料在小尺度下抵抗變形的能力，準(zhǔn)確獲得不同部位的力學(xué)性能參數(shù)，是一種對真實納米材料在原位測定力學(xué)性能的試驗方法。9.表征與測試技術(shù)答案：指用于科學(xué)鑒別材料、了解其多樣化結(jié)構(gòu)、評估其特殊性能及優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)的技術(shù)手段。這些技術(shù)不僅包括對納米材料的結(jié)構(gòu)、成分和性能分析的方法，如透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、拉曼光譜等，還涉及對納米材料毒性與安全性的評估。10.體相元素成分分析答案：指對體相元素組成及其雜質(zhì)成分的分析，包括原子吸收、原子發(fā)射ICP、質(zhì)譜以及X射線熒光與X射線衍射分析方法。11.原位力學(xué)性能測試答案：是一種實時觀察和測量材料力學(xué)行為的技術(shù)，通常結(jié)合高分辨率顯微鏡（如原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡等）進行。該技術(shù)能夠在材料受外力作用時，直接監(jiān)測其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的變化，從而提供對材料變形、斷裂及其他力學(xué)現(xiàn)象的實時數(shù)據(jù)。第6章納米材料的典型應(yīng)用一、單選題1.以下哪個不屬于貴金屬納米材料？A.金（Au）B.銀（Ag）C.銠（Rh）D.銅（Cu）答案：D2.與鉑基納米催化劑相比，哪個不是鈀基納米催化劑的特點？A.較低的成本B.較高的利用率C.較好的抗CO中毒能力D.催化效率最高答案：D3.（）是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能較好的一種新型納米材料，被譽為新材料之王。A.石墨烯B.鈣鈦礦材料C.氮化硼D.碳納米管答案：A4.相對于單金屬氧化物，多組分過渡金屬氧化物的優(yōu)勢包括以下哪個方面？A.氧化還原反應(yīng)更單一B.電化學(xué)活性更低C.電導(dǎo)率更強D.成本更高答案：C5.以下哪個材料為室溫附近熱電材料？A.Bi2Te3基化合物B.PbSC.MNiSnD.SnTe答案：A6.光電材料可以根據(jù)組成分為哪三種類型？A.硅光電材料、有機光電材料、金屬光電材料B.無機光電材料、有機光電材料、復(fù)合光電材料C.復(fù)合光電材料、納米光電材料、聚合物光電材料D.傳統(tǒng)光電材料、改性光電材料、高效光電材料答案：B7.下列關(guān)于環(huán)境領(lǐng)域納米材料的說法正確的是？A.其三維中的所有尺寸都必須在納米范圍內(nèi)B.至少有一維的尺寸處于1至100納米范圍C.所有組成單位都大于100納米D.它們只能由金屬材料組成答案：B8.介孔材料（如分子篩、介孔Al2O3）是指孔徑為()的多孔材料，具有比表面積大、孔道有序、孔徑分布范圍窄等特點。A.1nm到2nmB.2nm到50nmC.50nm到100nmD.100nm到1μm答案：B9.納米材料在熱學(xué)性能測試中面臨的挑戰(zhàn)包括：A.樣品的加熱和溫度測量B.樣品的制備和處理C.位移和壓力的分辨率D.所有上述選項答案：D10.熱電材料的熱電優(yōu)值是由哪些參數(shù)決定的？A.電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率B.熱導(dǎo)率和熱容率C.電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)D.電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和霍爾系數(shù)答案：C11.納米材料在吸附去除水中重金屬離子中的主要機理不包括以下哪項？A.靜電作用B.化學(xué)絡(luò)合作用C.陽離子π作用D.重力作用答案：D12.納米電催化材料在污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用前景主要取決于什么？A.材料的導(dǎo)電性B.材料的耐腐蝕性C.材料的電催化活性和可控選擇性D.材料的成本答案：C13.納米開關(guān)的基本原理不包括以下哪項？A.光響應(yīng)型B.pH值響應(yīng)型C.溫度響應(yīng)型D.壓力響應(yīng)型答案：D14光電材料可分為無機光電材料、有機光電材料和復(fù)合光電材料，下列屬于無機光電材料的是（）A.卟啉類B.噬菌調(diào)理素C.TiO?D.聚苯胺答案：C15.室溫附近熱電材料Bi?Te?基化合物的主要研究方向之一是納米化，其目的是（）A.提高電導(dǎo)率B.增加載流子濃度C.降低熱導(dǎo)率D.提高材料的熔點答案：C16.熱電材料又稱為溫差電材料，其能量轉(zhuǎn)換效率主要由材料的性能優(yōu)值zT決定，優(yōu)良的熱電材料需要具有（）A.高的塞貝克系數(shù)以產(chǎn)生大的電勢差，高的電導(dǎo)率σ以減少焦耳熱損失，同時還需要低的熱導(dǎo)率κ以防止熱量散失B.低的塞貝克系數(shù)，高的電導(dǎo)率和高的熱導(dǎo)率C.高的塞貝克系數(shù)，低的電導(dǎo)率和低的熱導(dǎo)率D.低的塞貝克系數(shù)以減少電勢差，低的電導(dǎo)率以增加焦耳熱損失，高的熱導(dǎo)率以促進熱量散失答案：A17.過渡金屬氧化物納米材料在超級電容器中作為電極材料，相比碳材料和導(dǎo)電聚合物，其優(yōu)勢不包括（）A.更豐富的氧化還原反應(yīng)B.較高的電化學(xué)活性C.更低的成本和優(yōu)異的電導(dǎo)率D.能量密度更高答案：D18.磁力顯微鏡是一種掃描探頭顯微鏡，它的探頭是一個微小的鐵磁性針尖，其原理是基于（）A.量子隧道效應(yīng)B.原子力C.磁相互作用，探測磁性材料表面的雜散磁場的磁作用力D.靜電力答案：C19.納米壓痕法可以表征材料在小尺度下抵抗變形的能力，其最常見的用途是測量材料的（）A.硬度和彈性模量B.抗拉強度和屈服強度C.蠕變參數(shù)和殘余應(yīng)力D.疲勞強度和斷裂韌性答案：A20.當(dāng)一束能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙（E?）的光照射在半導(dǎo)體光電材料上時，電子受激發(fā)由價帶躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶上留下空穴，電子與空穴有效分離便實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化，對于P型半導(dǎo)體，光生（）移向表面A.電子B.空穴C.電子和空穴同時D.視情況而定答案：A二、簡答題1.納米材料在污染物吸附去除中有哪些應(yīng)用？并舉例說明納米材料吸附有機污染物的作用力。答案：納米米材料在污染物吸附去除中的應(yīng)用包括吸附去除水中有機污染物、重金屬離子以及無機陰離子等。納米材料吸附有機污染物的作用力包括：①疏水作用：是碳納米材料吸附有機污染物，特別是疏水性有機污染物的主要作用力。②π-π相互作用：在帶有苯環(huán)的納米材料表面吸附含有C=C鍵的有機污染物分子中起到重要的作用。③氫鍵：當(dāng)有機污染物或納米材料表面具有-OH、-NH?、-COOH等官能團時，氫鍵便成為一種重要的吸附作用力。④共價鍵：有機污染物和納米材料表面如果均帶有-OH、-NH?、-COOH等官能團，它們之間就能形成共價鍵。⑤靜電作用：若有機污染物和納米材料表面帶相反的電荷，則兩者之間便會產(chǎn)生靜電吸引力；反之則產(chǎn)生靜電斥力。2.簡述光電轉(zhuǎn)化的基本原理，并說明p型和n型半導(dǎo)體在光電轉(zhuǎn)化過程中的電子和空穴的移動方向。答案：光電轉(zhuǎn)化的基本原理：光作用下的電化學(xué)過程即分子、離子及固體物因吸收光使電子處于激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生的電荷傳遞過程。當(dāng)一束能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙的光照射在半導(dǎo)體光電材料上時，電子受激發(fā)由價帶躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶上留下空穴，電子與空穴有效分離便實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化。對于p型半導(dǎo)體，光生電子移向表面，光生空穴移向體相；對于n型半導(dǎo)體，光生空穴移向表面，光生電子移向體相。3.納米材料原位力學(xué)性能測試主要分為哪幾類？并簡要介紹。答案：納米材料原位力學(xué)性能測試主要分為以下幾類：①納米壓痕法：也稱深度敏感壓痕技術(shù)，可以表征材料在小尺度下抵抗變形的能力，準(zhǔn)確獲得不同部位的力學(xué)性能參數(shù)，最常見用途是測量材料的硬度和彈性模量等。②三點彎曲法：符合材料及其制品在實際工況下的受載情況，通過對試件施加彎曲載荷，分析材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)來評估力學(xué)性能。③原位彎曲法：用于檢測微納米梁力學(xué)性能，因微納米梁尺寸小表現(xiàn)出特殊力學(xué)性能且易損傷，所以該測試對于器件的設(shè)計和優(yōu)化具有重要意義。④拉伸法：利用拉伸測試裝置對試樣施加沿軸線方向的拉伸載荷，在拉伸載荷作用下使試樣發(fā)生變形直至破壞的整個測試過程，該方法可以得到直觀全面信息，但設(shè)備復(fù)雜、測試成本高。=5\*GB3⑤諧振法：將被測對象視為歐拉梁，由諧振特征計算彈性模量，本質(zhì)是彎曲法的動態(tài)加載試驗，是最早用于一維納米材料力學(xué)性能測試的方法。4.過渡金屬氧化物納米材料在電化學(xué)領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？答案：①超級電容器：作為電極材料，兼具碳材料和導(dǎo)電聚合物的優(yōu)點，具有更豐富的氧化還原反應(yīng)、較高的電化學(xué)活性、較低的成本和優(yōu)異的電導(dǎo)率等優(yōu)勢。②鋰離子電池：被認(rèn)為是改善電化學(xué)性能最有希望的電極材料，因為其質(zhì)量比容量能達到500-2000mA?h/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)石墨的理論容量。③傳感器：作為非酶電極，得益于其優(yōu)異的內(nèi)在催化性能、低成本和環(huán)境友好性，在氣體傳感器和生物傳感器方面得到了廣泛的應(yīng)用。④電化學(xué)析氫催化劑：由于過渡金屬豐度高且易于獲取，對電催化劑的發(fā)展做出了重要貢獻，部分可作為貴金屬基材料的替代品，并為設(shè)計用于堿性的經(jīng)濟高效的電催化劑提供了新策略。5.簡述燃料電池的工作原理以及貴金屬納米材料在燃料電池中的作用。答案：燃料電池工作原理：主要包含涂覆了電催化劑的陰極和陽極、陰陽極之間的電解質(zhì)隔膜和集流板四個部件。工作時，燃料在陽極被催化氧化，產(chǎn)生的電子通過外回路到達陰極，氧化劑則在陰極催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，接收電子，從而向外電路輸出電流，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。貴金屬納米材料在燃料電池中的作用：對于燃料電池的陽極和陰極都具有較高的催化作用。相對于塊體材料，具有較大的比表面積、豐富的活性位點，其催化活性有很大的增強，貴金屬的利用率也得到了提高。三、名詞解釋1.正壓電效應(yīng)答案：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。2.納米馬達答案：一種基于納米材料的納米器件，可有效地將外界的能量轉(zhuǎn)化為自身的機械能，從而具備主動運動的獨特優(yōu)勢。3.環(huán)境領(lǐng)域的納米材料答案：指三維中至少有一維的尺寸處于1~100nm范圍的材料，或者以它們?yōu)榛締卧獦?gòu)成的材料，這些材料具有環(huán)境領(lǐng)域所需的光電催化、吸附、萃取分離等特殊性能。4.澤貝克效應(yīng)答案：當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時，溫度會驅(qū)動載流子從高溫端移動至低溫端，產(chǎn)生電勢差，用導(dǎo)線與負(fù)載相連即可對負(fù)載供電，此發(fā)電效應(yīng)稱為澤貝克效應(yīng)。5.佩爾捷效應(yīng)答案：若給材熱電料通電，載流子在移動的同時會攜帶熱能，從而不斷將材料一端的熱量吸收并傳輸?shù)搅硪欢酸尫?，產(chǎn)生冷卻的效果，此制冷效應(yīng)稱為佩爾捷效應(yīng)。第7章納米器件和系統(tǒng)一、單選題1.光刻工藝中，將掩模圖形復(fù)制到目標(biāo)薄膜層上的步驟被稱為什么？A.曝光工藝B.化學(xué)顯影C.圖形轉(zhuǎn)移D.離子束光刻答案：C2.紫外光刻工藝基本流程為（）A.襯底預(yù)處理、堅膜、涂膠、前烘、對準(zhǔn)和曝光、后烘、顯影、圖形轉(zhuǎn)移、去膠B.襯底預(yù)處理、涂膠、前烘、對準(zhǔn)和曝光、后烘、顯影、堅膜、圖形轉(zhuǎn)移、去膠C.襯底預(yù)處理、涂膠、前烘、對準(zhǔn)和曝光、顯影、后烘、堅膜、圖形轉(zhuǎn)移、去膠D.襯底預(yù)處理、堅膜、涂膠、前烘、對準(zhǔn)和曝光、顯影、后烘、圖形轉(zhuǎn)移、去膠答案：B3.以下哪個選項最準(zhǔn)確地描述了光刻膠在曝光工藝中的關(guān)鍵組成部分及其作用？A.光刻膠主要由成膜樹脂和溶劑組成，感光劑在曝光后使光刻膠的極性發(fā)生改變B.光刻膠的關(guān)鍵組成部分包括成膜樹脂、溶劑、感光劑和添加劑C.光刻膠主要由添加劑和溶劑構(gòu)成，感光劑在曝光過程中僅影響光刻膠的顏色D.光刻膠的曝光區(qū)域在曝光后都會變得難溶解答案：B4.以下哪種曝光方式是通過將掩模版和涂有光刻膠的襯底直接接觸來進行曝光的？A.接近式曝光B.激光直寫曝光C.接觸式曝光D.投影式曝光答案：C5.在紫外光刻剝離工藝中，為了形成光刻膠圖案的底切結(jié)構(gòu)，以下哪種做法更為有效？A.使用負(fù)膠并適當(dāng)控制顯影條件B.使用正膠并增加光刻膠的厚度C.單純增加光刻膠的厚度而不考慮膠的種類D.延長曝光時間以獲得更深的圖案答案：A6.X射線光刻與紫外光刻的主要區(qū)別是什么？A.X射線光刻使用同步輻射X射線光源，而紫外光刻使用特定波長的光源B.X射線光刻的分辨率低于紫外光刻C.X射線光刻的曝光步驟更復(fù)雜D.X射線光刻的光刻膠旋涂方式不同答案：A7.納米機電系統(tǒng)器件的主要特性不包括以下哪一項？A.極高的基礎(chǔ)共振頻率B.極大的有效質(zhì)量C.理想的勁度系數(shù)D.高品質(zhì)因數(shù)答案：B8.在NEMS研究中，追求超高品質(zhì)因數(shù)可能會導(dǎo)致的問題不包括以下哪一項？A.提高器件的靈敏度B.產(chǎn)生波動，降低譜純度C.影響器件最低功率水平D.限制器件在某些重要應(yīng)用中的性能答案：A9.生物芯片技術(shù)相較于傳統(tǒng)的生化分析儀器，不具有以下哪一項優(yōu)點？A.微型化B.分析速度快C.便于攜帶D.成本高答案：D10.在生物芯片的材料選擇中，以下哪一項不是首要考慮的因素？A.材料與生物分子的化學(xué)和生物相容性B.材料的光學(xué)特性和電絕緣性C.材料的顏色和形狀D.材料在使用過程中的物理和化學(xué)穩(wěn)定性答案：C11.以下哪種材料因其易碎、不透光、電絕緣性差等特性，在微流控芯片中的應(yīng)用受到限制？A.硅片B.玻璃C.聚二甲基硅氧烷D.高分子聚合物答案：A12.水凝膠作為生物芯片材料，其哪一特性使其成為理想的細(xì)胞體外培養(yǎng)和組織工程材料？A.高彈性模量B.透氣性C.三維高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且極為親水D.電絕緣性答案：C13.在納米制造技術(shù)中，為了克服高精度光刻加工（如電子束或離子束光刻）速度較慢的問題，哪種非傳統(tǒng)技術(shù)被廣泛研究和應(yīng)用，特別適用于處理廣泛的彈性材料？A.傳統(tǒng)光刻技術(shù)B.離子注入技術(shù)C.3D打印技術(shù)D.軟刻蝕技術(shù)答案：D14.微流控芯片液滴技術(shù)的核心功能是什么？A.生成宏觀樣品B.利用流動剪切力或表面張力的改變，分割、分離或驅(qū)動微液滴C.僅僅提供超低含量反應(yīng)的平臺D.控制微流控芯片的制造成本答案：B二、簡答題1.為紫外光刻工藝中，為什么要對襯底表面進行預(yù)處理？答案：光刻前，為了除去表面污染物，一般會用去離子水和溶劑清洗襯底，并且增加烘烤步驟以除去襯底表面的水蒸氣。由于絕大多數(shù)光刻膠是疏水的，而襯底表面（硅片自身氧化層、玻璃、石英等）因羥基的存在是親水的，所以通常需要對襯底表面進行疏水化處理來增強襯底與光刻膠的黏附性。2.光刻工藝中如何對光刻膠進行評價？答案：評價光刻工藝中的光刻膠的參數(shù)主要：靈敏度、分辨率、對比度和抗刻蝕性。=1\*GB3①靈敏度：指能達到顯影所需的最小曝光劑量，其中劑量是單位面積的光能量。光刻膠的靈敏度越高，曝光過程越快，所需曝光時間越短，靈敏度越高，其能實現(xiàn)的分辨率越高。=2\*GB3②分辨率率：指可以獲得的最小特征尺，對于周期性圖案化，一款光刻膠能實現(xiàn)的分辨率與其厚度相關(guān)，光刻膠厚度越厚，其可獲得的分辨率往往越低，但是過薄的光刻膠厚度對后續(xù)的圖形轉(zhuǎn)換不利，因此需要根據(jù)分辨率的需求綜合考慮光刻膠的厚度。=3\*GB3③對比度：描述了光刻膠顯影深度與劑量的依賴程度，對分辨率也有影響。=4\*GB3④抗刻蝕性：濕法或干法刻蝕過程中光刻膠保持完整的性能，抗刻蝕性決定了能夠獲得特定材料圖案的厚度。3.用于制作生物芯片的材料有哪些？各自具有什么優(yōu)勢答案：=1\*GB3①硅片：具有良好的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性。=2\*GB3②玻璃：具有優(yōu)良的光學(xué)特性，它的表面吸附和表面反應(yīng)能力都利于對其進行進一步改性。=3\*GB3③高分子聚合物材料：具有良好的生物相容性，且成型加工靈活多樣，適用于生命科學(xué)領(lǐng)域如細(xì)胞培養(yǎng)及化學(xué)反應(yīng)分析。=4\*GB3④水凝膠：是一類極為親水的三維高分子網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境的模擬，是理想的細(xì)胞體外培養(yǎng)和組織工程材料三、名詞解釋1.堅膜答案：顯影之后可以對光刻膠圖案進行烘烤，稱為堅膜，是光刻膠顯影后可選作的烘烤工藝步驟，其目的是通過堅膜使光刻膠結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。2.濕法刻蝕答案：主要利用化學(xué)試劑（酸、堿等）與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進行刻蝕，如用含有氫氟酸的溶液刻蝕二氧化硅薄膜，用磷酸刻蝕鋁薄膜等。3.干法刻蝕答案：利用氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體通過光刻膠暴露出的部分與目標(biāo)層進行物理作用和化學(xué)反應(yīng)，從而刻蝕掉暴露的表面材料，以此形成最終的特征圖形。4.光刻膠答案：通過紫外光、電子束、X射線等的照射或輻射，其性質(zhì)發(fā)生變化導(dǎo)致溶解度變化的耐蝕刻薄膜材料。5.接觸式曝光答案：將制好的掩模版和涂有光刻膠的襯底直接接觸，通過抽真空調(diào)節(jié)接觸壓力，平行光通過掩模的透明區(qū)域照射到光刻膠上，是傳統(tǒng)的曝光方式。6.投影式曝光答案：用光學(xué)投影的方法將掩模版圖形的影像（以等倍方式或縮小的方式）投影在襯底表面，這時掩模版作為光學(xué)成像系統(tǒng)的物方，襯底上的光刻膠為像方。7.電子束光刻答案：利用聚焦電子束對電子束光刻膠進行曝光并通過顯影實現(xiàn)圖案化的過程。8.生物芯片答案：通過微納加工和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸以及其他生物組分快速、準(zhǔn)確、高通量的檢測分析技術(shù)。9.DNA微陣列（基因芯片）答案：在固體表面（玻璃片或尼龍膜）上固定成千上萬DNA克隆片段，人工合成寡核苷酸片段，用熒光或其他標(biāo)記的mRNA、cDNA或基因組DNA探針進行雜交，從而同時快速檢測多個基因表達狀況或發(fā)現(xiàn)新基因，快速檢測DNA序列突變，繪制單核苷酸多態(tài)性遺傳連鎖圖，以進行DNA列分析等的一種新技術(shù)。10.即時檢驗答案：直接在被檢者身邊提供快捷有效的生化指標(biāo)，現(xiàn)場指導(dǎo)用藥，使檢測、診斷、治療成為一個連續(xù)過程，對于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療具有突破性的意義。第8章納米材料的環(huán)境和社會影響一、單選題1.納米材料在應(yīng)用過程中，不可避免地在其整個生命周期過程中被泄漏到環(huán)境中并對環(huán)境造成一定的影響，其中影響納米材料生物毒性的物理化學(xué)性質(zhì)不包括（）A.輻射毒性B.顆粒大小C.表面積D.結(jié)合狀態(tài)答案：A2.金屬納米材料在農(nóng)業(yè)中主要用于（）A.提高作物產(chǎn)量B.增加土壤酸度C.減少水分蒸發(fā)D.改善土壤結(jié)構(gòu)答案：A3.納米TiO2可以抑制土壤（）的活性A.脲酶B.過氧化氫酶C.蔗糖酶D.酸性磷酸酶答案：D4.活性氧對細(xì)胞的影響主要是（）A.促進細(xì)胞分裂B.造成細(xì)胞損傷C.增強細(xì)胞代謝D.改善細(xì)胞功能答案：B5.納米銀對土壤微生物的影響是（）A.增加微生物種類B.減少微生物數(shù)量C.提高微生物活性D.無影響答案：B6.納米材料對DNA的損傷主要通過（）A.直接接觸B.產(chǎn)生活性氧C.改變土壤pHD.增加水分答案：B7.納米塑料對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在（）A.增加土壤肥力B.造成大氣、水體和土壤污染C.提高植物生長D.改善空氣質(zhì)量答案：B8.金屬納米材料對水生生物的影響主要是通過（）A.改善水質(zhì)B.產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)C.增加水中氧氣含量D.提高水溫答案：B9.納米銀對水生生物的影響主要是（）A.促進生長B.造成細(xì)胞損傷C.改善水質(zhì)D.增加繁殖率答案：B10.納米材料ZnO對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響是（）A.促進水生植物的生長B.造成水生生物的毒性反應(yīng)C.改善水體的營養(yǎng)狀況D.增加水中微生物的多樣性答案：B11.量子點對水生生物的毒性主要與以下哪項有關(guān)A.其光學(xué)特性B.