【HUST】网安纳米｜2023年研究生纳米技术考试参考

目录

1 纳米材料是什么

2 纳米材料的结构特性

3 纳米结构的其他特性

4 纳米结构的检测技术

5 纳米材料的应用

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打印建议：PPT彩印（这样重点比较突出），每面12张PPT，简单做一下关键词目录，亲测可以看清。如果不彩印，那可能张数少点比较好。

题型：25道多选或单选题（不区分是多选还是单选）+4道大题。

笔者最终成绩：期末考试只有88菜鸡低分飘过，这证明了本篇经验不具有严格意义上的价值和可参考性。有道大题看错题了在写的时候有点乱写的成分，估计扣不少。所以本篇经验或许最重要的是题型和血泪教训（指好好看题  另外这卷子压根不难）。

原本是想考试之前发的，但是总感觉这个考试偏文科性质怕自己乱发误导了别人。

1 纳米材料是什么

重点是区分一下这些概念是什么东西，不过考试的时候亲测不如直接看每一份PPT的第一页标题。

• 纳米是一个长度计量单位，1纳米=10^-9^米。
• 纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下（1-100nm)的微小结构。
• 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(10^-9^～10^-7^m)或由它们作为基本单元构成的材料
• 在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的技术。
• 纳米科学：在纳米尺度上研究材料的制备及其性质、现象的科学。
• 纳米科学技术（简称纳米科技）：制造和研究纳米尺度(10^-9^～10^-7^m)的器件和材料的科学技术。

NOTICE!
纳米结构和纳米材料的区分：

1. 尺寸范围：

• 纳米结构：指的是尺寸在100纳米以下（1-100纳米）的微小结构，这些结构可以是纳米颗粒、纳米线、纳米片等。它们并不一定是完整的材料，而是微小的构造单元。
• 纳米材料：指的是在三维空间中至少有一维尺寸处于纳米尺度范围（10^-9^~10^-7^米）的材料。这些材料可以是纳米颗粒、纳米薄膜、纳米管等，它们是具有特定化学和物理性质的完整材料。

1. 构成：

• 纳米结构：通常是构成更大尺寸材料的一部分或是微小的组织单元，它们可以分散在宏观材料中。
• 纳米材料：是完整的材料，其至少在一维方向上具有纳米级的尺寸。这些材料可以单独存在，也可以被用于构建更大尺寸的系统。

1. 性质：

• 纳米结构：通常具有与宏观结构不同的性质，这些性质可以是由于尺寸效应、表面效应或量子效应等导致的。
• 纳米材料：由于其整体尺寸在纳米级别，因此具有特定的纳米级性质，这些性质可能与宏观材料不同，例如，纳米材料的电子、光学、磁性等性质可能会显著不同于其大尺寸对应物。

总的来说，纳米结构通常指微小尺寸的结构单元，而纳米材料是完整的材料，其至少在一维方向上具有纳米级的尺寸。这两者都在纳米科技和纳米材料领域中具有重要意义，因为它们的性质和应用有时可以在纳米尺度上进行调控和利用。

NOTICE! 选择题（没考这题，但是考了哪种设备能够进行原子级别的分析，实际上还是翻PPT就可以找到答案）
以下哪些对纳米技术来说是里程碑式的发明：
扫描隧道显微镜（左）和原子力显微镜（右）

纳米棒、纳米丝
准一维实心的纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度比上述两维方向上的尺度大得多,甚至为宏观量的新型纳米材料。纵横比(长度与直径的比率)小的叫纳米棒，纵横比大的称作纳米丝

• 纳米棒:纵横比(长度与直径的比率)小，截面为圆形。一般小于20。
• 纳米线：纵横比大，截面为圆形。
• 纳米带其截面为长方形。
• 半导体和金属纳米线通常称为量子线。
• 同轴纳米电缆:芯部为半导体或导体的纳米线，外包异质纳米壳体(半导体或导体)，外部的壳体和芯部线是同轴的。

2 纳米材料的结构特性

以下内容为老师补充说明的内容，考试时请直接翻阅PPT的这部分内容抄原理。

原理考了道大题10分。

• 量子尺寸效应：
  • 粒子尺寸越小，离散能级（又对应激子能级、激发态的能级）越大。
  • 现象：出现蓝移现象，即光谱往紫外线波长（短波长）方向移动。
  • 实际应用：可以用来控制光谱的颜色。
• 小尺寸效应：
  • 纳米粒子尺寸和德布罗意波长等物理特征量相当或更小时，周期性的边界条件会被破坏，其声光电磁热等性质会出现新的特性。
  • 现象：纯金属对太阳光谱全吸收，变黑色；金的熔点变低；部分材料出现超导现象。
  • 实际应用：掺入少量超细银粉可以使材料熔点降低，冶金烧结温度可以调低，从而降低对容器的要求。
• 表面效应
• 宏观量子隧道效应（是未来微电子器件研究的基础）：磁性颗粒小于临界尺寸，会呈现顺磁性。当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。

3 纳米结构的其他特性

以下这些都考了。

超疏水：与水的接触角>150度。又称为自清洁效应，能够用于保持表面的清洁、防止病原体的入侵，可用于防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导，还可用于水表面减阻。常常用来制造衣服。

NOTICE! 选择题
自然界有哪些生物具有疏水性能？
荷叶、水稻、芋头之类的植物以及鸟类的羽毛。

自然界自然存在的纳米结构和其性能：

• 蝴蝶翅膀的颜色
• 水黾的腿
• 蚊子、蛾眼效应的结构趋光性
• 壁虎飞檐走壁的高黏附效应
• 人类的骨骼

NOTICE！大题

我记的是老师讲的，但是看PPT，和老师讲的有出入，还是需要直接看PPT。
纳米结构的制备技术是什么？

1. 光刻技术（微纳结构）
2. 自组装技术（稳定性比光刻技术低）
3. 模板技术
4. 相分离技术
5. 电纺技术（聚合物制备纳米纤维）

NOTICE！大题

还考了纳米材料的物理制备技术。

4 纳米结构的检测技术

电子衍射花样完全没考，扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的差别也没有考。

明场相片黑白分明，暗区不明显。
中心暗场相片黑白不分明，暗区细节很丰富。

电子衍射花样：

1. 单晶体：斑点。中间实心圆，周围有斑点。
2. 非晶体：弥散的衍射环。一个大斑点，周围的空心圆不明显。中间要遮住大部分才会稍微有一点光晕。
3. 多晶体：衍射环（光晕）。中间实心大圆，周围同心空心圆。但是要中间遮住部分，旁边的空心圆才能显示出来，否则会被中间的大圆的光芒掩盖。
   纳米带辐射损伤。

扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)

NOTICE！大题
（一）量子隧道效应【扫描隧道显微镜(STM)的原理】
在经典力学中，当势垒的高度比粒子的能量大时，粒子是无法穿过势垒的。
量子力学中，粒子穿过势垒出现在势垒另一侧的几率并不为0，这种现象称为隧道效应。
隧道效应是微观粒子（如电子、质子和中子）波动性的一种表现。
（二）原子之间的范德华力【原子力显微镜(AFM)的原理】

NOTICE！选择题
目前分辨率最高的仪器是谁？扫描隧道显微镜（STM）

以下内容考了一部分，不过和我记的内容差别挺大，直接看PPT。

X射线和谢乐尔公式
X射线：可使相片感光，可透过物体，直线传播不反射折射，普通光棚不衍射。用 Cu 靶产生特征射线。可用于鉴别晶体。完整的晶体的
Zr铬掺入TiO2晶体会导致晶格膨胀，低角度偏移。
BET法：能够用来测定比表面积，可用于测颗粒（纳米材料）的比表面积、孔容、孔径分布以及氮气吸附脱附曲线。 对于研究颗粒的性质有重要作用。氮有吸附性，可以用做吸附质。
X射线电子能谱
拉曼光谱 vs 红外光谱
能用水作为溶剂
可以用玻璃瓶盛装样品

5 纳米材料的应用

比如纳米的毒性，环境污染方式等。