交大材料科学

《交大材料科学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、交通大学材料科学与工程专业工程硕士考试试题科目：《纳米材料》1、什么叫纳米材料？怎样对纳米材料进行分类？（10分）答：任何至少有一维小于100nm或由小于lOOnm的基木单元组成的材料称作纳米材料。纳米材料通常按照维度进行分类：即原子团簇、纳米微粒为0维纳米材料，纳米线为1维纳米材料，纳米薄膜为2维纳米材料，纳米块体为3维纳米材料。2、纳米材料有那些基本效应？试举例说明。（10分）答：纳米材料有两个基木效应，即尺寸效应和表面（或界面）效应。例如:当a-Fe的矫顽力随着粒径的减少而增加，但当粒径小于临界尺寸时它们将由铁磁体变成顺磁休，而

2、且其矫顽力变为零。又如：纳米晶体材料中含有大量的晶界，因而晶界上的原子占有相当高的比例，对于尺寸为的晶粒，大约有50%的原子处于晶粒最表面的一层平面和第二层平面；对于晶粒尺寸为10纳米、晶界宽为loOnm,大约有25%的原子位于晶界；对于50nm的晶粒，却只有5%的原子位于晶界。3、总结纳米材料的合成与制备方法。（10分）答：纳米材料的合成与制备主要有：（1）气相合成法，包括物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积（CVD）以及脉冲激光沉积法（PLD）,在一些情况下可采用其他能源来加强CVD,如用等离子体增强CVD称作PE-CVDo（2

3、）液相合成法，包括沉淀法、微乳液法、溶液一凝胶法、电解法、水解法、溶剂蒸发等。（3）固相合成法，包括机械合金化、固相反应，大塑性变形、非晶晶化以及表而纳米化等。（4）自组装、模块合成法。4、纳米材料的晶界有那些不同于粗晶界的特点？（10分）答：（1）在纳米材料的晶界上有大量未被原子战据的空间和过剩体积；（2）纳米晶有低的配位数和密度；（3）有大的原子均方间距；（4）存在三叉晶界，随着晶粒的细化，晶界的体积分数增加，而三叉晶界的体积分数增加更快，当晶粒小于2nm吋，三叉晶界的体积分数超过界而的体积分数，晶界处的原子扩散更快，运动性更好，

4、将对性能产生很大影响。5、纳米材料的相界有哪些不同于粗晶相界的特点？其对纳米材料的性能有何影响？（10分）6、总结纳米材料的力学性能特点。（15分）答：（1）纳米材料（＜5~10nm）的弹性模量较常规晶粒的弹性模量低。纳米晶的弹性模量受晶粒大小的影响，晶粒越细，所受的影响越大，其E值下降越多。（2）纳米材料的硬度或强度比大晶粒（大于1微米）材料的硬度或强度耍高。一般为同成分粗晶材料硬度的2~7倍，其屈服强度和断裂强度均高于相同成分的粗晶金属。（3）在拉应力下，与同成份的粗晶金属相比，纳米晶金属的塑、韧性大幅度下降；在压应力状态下，纳米

5、晶金属表现出很产高的塑性和韧性。7、什么是单电子效应？单电子效应有哪些特点？怎样才能在实验中观察到单电子现象？（15分）答：在低维纳米固体结构中，通过改变电压的方式来操纵电子一个一个地依次发生运动的现象，称Z为单电子效应。单电子效应是设计和制造各种固体纳米电子器件或单电子器件的基础。由于完整的固体纳米电了器件被势垒包围的库仑岛和发射级、集电级组成，其特点是能够高频高速工作，具有低工作电压和低功耗。实验中观察单电子效应现象，首先要保证隧道结的静电势远大于环境温度引起的涨落能（e2/2C）kBT）,因此，室温下观察单屯子隧穿要求库仑岛的尺

6、寸小至几个纳米的数量级；其次，隧道结的电阻R必须远大于电阻量了Rk二h/J=25.8KQ。因此，必须满足eR/u》1/eu,B

7、JR》h/e2才能保证电子一个一个地隧穿。8、什么是巨磁阻效应？简述产生巨磁阻效应的原理。（10分）答：由于纳米晶材料中大量的晶界，且晶界的体积分数随晶粒尺寸的减小而大幅度上升，纳米材料的电导且有尺寸效应，金属块体的电导随着晶粒度的减小而减小，出现负的电阻温度系数，产生巨磁阻效应。在纳米晶临界尺寸附近，金属费米而附近导电电子的能级发生了变化，电子能级由准连续变化为离散，出现能级间隙，量子效应导致电阻急剧上升，

8、从而产&巨磁阻效应。9、展望纳米材料和纳米技术的发展。（10分）答：纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性，敏感特性和催化以及光活性，为新材料的以展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术横跨多个学科，涉及面十分广泛，在未来的二三十年中，下列各个领域将因纳米技术的发展而得益：(1)制造业纳米技术正在从根本上改变材料和器件的制造与生产方式。将来可以从原子和分子开始制造所需的材料和产品，这种从小到大的制造方式，不仅需要的材料较少，而且造成的污染程度也较低。利用这种方式，人类将开发出许多自然界中没有的新材料。(2)电了学和计算机如果

9、记录媒体采用纳米薄层和纳米点的形式,一千张CD盘屮的信息就可能存贮到一个手表大小的存储器屮，计算机的运算速度也将人幅度提高。(3)纳米医疗纳米技术可以将药物直接送到病灶细胞，这不仅为药物传导丿I：辟了一个新的途径，也极大