2025年纳米材料与技术试卷及答案 .docxVIP

2025年纳米材料与技术试卷及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.以下关于纳米材料基本特性的描述中，错误的是（）

A.当颗粒尺寸小于某一临界值时，纳米颗粒的比表面积随粒径减小呈指数增长

B.量子尺寸效应会导致纳米材料的能带结构发生分裂，禁带宽度增加

C.表面效应主要源于纳米颗粒表面原子比例降低，表面能减小

D.宏观量子隧道效应是纳米粒子磁学性能异常的重要原因

2.采用化学气相沉积（CVD）法制备碳纳米管时，关键工艺参数不包括（）

A.反应温度

B.载气流量

C.基底材料

D.溶液pH值

3.表征纳米材料晶体结构的最常用技术是（）

A.扫描电子显微镜（SEM）

B.X射线衍射（XRD）

C.原子力显微镜（AFM）

D.紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）

4.纳米二氧化钛（TiO?）作为光催化剂时，其光响应范围扩展至可见光区的主要原因是（）

A.表面羟基数量增加

B.量子尺寸效应导致禁带宽度减小

C.晶粒尺寸增大，比表面积降低

D.表面等离子体共振（SPR）效应

5.以下纳米材料中，属于零维纳米材料的是（）

A.石墨烯

B.碳纳米管

C.金纳米颗粒

D.二硫化钼纳米片

6.制备纳米颗粒时，采用表面活性剂（如十二烷基硫酸钠）的主要作用是（）

A.提高反应温度

B.抑制颗粒团聚，控制粒径

C.增加溶液导电性

D.调节溶液pH值

7.纳米材料的“小尺寸效应”主要影响其（）

A.表面原子配位状态

B.光学带隙宽度

C.宏观力学性能（如强度、韧性）

D.电子隧穿能力

8.采用透射电子显微镜（TEM）观察纳米材料时，样品需要满足的关键条件是（）

A.具有磁性

B.厚度小于100纳米

C.表面粗糙

D.导电性良好

9.以下关于纳米复合材料的描述中，正确的是（）

A.纳米复合材料的性能仅取决于增强相的本征特性

B.界面结合强度对复合材料性能无显著影响

C.纳米级增强相可更有效地阻碍位错运动，提高材料强度

D.纳米复合材料中增强相含量越高，综合性能越好

10.纳米生物传感器中，常用金纳米颗粒作为信号标记物的主要原因是（）

A.金的毒性低，生物相容性好

B.金纳米颗粒具有独特的表面等离子体共振吸收

C.金的化学性质活泼，易与生物分子反应

D.金的密度大，便于分离

二、填空题（每空1分，共20分）

1.纳米材料的临界尺寸通常定义为______，当颗粒尺寸小于该值时，其物理化学性质会发生显著变化。

2.溶胶-凝胶法制备纳米氧化物的关键步骤包括______、______和______。

3.表征纳米材料表面成分的常用技术有______（写出两种）。

4.量子尺寸效应导致纳米半导体的禁带宽度______（填“增大”或“减小”），从而使其吸收光谱向______（填“蓝”或“红”）移。

5.碳纳米管按结构可分为______和______，其中______具有金属导电性。

6.纳米颗粒的比表面积计算公式为______（设颗粒为球形，密度为ρ，粒径为d）。

7.纳米材料在能源领域的典型应用包括______、______和______（写出三种）。

8.原子力显微镜（AFM）通过检测______与样品表面的______来成像，可用于表征纳米材料的______（填“表面形貌”或“晶体结构”）。

三、简答题（每题8分，共40分）

1.简述表面效应与小尺寸效应的区别，并各举一例说明其对纳米材料性能的影响。

2.比较水热法与溶剂热法制备纳米材料的异同点，说明各自的适用场景。

3.解释为什么纳米金属颗粒的熔点通常低于其块体材料，并推导熔点降低的近似公式（设表面能为γ，摩尔体积为V，块体熔点为T?，纳米颗粒粒径为d）。

4.列举三种表征纳米材料粒径分布的方法，并说明其原理及适用范围。

5.分析纳米材料在生物医药领域的应用优势，举例说明至少两种具体应用。

四、计算题（每题10分，共20分）

1.已知金的密度为19.3g/cm3，金纳米颗粒的平均粒径为10nm（假设为球形）。计算该纳米颗粒的比表面积（单位：m2/g）。（π取3.14，结果保留两位小数）

2.某纳米半导体材料的禁带宽度为2.8eV（块体材料禁带宽度为3.0eV），假设其光学吸收边对应禁带宽度，计算该纳米材料的吸收边波长（单位：nm）。（普朗克常数h=6.626×10?3?J