1、納米科學(xué)與微納制造復(fù)習(xí)材料1、納米材料有哪些危害性？ 答：納米技術(shù)對(duì)生物的危害性：1）在常態(tài)下對(duì)動(dòng)植物體友好的金，在納米態(tài)下則有劇毒；2）小于100nm的物質(zhì)進(jìn)入動(dòng)物體后，會(huì)在大腦和中樞神經(jīng)富集，從而影響動(dòng)物的正常生存；3）納米微?？梢源┻^人體皮膚，直接破壞人體的組織與血液循環(huán)。 2、什么是納米材料、納米結(jié)構(gòu)？ 答：納米材料：納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料簡(jiǎn)稱為納米材料，是指組成相或晶粒結(jié)構(gòu)的尺寸介于1 nm100nm圍之間，納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。納米材料有兩層含義：其一，至少在某一維方向，尺度小于 100nm，如納米顆粒、納米線和納米薄膜，或構(gòu)成整體材料的結(jié)構(gòu)單元的尺

2、度小于 100nm，如納米晶合金中的晶粒;其二，尺度效應(yīng)：即當(dāng)尺度減小到納米圍，材料某種性質(zhì)發(fā)生神奇的突變，具有不同于常規(guī)材料的、優(yōu)異的特性量子尺寸效應(yīng)。 納米結(jié)構(gòu)：以納米尺度的物質(zhì)為單元按一定規(guī)律組成的一種體系。3、什么是納米科技？ 答：納米科技是研究在1-100nm，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化的科學(xué)；同時(shí)在這一尺度圍對(duì)原子、分子進(jìn)行操縱和加工的技術(shù)。4、什么是納米技術(shù)的科學(xué)意義？ 答：納米尺度下的物質(zhì)世界與其特性，是人類較為陌生的領(lǐng)域，也是一片新的研究疆土在宏觀和微觀的理論充分完善之后，再介觀尺度上有許多新現(xiàn)象、新規(guī)律有待發(fā)現(xiàn)，這也是新技術(shù)發(fā)展的源頭；納米科技是多學(xué)科交叉融合性質(zhì)

3、的集中體現(xiàn)，我們已不能將納米科技?xì)w為任何一門傳統(tǒng)的學(xué)科領(lǐng)域而現(xiàn)代科技的發(fā)展幾乎都是在交叉和邊緣領(lǐng)域取得創(chuàng)新性的突破的，在這一尺度下，充滿了原始創(chuàng)新的機(jī)會(huì)因此，對(duì)于還比較陌生的納米世界待解釋的科學(xué)問題，科學(xué)家有著極大的好奇心和探索欲望。5、納米材料有哪 4種維度？舉例說明 答：零維：團(tuán)簇、量子點(diǎn)、納米粒子一維：納米線、量子線、納米管、納米棒二維：納米帶、二維電子器件、超薄膜、多層膜、晶體格三維：納米塊體6、名詞解釋：STM、AFM、SEM、TEM 答：STM (scanning tunneling microscope) 掃描隧道顯微鏡AFM(Atomic Force Microscope)原子

4、力顯微鏡 SEM(scanning electron microscope)掃描電子顯微鏡TEM(Transmission Electron Microscope)透射電子顯微鏡 XRF(X Ray Fluorescence)X射線熒光光譜分析 7、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的工作原理 掃描隧道顯微鏡：在樣品與探針之間加上小的探測(cè)電壓，調(diào)節(jié)樣品與探針間距，控制系統(tǒng)使針尖靠近樣品表面，當(dāng)針尖原子與樣品表面原子距離10Å 時(shí)，由于隧道效應(yīng)，探針和樣品表面之間產(chǎn)生電子隧穿，在樣品的表面針尖之間有一納安級(jí)電流通過，電流強(qiáng)度對(duì)探針和樣品表面間的距離非常敏感，距離變化 1Å，電流就變

5、化一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。移動(dòng)探針或樣品，使探針在樣品上掃描。 原子力顯微鏡：將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的彈性微懸臂一端固定另一端的針尖與樣品表面輕輕接觸，當(dāng)針尖尖端原子與樣品表面間存在極微弱的作用力(108106 N)時(shí)，微懸臂會(huì)發(fā)生微小的彈性形變，針尖和樣品之間的作用力與距離有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系（遵循胡克定律）8、納米科技的分類 納米科技從研究容上可以分為三個(gè)方面： 納米材料,是指材料的幾何尺寸達(dá)到納米級(jí)尺度,并且具有特殊性能的材料。是納米科技發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。 納米器件，就是指從納米尺度上，設(shè)計(jì)和制造功能器件。納米器件的研制和應(yīng)用水平是進(jìn)入納米時(shí)代的重要標(biāo)志。 納米尺

6、度的檢測(cè)和表征。9、請(qǐng)敘述什么是小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米粒子的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或與磁場(chǎng)穿透深度相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近的原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱力學(xué)等特性出現(xiàn)異常的現(xiàn)象。 表面效應(yīng)：納米超微粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺寸的減小而大幅度地增加，納米粒子的表面原子所處的位場(chǎng)環(huán)境與結(jié)合能與部原子有所不同存在許多懸空鍵，配位嚴(yán)重不足，具有不飽和性質(zhì)，粒子的表面能與表面力也隨著增加，從而引起納米粒子性能的變化。因而極易與其它原子結(jié)合而趨于穩(wěn)定。

7、0;量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)粒子的尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級(jí)。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，會(huì)出現(xiàn)納米材料的量子效應(yīng)，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性能變化的效應(yīng)。 宏觀量子隧道效應(yīng)：當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢(shì)壘高度時(shí)，該粒子仍能穿越這一勢(shì)壘。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也有隧道效應(yīng)，它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。 10、與常規(guī)材料相比，納米微粒的熔點(diǎn)、燒結(jié)溫度和比熱發(fā)生什么變化，并分別解釋原因 熔點(diǎn)和開始燒結(jié)溫度比常規(guī)粉體的低得多，比熱容增加。 

8、熔點(diǎn)下降的原因：由于顆粒小，納米微粒的表面能高、表面原子數(shù)多，這些表面原子近鄰配位不全，活性大(為原子運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力)，納米粒子熔化時(shí)所需增加的能小，這就使得納米微粒熔點(diǎn)急劇下降。 燒結(jié)溫度降低原因：納米微粒尺寸小，表面能高，壓制成塊材后的界面具有高能量，在燒結(jié)過程中高的界面能成為原子運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，有利于界面附近的原子擴(kuò)散，有利于界面中的孔洞收縮，空位團(tuán)的埋沒因此，在較低的溫度下燒結(jié)就能達(dá)到致密化的目的，即燒結(jié)溫度降低 比熱容增加：納米結(jié)構(gòu)材料的界面結(jié)構(gòu)原子雜亂分布，晶界體積百分?jǐn)?shù)大（比常規(guī)塊體），因而納米材料熵對(duì)比熱的貢獻(xiàn)比常規(guī)材料高很多需要更多的能量來給表面原子的振動(dòng)或組

9、態(tài)混亂提供背景，使溫度上升趨勢(shì)減慢。 11、激子的定義是什么？ 答：在光躍遷過程中，被激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子和在價(jià)帶中的空穴由于庫侖相互作用，將形成一個(gè)束縛態(tài)，稱為激子。通?？煞譃槿f尼爾（Wannier）激子和弗倫克爾（Frenkel）激子，前者電子和空穴分布在較大的空間圍，庫侖束縛較弱，電子“感受”到的是平均晶格勢(shì)與空穴的庫侖靜電勢(shì)，這種激子主要是半導(dǎo)體中；后者電子和空穴束縛在體元胞圍，庫侖作用較強(qiáng)，這種激子主要是在絕緣體中。12、試解釋磁性納米顆粒尺寸小到一定臨界值時(shí)出現(xiàn)超順磁性的原因超順磁狀態(tài)的起源可歸為以下原因： A 當(dāng)顆粒尺寸小于單疇臨界尺寸，隨尺寸減小，磁各向異性能

10、(磁疇方向)減小到與熱運(yùn)動(dòng)能可相比擬，在熱擾動(dòng)作用下，磁化方向就不再固定在一個(gè)易磁化方向，易磁化方向作無規(guī)律的變化，結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)； B 不同種類的納米磁性微粒顯現(xiàn)超順磁性的臨界尺寸是不一樣的； 13、試述納米材料的光致發(fā)光不同于常規(guī)材料的原因 1）由于顆粒很小，出現(xiàn)量子限域效應(yīng)，界面結(jié)構(gòu)的無序性使激子、特別是表面激子很容易形成，因此容易產(chǎn)生激子發(fā)光帶； 2）界面體積大，存在大量的缺陷，從而使能隙中產(chǎn)生許多附加能級(jí)； 3）平移周期被破壞,在K空間常規(guī)材料中電子躍遷的選擇定則可能不適用晶體場(chǎng)不對(duì)稱4）雜質(zhì)能級(jí)雜質(zhì)發(fā)光帶處于較低能量位置，發(fā)

11、光帶比較寬 14、什么是“自上而下”和“自下而上”？“自上而下”：是指通過微加工或固態(tài)技術(shù),不斷在尺寸上將人類創(chuàng)造的功能產(chǎn)品微型化。  “自下而上”：是指以原子分子為基本單元,根據(jù)人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝,從而構(gòu)筑成具有特定功能的產(chǎn)品，這種技術(shù)路線將減少對(duì)原材料的需求,降低環(huán)境污染。 15、氣相法制備納米微粒的分類？ 氣相法制備納米微粒包括： 化學(xué)氣相反應(yīng)法：氣相分解法，氣相合成法，氣固反應(yīng)法 物理氣相法：氣體冷凝法，氫電弧等離子體法，濺射法，真空沉積法，加熱蒸發(fā)法，混合等離子體法。 16、液相法制備納米微粒的分類？ 液相法制備納米微粒分為：沉淀法，水熱

12、法，溶膠凝膠法，冷凍干燥法，噴霧法 17、試述氣體冷凝法制備納米微粒的基本原理 定義:此種制備方法是在低壓的氬、氦等惰性氣體中加熱金屬，使其蒸發(fā)后形成超微粒(11000nm)或納米微粒。 原理：整個(gè)過程是在超高真空室進(jìn)行,通過分子渦輪使其達(dá)到 0.1KPa 上的真空度，然后充入低壓(約 2KPa)的凈惰性氣體(He 或 Ar，純度為99.9996)，欲蒸的物質(zhì)(例如，金屬，CaF 2，NaCl，F(xiàn)eF 等離子化合物、過渡族金屬氮化物與易升華的氧化物等)置于坩堝，通過鎢電阻加熱器或石墨加熱器等加熱裝置逐漸加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生原物質(zhì)煙霧，由于惰性氣體的對(duì)流，煙霧向上移動(dòng)，并接近充液氦的冷卻棒(

13、冷阱，77K)在蒸發(fā)過程中，原物質(zhì)發(fā)出的原子與惰性氣體原子碰撞而迅速損失能量而冷卻，在原物質(zhì)的蒸氣中造成很高的局域過飽和，導(dǎo)致均勻的成核過程，在接近冷卻棒的過程中，原物質(zhì)的蒸氣首先形成原子簇，然后形成單個(gè)納米微粒在接近冷卻棒表面的區(qū)域，單個(gè)納米微粒聚合長(zhǎng)大，最后在冷卻棒表面上積累起來用聚四氟乙烯刮刀刻下并收集起來獲得納米粉。18、溶膠凝膠法制備納米微粒的基本原理 將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解,然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、煅燒除去有機(jī)成分，最后得到無機(jī)材料。 19、名詞解釋CVD、PVD、PLD、MBE、PECVD 答：CVD（Chemical Vapor Deposition）化學(xué)氣相沉積

14、法PVD（Physical Vapor Deposition）物理氣相沉積法PLD（Pulsed Laser Deposition）脈沖激光沉積法 MBE（Molecular Beam Epitaxy）分子束外延PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition）等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法20. 納米科技的定義：在1100nm尺度圍，研究物質(zhì)（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以與利用這些特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)與技術(shù)。21. 如何識(shí)別真假納米技術(shù)識(shí)別真假納米技術(shù)主要有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：（1）材料的顯微結(jié)構(gòu)尺寸是否小于100nm；（2）材料和器件是否具有

15、不同于常規(guī)材料的、新穎的和重大改進(jìn)的物理、化學(xué)或生物學(xué)特性和功能。22. 原子力顯微鏡在納米加工時(shí)有哪幾種工作模式？接觸模式：微懸臂探針緊壓樣品表面，檢測(cè)時(shí)與樣品保持接觸，作用力（斥力）通過微懸臂的變形進(jìn)行測(cè)量。該模式下，針尖與樣品表面相接觸，分辨率高，但成像時(shí)針尖對(duì)樣品的作用力較大，適合表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的樣品。輕敲模式：用處于共振狀態(tài)、上下振蕩的微懸臂探針對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描，樣品表面起伏使微懸臂探針的振幅產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而得到樣品的表面形貌。該模式下，掃描成像時(shí)針尖對(duì)樣品進(jìn)行“敲擊”，兩者間只有瞬間接觸，能有效克服接觸模式下因針尖的作用力，尤其是橫向力引起的樣品損傷，適合于柔軟或吸附樣品的檢測(cè)。

16、非接觸模式。23. 掃描隧道顯微鏡STM曝光加工的特點(diǎn)1）要求抗蝕劑層必須很薄，一般不超過50nm2）STM探針與曝光面之間沒有任何電子透鏡系統(tǒng)；傳統(tǒng)電子束曝光系統(tǒng)有透鏡聚焦系統(tǒng)3）STM曝光是低能電子曝光，比傳統(tǒng)電子束曝光劑量大24. 光學(xué)曝光的作用把設(shè)計(jì)制作的掩模版上的圖形轉(zhuǎn)換成基片上的器件結(jié)構(gòu)25.光學(xué)曝光可分為 掩膜對(duì)準(zhǔn)式曝光 與 投影式曝光。其中前者分為接觸式曝光和臨近式曝光，后者分為1:1投影和縮小投影。接觸式曝光和臨近式曝光與投影式曝光是三種基本光學(xué)曝光方式。26. 接觸式曝光的致命缺點(diǎn)：掩模的損傷，包括接觸摩擦對(duì)掩模上鉻層的破壞，也可能使部分光刻膠由于接觸粘附到掩模版上.27.

17、 光學(xué)曝光加工的工序有10步：（1）基片表面處理。通常清洗后的基片需要在烘箱（150-200）干燥15分鐘到半小時(shí)。為了保證光刻膠在后續(xù)的刻蝕工藝中不會(huì)脫落，有時(shí)還要在涂膠之前涂一層化學(xué)增附劑.（2）涂膠。將干燥后的基片置于勻膠臺(tái)上，通過高速旋轉(zhuǎn)將膠均勻地“甩”到整個(gè)基片表面。（3）前烘。前烘的目的是為了去除膠膜中殘存的溶劑,使膠膜干燥，以增強(qiáng)膠膜與基片的粘附性和膠膜的耐磨性。常用工藝條件為烘箱中（80）干燥10-15分鐘或熱板上（溫度100 ）烘烤1分鐘。（4）曝光。涂有光刻膠的基片可以放進(jìn)光刻機(jī)中進(jìn)行曝光。如果不是第一次曝光則需要首先找到基片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，與掩模上的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)一定波長(zhǎng)的光

18、線（一般利用紫外光）通過掩模上的透光區(qū)照射到光刻膠上，被輻照的光刻膠就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的光化學(xué)反應(yīng)。(5) 后烘。光線照射到光刻膠與基片界面上會(huì)產(chǎn)生部分反射，反射光會(huì)使掩模不透光區(qū)下邊的光刻膠進(jìn)行曝光；反射光與入射光疊加會(huì)形成駐波,駐波會(huì)造成光刻膠邊緣曝光結(jié)果出現(xiàn)螺紋狀.（6）顯影。將顯影液全面地噴在光刻膠上，或?qū)⑵毓夂蟮臉悠陲@影液中幾十秒鐘，則正型光刻膠的曝光部分(或負(fù)型膠的未曝光部分)被溶解，從而形成了圖形.(7)清除殘膠。顯影后通常會(huì)在基片表面殘留一層非常薄(約幾納米)的膠層,不利于下一步的圖形轉(zhuǎn)移.主要用氧氣等離子刻蝕半分鐘。(8)堅(jiān)膜。堅(jiān)膜又叫硬烘烤.一般將顯影后的基片通過加溫烘烤使經(jīng)

19、顯影時(shí)軟化、膨脹的膠膜堅(jiān)固。(9)圖形轉(zhuǎn)移。通過濕法腐蝕或干法刻蝕的方法把經(jīng)曝光、顯影后光刻膠微圖形中下層材料的裸露部分去掉，即在下層材料上重現(xiàn)與光刻膠一樣的圖形。（10）去膠。圖形轉(zhuǎn)移后,光刻膠已完成使命,需要清除掉。28. 光刻膠一般分為兩種：正型（Positive）光刻膠：所產(chǎn)生的圖案將會(huì)與掩模版上的圖案一樣負(fù)型（Negative）光刻膠：所產(chǎn)生的圖案與掩模版上的相反29. 納米壓印模板材料選擇需注意哪些問題？選擇模板材料的關(guān)鍵在于它們的機(jī)械特性。包括硬度，熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱性。通常要求模板材料硬度和拉伸強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)小，抗腐蝕性好，確保模版耐磨，變形小，從而保證其壓印精度和使用壽命。

20、30. 熱壓印法的工藝過程分三步: 壓模制備、壓印過程、圖形轉(zhuǎn)移31. 熱壓印的基本原理：利用電子束刻印技術(shù)或其他先進(jìn)技術(shù)，把堅(jiān)硬的壓模毛坯加工成一個(gè)壓模: 然后在用來繪制納米圖案的基片上旋涂一層聚合物薄膜，將其放人壓印機(jī)加熱并且把壓模壓在基片上的聚合物薄膜上，再把溫度降低到聚合物凝固點(diǎn)附近并且把壓模與聚合物層相分離，就在基片上做出了凸起的聚合物圖案(還要稍作腐蝕除去凹處殘留的聚合物)32. 紫外壓印的工藝流程：1. 首先都必須準(zhǔn)備一個(gè)具有納米圖案的模版，而UV-NIL的模版材料必須使用可以讓紫外線穿透的石英；2. 并且在硅基板涂布一層低粘度、對(duì)UV感光的液態(tài)高分子光刻膠；3. 在模版和基板對(duì)準(zhǔn)充成后，將模版壓入光刻膠層并且照射紫外光使光刻膠發(fā)生聚合反應(yīng)硬化成形；4. 然后脫模、進(jìn)行刻蝕基板上殘留的光刻膠便完成整個(gè)UV-NIL33. 自組裝納米加工一般具有如下4個(gè)特征：由個(gè)體集合形成整體組織或系統(tǒng)的過程是自發(fā)的、自動(dòng)的。自發(fā)意味著一旦條件滿足,個(gè)體組裝成整體的過程自然起始；自動(dòng)意味著在組裝過程中不需要人為干涉進(jìn)程。因此，自組裝是個(gè)體之間相互作用的結(jié)果。個(gè)體之間的結(jié)合是非共價(jià)鍵力的結(jié)合。微觀層次的自組裝依賴于