2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子表面與納米技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪個現(xiàn)象主要歸因于固體表面的熱力學(xué)不穩(wěn)定性？A.蒸汽在冷表面上的凝結(jié)B.液體在親表面上的鋪展C.氣體在表面上的吸附D.固體顆粒在流體中的沉降2.在Langmuir吸附等溫線模型中，若吸附劑表面是完全均勻的，且吸附過程為單分子層物理吸附，則描述該等溫線的方程是？A.Freundlich方程B.BET方程C.Langmuir方程D.Fajan's方程3.下列哪種表面分析技術(shù)主要利用電子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理信號來成像或分析表面成分和結(jié)構(gòu)，并能提供原子級分辨率？A.X射線光電子能譜（XPS）B.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）反射吸收光譜C.掃描電子顯微鏡（SEM）D.原子力顯微鏡（AFM）4.納米材料的“小尺寸效應(yīng)”主要表現(xiàn)為？A.體積效應(yīng)B.表面效應(yīng)顯著增強C.量子尺寸效應(yīng)D.宏觀量子隧道效應(yīng)5.制備高質(zhì)量的碳納米管通常采用的方法是？A.溶膠-凝膠法B.噴墨打印法C.電弧放電法或化學(xué)氣相沉積法D.溶劑蒸發(fā)法6.下列哪一種材料通常被認(rèn)為是一種零維納米材料？A.納米線B.納米薄膜C.量子點D.納米棒7.界面張力是描述液體表面性質(zhì)的一個重要參數(shù)，其物理意義是？A.液體內(nèi)部的粘滯力B.液體分子間的內(nèi)聚力C.使液體表面收縮到最小面積所需的力D.液體分子與氣體分子間的吸引力8.在研究固體表面吸附時，BET方程主要用于？A.確定吸附熱B.分析吸附層結(jié)構(gòu)（單分子層或多分子層）C.測定表面原子種類D.計算表面粗糙度9.薄膜的光學(xué)特性與其厚度關(guān)系密切，當(dāng)薄膜厚度接近光波長的一半時，通常會發(fā)生什么現(xiàn)象（假設(shè)薄膜是透明的）？A.透射率最大B.反射率顯著增加（特定波長）C.吸收率最大D.不發(fā)生任何光學(xué)變化10.納米材料在催化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其優(yōu)勢主要在于？A.高密度B.高熔點C.高比表面積和高表面能，有利于吸附反應(yīng)物D.低導(dǎo)電性二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.衡量表面潤濕性的重要參數(shù)是______，其值越大，表示液體在表面上的潤濕性越好。2.原子力顯微鏡（AFM）通過檢測探針與樣品表面之間______的變化來成像，可以工作在液體或氣體環(huán)境中。3.當(dāng)固體顆粒聚集形成納米線或納米棒時，表現(xiàn)出的是納米材料的______效應(yīng)。4.X射線光電子能譜（XPS）主要用于分析物質(zhì)的______組成和化學(xué)態(tài)。5.根據(jù)Clausius-Clapeyron方程，在恒定壓力下，液體的沸點隨蒸氣壓的升高而______。6.具有準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的納米材料是______。7.表面能是衡量固體表面______的一種物理量。8.朗繆爾吸附理論假設(shè)吸附劑表面是______的，且吸附過程是______層吸附。9.溶膠-凝膠法是一種常用于制備氧化物納米粉體的濕化學(xué)方法，其基本過程包括溶膠的制備和______。10.納米粒子尺寸減小到納米量級時，其熱、光、電、磁等物理性質(zhì)會發(fā)生顯著變化，這被稱為______。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述物理吸附和化學(xué)吸附的主要區(qū)別。2.解釋什么是表面張力，并說明影響表面張力大小的因素。3.簡述掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）在樣品制備和成像原理上的主要區(qū)別。四、計算題（共10分）已知某固體表面吸附氣體分子后，測得吸附等溫線符合Langmuir方程。在298K下，當(dāng)氣體分壓p=0.5atm時，平衡吸附量達(dá)到飽和吸附量θ*的60%。求該溫度下氣體的吸附平衡常數(shù)K_L。五、論述題（共15分）論述納米材料表面改性在提高其性能或拓展其應(yīng)用方面的意義，并舉例說明至少兩種常見的表面改性方法及其作用原理。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題1.接觸角2.范德華力（或相互作用力）3.納米線（或一維）4.化學(xué)元素（或表面）5.升高6.納米線（或一維納米材料）7.自由能（或能量）8.均勻（或完整）；單分子9.凝膠化（或老化干燥）10.量子尺寸效應(yīng)三、簡答題1.解析思路：區(qū)分吸附本質(zhì)（分子間作用力類型）、熱力學(xué)性質(zhì)（可逆性、吸附熱）、吸附層（單分子或多分子層）、選擇性。物理吸附：分子間范德華力；可逆；吸附熱較?。?lt;40kJ/mol）；單分子層；無選擇性?；瘜W(xué)吸附：化學(xué)鍵力；不可逆或難可逆；吸附熱較大（>40kJ/mol）；可多分子層；有選擇性。2.解析思路：定義：液體表面層分子所受到的力不平衡，趨向于最小化表面積而表現(xiàn)出的宏觀效應(yīng)。影響因素：表面活性物質(zhì)的存在（降低）、液體種類（本質(zhì)決定）、溫度（通常降低）、溶質(zhì)種類（影響分子間作用力）。3.解析思路：區(qū)分儀器類型（SEM用電子束，TEM用透射電子束）、樣品制備（SEM可觀察導(dǎo)電樣品或噴金，TEM需超薄切片或離子減薄，對導(dǎo)電性要求高）、成像原理（SEM靠二次電子或背散射電子成像，提供表面形貌；TEM靠透射電子的衍射和成像，可觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶體信息）。四、計算題解析思路：根據(jù)Langmuir方程c=K_L*(1-θ)/θ，其中θ為覆蓋度，c為吸附量，K_L為吸附平衡常數(shù)。題意給出θ=60%=0.6，飽和吸附量θ*=1。當(dāng)p=c時（理想情況下吸附力與分壓成正比），代入p=0.6*K_L*(1-0.6)/0.6，解得K_L=1/(1-0.6)=2.5atm?1。五、論述題解析思路：闡述意義：克服納米材料固有缺陷（如團(tuán)聚、生物相容性差、易腐蝕等），改善特定性能（如光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)），拓展應(yīng)用領(lǐng)域（如生物醫(yī)學(xué)、催化、傳感、復(fù)合材料）。舉例方法1：表面化學(xué)修飾/刻蝕（通過化學(xué)反應(yīng)接上官能團(tuán)，改變表面化學(xué)性