2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——納米材料的光學(xué)性能研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪一項(xiàng)不是納米材料與光相互作用的主要方式？A.光吸收B.光散射C.光透射D.光發(fā)射2.當(dāng)納米顆粒的尺寸減小到納米尺度時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化的主要原因是？A.表面原子占比增加B.量子尺寸效應(yīng)C.熱效應(yīng)D.以上都是3.下列哪種材料通常表現(xiàn)出較強(qiáng)的光散射現(xiàn)象？A.金納米棒B.半導(dǎo)體量子點(diǎn)C.碳納米管D.以上都是4.紫外-可見(jiàn)吸收光譜主要用于研究材料的？A.熒光發(fā)射特性B.光吸收特性C.光散射特性D.折射率5.拉曼光譜與熒光光譜相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是？A.靈敏度更高B.可測(cè)量透明樣品C.可提供結(jié)構(gòu)信息D.以上都是6.下列哪種效應(yīng)導(dǎo)致量子點(diǎn)的熒光發(fā)射峰隨尺寸減小而藍(lán)移？A.熱效應(yīng)B.量子尺寸效應(yīng)C.表面效應(yīng)D.環(huán)境效應(yīng)7.納米材料光學(xué)性能在哪個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用？A.生物成像B.光電器件C.太陽(yáng)能電池D.以上都是8.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）主要用于研究材料的？A.光學(xué)性質(zhì)B.紅外吸收特性C.核磁共振特性D.質(zhì)譜特性9.影響納米材料光學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一是？A.尺寸B.形狀C.表面修飾D.以上都是10.以下哪一項(xiàng)不是納米材料光學(xué)性能的最新研究進(jìn)展？A.高效太陽(yáng)能電池B.新型生物傳感器C.傳統(tǒng)LED照明D.量子計(jì)算二、填空題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確答案填在題后的橫線上。）1.納米材料吸收光譜中，吸收邊通常表現(xiàn)為_(kāi)_________。2.量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率通常__________。3.橢偏儀主要用于測(cè)量材料的__________。4.光散射現(xiàn)象中，瑞利散射適用于__________的散射。5.影響納米材料光學(xué)尺寸效應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)是__________。6.納米材料的光學(xué)性能與其__________密切相關(guān)。7.熒光光譜中，斯托克斯位移是指__________。8.拉曼光譜中，散射光頻率高于激發(fā)光頻率的部分稱為_(kāi)_________。9.納米材料光學(xué)性能在__________領(lǐng)域有巨大潛力。10.量子點(diǎn)在生物成像中主要利用其__________特性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述納米材料的光學(xué)尺寸效應(yīng)。2.簡(jiǎn)述光散射的基本原理。3.簡(jiǎn)述紫外-可見(jiàn)吸收光譜的原理及其應(yīng)用。4.簡(jiǎn)述熒光光譜的原理及其應(yīng)用。5.簡(jiǎn)述影響納米材料光學(xué)性能的主要因素。6.簡(jiǎn)述納米材料光學(xué)性能在生物成像中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算。）1.已知某半導(dǎo)體量子點(diǎn)的吸收邊為500nm，其對(duì)應(yīng)的能量是多少電子伏特？（普朗克常數(shù)h=6.626x10^-34J·s，光速c=3x10^8m/s，電子電荷e=1.602x10^-19C）2.一個(gè)金納米球的直徑為50nm，其散射截面與吸收截面之比是多少？（假設(shè)散射截面與吸收截面之比與尺寸無(wú)關(guān)，金納米球的散射截面與吸收截面之比約為4:1）五、論述題（10分。請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行論述。）1.論述納米材料光學(xué)性能在光電器件中的應(yīng)用前景及面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.A4.B5.C6.B7.D8.B9.D10.D二、填空題1.藍(lán)移2.較高3.折射率4.波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于散射粒子尺寸5.尺寸6.化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)7.發(fā)射光頻率低于激發(fā)光頻率8.斯托克斯位移9.生物成像、光電器件、太陽(yáng)能電池10.高效的熒光發(fā)射三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述納米材料的光學(xué)尺寸效應(yīng)。解析思路：納米材料的尺寸減小到納米尺度，其量子化能級(jí)變得顯著，導(dǎo)致能級(jí)間距增大。當(dāng)入射光子能量與能級(jí)間距匹配時(shí)，材料對(duì)光的吸收和發(fā)射特性發(fā)生改變，表現(xiàn)為吸收邊藍(lán)移、熒光峰強(qiáng)度和位置變化等現(xiàn)象。2.簡(jiǎn)述光散射的基本原理。解析思路：光散射是指光在介質(zhì)中傳播時(shí)，部分光偏離原傳播方向的現(xiàn)象。其基本原理是光與介質(zhì)中的粒子相互作用，導(dǎo)致光波矢的改變。散射光的強(qiáng)度和光譜特性與入射光的波長(zhǎng)、粒子的大小、形狀、折射率以及粒子間的相互作用等因素有關(guān)。3.簡(jiǎn)述紫外-可見(jiàn)吸收光譜的原理及其應(yīng)用。解析思路：紫外-可見(jiàn)吸收光譜的原理是利用物質(zhì)對(duì)紫外-可見(jiàn)光區(qū)的吸收特性來(lái)研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分。當(dāng)紫外-可見(jiàn)光照射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中的電子躍遷到更高的能級(jí)，產(chǎn)生吸收峰。吸收峰的位置、強(qiáng)度和形狀可以提供關(guān)于物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵合、官能團(tuán)等信息。應(yīng)用包括物質(zhì)鑒定、濃度測(cè)定、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等。4.簡(jiǎn)述熒光光譜的原理及其應(yīng)用。解析思路：熒光光譜的原理是物質(zhì)吸收光能后，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)電子在返回基態(tài)過(guò)程中發(fā)出比入射光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，即熒光。熒光光譜可以提供關(guān)于物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)、分子振動(dòng)、環(huán)境因素等信息。應(yīng)用包括物質(zhì)鑒定、生物成像、熒光探針等。5.簡(jiǎn)述影響納米材料光學(xué)性能的主要因素。解析思路：影響納米材料光學(xué)性能的主要因素包括：尺寸效應(yīng)、形狀效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子限域效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)等。尺寸效應(yīng)指納米材料的尺寸變化對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響；形狀效應(yīng)指納米材料的形狀對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響；表面效應(yīng)指納米材料表面原子所占比例較大，表面原子周圍的局域環(huán)境與體相不同，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變；量子限域效應(yīng)指納米材料的尺寸減小到納米尺度，其能級(jí)變得離散，表現(xiàn)為光學(xué)性質(zhì)的量子化；環(huán)境效應(yīng)指納米材料所處環(huán)境（如溶劑、pH值等）對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響。6.簡(jiǎn)述納米材料光學(xué)性能在生物成像中的應(yīng)用。解析思路：納米材料光學(xué)性能在生物成像中的應(yīng)用主要利用其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，如熒光、光散射等。例如，量子點(diǎn)具有高效的熒光發(fā)射特性，可用于標(biāo)記生物分子進(jìn)行細(xì)胞成像；金納米粒子具有優(yōu)異的光散射特性，可用于光聲成像；上轉(zhuǎn)換納米粒子可以在近紅外光激發(fā)下發(fā)出可見(jiàn)光，可用于深層生物組織成像等。四、計(jì)算題1.已知某半導(dǎo)體量子點(diǎn)的吸收邊為500nm，其對(duì)應(yīng)的能量是多少電子伏特？（普朗克常數(shù)h=6.626x10^-34J·s，光速c=3x10^8m/s，電子電荷e=1.602x10^-19C）解：E=hc/λE=(6.626x10^-34J·s)x(3x10^8m/s)/(500x10^-9m)E=3.976x10^-19JE=3.976x10^-19J/1.602x10^-19CE≈2.48eV2.一個(gè)金納米球的直徑為50nm，其散射截面與吸收截面之比是多少？（假設(shè)散射截面與吸收截面之比與尺寸無(wú)關(guān)，金納米球的散射截面與吸收截面之比約為4:1）解：根據(jù)題意，金納米球的散射截面與吸收截面之比約為4:1。因此，直徑為50nm的金納米球的散射截面與吸收截面之比也為4:1。五、論述題1.論述納米材料光學(xué)性能在光電器件中的應(yīng)用前景及面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：納米材料光學(xué)性能在光電器件中的應(yīng)用前景廣闊，主要體現(xiàn)在提高器件效率、減小器件尺寸、開(kāi)發(fā)新型器