2025年納米科學(xué)技術(shù)沖刺押題試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.以下關(guān)于納米材料的定義，正確的是（）A.至少一維尺寸在0.1-100μm之間的材料B.至少一維尺寸在0.1-100nm之間的材料C.三維尺寸均小于100μm的材料D.二維尺寸小于100nm的材料2.納米顆粒的量子尺寸效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，以下現(xiàn)象中由量子尺寸效應(yīng)直接引起的是（）A.金納米顆粒在溶液中呈現(xiàn)酒紅色B.納米TiO?的光催化活性高于塊體TiO?C.納米氧化鋅的紫外吸收峰向短波長移動(dòng)（藍(lán)移）D.碳納米管的導(dǎo)電性隨直徑變化3.制備單壁碳納米管（SWCNT）時(shí)，常用的氣相沉積方法是（）A.物理氣相沉積（PVD）B.化學(xué)氣相沉積（CVD）C.磁控濺射D.分子束外延（MBE）4.掃描電子顯微鏡（SEM）表征納米材料時(shí)，其分辨率通?？蛇_(dá)到（）A.100nmB.10nmC.1nmD.0.1nm5.納米涂料的“自清潔”功能主要利用了（）A.小尺寸效應(yīng)B.表面效應(yīng)C.量子隧道效應(yīng)D.宏觀量子隧道效應(yīng)二、填空題（每空2分，共20分）1.掃描隧道顯微鏡（STM）的發(fā)明者是______和______（需寫全名）。2.納米顆粒的表面效應(yīng)主要表現(xiàn)為表面原子數(shù)占總原子數(shù)的比例隨顆粒尺寸減小而______（填“增大”或“減小”）。3.石墨烯是一種典型的______維納米材料（填“一”“二”或“三”）。4.量子點(diǎn)（QuantumDots）的熒光特性主要源于______效應(yīng)。5.納米復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制中，______效應(yīng)是指納米相與基體間的界面相互作用對(duì)材料性能的提升作用。6.溶膠-凝膠法制備納米材料時(shí)，關(guān)鍵步驟包括水解、______和干燥。7.納米顆粒的Zeta電位絕對(duì)值大于______mV時(shí)，分散體系通常較為穩(wěn)定（填數(shù)值）。8.碳納米管的手性指數(shù)（n,m）中，當(dāng)n=m時(shí)，碳納米管表現(xiàn)為______（填“金屬性”或“半導(dǎo)體性”）。9.納米多孔材料的比表面積常用______法（填英文縮寫）測(cè)定。10.納米藥物載體的靶向修飾常用______（填一種生物分子）作為識(shí)別配體。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述分子自組裝（MolecularSelf-Assembly）制備納米結(jié)構(gòu)的基本原理，并列舉3種主要驅(qū)動(dòng)力。2.比較單壁碳納米管（SWCNT）與多壁碳納米管（MWCNT）的結(jié)構(gòu)差異，并說明其性能差異的主要原因。3.解釋納米傳感器（Nano-Sensor）比傳統(tǒng)傳感器靈敏度更高的原因，并舉1例說明其應(yīng)用場(chǎng)景。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)某球形納米顆粒的直徑為10nm，密度為5g/cm3，計(jì)算其比表面積（單位：m2/g）。（已知球的表面積公式S=4πr2，體積公式V=(4/3)πr3，π取3.14）2.考慮一個(gè)邊長為L的立方體納米顆粒（半導(dǎo)體材料），其電子有效質(zhì)量m=0.1m?（m?為電子靜止質(zhì)量，m?=9.1×10?31kg），若L=5nm，計(jì)算其量子限域效應(yīng)下最低兩個(gè)能級(jí)（n=1和n=2）的能量差（單位：eV）。（普朗克常數(shù)h=6.626×10?3?J·s，1eV=1.6×10?1?J）五、論述題（25分）結(jié)合納米材料的特性（如表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、尺寸效應(yīng)等），論述納米藥物載體（Nano-DrugCarrier）的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并舉例說明其在癌癥治療中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B（納米材料定義為至少一維尺寸在0.1-100nm之間的材料）2.C（量子尺寸效應(yīng)導(dǎo)致能級(jí)分裂，吸收邊藍(lán)移）3.B（CVD是制備碳納米管的主流氣相沉積方法）4.C（SEM分辨率通?？蛇_(dá)1nm級(jí)別）5.B（自清潔功能依賴納米表面的超疏水/超親水特性，屬于表面效應(yīng)）二、填空題1.格爾德·賓寧（GerdBinnig）；海因里?！ち_雷爾（HeinrichRohrer）2.增大3.二4.量子限域5.界面6.縮聚7.308.金屬性9.BET10.抗體（或葉酸、靶向肽等）三、簡答題1.原理：分子自組裝是分子在無外界干預(yù)下，通過非共價(jià)相互作用自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的過程。其核心是分子間的互補(bǔ)性和協(xié)同性。驅(qū)動(dòng)力：范德華力、氫鍵、靜電相互作用、疏水相互作用、π-π堆積等（任選3種）。2.結(jié)構(gòu)差異：SWCNT由單層石墨烯卷曲而成，直徑約0.4-2nm；MWCNT由多層同軸石墨烯管嵌套而成，直徑約2-100nm，層間距約0.34nm（接近石墨層間距）。性能差異原因：SWCNT的電子結(jié)構(gòu)對(duì)直徑和手性敏感，可能表現(xiàn)為金屬性或半導(dǎo)體性；MWCNT因?qū)娱g耦合，導(dǎo)電性更接近金屬，機(jī)械強(qiáng)度更高但柔韌性略低。3.靈敏度更高的原因：納米材料具有極高的比表面積，表面活性位點(diǎn)多，目標(biāo)分子與傳感器表面的相互作用（如吸附、電子轉(zhuǎn)移）更顯著；納米結(jié)構(gòu)的量子效應(yīng)（如量子限域）可放大信號(hào)變化（如電阻、熒光強(qiáng)度）。應(yīng)用場(chǎng)景：納米金顆粒修飾的生物傳感器可檢測(cè)血液中的癌癥標(biāo)志物（如CEA抗原），通過表面等離子體共振（SPR）信號(hào)變化實(shí)現(xiàn)超痕量檢測(cè)（檢測(cè)限可達(dá)pg/mL級(jí)別）。四、計(jì)算題1.解：顆粒直徑d=10nm=10×10??m=1×10??m，半徑r=5×10??m。單個(gè)顆粒表面積S=4πr2=4×3.14×(5×10??)2=3.14×10?1?m2。單個(gè)顆粒體積V=(4/3)πr3=(4/3)×3.14×(5×10??)3≈5.23×10?2?m3=5.23×10?1?cm3。單個(gè)顆粒質(zhì)量m=密度×體積=5g/cm3×5.23×10?1?cm3≈2.615×10?1?g。比表面積=總表面積/總質(zhì)量=S/m=(3.14×10?1?m2)/(2.615×10?1?g)≈120m2/g。2.解：立方體納米顆粒的電子能級(jí)公式（無限深勢(shì)阱模型）：E?=(n2h2)/(8mL2)，n=1,2,3...n=1時(shí)，E?=(12×(6.626×10?3?)2)/(8×0.1×9.1×10?31×(5×10??)2)計(jì)算分子：(6.626×10?3?)2≈4.39×10???分母：8×0.1×9.1×10?31×25×10?1?=8×0.1×9.1×25×10???≈1.82×10???E?≈4.39×10???/(1.82×10???)≈2.41×10?1?J≈1.51eV（1eV=1.6×10?1?J）。n=2時(shí)，E?=(4×4.39×10???)/(1.82×10???)≈9.64×10?1?J≈6.02eV。能級(jí)差ΔE=E?-E?≈6.02-1.51=4.51eV。五、論述題設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）靶向性：利用納米材料的表面效應(yīng)，修飾靶向配體（如抗體、葉酸），使其特異性識(shí)別癌細(xì)胞表面受體（如HER2），減少對(duì)正常細(xì)胞的損傷。（2）緩釋控制：通過納米載體的尺寸效應(yīng)（如介孔硅的孔徑調(diào)控）或環(huán)境響應(yīng)性（如pH敏感的聚合物涂層），在腫瘤微環(huán)境（低pH、高還原環(huán)境）中釋放藥物，延長作用時(shí)間。（3）生物相容性：選擇低毒性材料（如聚乳酸-羥基乙酸共聚物PLGA、脂質(zhì)體），避免免疫排斥；表面修飾親水性分子（如PEG），延長循環(huán)時(shí)間。（4）載藥效率：利用納米材料的高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)（如金屬有機(jī)框架MOFs），提高藥物負(fù)載量；量子效應(yīng)可增強(qiáng)藥物與載體的相互作用（如π-π堆積），減少泄漏。癌癥治療應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：例如，阿霉素（DOX）負(fù)載的PEG修飾脂質(zhì)體納米顆粒（Doxil）：-靶向性：通過EPR（增強(qiáng)滲透滯留）效應(yīng)富集于腫瘤組織，減少心臟毒性（傳統(tǒng)DOX的主