2025年大学大三（材料科学）纳米材料学综合测试题及答案.doc

2025年大学大三（材料科学）纳米材料学综合测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共6题，每题5分，每题只有一个选项符合题意)
w1. 以下关于纳米材料的说法，错误的是（ ）
A. 纳米材料具有量子尺寸效应
B. 纳米材料的表面效应会使其化学活性降低
C. 纳米材料的小尺寸效应会导致其熔点降低
D. 纳米材料的宏观量子隧道效应可用于电子器件

w2. 制备纳米金属材料常用的方法是（ ）
A. 气相沉积法
B. 溶胶-凝胶法
C. 机械球磨法
D. 水热法

w3. 纳米陶瓷材料在室温下具有较好的韧性，主要原因是（ ）
A. 晶粒细化
B. 气孔率降低
C. 晶界强化
D. 以上都是

w4. 下列哪种纳米材料可用于生物传感器（ ）
A. 纳米碳管
B. 纳米二氧化钛
C. 纳米金
D. 纳米氧化锌

w5. 纳米复合材料中，增强相纳米粒子与基体之间的界面结合方式最好的是（ ）
A. 机械结合
B. 物理吸附
C. 化学结合
D. 氢键结合

w6. 纳米材料的比表面积随着粒径的减小而（ ）
A. 减小
B. 不变
C. 增大
D. 先增大后减小

第II卷（非选择题 共70分）
w7. （10分）简述纳米材料的小尺寸效应及其在材料性能方面的表现。

w8. （15分）比较气相沉积法和溶胶-凝胶法制备纳米材料的优缺点。

w9. （15分）材料：纳米二氧化钛具有良好的光催化性能，在环保领域有广泛应用。如在污水处理中，纳米二氧化钛能在光照下将有机污染物分解为二氧化碳和水。
问题：请说明纳米二氧化钛光催化降解有机污染物的原理，并分析其在实际应用中可能面临的挑战。

w10. （20分）材料：近年来，纳米复合材料在航空航天领域得到了越来越多的关注。例如，碳纳米管增强的聚合物基复合材料具有优异的力学性能。
问题：阐述碳纳米管增强聚合物基复合材料的增强机理，并说明该复合材料在航空航天领域应用的优势。

w11. （20分）材料：纳米材料在能源领域也有重要应用。比如，纳米硅负极材料有望提高锂离子电池的性能。
问题：分析纳米硅负极材料提高锂离子电池性能的原因，并探讨纳米材料在能源领域其他可能的应用方向。

答案：
w1. B
w2. C
w3. D
w4. C
w5. C
w6. C
w7. 小尺寸效应是指当纳米材料的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致材料的声、光、电、磁、热、力学等性能呈现新的小尺寸效应。如熔点降低、磁性增强、光学性能改变等。
w8. 气相沉积法优点：可精确控制纳米材料的粒径和形貌，纯度高；缺点：设备昂贵，产量低。溶胶-凝胶法优点：工艺简单，可制备多种纳米材料，产物纯度较高；缺点：干燥过程易产生裂纹，周期较长。
w9. 原理：纳米二氧化钛在光照下产生电子和空穴，电子与水中的氧反应生成超氧负离子，空穴与水反应生成羟基自由基，超氧负离子和羟基自由基具有强氧化性，可将有机污染物分解。挑战：光催化效率有待提高，对可见光的利用不足，催化剂易失活等。
w10. 增强机理：碳纳米管具有高强度和高模量，与聚合物基体形成良好的界面结合，通过载荷传递增强基体。优势：减轻结构重量，提高材料的比强度和比模量，增强材料的耐热性和耐腐蚀性等。
w11. 原因：纳米硅负极材料具有较大的比表面积，可提供更多的锂离子存储位点，减小锂离子扩散距离，提高电池的充放电性能。应用方向：纳米催化剂用于提高太阳能电池效率，纳米储能材料用于超级电容器等。