納米技術(shù)考試題庫及答案2025年一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于納米材料的定義，正確的是（）。A.至少有一維尺寸在1-1000nm之間的材料B.三維尺寸均小于100nm的材料C.至少有一維尺寸在1-100nm之間的材料D.二維尺寸小于100nm的材料答案：C2.下列納米材料制備方法中，屬于氣相法的是（）。A.溶膠-凝膠法B.激光燒蝕法C.水熱合成法D.機(jī)械球磨法答案：B（解析：激光燒蝕法通過高能激光轟擊靶材使其氣化后沉積，屬于氣相法；溶膠-凝膠法、水熱法為液相法，機(jī)械球磨法為固相法。）3.用于表征納米材料表面形貌和原子級分辨率的常用技術(shù)是（）。A.X射線衍射（XRD）B.透射電子顯微鏡（TEM）C.原子力顯微鏡（AFM）D.X射線光電子能譜（XPS）答案：C（解析：AFM通過探針與樣品表面的相互作用力成像，可在大氣或液體環(huán)境中獲得納米甚至原子級表面形貌；TEM主要觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，XRD分析晶體結(jié)構(gòu)，XPS分析表面元素組成。）4.納米藥物載體的核心優(yōu)勢不包括（）。A.提高藥物水溶性B.增強(qiáng)靶向性C.延長藥物半衰期D.完全消除藥物毒性答案：D（解析：納米載體可通過包載、靶向遞送降低毒性，但無法“完全消除”。）5.量子尺寸效應(yīng)導(dǎo)致納米材料的典型變化是（）。A.熔點降低B.光學(xué)帶隙藍(lán)移C.比表面積增大D.磁性減弱答案：B（解析：量子尺寸效應(yīng)使納米顆粒的電子能級離散化，導(dǎo)致吸收光譜藍(lán)移、帶隙變寬等光學(xué)性質(zhì)變化；熔點降低屬于小尺寸效應(yīng)，比表面積增大是表面效應(yīng)。）6.制備一維納米材料（如納米線）的常用方法是（）。A.模板輔助合成法B.氣相沉積法C.共沉淀法D.噴霧干燥法答案：A（解析：模板輔助法通過多孔模板限制生長方向，是制備一維納米材料的經(jīng)典方法；氣相沉積法多用于薄膜或顆粒，共沉淀法適用于顆粒，噴霧干燥法用于微球。）7.納米材料的表面效應(yīng)主要表現(xiàn)為（）。A.電子能級分裂B.表面原子比例增加C.熱穩(wěn)定性提高D.磁各向異性增強(qiáng)答案：B（解析：表面效應(yīng)指納米顆粒尺寸減小導(dǎo)致表面原子數(shù)占比顯著增加，表面能升高，化學(xué)活性增強(qiáng)。）8.評估納米顆粒生物毒性時，關(guān)鍵參數(shù)不包括（）。A.顆粒粒徑B.表面電荷C.合成批次D.化學(xué)組成答案：C（解析：毒性主要與粒徑（影響細(xì)胞攝?。?、表面電荷（影響蛋白冠形成）、化學(xué)組成（是否含重金屬）相關(guān)，合成批次為工藝參數(shù)，非直接毒性參數(shù)。）9.碳納米管的結(jié)構(gòu)類型中，具有金屬導(dǎo)電性的是（）。A.鋸齒型（Zigzag）B.扶手椅型（Armchair）C.手性型（Chiral）D.單壁碳納米管（SWCNT）答案：B（解析：扶手椅型碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)無帶隙，表現(xiàn)出金屬導(dǎo)電性；鋸齒型和手性型多為半導(dǎo)體。）10.納米技術(shù)在環(huán)境治理中的應(yīng)用不包括（）。A.納米光催化劑降解有機(jī)污染物B.納米吸附材料去除重金屬離子C.納米傳感器監(jiān)測大氣污染物D.納米材料增強(qiáng)塑料抗老化性能答案：D（解析：D項屬于材料性能改進(jìn)，非環(huán)境治理直接應(yīng)用。）二、多項選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯選不得分）1.以下屬于零維納米材料的是（）。A.量子點B.納米線C.納米顆粒D.石墨烯答案：AC（解析：零維材料指三維尺寸均在納米級，如量子點、納米顆粒；納米線為一維，石墨烯為二維。）2.溶膠-凝膠法制備納米材料的優(yōu)點包括（）。A.反應(yīng)溫度低B.成分均勻性高C.適合大規(guī)模生產(chǎn)D.可精確控制粒徑答案：ABD（解析：溶膠-凝膠法通過溶液反應(yīng)形成凝膠，溫度低、成分均勻，但干燥過程易收縮，大規(guī)模生產(chǎn)成本較高。）3.透射電子顯微鏡（TEM）可提供的納米材料信息有（）。A.晶體結(jié)構(gòu)（衍射花樣）B.元素分布（EDS）C.表面形貌D.內(nèi)部缺陷（位錯、孿晶）答案：ABD（解析：TEM通過透射電子成像，可觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)、晶體缺陷及衍射花樣，結(jié)合EDS分析元素分布；表面形貌主要由SEM或AFM表征。）4.納米技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用包括（）。A.鋰離子電池納米電極材料（如納米硅）B.量子點太陽能電池C.納米多孔材料用于氫氣存儲D.納米涂層提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)耐腐蝕性答案：ABCD（解析：四選項均為納米技術(shù)在能源存儲、轉(zhuǎn)換或設(shè)備優(yōu)化中的典型應(yīng)用。）5.納米材料的安全風(fēng)險主要體現(xiàn)在（）。A.吸入性納米顆?？赡艹练e在肺部B.納米材料可能穿透血腦屏障C.納米顆粒在環(huán)境中難以降解D.納米材料成本過高限制應(yīng)用答案：ABC（解析：D項為經(jīng)濟(jì)性問題，非安全風(fēng)險。）三、判斷題（每題1分，共10分，正確打√，錯誤打×）1.納米材料的小尺寸效應(yīng)是指其比表面積隨尺寸減小而顯著增大的現(xiàn)象。（）答案：×（解析：小尺寸效應(yīng)指納米顆粒尺寸減小導(dǎo)致宏觀物理性質(zhì)（如熔點、磁性）變化；比表面積增大屬于表面效應(yīng)。）2.化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備碳納米管時，需要高溫和金屬催化劑（如Fe、Co）。（）答案：√（解析：CVD法通過碳源氣體（如甲烷）在催化劑表面分解，催化生長碳納米管，通常需600-1000℃高溫。）3.原子力顯微鏡（AFM）無法在液體環(huán)境中成像。（）答案：×（解析：AFM可在液體中成像，適用于生物樣品（如DNA、細(xì)胞膜）的實時觀察。）4.納米藥物載體的靶向性僅通過被動靶向（EPR效應(yīng)）實現(xiàn)。（）答案：×（解析：靶向性包括被動靶向（利用腫瘤血管高滲透性）和主動靶向（表面修飾靶向配體如抗體、多肽）。）5.二維納米材料（如石墨烯）的厚度通常小于100nm。（）答案：√（解析：二維材料定義為厚度在納米級（通常<100nm）、橫向尺寸較大的片層結(jié)構(gòu)。）6.納米顆粒的表面修飾（如PEG化）可降低其在體內(nèi)的免疫清除。（）答案：√（解析：PEG化通過增加表面親水性，減少蛋白質(zhì)吸附，延長循環(huán)時間。）7.納米材料的光學(xué)性質(zhì)僅由其化學(xué)組成決定，與尺寸無關(guān)。（）答案：×（解析：納米材料的光學(xué)性質(zhì)（如吸收、熒光）顯著依賴于尺寸（量子尺寸效應(yīng)）。）8.水熱合成法是在高壓水溶液中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，適用于制備高溫穩(wěn)定的納米材料。（）答案：√（解析：水熱法利用高溫高壓水溶液促進(jìn)成核與生長，可制備高結(jié)晶度材料（如氧化物納米顆粒）。）9.納米傳感器的優(yōu)勢包括高靈敏度、快速響應(yīng)和微型化。（）答案：√（解析：納米材料的高比表面積和量子效應(yīng)使其對目標(biāo)分子更敏感，器件可小型化。）10.納米材料的環(huán)境釋放風(fēng)險主要來自工業(yè)廢水排放和消費品（如防曬霜）的使用。（）答案：√（解析：納米材料可能通過化妝品、紡織品等消費品進(jìn)入環(huán)境，或通過工業(yè)生產(chǎn)廢水排放。）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述量子尺寸效應(yīng)與小尺寸效應(yīng)的區(qū)別。答案：量子尺寸效應(yīng)是指當(dāng)納米顆粒尺寸減小到接近或小于電子德布羅意波長時，其電子能級由連續(xù)態(tài)分裂為離散態(tài)，導(dǎo)致光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)（如帶隙藍(lán)移、熒光發(fā)射）的顯著變化，主要適用于半導(dǎo)體和金屬納米顆粒。小尺寸效應(yīng)則是由于顆粒尺寸減小，其宏觀物理性質(zhì)（如熔點降低、磁矯頑力增大、光吸收邊紅移）發(fā)生變化，本質(zhì)是表面原子比例增加和體積效應(yīng)減弱的結(jié)果，與能級離散無直接關(guān)聯(lián)。2.說明化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備碳納米管的基本原理及關(guān)鍵工藝參數(shù)。答案：原理：將碳源氣體（如甲烷、乙炔）與載氣（如氬氣、氫氣）混合后通入反應(yīng)爐，在高溫（600-1000℃）下，碳源氣體在金屬催化劑（如Fe、Co、Ni納米顆粒）表面分解為碳原子，碳原子擴(kuò)散至催化劑內(nèi)部并在其另一端析出，形成碳納米管。關(guān)鍵參數(shù)：①溫度（影響碳源分解速率和納米管結(jié)晶度）；②催化劑種類與尺寸（決定納米管直徑和手性）；③碳源濃度（過高易導(dǎo)致無定形碳沉積）；④反應(yīng)時間（控制納米管長度）。3.比較透射電子顯微鏡（TEM）與掃描電子顯微鏡（SEM）在納米材料表征中的應(yīng)用差異。答案：①成像原理：TEM通過透射電子成像，反映樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)；SEM通過檢測二次電子或背散射電子成像，反映表面形貌。②分辨率：TEM分辨率更高（可達(dá)0.1nm以下），可觀察晶格條紋；SEM分辨率通常為1-10nm。③樣品制備：TEM需制備超薄切片（<100nm），且需高真空環(huán)境；SEM樣品需表面導(dǎo)電處理（如鍍金），對厚度要求較低。④信息類型：TEM可提供晶體結(jié)構(gòu)（電子衍射）、元素分布（EDS）；SEM主要提供表面形貌和部分成分信息（背散射電子）。4.列舉納米藥物載體的主要類型及其在腫瘤治療中的優(yōu)勢。答案：主要類型：脂質(zhì)體、聚合物納米粒、納米膠束、金納米顆粒、碳納米管。優(yōu)勢：①靶向遞送：通過EPR效應(yīng)（被動靶向）或表面修飾靶向配體（主動靶向）富集于腫瘤部位，減少對正常組織的損傷；②控釋藥物：通過載體材料的降解或環(huán)境響應(yīng)（如pH、溫度）實現(xiàn)藥物緩慢釋放，延長作用時間；③提高藥物溶解度：包載難溶性藥物，改善其生物利用度；④聯(lián)合治療：同時負(fù)載化療藥物、基因藥物或造影劑，實現(xiàn)診斷-治療一體化（診療一體化）。5.簡述納米材料環(huán)境風(fēng)險評估的主要內(nèi)容。答案：①遷移性：評估納米顆粒在水、土壤、大氣中的擴(kuò)散能力（如是否被膠體吸附、隨徑流遷移）；②生物富集：研究納米顆粒在食物鏈中的累積效應(yīng)（如從微生物到魚類的傳遞）；③降解性：分析納米顆粒在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化（如氧化、光降解）或穩(wěn)定存在時間；④毒性閾值：確定不同物種（如藻類、哺乳動物）對納米顆粒的半數(shù)致死濃度（LC50）或無觀察效應(yīng)濃度（NOEC）；⑤與其他污染物的相互作用：考察納米顆粒是否增強(qiáng)/減弱重金屬、有機(jī)物的毒性（如作為載體促進(jìn)污染物吸收）。五、論述題（每題15分，共25分）1.論述納米技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。答案：當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀：（1）太陽能利用：量子點太陽能電池通過多激子產(chǎn)生效應(yīng)提高光電轉(zhuǎn)換效率（理論效率超40%）；納米TiO?光陽極用于染料敏化太陽能電池（DSSC），增大比表面積以吸附更多染料分子。（2）儲能電池：鋰離子電池中，納米硅負(fù)極（理論容量4200mAh/g）替代傳統(tǒng)石墨（372mAh/g），但需解決體積膨脹問題（通過納米多孔結(jié)構(gòu)或包覆碳層緩解）；納米LiFePO?正極材料通過減小粒徑縮短Li?擴(kuò)散路徑，提高倍率性能。（3）氫能源：納米多孔材料（如金屬有機(jī)框架MOFs、石墨烯氣凝膠）因高比表面積和可調(diào)孔道結(jié)構(gòu)，可高效吸附存儲氫氣；納米Pt/C催化劑用于質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），降低貴金屬用量并提高反應(yīng)活性。（4）熱電轉(zhuǎn)換：納米結(jié)構(gòu)（如量子阱、納米線）通過聲子散射降低熱導(dǎo)率，同時保持高電導(dǎo)率，提升熱電材料的ZT值（熱電優(yōu)值），用于廢熱回收。未來趨勢：（1）多功能集成：開發(fā)同時具備儲能、光電轉(zhuǎn)換和自修復(fù)能力的納米復(fù)合材料（如柔性納米電池與太陽能電池一體化）。（2）綠色制備：推廣低能耗、無毒性的納米材料合成技術(shù)（如水相合成、生物模板法），減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。（3）智能響應(yīng)：設(shè)計環(huán)境響應(yīng)型納米材料（如溫度/光控釋能材料），實現(xiàn)能源的按需存儲與釋放。（4）低成本規(guī)?；簝?yōu)化納米材料制備工藝（如連續(xù)流反應(yīng)、3D打?。?，降低生產(chǎn)成本，推動產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用（如大規(guī)模儲能電站）。2.結(jié)合實例說明納米材料表征技術(shù)的選擇策略。答案：納米材料表征需根據(jù)研究目的選擇技術(shù)組合，關(guān)鍵是“目標(biāo)導(dǎo)向、多技術(shù)互補(bǔ)”。以下為具體實例：（1）形貌與尺寸分析：研究金納米顆粒的形貌（球形、棒狀）及粒徑分布時，優(yōu)先選擇掃描電子顯微鏡（SEM）觀察表面形貌（分辨率1-10nm），結(jié)合動態(tài)光散射（DLS）測量溶液中顆粒的hydrodynamicsize（考慮表面溶劑化層），再通過透射電子顯微鏡（TEM）獲取高分辨率晶格圖像（確認(rèn)單晶或多晶結(jié)構(gòu)）。例如，金納米棒的長徑比可通過SEM直接測量，而TEM的選區(qū)電子衍射（SAED）可驗證其晶向（如<111>晶面生長）。（2）晶體結(jié)構(gòu)與成分分析：表征石墨烯的晶體質(zhì)量時，拉曼光譜（Raman）可檢測D峰（缺陷）、G峰（sp2雜化）和2D峰（層數(shù)）；X射線衍射（XRD）通過(002)峰的位置和寬度判斷層間距及結(jié)晶度；X射線光電子能譜（XPS）分析C1s峰的分峰（如C-C、C-O鍵），評估氧化程度。若需元素分布，可采用掃描透射電子顯微鏡-能量色散X射線譜（STEM-EDS）進(jìn)行納米級面掃描，確認(rèn)是否含雜質(zhì)（如Cu催化劑殘留）。（3）表面性質(zhì)與界面行為：研究納米顆粒在生物介質(zhì)中的蛋白冠形成時，原子力顯微鏡（AFM）可在液體環(huán)境中觀察顆粒表面的蛋白吸附形貌；Zeta電位儀測量表面電荷變化（吸附蛋白后電位降低）；XPS分析表面元素組成（如N元素的出現(xiàn)表明蛋白吸附）。例如，SiO?納米顆粒與血清蛋白孵育后，Zeta電位從-30mV升至-10mV，結(jié)合AFM圖像中顆粒表面粗糙度增加，可證明蛋白