《纳米材料》复习
《纳米材料与技术》期末复习
第一章：
纳米科学技术的发展历史——
1、1959年12月，美国物理学家费曼在加州理工学院召开的美物理学会会议上作了一次富有想象力的演说“最底层大有发展空间”，费曼的幻想点燃纳米科技之火。
2、1981年比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的扫描隧道显微镜（STM）。
3、1989年在美国加州的IBM实验内，依格勒博士采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。
4、1991年，日本的饭岛澄男教授在电弧法制备C60时，发现氩气直流电弧放电后的阴极碳棒上发现了管状结构的碳原子簇，直径约几纳米，长约几微米碳纳米管。
5、1990年在美国东海岸的巴尔的摩召开第二届国际STM会议的期间，召开了第一届国际纳米科学技术会议，该会议标志纳米科学技术的诞生。
第二章：
1、纳米材料的分类：
按功能分为半导体纳米材料、光敏型纳米材料、增强型纳米材料和磁性纳米材料；
按属性分为金属纳米材料、氧化物纳米材料、硫化物纳米材料、碳（硅）化合物纳米材料、氮（磷）等化合物纳米材料、含氧酸盐纳米材料、复合纳米材料。
按形态分为纳米点、纳米线、纳米纤维和纳米块状材料。
2、纳米材料的四个基本效应：小尺寸效应、量子尺寸效应、
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面效应、宏观量子隧道效应。
1）量子尺寸效应与纳米材料性质
a.导电的金属在制成超微粒子时就可以变成半导体或绝缘体；绝缘体氧化物相反。
b.磁化率的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 。
c.比热亦会发生反常变化，与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 。
d.光谱线会产生向短波长方向的移动 。
e.催化活性与原子数目有奇数的联系，多一个原子活性高,少一个原子活性很低。
2)小尺寸效应的主要影响：
a.金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象
（电子平均自由程）动量
b.宽频带强吸收性质（光波波长）
c.激子增强吸收现象（激子半径）
d.磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能）
e.超导相向正常相的转变（超导相干长度）
f.磁性纳米颗粒的高矫顽力（单畴临界尺寸）
3)表面效应及其影响：
表面化学反应活性(可参与反应)、催化活性、纳米材料的（不）稳定性、铁磁质的居里温度降低、熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低、纳米材料的超塑性和超延展性、介电材料的高介电常数（界面极化）、吸收光谱的红移现象。
3、纳米材料的特殊的光学性质及其应用：
光学性质：光谱迁移性、光吸收性、发光性、光催化性、和非线性光学性质。
应用：红外发射材料、光吸收材料（利用纳米材料对紫外吸收特性，可提高日光灯寿命、防晒油和化妆品、聚合物的防老化；以及红外吸收材料、隐身材料等）、自清洁材料、光催化材料等。
4、纳米材料的特殊的磁学性质：超顺磁性和较高的矫顽力、巨磁电阻效应。
5、纳米材料的制备方法
（1）液相法：
种类：沉淀法、水热法、溶胶－凝胶法、微乳液法
沉淀法：均匀沉淀法、共沉淀法
溶胶－凝胶法：溶胶－凝胶法的过程和原理以及溶胶－凝胶法的干燥技术。
微乳液法：原理及其合成纳米材料的机理
（2）气相法
种类：物理气相沉淀法和化学气相沉积法
物理气相沉淀法：电极溅射法
化学气相沉积法：等离子体加强气相化学反应法和激光诱导化学气相沉积法。
（3）一维纳米材料的可控合成技术：气相－ 液相－固相法、层状卷曲机制备法和
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限制合成法。
6、纳米粉体表面改性
1）、引起纳米颗粒团聚的主要原因：
纳米颗粒的表面静电荷引力 、纳米颗粒的高表面能 、纳米颗粒间的范德华力和纳米颗粒的表面的氢键及其化学键作用。
2）、表面改性的方法：物理改性法、机械化学改性法、高能改性法
3）、纳米颗粒的表面改性物：无机氧化物、有机化合物、纳米材料和聚合物
7、纳米分散体系：
1）纳米分散体系的种类及制备方法：超声分散法和机械分散法
2）纳米磁流体：组成、制备及应用
3）纳米润滑剂：特点及润滑机理
8、碳纳米管
1）碳纳米管的制备方法：电弧法、激光蒸发法、CVD法（基种法、喷淋法、浮动催化法）
2）碳纳米管的结构与形态：
结构：单壁、多壁；根据碳六边形网格沿轴向的不同取向，可将单壁碳纳米管分为：扶手椅型、锯齿型和螺旋型。
形态：开口型、封口型、竹节型、变径型、螺旋型、海胆型、洋葱型
3）碳纳米管的性能
力学性能：碳纳米管是人类发现的强度最高的纤维
电学性能：随螺旋矢量（n，m）不同单壁碳纳米管的能隙宽度可以从零（金属）连续变化至1eV（半导体）。
第三章：
1、纳米复合材料的分类：
按用途可分为:结构纳米复合材料、功能纳米复合材料、智能纳米复合材料；
按基体可分为聚合物基纳米复合材料和非聚合物基纳米复合材料。
2、纳米复合材料的稳定化
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
：
纳米稳定化设计要特别注意聚合物的化学结构，聚合物与纳米
粒子之间的作用形式有形成共价键、形成离子键、形成配位键和纳米作用能的亲和作用。
3、纳米复合材料的制备
纳米微粒原位合成法、溶液共混法、聚合物基体原位聚合法、两相同步原位合成法相应例子。
4、蒙脱土/聚合物的制备、性能特性及应用
第四章：
1、纳米陶瓷分类：1、根据复合材料中纳米相分为单相纳米陶瓷、复相纳米陶瓷；2、根据复合材料中纳米相分为晶内型纳米陶瓷、晶界型纳米陶瓷晶内－晶界混杂型纳米陶瓷、纳米－纳米弥散型；3、依据复合陶瓷的性能分类纳米结构陶瓷、纳米功能陶瓷。
2、提高陶瓷粉体分散度的干燥方法：
共沸蒸馏法、超临界流体干燥法、真空干燥法和冷冻干燥法
3、高度分散的烧结浆料的配制方法：
(1)溶液混合法、(2)多相悬浮液混合法、(3)溶胶—悬浮液混合法
4、纳米陶瓷的设计原则
化学相容性原则、物理性质匹配原则、晶粒生长速率差异最大原则、原料粉体最细原则、烧结温度控制原则、组成控制原则
5、纳米陶瓷的素坯成形技术
干法成形：等静压成形、超高压成形、橡胶等静压成形、原位成形
湿法成形：离心注浆成形、凝胶直接成形、凝胶浇注成形、渗透固化法
6、介孔材料
分类、合成机理、应用
6、纳米陶瓷的烧结技术
热压烧结技术、快速烧结技术、液相热压烧结技术、热等静压烧结技术
第五章：
1、纳米器件/结构制备和加工技术
外延技术——原子层外延(AEE)、分子束外延(MBE)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、化学束外延(CBE)。
光刻技术——光学光刻、电子束光刻、离子束光刻
微细加工——扫描探针显微镜(SPM)作为工具的超微细加工技术
2、2、固体纳米电子器件的分类
谐振遂穿二极管/纳米线、单电子晶体管、量子点器件
根据纳米功能器件的物理长度可将纳米电子器件分为：
(1)亚纳米电子器件(0.1～1.0nm)：分子电子器件
(2)纳米电子器件(1.0～10nm)：量子点、量子线
(3)准纳米电子器件(10～100nm)：纳米CMOS器件
3、纳米电子器件的四个基本现象：
电导量子化、库仑阻塞效应、普适电导涨落、量子相干效应
4、分子组装技术制备超晶格
层－层自组装技术制备无机超薄膜、以嵌段共聚物为模板构建无机超薄膜、SILAR法、DNA模板自组装、有机分子模板自组装。
5、LB技术
1）基本原理
2）工艺流程:铺展、压缩、膜转移。
3）LB技术组装纳米粒子的方法：间接合成法、静电吸附法、液面排布法。
6、一维纳米管、线、棒的组装
电场驱动组装、磁场驱动组装、微流辅助模板法组装
7、分子导线：
1）分子导线必须满足下列条件：
1、导电；2、有一个确定的长度；3、含有能够连接到系统单元的连接点；4、允许在其端点进行氧化还原反应，5、与周围绝缘以阻止电子的任意传输。
2）分子导线结构特点：具有共轭π键的线性大分子
8、分子开关：
1）原理：分子开关是一种具有双稳态的量子化体系,当外界条件(光、电、热、磁等)发生变化时,分子可以在两种状态之间进行转换,这两种状态由于电阻的高低不同而对应于电路的通或断,从而构成开关。
2）类型：轮烷和索烃
第六章：
1、纳米药物制剂的制备方法
超临界技术、聚合法、凝聚分散法、熔融分散法、溶剂蒸发法、乳化/溶剂扩散法、自乳化系统
2、纳米药物的药代动力学
纳米药物的吸收和分布特点，纳米药物的靶向性—主动靶向、被动靶向、物理化学靶向，纳米粒子的表面结构修饰的作用、纳米粒子对吸收和分布的影响。
3、纳米高分子药物载体：
分类：用于药物载体的聚合物可分为以下几类:天然高分子材料、合成可生物溶释高分子材料、合成可生物降解高分子材料、合成非生物降解高分子材料。
制备：微乳液聚合、相反转乳化技术、界面聚合法、复合凝聚法
4、纳米智能凝胶给药系统的类型
pH敏感凝胶给药系统、温度响应性凝胶给药系统、生化响应性凝胶给药系统。
5、树枝状大分子载药体体系：
1、将药物作为客体分子，包封在树状聚合物分子的空穴内；
2、药物和树状聚合物分子共同构成一个三维网络；
3、将药物以共价键或非共价键的形式结合在树状聚合物分子表面，形成前药。
6、新型脂质体种类
温度敏感脂质体、pH 敏感脂质体、免疫脂质体、聚合脂质体、磁性脂质体、光敏脂质体
7、磁性高分子纳米微球
1）类型
—核壳型：由磁性材料组成核，聚合物组成壳层；
—壳核型：聚合物作为核,磁性材料作为壳；
—多层微球：内外层是聚合物，中间是磁性材料的。
2）应用：磁导向给药、磁分离、磁热疗
8、纳米生物材料种类：
纳米生物材料主要包括纳米无机生物材料、纳米高分子生物材料、纳米金属生物材料、纳米复合生物材料。
9、分子马达
线性分子马达：肌肉肌球蛋白、驱动蛋白则、DNA解旋酶、RNA聚合酶。
旋转式分子马达：F-ATP酶分子马达、鞭毛分子马达
10、生物芯片主要类型：蛋白质芯片、基因芯片、细胞芯片
定义、原理、制备以及应用
第七章：
1、纳米表面及微观结构分析的光谱法：
红外光谱、紫外－可见光(UV-Vis)谱、紫外－可见光(UV-Vis)谱、X射线光电子能谱法(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、正电子湮没谱
2、纳米材料的化学组成仪器分析法：
原子光谱、特征X射线分析法、质谱法、中子活化法
3、纳米材料晶态的表征：
X－射线衍射法、电子衍射法
4、纳米材料粒径测试方法：
电子显微镜法、X射线衍射线宽法、X射线小角散射法、沉降粒度分析法、电超声粒度分析法、激光粒度分析法、比表面积(BET)法
5、扫描探针显微技术——扫描隧道显微术、原子力显微术、扫描近场光学显微术、弹道电子发射显微术
基本原理、扫描模式、样品表面的扫描、优缺点以及应用
一、填空
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
（每空格0.5分，共15分）
二、选择题（一项或多项，每题1分，共15分）
三、名词解释（每题3分，共12分）
1、人工纳米结构组装体系—按人类的意志，利用物理和化学的方法人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维的纳米结构体系。
2、纳米结构的自组装体系—指通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德华键和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。
3、量子尺寸效应—是指当粒子尺寸下降到接近或小于某一值（激子玻尔半径）时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象。当能级间距大于热能、电场能或磁场能时，纳米微粒就会出现一系列与宏观物质不同的反常
特性。
4、宏观量子隧道效应—电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观量子隧道效应。
5、纳米表面
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
－是通过特定的加工技术赋予材料以纳米表面、使表面纳米结构化，从而使材料的表面得以强化、改性或赋予表面新功能的系统工程。
6、纳米陶瓷—指显微结构中的物相(包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶瓷材料。
7、蛋白质芯片 －又称蛋白质阵列或蛋白质微阵列，是指以蛋白质分子作为配基,将其有序地固定在固相载体的表面形成微阵列；用标记了荧光的蛋白质或其 他它分子与之作用，洗去未结合的成分，经荧光扫描等检测方式测定芯片上各点的荧光强度，来分析蛋白之间或蛋白与其它分子之间的相互作用关系。
8、基因芯片－DNA芯片又叫基因芯片， 就是通过把预先设定好的巨大数量的寡核苷酸或DNA固定在一块面积极小的硅片、塑料、载玻片或尼龙膜等基片上而形成 ＤＮＡ 微点阵， 然后与标记的样品通过碱基互补配对原则进行分子杂交， 通过检测杂交信号的强弱来判断样品中的分子组成和数量。
四、简答题（每题6分，共42分）
1、简述晶粒尺寸对TiO2光催化性能的影响。
粒径对TiO2光催化活性的影响主要表现在：
1）对能带结构的影响：随着粒径的减小，由于量子效应TiO2的导带和价带变为分立的能级，能隙变宽，价带的电位更正，导带的电位更负，光生电子和空穴的能量更高，因而具有更强的氧化－还原能力；
2）对光生载流子的输送和量子产率的影响：随着粒径的减小，光生电子从粒子内部扩散到表面的时间减少，从而光生电子和空穴复合几率越小，这意味光生量子产率增高；
3）对光吸收及TiO2吸附能力的影响：随着粒径的减小，光吸收边界蓝移；另一方面随着粒径的减小，TiO2的比表面积迅速增大，使TiO2具有很强的吸附能力，提高了光催化性能。
2、采用哪些措施可以提高纳米TiO2光催化反应的量子产率？
一、提高纳米TiO2光催化反应的量子产率的主要措施有：
1）、TiO2掺杂不同价态的金属离子可以形成掺杂能级，使能量较小的光子能激发掺杂能级上电子和空穴，提高光子的利用率。
2）、也可以采用外加催化剂的方法，使TiO2的光生电子和空穴被不同的基元捕获，从而使电子和空穴分离，达到提高光量子产率的目的。
3）、半导体耦合是提高光催化效率的有效手段，通过半导体耦合可提高系统的电荷分离效果，扩展光谱响应范围。
4）在TiO2表面沉积惰性贵金属，可以降低光生电子与空穴的复合率，提高光量子产率。
3、简述流动液面上真空蒸度法制备纳米粒子的优点。
纳米粒子流动液面上真空蒸度法的优点主要有：
(1) 制备Ag，Au，Pd，Cu，Fe，Ni，Co，A1，In等超微粒，平均粒径约3 nm；用隋性气体蒸发法是难获得这样小的微粒；
(2)粒径均匀，分布窄；
(3)超微粒可均匀分布在油中；
(4)粒径的尺寸可控，即通过改变蒸发条件来控制粒径的大小，例如蒸发速度，油的粘度，圆盘转速等。圆盘转速低，蒸发速度快，油的粘度高均使粒子的粒径增大，最大可达8 nm。
4、氢电弧等离子体法制备的金属粒子具有哪些特性？
利用氢电弧等离子体法制备的金属粒子具有以下特性：
1）储氢性能 ：由于纳米粒子表面积较大，制备过程中使用了氢气，因此产物纳米粒子吸附有一定量的氢。
2）特殊的氧化行为：由于储氢性能的影响，导致此法制备的粒子的氧化行为不同于其它方法制备的粒子。即由内核开始氧化，至外部全部氧化，例如：纳米Fe粒子在空气中加热，当温度低于600℃时,粒子由金属外壳和氧化物内核组成,原因是储藏的氢遇到热后释放出来,把表层氧化物还原为金属。
3）薄壳修饰：使用氢电弧等离子体法，在制备工艺中使用添加第二种元素的方法，可制备出一种具有稀土外壳和过渡金属内核的纳米复合粒子。
4）再分散性：使用此法制备的纳米金属粒子，在一定大小的机械力作用下，平均粒径为50 nm的金属粒子可再分散为3-5 nm，可加到载体的孔中。
5、简述溶胶－凝胶法制备SiO2/聚甲基丙烯酸甲酯的工艺流程
首先利用原子转移聚合合成甲基丙烯酸烯丙酯(AMA)，然后加入到甲基丙烯酸甲酯中进行共聚，再把其中的烯丙基片断用氢化硅烷化反应转变成三乙氧基硅
烷基团，最后，在酸催化的情况下，使丙烯酸酯共聚物和四乙氧基硅烷发生溶胶一凝胶反应。通过在室温下慢慢挥发溶剂和小分子副产物，最后进行高温热处理可以制备出透明的SiO2/聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料。
6、蒙脱土的结构特点及其有机化原理
蒙脱土属于2：1型层状硅酸盐，即每个单位晶胞由两个硅氧四面体中间夹带一层铝氧八面体构成，二者之间靠共用氧原子连接，这种四面体和八面体的紧密堆积结构使其具有高度有序的晶格排列，每层的厚度约为1nm，长度和宽度约为100nm，具有很高的刚度，层间不易滑移。
各种有机阳离子(如烷基胺离子、阳离子表面活性剂)也可以通过离子交换来置换粘土层间原有的水合阳离子，从而使通常为亲水的矿物表面疏水化，即粘土的有机化。
7、简述晶内型纳米复相陶瓷的增强增韧机理。
晶内型纳米复相陶瓷韧性的提高主要是通过以下效应发挥作用:
1）“晶内型”结构导致“纳米化效应”：纳米粒子进入微米级基质颗粒之后，在基体晶粒内部产生大量次界面和微裂纹，引起基体晶粒的潜在分化,相当于组织的再细化,使得主晶界的作用被削弱。
2 ）诱发穿晶断裂：由于纳米化效应使晶粒内部产生微裂纹，当纳米粒子与基质晶粒的热膨胀失配和弹性失配等原因造成纳米相周围产生局部拉应力时，就会引起穿晶断裂。
3 ）纳米粒子使裂纹二次偏折：沿晶内微裂纹或次界面扩展的主裂纹前端遇到纳米粒子后，无法穿过而发生偏折，耗散了断裂能。
8、简述晶界型纳米复相陶瓷的增强增韧机理。
晶界型纳米复相陶瓷韧化机理是:
1）主晶界被纳米粒子局部强化：纳米相与基质产生良好的结合，纳米粒子有固定晶界、强化晶界的作用。
2 ）晶界纳米粒子对裂纹的“钉扎”和偏折作用：由于热膨胀系数和弹性模量不同，基体对晶界上的纳米粒子的径向压应力产生“虎钳”作用，然后在更大的外力作用下使裂纹偏折进入晶内形成穿晶断裂。
3）晶界纳米粒子形成有利的应力分布：当纳米相的弹性模量大于基质时，纳米粒子周围形成切向压应力，使得朝向纳米粒子扩展的主裂纹尖端远离该粒子所在晶界而向晶内挺进并增加了裂纹扩展路径。
9、什么是单电子效应？在什么条件下可观察到单电子效应？满足这些条件的物理含义是什么？
在低维固体结构中，通过改变电压的方式能操纵电子一个一个地运动，这就是单电子效应。
根据库仑阻塞效应来操纵电子一个一个地运动必须满足以下两个基本条件:
（1）RT>RK，该条件的物理意义是：使两次遂穿事件不重叠发生，从而保证电子一个一个地遂穿。
（2）e2/2C>> KBT，该条件的物理意义是：保证隧道结的静电势大于环境温度引起涨落能，使单电子现象不被热起伏所淹没。
10、从势阱的电子能态和充电能来比较固体纳米电子器件的特性。
对于RTD或量子线器件，势阱中电子能量分布为 Δε很大的分立能级，但体积较大，充电能U 很小，故有Δε>>U， Δε起主导作用。当发射极 EF以下的电子与阱中基态能级E0发生共振隧穿时，I－V特性出现一个电流峰，随着电压增大，电子与第一激发态能级E1发生共振隧穿时，I－V特性上出现第二个电流峰，由于 Δε 较大，故二峰间对应的电压偏移较大；
对于SED的情况，三维都达不到量子化的尺度，故Δε较小，但其总体积远小于常规器件，U较大，故U>> Δε 。电子从发射极必须提供 U的能量才可进入势阱，故 I－V 特性为一平滑的大台阶状；
对于 QD的情况，三维尺度都为几纳米量级，都发生量子化，故 U 和Δε都较大，U≈ Δε ，势阱中的能量分布为在U 的基础上能量间隙U与Δε 幅度同量级的能级分布，相应地出现了的大台阶套小台阶的 I－V 特性。
11、树枝状大分子的结构特点及其载药体系的类型
树枝状大分子的结构特点是：
(1)有确切的分子量和结构规则，分子体积、形状结构和功能基本都可在分子水平精确控制;
(2)由核心出发，不断向外分支，代数较低时，为开放的分子构型，随代数增加，分支增多，分子转变为外紧内松的球形三维结构，分子内部具有广阔的空穴，分子表面官能团密度较大;
(3)有较好的反应活性及包容能力，在分子中心和分子表面可导入大量功能基团。
通常树枝状大分子可经以下几种方式与药物组成载药系统:(1)、将药物作为客体分子，包封在树状聚合物分子的空穴内;(2)药物和树状聚合物分子共同构成一个三维网络;(3)将药物以共价键或非共价键的形式结合在树状聚合物分子表面，形成前药。
12、脂质体的结构特点及其作为药物载体的优点
脂质体是脂类分子（类脂）的自组装体，是一种由一个或多个脂双层中间包覆微水相的结构。在脂质体的形成过程中，亲水的头部形成膜的内外表面层，而亲油性的尾部处于膜的中间，膜壁厚度约为5～7nm，而囊的直径一般在25～500nm 之间 。
脂质体作为药物载体的优点是：
（1）可以在其内水相包封水溶性药物,也可以在外层双层膜包封脂溶性药物;
（2）它和天然生物膜的生物相溶性比较好,在药物学应用中,安全性可靠。
13、简述纳米药物载体的表面修饰的作用及其方法。
纳米药物载体表面修饰可以改变药物载体的表面性能，而表面性能直接影响胶体药物载体识别靶点和克服体内各种生物屏障的能力，因此表面修饰是提高胶体药物载体靶向性能的重要途径。常见的表面修饰方法有:
①利用表面活性剂、亲水性大分子和两亲高分子共聚物，通过物理吸附或化学吸附的手段可改进胶体药物载体表面的物理化学性能，如增加表面亲水性能、改变表面荷电情况或增加表面空间位阻等。
②通过化学或生物化学反应将单克隆抗体、糖类和凝集素等配体接到药物载体表面，增加其与靶点的作用。
14、简述药物靶向传递的途径。
药物的靶向传递一般有三个途径：
一、是应用生物活性剂(如单克隆抗体)选择性地将药物带到体内特定部位(主动靶向途径)；
二、是将活性药物设计成药理惰性的形式，当其到达病变部位后，在化学或酶反应的作用下药物被活化而起效(前药途经)；
三、是利用生物惰性的大分子载体系统，直接将药物带到体内特定部位积累、释放并发挥作用(被动靶向途径)。
五、论述题（16分）
1、试讨论表面活性剂在纳米材料制备中的应用。
表面活性剂是疏水和亲水部分构成的两亲分子，它具有界面吸附、在体系中
形成多种分子有序组合体而产生的基本物理化学性质。因而，它能作为微乳化剂、润湿剂、渗透剂和分散剂等使用，这使得它在纳米材料的制备及其表面改性等领域有着广泛的应用：
一、表面活性剂有序组合体制备纳米材料
（1）微乳液制备纳米材料
在微乳液中，微小的水滴被表面活性剂和助表面活性剂所构成的单分子层包围而成微乳颗粒，其大小在几到几十个纳米间，这些微小的水滴彼此分离，就是微反应器。它拥有一很大的界面，有利于化学反应。
（2）表面活性剂作为软模板制备纳米材料
同样，常规的乳状液在一定条件下也可作为模板制备纳米粒子。该方法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，从而在乳液中析出固相制得纳米材料。
（3）液晶模板制备介孔纳米材料
液晶模板法是通过先形成表面活性剂的自组装聚集体，同时无机先驱物在白组装聚集体与溶液相的界面处发生化学反应，并利用自组装体的模板作用形成无机/有机复台物，然后将有机模板去除即可得到有组织的具有一定形状的无机介孔材料。
（4）LB膜技术
利用表面活性剂在溶液表面自组成单层膜或在固体表面LB技术形成LB膜，从而通过单层膜或LB膜的有序模板效应可在膜中生长纳米尺寸的无机晶体。
二、表面活性剂在纳米材料表面改性中的应用
（1）表面活性剂在表面物理修饰中的应用
利用表面物理修饰可对纳米微粒进行表面改性，其中包括将表面活性剂对微粒表面进行包裹，使其表面获得有机化改性的方法。
（2）表面活性剂在表面化学修饰中的应用
表面化学修饰在纳米微粒表面改性中占有极其重要的地位。以液相法制备纳米粉体材料为例，在其表面化学改性中，通常是在纳米粉体材料的制备过程中添加各种表面活性剂与颗粒表面进行化学反应，改变颗拉的表面状态。当进行干燥时，由于改性剂吸附或键合在颗粒表面，从而降低了表面羟基的作用力，消除了颗粒间的氢键作用，阻止了氧桥键的形成，进一步防止了硬团聚的发生。
2、试讨论纳米粉体制备过程中粒子的团聚及控制方法。
一、团聚体的分类及形成
粒子的团聚一般可分为软团聚体和硬团聚体两种形态。软团聚主要是由粒子间的静电力和范德华力或因团聚体内液体的存在而引起的毛细管力所致,相互作用力较小;硬团聚的形成除了静电力和范德华力之外,还存在化学键作用以及粒子间液相桥或固相桥的强烈结合作用,这种团聚体相互作用力大,强度高。
纳米粒子团聚的形成归纳起来主要有以下几方面: (1)粒子细化到纳米数量
级以后,其表面积累了大量的正电荷或负电荷,粒子形状极不规则造成表面电荷的聚集,使粒子极不稳定,因而易发生团聚 ; (2)纳米粒子的表面积大、表面能高、处于能量的不稳定状态,很容易发生聚集而达到稳定状态; (3)随着粒子尺寸的减小,粒子之间的静电吸引力、范德华力等显得越来越重要,这些力导致粒子之
间发生团聚(当粒子尺寸小于50nm时,粒子之间的范德华引力已非常强); ( 4)纳米粒子之间表面的氢键、化学键的作用也易导致粒子之间的互相吸附而发生团聚; ( 5)由于纳米粒子的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合,使纳米粒子极易通过界面发生相互作用和固相反应而团聚; (6)由于纳米粒子的比表面积大,使之与空气或各种介质接触后,极易吸附气体、介质或与其作用,从而失去原来的表面性质,导致粘连与团聚; (7)有些纳米粒子由于水解作用,表面呈较强的碱性、羟基性或配位水分子,它们可通过羟基和配位水分子缩合,生成硬团聚; (8)晶桥理论的观点是:湿凝胶在干燥过程中,毛细管吸附力使颗粒相互靠近,颗粒由于表面羟基和溶解—沉淀形成的晶桥而变得更加紧密,随着干燥,这些晶桥相互结合,近而形成较大的块状团聚体; (9)毛细管吸附理论:在凝胶受热吸附水开始蒸发时,颗粒的表面部分裸露出来而水蒸气则从孔隙的两端出去,由于毛细管力的存在,在水中形成了静拉伸压强,它使得毛细管的孔壁收缩,从而粉体聚集产生团聚。
二、 团聚的控制与消除
对纳米粉体的粒子团聚问题应从以下几个方面重点加以解决,首先应在纳米粉体的制备过程中尽量避免团聚,如在反应体系中加入适量的表面活性剂、螯合剂以改变静电力大小或加大空间位阻，降低粒子间的引力来抑制粉体的团聚,也可采用超声波、加入分散剂、控制反应速率、改变洗涤方式(如改变水洗或醇洗为二步洗涤) 、低温干燥处理等方法,同时通过加入纳米添加剂,利用掺杂效应来控制团聚,提高材料的性能;其次,在纳米粉体的压制成型过程中通过施加一定压力(临界压力)压碎粉体中的团聚体。
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