Universitetet i Oslo MENA3300. Nanoteknologi. Eksamensark. Skrevet av: Sindre Rannem Bilden

Transkript

1 Universitetet i Oslo MENA3300 Nanoteknologi Eksamensark Skrevet av: Sindre Rannem Bilden 29. november 2015

2 Introduksjon Dette arket er basert på tidligere stilte spørsmål under eksamner fra og kunnskapsmålene gitt i ukesoppgavene for Temaene til eksamenene er fordelt som vist under: Ukesoppgavene sier du skal kunne: Generell historie + noen spesifikke hendelser Definere nanoteknologi med egene ord Definere ELSA og hva der innebærer Beskrive skillet mellom ELSA i nanoteknologi og andre fagområder Beskrive hva som menes med green goo og grey goo og skillet mellom dem Kjenne til og forklare CUDOS inne vitenskapsetikk Definere skaleringslover for forskjellige tilfeller basert på formler Diskutere grensene for skaleringslovene Bruke enkel termodynamikk til å forklare stabiliteten til en partikkel Ha en ide om skillet mellom klassisk mekanikk og kvantemekanikk Kjenne konseptene kvantisering, bølge-partikkel dualitet, usikkerhetprinsipp, tunnelering og fotoelektrisk effekt. Vite at visse ting ikke kan forklares med klassisk mekanikk Bruke resultater fra partikkel i boks til å estimere elektronoppførsel til nanostrukturer og effekt av skalering. Evaluere overgangen mellom nano og bulk, samt nanopartikkel og molekyl. 1

3 Definere stabiliteten til nanomaterialer ved damptrykk, smeltepunkt, minimal krystallstørrelse. Definere magiske nummere basert på elektroniske og strukturelle aspekter. Vite at nanopartikler kan få forskjellig symmetri om størrelsen er liten nok Vite hvordan og hvorfor celleparameterene til metall og ioniske materialer endres med størrelsen. Forklare hvordan båndgapet i halvledere endres med størrelsen. Forklare hva et eksiton er og svak og sterk begrensning (confinement). Forklare hvordan partikler kan brukes som katalysator og hvordan reaktiviteten endres med størrelsen. Forklare overordnet et utvalg av synteseruter av nanopartikler Forklare overordnet et utvalg av karakteriseringsmetoder av nanopartikler Forklate overordnet bruken av spektroskopi (UV-Vis-NIR-FTIR), diffraksjon, Raman, TEM, lysspredning og massespektroskopi. Nevne og overordnet forklare synteseteknikker for produksjon av nanopartikler. Forklare hvordan nanotråder kan brukes som resonanse beam, cantilever, og sensorer. Forklare synteseruter for tråder, (VLS,template) Forklare Atomic Force Mikroskopi Nevne bruksområder for tynnfilm Prinsippene bak epitaxial vekst og materialstress Tre vekstmetoder (2D, 3D/øy, kombinert) og prinsippet bak disse Forklare Langmuir Blodget teknikken Forklare self-assembly og bruke disse på thioler på gull og såpe i vann. Forklare Skanning Tunnelering Mikroskopi og de tre modene Forklare hva en fotonisk krystall er og bruksområde Forklare basisen for plasmonisk effekt på nanopartikler av metall Forklare hv som menes med et bulk-nanomateriale Noen prinsipper bak produksjon av bulk nanomaterialer Hall-Petch relasjonen for bulk nanomaterialer Forklare hvorfor skjell er så sterke 2

4 Forklare hvorfor karbon kan ta så mange konfigurasjoner selv om det er hovedsakelig kovalente bindinger Beskrive oppbyggingen av C60 (12 femkanter og 20 sekskanter) Enkel syntese av C60 Beskrive de forkjellige konfigurasjonene til karbon nanotuber (antall vegger, kiralitet) Bruke indekssystemet for rulling av nanotuber og hvordan det relateres til diameter. Beskrive elektronisk oppførsel i nanotuber og hvordan de varierer med diameter. Enkelt forklare syntese av karbon nanotuber ved inskuddsmetall-katalysator. Forklare mekaniske egenskaper hos karbon nanotuber Forklare hvordan karbon nanotuber kan bli brukt som sensor Nevne noen egenskaper for grafen Grunnleggende prinsipper bak varmeledning, kollisjoner, fononer, diffusjon av elektroner/molekyler. Forskjellen mellom optiske og akustiske fononer og hvordan fononenergien påvirkes av partikkelstørrelse Betydningen av fri veilengde (mean free path) for ledning Grunnleggende prinsipper bak termoelektriske materialer og hvordan nanomaterialer kan hjelpe denne effekten. Beskrive foton tunnelering Ha en generell ide om forskningsfeltet fotonikk En kvalitativ forståelse for lys sin interaksjon med materie. Kvalitativ forståelse av plasmoner, spesielt plasmoner i nanopartikler. (frekvens, dempning, og størrelse) Kvalitativ forståelse av emmisjon, absorbsjon for halvledere, spesielt nanopartikler av halvlerere.(blåskift, confinement, usikkerhetsprinsippet) Forklare hvordan fotonkrystaller, optiske pinsetter og nær-felt mikroskopi fungerer Relatere virus til nanoroboter Diskutere Brownian bevegelse i forhold til biologisk materie. Beregne diffusjonslengde og trafikk basert på Brownian bevegelse. Beskrive grunnleggende byggeklossene i bio-nano (sukker, fettsyrer, nucleotides, aminosyrer). 3

5 Hvordan phospholipids kan produsere nanostrukturer. Beskrive prinsippet bak self-assembly i biologiske strukturer. Beskrive overordnet hvordan eksoskjellet dannes. Hvordan og hvorfor nanopartikler er brukt i biologiske undersøkelser. Hovedprinsippet for nanopartikler i medisinering. Hvordan metallbelagte nanopartikler er brukt for medisinering, og diagnosering. Hvordan magnetiske nanopartikler brukes til diagnosering. Forklare remanent magnetisering, kohersivt felt og magnetisk metning i en hysterese loop. Forlare superparamagnetisme, hvorfor det finnes hos små partikler og hva det har og si for lagring i magnetisme. Forklare ferrofluid og noen bruksområder 4