纳米材料科学要点

《纳米材料科学要点》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、纳米材料发展第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段（从1994

2、年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。纳米材料的定义纳米材料(nanomaterials)又叫超微颗粒材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料（也称纳米结构)，即材料的显微结构尺寸处于纳米范围（包括微粒尺寸、晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等均达到纳米级水平）。粒径在1-100nm之间的材料称为纳米材料。纳米材料的分类1零维（量子点）其在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇、人造超分子、纳米尺寸的孔洞等2一维（量子线）在空间有两

3、维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等3二维（量子阱）在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格量子阱——指载流子在两个方向（如在X,Y平面内）上可以自由移动，而在另外一个方向（Z)则受到约束，即材料在这个方向上的特征尺寸与电子的德布罗意波长（λd=h/(2mE)1/2)或电子的平均自由程(L2DEG=hμ/q·(2πns)1/2相比拟或更小。有时也称为二维超晶格纳米材料与传统材料的区别尺寸第一、这种材料至少有一个方向是在纳米的数量级上。比如说纳米尺度的颗粒，或者是分子膜的厚度在纳米尺度范围内。性能第二、由于量子效应、界面效应、表面效应等，使材料在物

4、理和化学上表现出奇异现象。比如物体的强度、韧性、比热、导电率、扩散率等完全不同于或大大优于常规的体相材料。纳米材料的4大效应1小尺寸效应当超细微粒的尺寸,与光波的波长,德布罗意波长等物理尺寸相当或更小时,晶体物理周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米颗粒的微粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等性质呈现新的小尺寸效应。2量子尺寸效应在纳米材料中，微粒尺寸达到与光波波长或其他相干波长等物理特征尺寸相当或更小时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散并使能隙变宽的现象叫纳米材料的量子尺寸效应。3表面效应表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着

5、粒子尺寸的减小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理化学性质的变化。4宏观量子隧道效应纳米材料中的粒子具有穿过势垒的能力叫隧道效应。宏观物理量在量子相干器件中的隧道效应叫宏观隧道效应纳米材料光学效应1宽频带强吸收2所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色；尺寸越小，颜色愈黑。3金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。超微材料有隐身特性的原因红外与微波隐身材料中亦包含有多种纳米超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，以欺骗雷达，达到隐形目的纳米材料结构单元A原子团簇B纳米微粒C人造原子D纳米管、

6、纳米棒、纳米丝和同轴纳米电缆热学效应纳米颗粒的熔点下降纳米颗粒的开始烧结温度降低纳米颗粒的晶化温度降低开始烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。纳米陶瓷解决陶瓷脆性因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。纳米材料的光学特性1宽频带强吸收2蓝移和红移现象3量子限域效应4纳米颗粒的发光红移蓝移红移即吸收带移向长波长．纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。纳米材料的

7、磁学特性（1）超顺磁性（2）矫顽力（3）居里温度纳米技术定义纳米科技是90年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域。它是指在1-100nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学科。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品;纳米技术诞生1981年，苏黎世IBM研究所G.Binnig葛·宾尼和H.Rohrer海·罗雷尔发明扫描隧道显微镜1991年1月，日本筑波NEC实验室的饭岛澄男首次用高分辨分析电镜观察到碳纳米管碳纳米材料的分类1富勒烯:碳的第四种同素异形体(金刚石、石墨和无定形碳)2富勒烯包括：巴基球、巴基管