纳米材料及其制备技术研究进展评述

《纳米材料及其制备技术研究进展评述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、纳米材料及其制备技术研究进展评述摘要纳米材料作为物质存在的一种新状态，其应用前景已逐渐被人们所认识，纳米材料的制备与研究向各个领域的渗透FI益广泛和深入，近年来受到科学界的广泛重视。为适应未來纳米技术和纳米材料发展的需要，很有必要对纳米材料的制备技术进行总结。木文将从纳米材料的概况，制备工艺，及其部分应用等方面作出综合评价。关键词纳米材料，性能，制备方法，应用11概述1」纳米的基本概念及内涵纳米是一种长度单位，一纳米相当于十亿分之一米，大约相当于几十个原子的长度o纳米科学技术Nano-ST是20世纪80年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸10-9—1

2、0-7m范围内认识及改造自然，通过直接操作及安排原子，分子来创造新的物质。“如果有朝早在1959年美国著名物理学家诺贝尔奖金获得者费曼就设想:：一日，人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内，并能移动原子那将给科学带来什么？"这正是对于纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。纳米科技是研究由尺寸在0.1至100nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术•纳米科技主要包括：1•纳米体系物理学；2•纳米化学；3•纳米材料学；4.纳米生物学；5.纳米电子学；6.纳米加工学；7.纳米力学；这七个部分相对独立.隧道显微镜在纳米科技之中

3、占有重要地位，它贯穿到七个领域中，以扫描隧道显微镜为分析和加工的手段占有一半以上。扫描隧道显微镜STML作原理简图1411.2纳米材料概述及其分类：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料，如果按维数纳米材料的基本单元可分为三类：1.零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。2.一维，指在空间中有两维处于纳米尺度，如纳米丝，纳米管，纳米棒等。3.二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜，超晶格等。因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别有量子点，量子线，量子阱Z称。1

4、.3纳米材料的特性小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波的波长，传导电子的得布罗意波长以及超导态的相干长度或透深度等物理特征尺寸相当时，晶体周期性的边界条件将破坏，声，光，电，磁，热，力学等特性均会呈现新的小尺寸效应。表面与界面效应纳米微粒由于尺寸小，表面积大，表面能高。因此其活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合。量子尺寸效应当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的电子能级会由准连续变为离散能级。纳米微粒的声，光，电，磁，热以及超导性与宏观特性有着显著的不同，这被称为量子尺寸效应。宏观量子隧道效应隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力，人们发现一些宏观量，如磁化强度，量子相干

5、器屮的磁通量等具有隧道效应，称Z为宏观量子隧道效应。由于以上4个效应的存在纳米材料呈现如下的宏观物理性能：1高强度和高韧性；2高热膨胀系数高比热容和低熔点；3异常的导电率和磁化率；4极强的吸波性；5高扩散性。11.4糾米材料的制备技术发展的三个阶段第一阶段单一材料和单相材料，即纳米晶或纳米相NanocrystallineorNanophase第二阶段纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒的复合0・0复合，纳米微粒同常规块体之间的复合0・3复合及复合纳米薄膜0・2复合。第三阶段纳米组装体系Nanostructuredassemblingsystem,纳米尺度的图案材料Pa

6、tterningmaterialsonthenanometerscaleo它的基本内涵是纳米颗粒以及纳米丝管为基本单元在一维，二维及三维空间z屮组装排列成具有纳米结构的体系如右图其中包括。纳米阵列体系，介空组装体系，薄膜镶嵌体系。纳米颗粒，丝，管可以有序的排列而不同于第一，第二阶段中带有一定程度的随机性质。2纳米材料的制备2.1纳米微粒的制备方法132.1」物理制备方法早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法，超声波粉碎法，冲击波粉碎法，蒸气快速冷却法，蒸气快速油面法，分子朿外延法等等。近年来发展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转

7、速不同，可以得到不同的空隙度，然后用物理气相沉积法在其表面上沉积一层银膜，经过热处理，即可得到银纳米颗粒的阵列。中科院物理所开发了对玻璃态合金进行压力下纳米晶化的方法3。例如：ZrTiCuBeC玻璃态合金在6GPa和623K的条件下进行晶化，可以制备出颗粒尺寸小于5nm的纳米晶。12丄1」机械粉碎机械粉碎方式制备纳米颗粒主要包括高能球磨及高能气流磨，这是在传统的机械粉碎技术中发展起来的。机械粉碎法是在给定外场力作用下，如冲击、挤压、碰撞、剪切或摩擦，使大颗粒破碎成超细微粒的一种技术。2.1.1.2气相沉积物理气相沉积可以说是制