《纳米材料合成》PPT课件

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1、PVP(Mw=55000,n≈500)与AgNO3的摩尔比值分别为A)15:1B)6:1C)0.6:1PVP的聚合度分别为A)n=1B)n≈90C)n≈11700纳米尺寸处于原子、分子为代表的微观世界和人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，因此是物理学、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领域。1984年，德国科学家Gleiter等人首次采用惰性气体凝聚法制备了具有清洁表面的纳米粒子，然后在真空室中原位加压成纳米固体，正式提出了纳米材料的概念。纳米材料概述1990年在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术会议（NST）上，正式将纳米材料科学作为材料科学的一个新分支。从此，一个

2、将微观基础理论研究与当今高科技紧密结合起来的新型学科纳米材料学正式诞生，并成为当今材料科学的前沿领域。纳米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。纳米材料大致可分为纳米粉末(零维)、纳米纤维(一维)、纳米膜(二维)、纳米块体(三维)、纳米复合材料等。其中纳米粉末研究开发时间最长、技术最为成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。纳米纤维：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。包括：纳米管、纳米线、纳米带等纳米膜：纳米膜分两类：一

3、是由纳米粒子组成的薄膜；二是由纳米粒子镶嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性。纳米块体：是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合)、纳米微粒与常规块体复合(0-3复合)、纳米微粒与薄膜复合(0-2复合)、不同材质纳米薄膜层状复合(2-2复合)等。当物质颗粒小于100nm时，物质本身的许多固有特性均发生质的变化。这种由于纳米材料具有特殊的结构和处于热力学上极不稳定的状态，因而表现出独特的效应的现象称为纳米效应。纳米材料具有四大效应：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳

4、米材料的基本物理特性（1）表面界面效应随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能上的变化，这就是纳米粒子的表面效应。当粒径为1nm时，表面原子数比例达到约99%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面，由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。（2）小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态相干长度等物理特征尺寸相当或者更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，导致其声、光、电、磁、热、力学等性能呈现出新奇的现象，显现出与传统材料的极大差异。如，光吸收显著增强并产生吸收峰

5、的等离子体共振频移；熔点下降等。这种由于粒子尺寸变化所引起的物性变化称为小尺寸效应。（3）量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时，费米能级附近的电子能级由准连续转变为离散能级的现象叫量子尺寸效应。早在60年代，日本科学家Kubo就提出了著名的Kubo公式，由于能级间距与原子数目成反比关系，当材料尺寸下降到一定程度，原子数不再近似于无穷，从而使得原本近似于无限小的能级间距变大，造成能级离散的现象。能带的变化，使得纳米材料在光、热、电、磁等性质都与常规材料不同。（4）宏观量子隧道效应微观粒子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。近年来，人们发现纳米材料的一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、

6、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称为宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要意义。如它确立了微电子器件进一步微小化的极限。（1）在陶瓷领域的应用纳米陶瓷是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，纳米陶瓷具有优良的室温和高温力学性能，抗弯强度、断裂韧性均有显著提高。例如，纳米陶瓷能被弯曲，其塑性达100%；由纳米级氧化锆（ZrO2）粉料能够获得高韧性的陶瓷材料，在1250℃的温度下烧结到理论密度的98%以上（比传统烧结温度低400℃），且具有400%的塑性形变。纳米材料的应用（2）在催化方面的应用纳米粒子由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，增加了化学反

7、应的接触面，纳米粒子的表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，是很好的催化剂。金属纳米粒子作为催化剂，主要以贵金属Pt、Rh、Au、Ag、Pd为主，例如，超细Ag粉可以作为乙烯氧化的催化剂；Rh纳米粒子在烃氢化反应中显示出很高的活性和良好的选择性。（3）在光学方面的应用纳米光学材料可以广泛的应用于光传输、光储存、光反射、光吸收等各个领域。纳米SiO2光学纤维比常体材料的光传输损耗小许多倍；纳米材料