《纳米材料绪论》PPT课件

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1、纳米材料概论王重辉,冀运东第1讲绪论物质世界的尺度范围宏观世界-最遥远的星际150亿光年(1.4×1026m)微观世界原子以下的尺度：1nm(10-9m)以下原子核尺寸:10-13～10-15m夸克与轻子的尺寸:10-19m微观世界中的量子力学由于微观粒子的玻粒二象性使经典力学失效量子力学是以基本作用量子h的出现和用整数来表示物质系统的状态为特征。即粒子能量的增减与传递不是连续的，而是量子化的。微观粒子不能以精确坐标(x,y,z)来描述。在某给定时间t，在Δx,Δy,Δz内微观粒子都有存在的可能

2、→几率分布质量随粒子的运动速度而有所变化。时间与空间也随粒子的运动速度而变。量子力学的历史(1)1900年：普朗克(MaxPlanck)（1858-1947）辐射理论-电子，光子具有最小的能量值且以分立的能量变化（单位的整数倍,h常数）（能量子假说）1905年：爱因斯坦(AlbertEinstein)（1879-1955）光波也具有粒子的性质（光量子假说）1913年：玻尔（NielsBohr)(1885-1962)绕原子核运动的电子也是一种波（玻尔原子模型的提出）1923年：德布罗依（DeBro

3、glie)(1892-1987)电子等实物粒子也有波粒二象性，德布罗依方程式的确立波长=h/质量×速率量子力学的历史(2)1926年：薛定谔(ErwinSchrodinger)（1887-1970）电子的波动方程的确立（薛定谔方程）1927年：波恩（MaxBorn)(1882-1970)电子波的强度以该点的几率大小来表示几率波的提出电子，光子等实物粒子均有波粒二象性，量子力学的建立薛定谔方程量子力学中用波函数Ψ(r,t)来描述微观粒子在空间的存在。波函数在空间某点的强度与该点粒子出现的几率成比例

4、。宏观世界的底部--纳米世界的领域1959年12，R.P.Feynman在美国物理学会年会上的著名报告:“There’splentyofroomatthebottom”(在宏观世界的底部还有巨大的发展空间)1nm=10Å=10-3μm=10-6mm=10-9m纳米材料纳米材料的概念纳米材料尺度:1～100nm纳米材料至少有一维尺度在纳米范围零维纳米材料--纳米粒子一维纳米材料--纳米线(纳米管)二维纳米材料--纳米膜三维纳米材料--纳米块体材料复合材料复合材料:由两种或两种以上物理和化学性质不同

5、的物质组合成的多相固体材料。“复合”的中英文意义对比填充filled；混合blend；熔合melting；复合composite/complex；杂化hybrid；混容mixed；组装assemble；自组装self-assemble纳米复合材料复合材料连续相:基体；分散相:增强材料无机/有机纳米复合材料0-0型复合:二种纳米粉体的复合0-2型复合:纳米粉体被聚合物纳米膜包覆2-3型复合:纳米片层与聚合物固体复合纳米材料的发展过程1959年Feynman提出许多设想:在原子或分子的尺度上加工制造

6、材料和器件，制造几千百纳米的电路和10～100纳米的导线。1962年Kubo理论提出:金属的超微粒子将出现量子效应，显示出与块体金属显著不同的性能。1969年Esaki和Tsu提出了超晶格的概念。1984年Cleiter制备出金属纳米粒子，然后在真空中原位加压制备出Pd，Cu，Fe等金属纳米块状材料。20世纪80～90年代中扫描隧道显微镜(STM)与原子力显微镜(AFM)的发明。以后，纳米材料学成为独立学科。碳纳米材料FullereneC60结构与足球有关C60的结构1985年，在研究宇宙物质时

7、发现了C60,以后又发现了C70与C82。C60分子直径为0.71nm，由12个五元环，20个六元环组合而成。C60分子中每个碳原子与相邻的3个碳原子形成两个单键与一个双键。可溶于有机溶剂，通过球体表面反应可在表面形成羟基、羧基及胺基等反应性基团。C60的应用前景通过表面化学修饰及自组化形成高配位体构造及C60内包金属---生物催化剂1991年，C60与碱金属形成的的化合物具有超导性。在20GPa的超高压下，C60晶体能转变为金刚石，可用于设计多孔材料及获得纳米构造的钻石薄膜。C60的应用前景由

8、于无毒性可作为医用材料，可望在临床诊断及特殊药物治疗中得到应用。如C60内部充填药物易与蛋白质及病毒相互作用。能吸收生体内的活性氧---延缓衰老半导体及超导体，2次高能量电池材料，光盘磁性纪录材料等。C60的合成技术电弧放电法(1990):将碳棒作为电极进行电弧放电，再用有机溶剂提取由碳蒸发凝缩的煤雾(收率10-15％)。高频感应等离子体法。燃烧法:减压下1000℃下使苯或甲苯不完全燃烧(收率20％)（已产业化）。有机纳米材料Dendrymer(巨分子)巨分子的构造因一代一代合成与精制,所以具有