《纳米材料制备》PPT课件

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1、5.1纳米材料制备技术5.2陶瓷材料制备技术5.3薄膜材料制备技术5.4晶体材料与生长技术5.5复合材料制备技术5.6非晶材料制备技术第五章无机材料的制备11纳米材料与纳米结构纳米材料:在纳米量级(1~100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料四大特点：尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大（1）纳米材料2小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波的波长、得布罗意波长以及超导态的相干长度或透射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、力学等特性均随尺寸减小而显著变化。表面与界面效应纳米微粒由于尺寸

2、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和纳米半导体微粒存在不连续的HOMO和LUMO，能级变宽的现象称为量子尺寸效应。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、量子相干器中的磁通量等具有隧道效应,称之为宏观量子隧道效应。3（2）纳米材料的奇异性能纳米金属的熔点比普通金属低几百度；气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍；纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高

3、10倍；纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极强，是隐形技术的突破；纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强。4纳米金和块状金的颜色纳米金5碳纳米管碳纳米管是由碳原子按一定规则排列形成的空心笼状管式结构，其直径不超过几十纳米（一纳米为十亿分之一米）。导电性强、场发射性能优良、强度是钢的100倍、韧度高等，是一种用途广泛的新材料。6用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度，将少量纳米管置于29Kpa的水压下（相当于水下18000千米深的压力）做实验。不料未加到预定压力的1/3，纳米管就被压扁

4、了。他们马上卸去压力，它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。应用：科学家得到启发，发明了用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧，用作汽车或火车的减震装置，可大大减轻车辆的重量。7纳米管做成的“纳米秤”最近美国、中国、法国和巴西科学家用精密的电子显微镜测量纳米管在电流中出现的摆频率时，发现可以测出纳米管上极小微粒引起的变化，从而发明了能称量亿亿分之二百克的单个病毒的“纳米秤”。这种世界上最小的秤，为科学家区分病毒种类，发现新病毒作出了贡献。8碳纳米管制造人造卫星的拖绳在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高

5、的温度而不会烧毁。9碳纳米管储氢高质量的碳纳米管能储存大量氢气，从而可以实现用氢气为燃料驱动无污染汽车。H210③陶瓷韧性提高纳米氧化铝粉体添加到常规85瓷、95瓷中，观察到强度和韧性均提高50％以上；ＴｉＯ２纳米材料具有奇特韧性，在１８０℃经受弯曲不断裂；ＣａＦ２纳米材料在８０—１８０℃温度下，塑性提高１００％。11④催化活性增强以粒径小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率提高到传统镍催化剂的10倍。12（3）纳米结构纳米结构是以纳米尺度的物质单元(或称组件)为基础,按一定规律构

6、筑的一种新的物质结构体系，它包括：零维：如原子团簇（人造原子）、纳米微粒一维：纳米管、纳米棒、纳米线（丝）以及纳米尺寸的孔洞二维：超薄膜、多层膜、超晶格三维：类似光子晶体结构或其组合结构（超结构）：核壳结构、有序排列组合成各种对称性、周期性的固体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，量子阱之称。13（4）纳米纪事最早的纳米材料：中国古代的铜镜的保护层：纳米氧化锡中国古代的墨及染料1857年，法拉第制备出金纳米颗粒1861年，胶体化学的的建立1962年，久保(Kubo)提出了著名的久保

7、理论（金属超微颗粒费米面附近电子能级状态分布与大块材料不同，当微粒尺寸进人到纳米级时，由于量子尺寸效应，原大块金属的准连续能级产生离散现象。）1985年，Kroto和Smalley等人发现C601990年7月，在美国巴尔的摩召开第一届纳米科技会议1994年，在波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米材料工程142纳米粒子的常见制备方法根据不同的分类标准，可以有多种分类方法。根据反应环境可分为液相法、气相法和固相法；根据反应性质可分为物理制备法、化学制备法和化学物理制备法。不同的制备方法可导致纳米粒子的性能以及粒径各不相同。在制备过程

8、中，随着实验参数的不同，结果也大不相同，尽管也展开了广泛的研究，取得了大量的结果，要真正实现控制合成尚有待进一步的工作积累，涉及到化学反应机制、热力学、动力学及晶体成核与生长动力学的微观机制问题。虽有大量的文献方法可以借鉴但研究在某种