纳米及纳米催化技术

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1、纳米及纳米催化技术11025m（10亿光年）103m(km)10-3m(mm)10-9m(nm)10-19m1m10-6m(μm)目前人类研究能达到的最大距离目前人类研究能达到的最小距离纳米2纳米科技是研究由尺寸在0.1~100nm之　间的物质组成的体系的运动规律和　　　　相互作用以及可能的实际应用　　　　　　　　中的科学技术问题。3当物质小到1—100nm(10-9—10-7m)时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及

2、物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。41990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。纳米材料介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。5纳米科技的主要研究内容创造和制备优异性能的纳米材料设计、制备各种纳米器件和装置探测和分析纳米区域的性质和现象6纳米科技主要包括1、纳米物理学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

3、加工学7、纳米力学7纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代未、90年代初。80年代初发明了Feynman所期望的纳米科技研究的重要仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，它们对纳米科技的发展起到了积极的促进作用。8用扫描隧道显微镜的针尖将原子一个个地排成汉字，汉字的大小只有几个纳米。9用扫描隧道显微镜的针尖在铜表面上搬运和操纵48个原子，使它们排成圆形，圆形上原子的某些电子向外传播，逐渐减少，同时与向内传播的电子相互干涉形成干涉波。10用扫描隧道显微镜拍摄的富勒烯照片，可以见到C60的单个分子111、纳米材料的表面效应纳

4、米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。如下图所示：一、纳米材料的特性粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。此时由于表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。122、纳米材料的体积效应由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。一、纳米材料的特性

5、133、纳米材料的量子尺寸效应当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。一、纳米材料的特性14由于处于分立的量子化能级中电子的波动性使纳米粒子具有一系列特殊性质，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。如光吸收显著增加，超导相向正常相转变，金属熔点降低，增强微波吸收，特异的催化和光催化性质等。由于纳米粒子细化，晶界数量大幅度的增加，可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高。

6、其结构颗粒对光，机械应力和电的反应完全不同于微米或毫米级的结构颗粒，使得纳米材料在宏观上显示出许多奇妙的特性。一、纳米材料的特性15纳米相铜强度比普通铜高5倍；纳米相陶瓷是摔不碎的。纳米材料从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金、塑性陶瓷、金属间化合物以及性能特异的原子规模复合材料等新一代材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开拓了新的途径。一、纳米材料的特性161、气相法在低压气体中蒸发法：在超高真空中充入低压惰性气体，将欲蒸物质（金属、CaF2、NaCl、FeF等离子化合物、过渡金属氮化物、易升华氧化物等）置于坩埚内，通过钨电阻

7、或石墨加热器加热蒸发，蒸气在惰性气体带动下在液氮冷却棒（77K）上冷凝，再用聚四氟乙烯刮刀刮下得到纳米粉。二、纳米材料的制备技术17活性氢－熔融金属反应法：使氢气的等离子体与金属间产生电弧，使金属熔融，电离的N2、Ar等气体和H2溶入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成了金属的超微粒子，用离心或过滤式收集器收集。二、纳米材料的制备技术溅射法：用二块金属板作为电极，阴极为蒸发用的材料，极间充入Ar，施加电压为0.3－1.5kV。该法选用范围广，制备多组分材料，产量高。18流动液面上的真空蒸镀法：在高真空中蒸发的金属原子在流动的油面内形成极超微粒子。产品为含有大

8、量超微粒子的糊状油。二、纳米材料的制备技术激光诱导化