第二章-纳米材料及其基本性质.ppt

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1、1第二章纳米材料及其基本性质12一、纳米材料学关于纳米材料的性质、合成、结构及其变化规律和应用的一门学科。纳米粉体材料及其衍生材料的工艺技术路线结构与性能的关系基础应用等第一节纳米材料23二、纳米材料三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。分类方法：维度（数）、材料的性质、结构、性能等342.1维数0维：指在空间3维尺度均在纳米尺度1维：指在空间有2维处于纳米尺度2维：指在空间中有1维在纳米尺度3维：纳米固体，由纳米微粒组成的体相材料ABC452.1维数0维：指在空间3维尺度均在纳米尺度51985年，科尔、科罗脱和斯麦利发现

2、了C60团簇，也叫巴基球，C60直径大约是1纳米。61维：指在空间有两维处于纳米尺度纳米管纳米线纳米棒672维：指在空间中有1维在纳米尺度7纳米膜——纳米膜分为颗粒膜与致密膜颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；平面显示器材料；超导材料等。83维：纳米块体材料由纳米微粒组成的体相材料由大量纳米微粒在保持表（界）面清洁条件下组成的三维系统，其界面原子所占比例很高单相微粒组成的纳米相材料；两种或以上的相微粒组成的纳米复合材料892－D量子阱1－D量子线0－D量子点3－D大

3、块材料910按材料的性质、结构、性能、来源可有不同的分类方法化学组成：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。按材料物性：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料按应用：纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。1011三、纳米粉体超微粉体微米粉体（1～100μm）亚微米粉体（0.1～1μm）纳米粉体（1～100nm）（0.001～0.1μm）11纳米微粒是指尺度处于1~100nm之间的粒子的集合体，是处于该几何尺寸的各种粒子集合体的总称。12特性：1)粒度细2)比表面积大3)分布均

4、匀4)表面活性高应用广：高档涂料新型陶瓷微电子及信息材料添加剂1213纳米粉体示例：纳米金属粉体（Cu）纳米氧化物(金属、非金属、两性)1314纳米金属硫化物纳米碳（硅）化物1415【例】纳米透明隔热涂料纳米氧化铟锡、氧化锡锑、掺铝氧化锌16在可见光区均有较高的透过率(80%~90%),ITO用量提高,可见光透过率略有下降。在波长大于800nm的近红外区透过率开始下降,波长在1500nm以上的红外光透过率几乎为零17四、纳米材料的研究内容系统地研究纳米材料的微结构，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论。发展新型纳米材料。目前，纳

5、米材料应用的关键技术问题是在大规模制备的质量控制中,如何做到均匀化、分散化、稳定化。根据性质设计各种特殊功能纳米材料。1718表面效应小尺寸效应量子尺寸效应宏观量子隧道效应第二节纳米材料的基本性质物理性能化学性能表面活性及敏感性催化性能1819一、表面效应纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而显著增加，粒子的表面能及表面张力随着增加，物理、化学性质发生变化。10纳米1纳米0.1纳米随着尺寸的减小，表面积迅速增大1920粒度减小引起的表面效应（纳米粒子）粒度减小比表面积增大粒度减小表面原子所占比例增大表面原子比物质内部原子具有更高的比表面能表面原子比物质内部原

6、子具有更高活性和化学反应性21比表面：把物质分散成细小微粒的程度称为分散度常用比表面来表示多相分散体系的分散程度单位质量的物质所具有的表面积单位体积的物质所具有的表面积2122边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109【例】把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：22《2323表面原子所占比例增大表面能增大在T和P组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需的功叫表面功《24应用表面粒子活性高—>纳米粉体

7、活性高*纳米微粒催化剂纳米Ni作有机物氢化催化剂，比普通Ni催化剂效率高十倍*自洁玻璃:玻璃+纳米TiO2涂层----催化碳氢化合物的进一步氧化*汽车尾气净化剂----纳米Fe、Ni与r-Fe2O3混合烧结后可代替贵金属2425随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。（1）特殊的光学性质（2）特殊的热学性质（3）特殊的磁学性质（4）特殊的力学性质25二、小尺寸效应26小尺寸效应产生原因：当纳米颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的