特殊形貌氧化亚铜半导体纳米材料的制备与表征文献综述

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1、文献综述特殊形貌氧化亚铜半导体纳米材料的制备与表征1前言纳米(Nanometer)，是一个长度单位，为10-9m，大约3～4个原子的宽度[1]。纳米材料是一门新兴学科，它是指材料微观结构在0～3维内其长度不超过100nm，材料中至少有一维处于纳米尺度范围～100nm，具有纳米结构。它有四种基本类型：纳米粒子原子团(零维)；纳米纤维和纳米管(1维)；纳米层或膜(厚度<100nm)材料(2维)；块体纳米材料(3维)[2]。按传统的材料科学体系划分，纳米材料又可进一步分为纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳

2、米高分子材料和纳米复合材料。纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分结构组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面，界面原子达15%～50%[3～5]。纳米材料的独特结构，使其具有不同于常规材料和单个分子的性质，如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，从而导致了纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变，并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值，得到广泛的应用[6]。因此，纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，已经在当今新材

3、料研究领域中最富有潜力，并对未来经济和社会发展有十分重要影响[7]。1.1纳米材料的特性纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。这样的系统是一种典型的介观系统。它具有表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。1.1.1表面效应表面效应是指纳米粒子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。因表面原子处于“裸露”状态，周围缺少相邻的原子，有许多空悬键，易于与其他原子结合而稳定，具有较高的化学活性。如球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表

4、面积与直径成反比，随着颗粒直径变小，比表面积将显著增大，表面原子所占的百分数将会显著增加，尤其当颗粒直径小于0.1μm时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1g超微颗粒表面积的总和可高达100m2，这时表面效应将不容忽略。超微颗粒的表面具有很高的活性，利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代高效催化剂和储气材料以及低熔点材料。1.1.2量子尺寸效应量子尺寸效应是指纳米粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为分散能级的现象。久保(Kubo)及其合作者提出相邻电子能级间距和颗粒直径的关

5、系，即著名的公式：δ＝4/3·EF/N∝V-1，其中δ为能级间距，EF为费米能级，N为总电子数，V表示颗粒体积。由于粒子尺寸很小，到一定程度后已无位错且晶界较宽，表现出与粗晶不同的显著特性。1.1.3宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，成为宏观的量子隧道效应。有人提出量子力学的零点振动可以在低温起着类似热起伏的效应，从而使零温度附近微颗粒磁化矢量的重取向，保持有限的弛豫时间，即在绝对零度

6、仍然存在着非零的磁化反转率。1.2纳米材料的应用1.2.1在工业生产方面的应用纳米材料的运用在工业生产中显示了独特的魅力。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度、韧性、致密性和防水性。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的纳米SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。在环境科学领域，用纳米材料作为催化剂及过滤系统，从而消除污染。涂料加入纳米材料，可进一步

7、提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化、氨基酸合成、水净化处理等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米SiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。用纳米微粒作催化剂可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行，是未来催化科学不可忽视

8、的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革[8]。1.2.2在生物医学中的应用纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收、可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性，而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射等多种给要途径等许多优点，因而使其在药物输送方面具有广阔的应用前景。由于纳米银粒子的表面效应，其抗菌能力是相应微米银粒子的200倍以上，因此添加纳米银粒子制成的医用敷粒对常见的外科感染细菌具有较好的抑制作用。目前已开发出粒径约25nm的银抗菌颗粒，其具有广