纳米材料和纳米结构第二讲.ppt

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1、纳米结构和纳米材料微乳液法Microemulsions第二讲一、纳米材料合成技术简介1、纳米技术基于物质最小单元，加工新的材料和器件通过构建原子尺度物质结构，实现材料超级性能2、先进材料与先进材料加工新的技术革命基础随着器件尺寸的减小，量子力学现象将成为主导器件加工与系统组装需要全新的途径纳米材料与纳米器件的加工成为纳米科学与技术的基础3、纳米科学与技术面临的挑战高纯度、产量，原子尺度结构可控纳米材料的合成纳米结构与性能的科学表征器件制造、纳米操纵和纳米器件的连接系统集成与规模化生产4、化学合成纳米材料的主要

2、方法液相化学制备方法（ChemistryinLiquid）多相化学制备法（ChemistrybetweenHeterogeneousPhase）液滴法（ChemistryinaDroplet）气相化学法（ChemistryintheVaporPhase）（1）液相化学制备法直接化学反应法不溶生成物方法溶解去除法均匀溶液沉淀法（2）多相化学制备法水热合成法熔盐合成法热解法火花电蚀法（3）液滴法乳胶法胶团（胶束）法微乳液法气溶胶法（4）气相化学法加热法蒸汽先驱物法液体先驱物法固体先驱物法纳米材料的化学制备方法很多

3、。但在所有的化学方法中，沉淀法、还原法、脱水法、溶剂蒸发法、微乳液法、微乳聚合法等非常具有实际意义。以下重点阐述纳米材料合成的原理与途径、过程控制以及合成质量。1、界面化学（InterfacialChemistry）研究胶体分散体系（包括乳状液、悬浮液、泡沫等粗分散体系）和界面化学现象的学科领域。2、胶体体系（ColloidSystem）由无数大小在10-9~10-6m之间的质点分散于介质中组成。3、表面张力（SurfaceTension）液体表面分子因受力不平衡而向液体内部挤压，表面积产生自动收缩的倾向，使

4、得液体表面具有张力。表面张力和表面能（SurfaceEnergy）是衡量分子间吸引力强弱的一种量度。二、界面化学的几个基本概念4、表面活性剂（surfactant）如果一种物质甲能够显著降低另一种物质乙的表面张力，通常就说甲对乙具有表面活性。同时，称甲为乙的表面活性剂。基本特性：有机溶剂，且每个烃基要含8个以上C原子才能具有优良性能；分子结构具有两亲（amphiphilic）分子特征：一端带有极性集团，能和水形成氢键，亲水（hydrophilic）一端为非极性烃基，疏水（hydrophobic）两个基本性质：

5、表面吸附：指表面活性剂分子从溶液内部移至表面，在表面上富集定向排列：指表面活性剂分子在溶液表面形成定向排列的吸附层5、胶团/束（micelle）表面活性剂的两个基本性质使它在水溶液中可以聚集形成多种形式的分子有序组合体系，在稀溶液中可形成胶团刚好能够形成胶团时表面活性剂的浓度称为临界浓度（criticalmicelleconcentration，CMC）疏水基结合在一起形成内核，亲水基形成形成外层，这样可以达到疏水基逃离水环境、而亲水基和水结合的要求加溶作用（胶团具有溶解油的能力）6、反胶团（reversed

6、micelle）：在非极性溶剂中，有些表面活性剂可聚集（aggregate）形成反胶团，即非极性疏水基向外、极性亲水基团朝向内核和水结合在一起。三、微乳液（Microemulsions）1、定义无论对于胶团（Micelles）或反胶团（ReversedMicelles），其内核只能溶解很少量的疏水物质（如油等）或亲水物质（如水等）。但是，物质被溶解能力可以通过进一步增加表面活性剂的浓度而得到加强。当水或油的内池被扩大或者卷曲起来的时候，液滴的尺寸将会比单层表面活性剂单原子层的厚度大很多。这时候，我们称其为微乳

7、液或者卷曲的胶团。胶团（W/O）、反胶团/微乳（O/W）结构示意图2、反胶团及纳米颗粒的形状控制随表面活性剂浓度的进一步增加，胶团将被破坏，其形状将可以演变为棒状、六边形状、层状胶团或者液态晶体。正是这些胶团形状的变化为采用胶团合成微反应器制备不同形状的纳米颗粒提供了可能性。表面活性剂-油-水三相系统可能形成的自组装结构的相图示意图水油表面活性剂层状六边形状球状立方相圆柱状球状反胶团三、胶团和反胶团的形成机理1.简单几何因素胶团的结构简单决定于表面活性剂在界面处的几何因素。包括：a0头包面积（headgrou

8、parea）v烷基链体积（alkylchainvolume）lc最大长度(maximumlength，towhichthealkylchaincanextend)这些因素主要是从几何填充的角度考虑的，它们将构成填充参数（packingparameter）v/a0lc。填充参数的取值将直接决定表面活性剂分子最终是聚集为胶团、小泡（vesicles）还是微脂粒（liposomes），并遵从下述规则：1)