纳米复习资料.doc

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1、•本课程以纳米表征学和纳米材料学的内容为主，其中纳米表征学又以扫描探针显微镜(SPM)中的STM和AFM为主。纳米材料学涉及了纳米材料的基本结构单元，纳米材料的物理效应，以及各维度纳米材料的电子结构和物理、化学特性及其制备方法。最后是纳米结构的概念和应用。纳米表征学要点•1.扫描探针显微镜(SPM)的特点•2.STM的针尖制备•3.AFM的微悬臂偏转检测纳米材料学要点•一.纳米结构单元部分•纳米材料的概念及其分类•原子团簇的特性•C60足球烯的特性•碳纳米管的特性和制备方法，CVD法制备碳纳米管中，碳纳米管的生长机理•纳米薄膜•二.纳米材料的物理基础与基本效应部分•小尺

2、寸效应及其影响•表面效应•三.纳米微粒的物理和化学特性部分•纳米微粒的力、磁、光、光催化性质•四.纳米材料的制备方法部分•气体冷凝法•氢电弧等离子体法•沉淀法•水热法(水热技术的特点，水热反应的分类)•溶胶凝胶法•溅射法•流动液面上真空蒸镀法•化学气相沉积定义•非晶晶化法·纳米陶瓷的制备•五.纳米结构部分•纳米结构的定义•自组装的定义•纳米电子学要点•只涉及很少一部分内容:·单电子器件的基本单元·量子计算机的优点·什么是电导量子化•有关纳米材料的安全性,谈谈你个人的看法。1.扫描探针显微镜(SPM)的特点•分辨率高•可实时得到实空间中样品表面的三维图像•可以观察单个原子

3、层的局部表面结构•可在真空、大气、常温等不同环境下工作•配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构的信息•设备相对简单、体积小、价格便宜2.纳米材料的概念及其分类两个条件：（1）在三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由他们作为基本单元构建的材料（2）于块体材料相比，在性能上有所突变或者大幅提高的材料分类：纳米基本单元是纳米材料学首要的研究内容。其按空间维数分为：•零维，指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。•一维，指空间二维尺度处于纳米尺度，如纳米线(棒)、纳米管等。•二维，指空间三维尺度中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜等。•这些基本单元常常具

4、有量子性质，所以零维、一维、二维基本单元又分别称为量子点、量子线和量子阱。3．CVD法（碳氢化合物催化热分解法）CVD法优点：•反应过程易于控制，设备简单，原料成本低，可大规模生产，产率高(>90%)缺点：CNTs层数多，石墨化程度较差，存在较多的结晶缺陷，对CNTs的力学性能及物理化学性能有不利影响。碳管生长机理CVD法生长温度常为500-1000oC，生长过程中，过渡金属(Fe、Ni、Co等)催化剂颗粒吸收和分解碳氢化合物的分子，碳原子扩散到催化剂的内部后形成金属-碳的固溶体，随后，碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出，形成纳米管结构。通常一根碳管一端附有或包覆着催化剂

5、颗粒，另一端为空心。1．顶部生长机理假定催化剂分子是球形或梨形的，此时，沉积将仅在催化剂的一半表面上进行，由于存在浓度梯度，碳原子会扩散，从而在催化剂粒子的中垂直径两边沉淀。但是，碳原子不在催化剂粒子的低端沉淀。这就解释了碳纳米管为什么是中空的结构。2.底部生长机理碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网格，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理的特征是：碳管一端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端。附：处于超顺磁状态的材料具有两个特点：•a)无磁滞回线；•b)矫顽力等于零。•材料的尺寸是材料是否处于超顺磁状态的决定因素。•同时，超顺磁性还与时间和温度有关。1.纳米微粒

6、的粒径与熔点的关系(1)熔点和开始烧结温度比常规粉体的低得多(2)原子振动描述纳米材料的熔融温度2.比热容的增加3.热膨胀系数的增加可以显著提高其光催化效率。有以下3方面的原因：(i)能隙变宽(ii)电子空穴分离效率高(iii)吸附能力强纳米微粒的制备方法分类：1.根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分为两大类：物理方法和化学方法。2.根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法可以分为气相法、液相法和固相法等;3.按反应物状态分为干法和湿法。氢电弧等离子体法制备的金属粒子特性：A.储氢性能由于纳米粒子表面积较大，制备过程中使用了氢气，因此产物纳米粒子吸附有一定量的氢

7、。可用脱附和质谱实验所证实。随着温度的增加，纳米粒子释放的氢量也增加，大约在400℃时释放氢量达到一个极大值。然后随着温度的增加而逐渐减少。大约在600℃时，氢气已经释尽。用溅射法制备纳米微粒有以下优点：(i)可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；(ii)能制备多组元的化合物纳米微粒，如Al52Ti48，Cu91Mn9及ZrO2等；(iii)通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。化学气相沉积是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上生成固态沉积物的技术。液相法制备纳米微粒液相法制备纳米微