探讨纳米材料的合成及应用（终稿）.doc

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1、纳米材料的合成及应用摘要：材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑。自从年提出著名的效应以来，人们对纳米材料的研究一直予以关注。进入年代以后，大量有关纳米材料的理论研究、实验研究和工程应用研究的成果公布于世，一门新型学科一纳米材料学逐渐形成。纳米材料的诞生不仅为材料科学和高技术应用展现出一片新的领域，而且也为凝聚态物理的发展提出了挑战性的课题。关键词：纳米材料、合成方法、应用.一、发展历史“纳米”是一种计量单位，即1（T米。“纳米”材料是指颗粒大小在1〜lOOrnn范围内的物质，广义地纳米材料则是指在三维空间中至少有一维处

2、于纳米尺度范围或由它们为基本单元构成的材料[b2]o人类制备纳米材料的历史至少可以追溯到2000多年前，但直到上世纪80年代，Kroto等采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中形成碳的团簇，生成了C6。和Cm。而C6。具有高稳定性的新奇结构。这种结构与常规的碳的同素异构体金刚右结构和石墨层状结构完全不同，而且物理性质也很奇特。5研究的热潮立即应运而来，带动了人类科学进入纳米层次的研究。纳米材料发展的历史，大致可以划分为以下三个阶段叫第一阶段：纳米晶时代（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米微粒粉体，研究的对象一般局限在单一

3、材料和单相材料。第二阶段：纳米复合材料代（1994年前）利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料。第三阶段：纳米设计时代（从1994年到现在）以纳米微粒以及纳米丝、纳米管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，其中包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。强调按人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有冃的地使该体系具有人们所希望的特性⑷。二、纳米材料的特性纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径,导致了高扩散率，它对蠕变、超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温

4、度降低、化学活性壇大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有咼强度一硬度、高扩散性、高塑性一一韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系低热导率、强软磁性能旳。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。具体表现如下：1.尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条

5、件将被破坏非晶态纳米微粒的颗粒表而附近原子密度减小，导致声、光电、磁学、热学、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。纳米微粒的小尺寸效应使其具有独特的物理化学性能，从而拓宽了材料的应用范围。如当颗粒的粒径降到纳米级时,材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m[6],而直径小于20mm的铁，其矫顽力却增加了1000倍，可用于制造磁卡利用等离子共振频率随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，可用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以全面改善聚合物的力学性能

6、，甚至还可以赋予材料新性能。1.表面效应一般而言,随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子表面效应⑺。表1列出了纳米微粒尺寸与表面原子数的关系。表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系纳米微粒尺寸d(nm)包含总原子表面原子数103x1042044x1034022.5x1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。当粒径为lnm时，纳米材料几乎全部由单层表面原子组成。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高

7、的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。这样两者之间不但可以通过范德华作用力结合在一起,而且那些具有较高化学反应活性的纳米粒子述可以同聚合物分子链段上的活性点发生化学反应而结合在一起。1.量子隧道效应微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应⑻。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重耍意义。%1.纳米材料的合

8、成方法纳米材料的合成方法至今多种多样，但归纳起來主要是气相法、液相法和机械方法。3.1气相法3.1.1低压气体中蒸发法（气体冷凝法）1963年该法由RyoziUyeda及其合作者