纳米科技概论 第一章 纳米材料的基本概念与性质ppt课件.ppt

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1、第一章纳米材料的基本概念与性质基本内容1.1纳米材料的基本概念1.2纳米微粒的基本性质1.3纳米微粒的物理特性1.1纳米材料的基本概念纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由他们作为基本单元构成的材料。如果按维数来分类，纳米材料的基本单元可以分为三类：（i）零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；（ii）一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；（iii）二维，指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。如果按形状，纳米材料可以分为•原子团簇、纳米颗粒和粉体、纳米管、纳米线

2、、纳米带、纳米片、纳米薄膜、介孔定义：仅包含几个到数百个原子或尺度小于1nm的粒子称为“簇”，它是介于单个原子与固态之间的原子集合体。1.1.1原子团簇（atomiccluster）原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶体绝大多数原子团簇的结构不清楚，但巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等当前能大量制备并分离的团簇是C60(富勒烯)(富勒烯)一元原子团簇包括金属团簇(加Nan，Nin等)和非金属团簇．非金属团簇可分为碳簇(如C60,C70等)和非碳族(如B，P，S，Si簇等)．二元原子团簇包括InnPm，AgnSm等。多元

3、原子团簇有Vn(C6H6)m等．原子簇化合物是原子团簇与其他分子以配位化学键结合形成的化合物原子团簇可分为一元原子团簇、二元原子团簇、多元原子团簇和原子簇化合物．C60的结构：C60(富勒烯)由60个碳原子排列而成的32面体，其中20个六边形，12个五边形，其直径为0.7nm。幻数：构成碳团簇的原子数幻数为20，24，28，32，36，50，60，70,90具有高稳定性，其中又以C60最稳定。制备C60常用的方法：采用两个石墨碳棒在惰性气体（He，Ar）中进行直流电弧放电，并用围于碳棒周围的冷凝板收集挥发物。挥发物中除了有C60外，还含有C70，C

4、20等其它碳团簇。可以采用酸溶去其它团簇，但往往还混有C70。笼状结构使其比石墨和金刚石轻得多表面碳原子不含有未饱和悬挂键，所以化学性质稳定具有优良的光学、超导、磁、电等特异性能C60特性1.1.2纳米微粒定义：微粒尺寸为纳米数量级，它们的尺寸大于原子团簇，小于通常的微粒，一般尺寸为1-l00nm。也有人将它称为超微粒子（ultra-fineparticle）日本名古屋大学上田良二教授曾经给纳米微粒下了一个定义：用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米微粒。用途：吸波隐身材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、电池电极材料、太阳能电池材料

5、、高效催化剂、高效助燃剂、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂等。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。1.1.3纳米粒子薄膜与纳米粒子层系定义：含有纳米粒子和原子团簇的薄膜、纳米尺寸厚度的薄膜、纳米级第二相粒子沉积镀层、纳米粒子复合涂层或多层膜具有特殊的物理性质和化学性质纳米固体是由纳米尺度水平的晶界、相界或位错等缺陷的核中的原子排列来获得具有新原子结构或微结构性质的固体。1．1．4纳米固体纳米固体材料（nanostructuredmaterials）的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如纳米颗粒所构成的固体每立

6、方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高1014～1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。含有20％超微钻颗粒的金属陶瓷是火箭喷气口的耐高温材料；金属铝中含进少量的陶瓷超微颗粒，可制成重量轻、强度高、韧性好、耐热性强的新型结构材料。超微颗粒亦有可能作为渐变（梯度）功能材料的原材料。例如，材料的耐高温表面为陶瓷，与冷却系统相接触的一面为导热性好的金属，其间为陶瓷与金属的复合体，使其间的成分缓慢连续地发生变化，这种材料可用于温差达1000°C的航天飞机隔热材料、复合纳米固体材料亦是一个重要的应用领域。例如：0-0复合:不同成分、不同相或者

7、不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体;0-3复合:把纳米粒子分散到常规的三维固体中;0-2复合:把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中.均匀弥散:纳米粒子在薄膜中均匀分布；非均匀弥散：纳米粒子随机地、混乱地分散在薄膜基体中。1.1.5纳米复合材料纳米复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，该研究方向主要包括：A：纳米聚合物基复合材料B：纳米碳管功能复合材料C：纳米钨铜复合材料。1.1.6碳纳米管纳米管、纳米棒、纳米丝自从1991年日本NEC公司饭岛等发现纳米碳管以来，立刻引起了许多科技领域的科学家

8、们极大关注．碳纳米管，是1991年由日本电镜学家饭岛教授通过高分辨电镜发现的，属碳材料家族中的新成员，为黑色粉末状。是由类