纳米材料导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从尺寸概念分析：纳米材料就是关于原子团簇、纳米颗粒、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料的总称。从特性内涵分析：纳米材料能够体现尺寸效应(小尺寸效应)和量子尺寸效应。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

2、清楚，但巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等化学分支包括：合成化学化学动力学晶体化学结构化学原子簇化学原子团簇研究是多学科的交叉物理学分支：原子、分子物理表面物理晶体生长非晶态其它学科：星际分子、矿岩成因、燃烧烟粒、大气微晶等．国家自然科学基金重大项目：“原子团簇的物理和化学”、“团簇组装纳米结构的量子性质”南京大学固体微结构国家实验室（筹）团簇物理和纳米科学研究组杨先生和冯先生访问团簇物理研究室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(

3、如B，P，S，Si簇等)．二元原子团簇包括InnPm，AgnSm等。多元原子团簇有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．当前能大量制备并分离的团簇是C60(富勒烯)(富勒烯)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。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

4、发物中除了有C60外，还含有C70，C20等其它碳团簇。可以采用酸溶去其它团簇，但往往还混有C70。幻数：构成碳团簇的原子数幻数为20，24，28，32，36，50，60，70的具有高稳定性，其中又以C60最稳定。仅仅通过调节团簇的大小，物质特性就有极大的不同，10个铁原子的团簇在催化氨合成时要比17个铁原子的团簇效能高出1000倍。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

5、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、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(Ni-P)-纳米Si3N4复合层用

6、具有很好悬浮性能的纳米Si3N4固体微粒作为镀液的第二相粒子,通过搅拌使其悬浮在镀液中,用电刷镀的方法使Ni-P合金与纳米Si3N4微粒共沉积于基体表面.它具有沉积速度快、镀层硬度高和耐磨性好等优异的性能.纳米级第二相粒子沉积镀层举例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5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比

7、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：多孔材料在多相催化、吸附与分离等领域应用广泛简

8、介：把纳米颗粒组装成带有一定孔道结构的体块多孔纳米固体，则可以得到一种既保留了纳米颗粒的大部分反应活性又具有相当力学强度的固体材料。这类材料与通常的多孔材料的主要区别在于：A：它的孔道壁表面由高活性的纳米颗粒表面构成，其活性更高；B：多孔纳米固体的孔道壁由纳米颗粒构成，具有更高的强度和更好韧性。二氧化锆多孔纳米固体的制备（山东大学