納米材料的特性制備及應(yīng)用

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1、華東理工大學(xué)2012-2013第1學(xué)期《納米材料技術(shù)》課程論文2012.12班級(jí)材化092學(xué)號(hào)1002435姓名朱敏捷開課學(xué)院材料學(xué)院任課教師胡彥杰成績(jī)__________論文題目:納米材料的特性、制備及應(yīng)用論文要求：根據(jù)選擇的論文范圍，通過查閱文獻(xiàn)資料，內(nèi)容能夠反映教師要求，舉例恰當(dāng)，論文格式符合規(guī)范（參見華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)）。3000~5000字。教師評(píng)語(yǔ)：教師簽字：年月日8納米材料的特性、制備及應(yīng)用材化09210092435朱敏捷摘要：納米材料由于其獨(dú)特的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng)，使得材料的電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生了驚人的變化。納米技術(shù)

2、在精細(xì)陶瓷、微電子學(xué)、生物工程、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的成功應(yīng)用及其廣闊的應(yīng)用前，使得納米材料及其技術(shù)成為目前科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，被認(rèn)為是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。Abstract:Duetotheuniquesurfaceeffect,volumeeffectandthequantumsizeeffectoftheNano-materials,itmakestheelectrical,mechanical,magnetic,opticalandotherpropertiesofthematerialgeneratedamazingchanges.關(guān)鍵詞：納米材料

3、特性制備應(yīng)用展望納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)(10-9m)的超細(xì)材料。它的微粒尺寸一般為1-100nm。它包括體積分?jǐn)?shù)近似相等的兩個(gè)部分：一是直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的粒子，二是粒子間的界面。前者具有長(zhǎng)程序的晶狀結(jié)構(gòu)，后者是既沒有長(zhǎng)程序也沒有短程序的無(wú)序結(jié)構(gòu)。1990年7月在美國(guó)召開的第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個(gè)新分支。從材料的結(jié)構(gòu)單元層次來說，它介于宏觀物質(zhì)和微觀原子、分子的中間領(lǐng)域。在納米材料中，界面原子占極大比例，而且原子排列互不相同，界面周圍的晶格結(jié)構(gòu)互不相關(guān)，從而構(gòu)成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在納米材

4、料中，納米晶粒和由此而產(chǎn)生的高濃度晶界是它的兩個(gè)重要特征。高濃度晶界及晶界原子的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能、磁性、介電性、超導(dǎo)性、光學(xué)乃至熱力學(xué)性能的改變。納米相材料跟普通的金屬、陶瓷和其他固體材料都是由同樣的原子組成。只不過這些原子排列成了納米級(jí)的原子團(tuán)，成為組成這些新材料的結(jié)構(gòu)粒子或結(jié)構(gòu)單元。納米材料研究是目前材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn),其相應(yīng)發(fā)展起來的納米技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具有前途的科研領(lǐng)域。1納米材料的特性1.1納米材料的表面效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。當(dāng)粒徑在10nm以

5、下，將迅速增加表面原子的比例；當(dāng)粒徑降到1nm時(shí)，表面原子數(shù)比例達(dá)到約90%以上,原子幾乎全部集中到納米粒子的表面。由于納米粒子表面原子數(shù)增多，表面原子配位數(shù)不足和高的表面能，8使這些原子易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性。1.2納米材料的體積效應(yīng)由于納米粒子體積極小，所包含的原子數(shù)很少，因此，許多現(xiàn)象就不能用通常有無(wú)限個(gè)原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說明，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)，其中有名的久保理論就是體積效應(yīng)的典型例子。久保理論是針對(duì)金屬納米粒子費(fèi)米面附近電子能級(jí)狀態(tài)分布而提出的，久保把金屬納米粒子靠近費(fèi)米面附近的電子狀態(tài)看作是受尺寸限

6、制的簡(jiǎn)并電子態(tài)，并進(jìn)一步假設(shè)它們的能級(jí)為準(zhǔn)粒子態(tài)的不連續(xù)能級(jí),并認(rèn)為相鄰電子能級(jí)間距和金屬納米粒子的直徑的關(guān)系為：其中，N為一個(gè)金屬納米粒子的總導(dǎo)電電子數(shù)；V為納米粒子的體積；EF為費(fèi)米能級(jí)。隨著納米粒子的直徑減小，能級(jí)間隔增大，電子移動(dòng)困難，電阻率增大,從而使能隙變寬，金屬導(dǎo)體將變?yōu)榻^緣體。1.3納米材料的量子尺寸效應(yīng)當(dāng)納米粒子的尺寸下降到某一值時(shí)，金屬粒子費(fèi)米面附近電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)；并且納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)的分子軌道能級(jí)和最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)，使得能隙變寬的現(xiàn)象，被稱為納米材料的量子尺寸效應(yīng)。在納米粒子中處于分立的量子化

7、能級(jí)中的電子的波動(dòng)性帶來了納米粒子的一系列特殊性質(zhì)，如高的光學(xué)非線性、特異的催化和光催化性質(zhì)等。當(dāng)納米粒子的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或與磁場(chǎng)穿透深度相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近的原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱力學(xué)等特性出現(xiàn)異常。利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸變化的性質(zhì)，可以改變顆粒尺寸、控制吸收邊的位移，制造具有一定頻寬的微波吸收納米材料，用于電磁波屏蔽、隱型飛機(jī)等。由于納米粒子細(xì)化，晶界數(shù)量大幅度的增加，可使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大為提高。其結(jié)構(gòu)顆粒對(duì)光、機(jī)械應(yīng)力和電的反應(yīng)完全不同于微

8、米或毫米級(jí)的結(jié)構(gòu)顆粒,使得納米材料在宏觀上顯示出許多