無機(jī)納米材料-精品ppt課件

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1、無機(jī)納米材料1基本概念2納米氧化物的制備3納米復(fù)合氧化物的制備4其他無機(jī)納米材料第一章納米材料的基本概念定義及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料的單晶體或多晶體，由于晶粒細(xì)小，使其晶界上的原子數(shù)多于晶粒內(nèi)部，產(chǎn)生高濃度的晶界，使納米材料有許多不同于一半粗晶材料的性能，如強(qiáng)度和硬度增大，低密度，高電阻，低熱導(dǎo)率納米材料結(jié)構(gòu)范圍（零維-三維）納米材料的特性表面效應(yīng)體積效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)(小尺寸效應(yīng)）宏觀量子隧道效應(yīng)表面效應(yīng)固體表面原子和內(nèi)部原子多處環(huán)境不同，當(dāng)粒子直徑比原子直徑大時(shí)，表面能

2、可以忽略，當(dāng)粒子直徑逐漸接近原子直徑時(shí)，表面原子的數(shù)目及作用不能忽略，這時(shí)粒子的比表面積、表面能、表面結(jié)合能都發(fā)生很大的變化。把由此引起的種種特殊效應(yīng)稱為表面效應(yīng)。粒子小，比表面積急遽變化增大，表面原子數(shù)增多，表面能高，原子配位不足，使得表面原子具有高活性，不穩(wěn)定，易結(jié)合。（書17頁，圖1.21，1.22）體積效應(yīng)納米材料由有限個(gè)原子或分子組成，改變了由無數(shù)個(gè)原子或分子組成的集體屬性，物質(zhì)本身性質(zhì)也發(fā)生了變化，這種由體積改變引起的效應(yīng)稱為體積效應(yīng)。如：金屬納米微粒與金屬塊體材料的性質(zhì)不同。量子尺寸效應(yīng)（小尺寸效應(yīng)）粒子尺寸降低到某值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電

3、子能級(jí)由連續(xù)變?yōu)殡x散。粒子尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起性質(zhì)的改變。粒子尺寸變小而引起宏觀物理性質(zhì)的改變成為小尺寸效應(yīng)。例如粗晶下的難以發(fā)光的間隙半導(dǎo)體材料Si、Ge等，粒徑減小到納米級(jí)時(shí)表現(xiàn)出明顯的發(fā)光現(xiàn)象，粒徑越小光強(qiáng)越強(qiáng).細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)材料硬度和強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的減小而增大，導(dǎo)電性改變。宏觀量子隧道效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢(shì)壘高度時(shí)，該粒子仍能穿越這一勢(shì)壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)將會(huì)是未來電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立

4、了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。當(dāng)電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時(shí)，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。上述效應(yīng)使得納米粒子具有與粗晶不同的性質(zhì)。例如：金屬為導(dǎo)體，但納米金屬微粒在低溫下由于量子尺寸效應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)出絕緣性。又如：金屬大多數(shù)情況下由于光反射而呈現(xiàn)出各種美麗的特征顏色，但金屬納米粒子的光反射能力顯著下降，通常可低于1%，納米材料的性能力學(xué)性能電學(xué)性能磁學(xué)性能熱學(xué)性能光學(xué)性能化學(xué)性能力學(xué)性能納米結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性質(zhì)的重要因素：晶界結(jié)構(gòu)、晶界滑移、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。納米材料晶界原子間隙的增加，使其楊氏模量減小，硬度提高。(楊氏模量(Young'smodulus)是表征在彈性限度內(nèi)

5、物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量,在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量)晶粒減小到納米級(jí)，材料的強(qiáng)度和硬度比粗晶材料提高4-5倍。（Cu樣品硬度）電學(xué)性能晶界上原子體積分?jǐn)?shù)增加，納米材料的電阻高于同類粗晶材料。（書24頁，表）納米材料在磁場(chǎng)中材料電阻減小的現(xiàn)象十分明顯。磁場(chǎng)中粗晶電阻僅下降1%-2%,納米材料可達(dá)50%-80%，這個(gè)性質(zhì)很重要。磁學(xué)性質(zhì)納米粒子尺寸小到一定臨界值時(shí)，進(jìn)入超順磁狀態(tài)。從單疇顆粒集合體看，不同顆粒的磁矩取向每時(shí)每刻都在變換方向，這種磁性的特點(diǎn)和正常順磁性的情況很相似，但是也不盡相同。因?yàn)樵谡ｍ槾朋w中，每個(gè)原

6、子或離子的磁矩只有幾個(gè)玻爾磁子，但是對(duì)于直徑5nm的特定球形顆粒集合體而言，每個(gè)顆粒可能包含了5000個(gè)以上的原子，顆粒的總磁矩有可能大于10000個(gè)玻爾磁子。所以把單疇顆粒集合體的這種磁性稱為超順磁性納米材料隨著晶粒尺寸的減小，樣品的磁有序狀態(tài)將發(fā)生改變。粗晶狀態(tài)下為鐵磁性的的材料，當(dāng)顆粒尺寸小于某一臨界值時(shí)，矯頑力趨向于0，轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾艩顟B(tài)。這是由于納米材料中晶粒取向是無規(guī)則的，因此，各個(gè)晶粒的磁距也是混亂排列的，當(dāng)小晶粒的磁各向異性能減小到與熱運(yùn)動(dòng)能基本相等時(shí)，磁化方向就不再固定在一個(gè)易磁化方向而作無規(guī)律變化，結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)。磁學(xué)性質(zhì)磁熱性質(zhì)

7、在非磁或弱磁基體中包含很小的磁微粒。當(dāng)其處于磁場(chǎng)中，微粒的磁旋方向與磁場(chǎng)相匹配，增加了磁有序性，降低了系統(tǒng)的熵，若過程絕熱，樣品溫度將升高。熱學(xué)性質(zhì)納米材料中，界面原子排列混亂，原子密度低，原子間耦合較弱，導(dǎo)致納米材料的比熱比粗晶大。納米微粒的熔點(diǎn)、燒結(jié)溫度、晶化溫度比常規(guī)粉體低得多。（納米材料的表面性質(zhì)決定）光學(xué)性質(zhì)寬頻帶強(qiáng)吸收（納米微粒幾乎都呈現(xiàn)黑色）藍(lán)移：量子尺寸效應(yīng)表面效應(yīng)紅移：比表面大，界面存在大量缺陷化學(xué)性質(zhì)化學(xué)活性高納米材料比表面積大，界面原子數(shù)多，界面原子區(qū)域原子擴(kuò)散系數(shù)高，原子配位不飽和性，使得納米材料具有較高的化學(xué)活性，例如CuEr的合

8、成，催化劑催化效率提高、化學(xué)反應(yīng)性提高等第二章納米氧化物的制備氣相