《納米材料制備》PPT課件

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1、5.1納米材料制備技術(shù)5.2陶瓷材料制備技術(shù)5.3薄膜材料制備技術(shù)5.4晶體材料與生長技術(shù)5.5復(fù)合材料制備技術(shù)5.6非晶材料制備技術(shù)第五章無機(jī)材料的制備11納米材料與納米結(jié)構(gòu)納米材料:在納米量級(1~100nm)內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的具有特異性能的新材料四大特點(diǎn)：尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大（1）納米材料2小尺寸效應(yīng)當(dāng)納米微粒尺寸與光波的波長、得布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)時(shí),晶體周期性的邊界條件將破壞,聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性均隨尺寸減小而顯著變化。表面與界面效應(yīng)納米微粒由于尺寸

2、小,表面積大,表面能高,因此其活性極高,極不穩(wěn)定,很容易與其他原子結(jié)合。量子尺寸效應(yīng)當(dāng)粒子尺寸下降到最低值時(shí),費(fèi)米能級附近的電子能級會由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級和納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的HOMO和LUMO，能級變寬的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)是指微觀粒子具有貫穿勢壘的能力,人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量,如磁化強(qiáng)度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效應(yīng),稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。3（2）納米材料的奇異性能納米金屬的熔點(diǎn)比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴(kuò)散速度比在普通材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高

3、10倍；納米復(fù)合材料對光的反射度極低，但對電磁波的吸收性能極強(qiáng)，是隱形技術(shù)的突破；納米材料顆粒與生物細(xì)胞結(jié)合力很強(qiáng)。4納米金和塊狀金的顏色?納米金5?碳納米管碳納米管是由碳原子按一定規(guī)則排列形成的空心籠狀管式結(jié)構(gòu)，其直徑不超過幾十納米（一納米為十億分之一米）。導(dǎo)電性強(qiáng)、場發(fā)射性能優(yōu)良、強(qiáng)度是鋼的100倍、韌度高等，是一種用途廣泛的新材料。6用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧莫斯科大學(xué)的研究人員為了弄清納米管的受壓強(qiáng)度，將少量納米管置于29Kpa的水壓下（相當(dāng)于水下18000千米深的壓力）做實(shí)驗(yàn)。不料未加到預(yù)定壓力的1/3，納米管就被壓扁

4、了。他們馬上卸去壓力，它卻像彈簧一樣立即恢復(fù)了原來形狀。應(yīng)用：科學(xué)家得到啟發(fā)，發(fā)明了用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧，用作汽車或火車的減震裝置，可大大減輕車輛的重量。7納米管做成的“納米秤”最近美國、中國、法國和巴西科學(xué)家用精密的電子顯微鏡測量納米管在電流中出現(xiàn)的擺頻率時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以測出納米管上極小微粒引起的變化，從而發(fā)明了能稱量億億分之二百克的單個(gè)病毒的“納米秤”。這種世界上最小的秤，為科學(xué)家區(qū)分病毒種類，發(fā)現(xiàn)新病毒作出了貢獻(xiàn)。8碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高

5、的溫度而不會燒毀。9碳納米管儲氫高質(zhì)量的碳納米管能儲存大量氫氣，從而可以實(shí)現(xiàn)用氫氣為燃料驅(qū)動無污染汽車。H210③陶瓷韌性提高納米氧化鋁粉體添加到常規(guī)85瓷、95瓷中，觀察到強(qiáng)度和韌性均提高50％以上；ＴｉＯ２納米材料具有奇特韌性，在１８０℃經(jīng)受彎曲不斷裂；ＣａＦ２納米材料在８０—１８０℃溫度下，塑性提高１００％。11④催化活性增強(qiáng)以粒徑小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超細(xì)微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機(jī)物氫化的效率提高到傳統(tǒng)鎳催化劑的10倍。12（3）納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元(或稱組件)為基礎(chǔ),按一定規(guī)律構(gòu)

6、筑的一種新的物質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，它包括：零維：如原子團(tuán)簇（人造原子）、納米微粒一維：納米管、納米棒、納米線（絲）以及納米尺寸的孔洞二維：超薄膜、多層膜、超晶格三維：類似光子晶體結(jié)構(gòu)或其組合結(jié)構(gòu)（超結(jié)構(gòu)）：核殼結(jié)構(gòu)、有序排列組合成各種對稱性、周期性的固體因?yàn)檫@些單元往往具有量子性質(zhì)，所以對零維、一維、二維的基本單元又分別有量子點(diǎn)，量子線，量子阱之稱。13（4）納米紀(jì)事最早的納米材料：中國古代的銅鏡的保護(hù)層：納米氧化錫中國古代的墨及染料1857年，法拉第制備出金納米顆粒1861年，膠體化學(xué)的的建立1962年，久保(Kubo)提出了著名的久保

7、理論（金屬超微顆粒費(fèi)米面附近電子能級狀態(tài)分布與大塊材料不同，當(dāng)微粒尺寸進(jìn)人到納米級時(shí)，由于量子尺寸效應(yīng)，原大塊金屬的準(zhǔn)連續(xù)能級產(chǎn)生離散現(xiàn)象。）1985年，Kroto和Smalley等人發(fā)現(xiàn)C601990年7月，在美國巴爾的摩召開第一屆納米科技會議1994年，在波士頓召開的MRS秋季會議上正式提出納米材料工程142納米粒子的常見制備方法根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以有多種分類方法。根據(jù)反應(yīng)環(huán)境可分為液相法、氣相法和固相法；根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)可分為物理制備法、化學(xué)制備法和化學(xué)物理制備法。不同的制備方法可導(dǎo)致納米粒子的性能以及粒徑各不相同。在制備過程

8、中，隨著實(shí)驗(yàn)參數(shù)的不同，結(jié)果也大不相同，盡管也展開了廣泛的研究，取得了大量的結(jié)果，要真正實(shí)現(xiàn)控制合成尚有待進(jìn)一步的工作積累，涉及到化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、熱力學(xué)、動力學(xué)及晶體成核與生長動力學(xué)的微觀機(jī)制問題。雖有大量的文獻(xiàn)方法可以借鑒但研究在某種