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@guoxs 2016-01-16T13:02:46.000000Z 字数 1854 阅读 1321

纳米材料

无机合成与固体化学


1、绪论

介观:团簇(<1nm)
纳米体系:纳米体系1-15nm(1-100nm)
亚微米体系:0.1um-1um
团簇:n+ 或n+广原子聚合体(<1nm)

纳米材料表现为粒子,晶粒或晶界等显微构造达到纳米尺寸水平,包括原子团簇,纳米颗粒,碳纳米管,纳米线,纳米薄膜和纳米固体材料。

奇特物理性质:纯C60固体是绝缘体,加了碱金属会产生超导现象。
掺杂C60的Tc之高仅次于铜氧化物超导体。同时, C60固体还在低温下呈现铁磁性

原子团簇的特性 : 因其尺寸小,处于表面的原子比例极高,而表面原子的几何构型、自旋状态以及原子间作用力都完全不同于体相内的原子。

纳米结构和成分分析:电镜、衍射和能谱等技术

2、纳米材料的纳米效应

纳米粒子的光学性质

所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小,颜色愈黑,银白色的铂(白金)变成铂黑,金属铬变成铬黑。

特殊的热学性质

固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后其熔点将显著降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。

纳米粒子的磁效应

超顺磁性
纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态(热运动能对微粒自发磁化方向的影响引起的磁性)。
处于超顺磁状态的材料具有两个特点:
1)无磁滞回线;
2)矫顽力等于零。
材料的尺寸是材料是否处于超顺磁状态的决定因素。同时,超顺磁性还与时间温度有关。

纳米粒子的力学性质

超塑性
由于纳米材料粒度非常微小,具有良好的表面效应,1克纳米材料的表面积达到几百平方米。因此,用纳米材料制成的产品其强度、柔韧度、延展性都十分优越

纳米粒子的电学性质

由于颗粒内的电子运动受到限制,电子能量被量子化了。结果表现为当在金属颗粒的两端加上合适电压时,金属颗粒导电;而电压不合适时金属颗粒不导电。原来是导体的铜等金属,在尺寸减少到几个纳米时就不导电了;而绝缘的二氧化硅等,电阻会大大下降,失去绝缘特性,变得能导电了。

随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

量子尺寸效应: 当粒子的尺寸下降到某个值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级之间的能隙变宽现象。

金属能带(Kubo效应):
明显的量子尺寸效应,大于热振动能量RT时,能带结构发生明显变化,宏观固体的准连续能带消失了,而表现出分立的能级,呈现十分显著的量子尺寸效应,这使得体系的光、电、热等物理性质发生明显的变化。如:经数超微粒子中的电子数较少,因而不再遵守Fermi统计

吸附

吸附是相互接触的、不同相之间产生作用的一种现象。
处在固体表面的原子,由于周围原子对它的作用力不对称,即原子所受的力不饱和,因而有剩余力场,可以吸附气体或液体分子。

吸附可分为两类, 一类是物理吸附,在吸附过程中没有电子转移,没有化学键的生成与破坏,没有原子重排等等,而产生吸附的只是范德华引力;另一类是化学吸附,吸附剂与吸附相之间形成了化学键。

纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位不足,与相同材质的大块材料相比较,有较强的吸附性。纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关。

3、纳米材料制备

利用表面活性剂胶束或反向胶束可以合成系列纳米材料。反向胶束相当于反应微控制器,实现对纳米粒子的可控合成。

4、纳米技术的应用

纳米技术是一门崭新的交叉学科,学科领域涵盖纳米物理学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学、纳米医学、纳米显微学、纳米计量学和纳米制造等,有着十分宽广的学科领域。

纳米电子学: 量子元器件
纳米材料学 : 纳米陶瓷材料 太空升降机 纳米壁挂电视 纳米固体燃料 纳米隐身飞机
纳米机械学 : 纳米机械产品
纳米生物学 : 纳米人造细胞

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