第八章 一维纳米材料制备
一维纳米材料的制备、表征及应用
一维纳米材料的制备、表征及应用赵婷婷【摘要】一维纳米材料是指仅长度为宏观尺度，其他方向为纳米尺度的新型材料，在光电子、生物医用、纳米传感、纳米储能等诸多领域具有潜在的应用前景，已成为21世纪化学、物理学、材料学及生命科学等科技领域的研究热点。
本文介绍了一维纳米材料的制备方法，阐述了一维纳米材料各种生长机理，总结了一维纳米材料的表征方法，及在物理、化学、机械、材料等领域的应用。
%One-dimensional nanomaterials , which was a new special structure of substances on nanomerter size at only one dimension , had potential applications such as potoelectron , biological and medical , nano -sensing and nano?energy storage and so on.It became a hot investigation point and was very important to explore and development new synthetic technologies of 1-D nanometer materials for fundmental and application.Most kinds of synthesis techniques , growth mechanism , characterization methods and applications in physics , chemistry , mechanics , energy , etc.were summarized.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】3页(P24-26)【关键词】一维纳米材料;制备;表征;应用【作者】赵婷婷【作者单位】绵阳职业技术学院，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】O799纳米技术是近几年崛起的一门崭新的高科技技术.它是研究现代技术与科学的一门重要学科，也是当前物理、化学和材料科学的一个活跃的研究领域，随着科技的发展，纳米科技越来越受到人们的关注。
一维纳米材料制备
导热性能（声子传送特性） 当硅纳米线直径小于20 nm时，声子色散的关系可能会改
变（由声子局限效应造成），导致声波速度和热导率大大 低于标准值。分子动力学模拟还表明，在200K到500K的温 度范围内，硅纳米线的热导率比硅块低2个等级。
纳米线的特性及其应用
导电性能 尺寸下降导致导电性能的转变。如Bi纳米线在52nm时由金 属转变为半导体；Si纳米线在15nm时由半导体转变为绝缘 体
通过对一些氧化物纳米线（如SnO2) 电学输运性能（如 电导率）的检测，就可能对其所处的化学环境作出检测，可 用于医疗，环境，或安全检查。
纳米线的制备策略
问题：如何控制晶核（纳米颗粒）的尺寸和生长方向？
局限于特殊结 构的材料
VLS 机制
晶体结构的各项异性导致定向生 长。生长速率 Si {111}< Si{110}
• 液相自发组装
• 基于模板合成（模板法）
• 静电纺丝
纳米线的自发生长
• 气相法 - 气-固（VS）生长机理 - 气-液-固（VLS）生长机理
• 液相法 - 溶液－液相－固相机理 (SLS) - “毒化”晶面控制生长的机理（包覆法）； - 溶剂热合成方法。
气相法
在合成纳米线时, 气相合成可能是用得最多的方法。
气-固生长机理又称为位错机理，是通过气-固反应形核并长成纳米线的过程。 是一种经常采用的晶须生长机理。 气固机理的发生过程： • 通过热蒸发或气相反应等方法产生气相； • 气相分子或原子被传输到低温区并沉积在基底上； • 在基底表面反应、形核与生长，通常是以气固界面上微观缺陷 (位错、
孪晶等) 为形核中心生长出一维材料。
碳纳米管制造人造卫星的拖绳
一维纳米材料的制备与性能研究
一维纳米材料的制备与性能研究纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和应用潜力的材料。
其中，一维纳米材料是指在至少一个维度上具有纳米尺度的材料。
一维纳米材料的制备与性能研究是纳米科学与纳米技术领域的重要研究方向之一。
一维纳米材料的制备方法多种多样，其中最常见的方法是化学合成法。
化学合成法通过控制反应条件和添加特定的助剂，可以实现对纳米材料形貌、尺寸和结构的精确调控。
例如，碳纳米管就是一种常见的一维纳米材料，它可以通过化学气相沉积法、电弧放电法等方法制备得到。
此外，金属纳米线、半导体纳米线等也是常见的一维纳米材料，它们可以通过模板法、溶液法等方法制备。
一维纳米材料的制备方法对其性能具有重要影响。
首先，制备方法可以影响纳米材料的形貌和尺寸。
例如，碳纳米管的直径和壁厚可以通过调控反应温度和碳源浓度来控制。
其次，制备方法还可以影响纳米材料的结构和组成。
例如，金属纳米线的晶格结构和晶面取向可以通过控制溶液中的配位剂和表面活性剂来调控。
最后，制备方法还可以影响纳米材料的表面性质和界面特性。
例如，通过在化学合成过程中加入特定的表面改性剂，可以实现对纳米材料表面的修饰，从而改变其表面能和化学活性。
一维纳米材料的性能研究是纳米科学与纳米技术领域的热点研究方向之一。
一维纳米材料具有独特的电子、光学、热学和力学性质，因此在能源、电子、光电和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，可以用于制备高性能的导电材料和复合材料。
金属纳米线具有优异的电子输运性能，可以用于制备高性能的电子器件和传感器。
半导体纳米线具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光电器件和光催化材料。
此外，一维纳米材料还具有较大的比表面积和较好的可控性，可以用于制备高效的催化剂和吸附材料。
在一维纳米材料的性能研究中，表征方法的发展起到了重要的推动作用。
传统的表征方法如透射电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等可以用于观察纳米材料的形貌和晶体结构。
一维纳米材料
一维纳米材料
一维纳米材料是指至少有一个尺寸在纳米尺度（10^-9米）范围内的材料，但
其它两个维度的尺寸可以远远大于纳米尺度。
一维纳米材料包括纳米线、纳米棒、纳米管等，这些材料在纳米尺度下呈现出特殊的物理和化学性质，因此被广泛应用于各种领域。
一维纳米材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积、溶液法合成、电化学
沉积等。
其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过在高温下将气态前驱体转化为固态纳米材料，可以制备出高质量、高纯度的一维纳米材料。
溶液法合成则是通过在溶液中加入适当的前驱体，利用溶剂的挥发或化学反应来制备一维纳米材料，这种方法简单易行，适用于大规模生产。
一维纳米材料具有许多独特的性质，例如，纳米线的电学性质优异，可以用于
制备高性能的电子器件；纳米管具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于纳米材料复合材料的制备；而纳米棒则具有优异的光学性能，可用于制备高效的光电器件。
这些特殊的性质使得一维纳米材料在电子、光电、传感、催化等领域有着广泛的应用前景。
除了应用领域的广泛性外，一维纳米材料还具有很强的研究价值。
通过对一维
纳米材料的研究，可以深入了解纳米尺度下的物理和化学性质，为纳米材料的设计与制备提供理论基础。
同时，一维纳米材料还可以作为纳米材料复合材料的增强相，提高复合材料的力学性能和热学性能。
总的来说，一维纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有广泛的应用前景和
研究价值。
随着纳米技术的不断发展，一维纳米材料必将在各个领域发挥重要作用，推动科技的进步。
ZnO一维纳米材料
ZnO一维纳米材料的制备方法 一维纳米材料的制备方法
一维ZnO纳米结构典型的生长形貌 一维ZnO纳米结构典型的生长形貌 ZnO
1、 ZnO一维纳米材料的制备方法 、 一维纳米材料的制备方法
一维纳米材料的制备方法多种多样, ZnO 一维纳米材料的制备方法多种多样, 但制备过程 中需要解决: 一维纳米ZnO 直径和长度的控制, 中需要解决: 一维纳米ZnO 直径和长度的控制, 在各种基 板上对一维纳米ZnO 的组装, 板上对一维纳米ZnO 的组装, 纳米器件性能测量和应用的 要求等。 要求等。 • 1.1 固相法 • 原则上, 原则上, 固相热蒸发技术是一种简单有效的制备一维 纳米材料方法, 根据生长机理可分为气固(VS) (VS)和气液固 纳米材料方法, 根据生长机理可分为气固(VS)和气液固 VLS)生长方法 通过控制固相反应条件, 一维ZnO 生长方法。 ( VLS)生长方法。通过控制固相反应条件, 一维ZnO 纳米 材料的各种形态已被广泛合成, 如: 纳米线、纳米棒、纳 材料的各种形态已被广泛合成, 纳米线、纳米棒、 米管、纳米带、 各种异质的ZnO ZnO形 米管、纳米带、同轴纳米电缆[ 1] 等, 各种异质的ZnO形 态结构也已合成, 四针状、纳米针和簧和压电纳米环、纳米悬臂、纳米树枝、 簧和压电纳米环、纳米悬臂、纳米树枝、纳米笼[ 2]等。 固相法合成ZnO 各种形态及阵列, 固相法合成ZnO 各种形态及阵列, 发展其控制过程以及在 基板上的组装, 必将推动ZnO 基板上的组装, 必将推动ZnO 一维纳米材料的性能研究和 应用。 应用。 •
• 1．2 液相法 ．
• 液相合成ZnO 液相合成ZnO 一维纳米材料通常采用反应物生成 先驱体, Zn(NH3 )2+ 4 或Zn( OH ) 2-4 先驱体, 随后在一定水热条 件下分解生长ZnO 液相合成的各种ZnO形态包括纳米线、 ZnO。 ZnO形态包括纳米线 件下分解生长ZnO。液相合成的各种ZnO形态包括纳米线、 纳米棒、纳米管、塔状、花状、棱柱状、多刺球状、 纳米棒、纳米管、塔状、花状、棱柱状、多刺球状、雪花 等采用改进的两步水热合成, 状[ 3] 等。Gao X. P[ 4] 等采用改进的两步水热合成, 制 备出转子状的ZnO结构。 ZnO结构 备出转子状的ZnO结构。ChoyJ. H[ 5] 等在玻璃基板上长 出纳米珊瑚礁。 等成功制备出纳米ZnO 出纳米珊瑚礁。T ian Z.R[ 6] 等成功制备出纳米ZnO 仿 生结构珍珠质形态。这些生物形态ZnO 生结构珍珠质形态。这些生物形态ZnO 纳米材料的合成为 在纳米级仿生材料方面开辟了新的研究领域。 ZnO 在纳米级仿生材料方面开辟了新的研究领域。除以上 两种主要合成一维ZnO 纳米材料方法外, 两种主要合成一维ZnO 纳米材料方法外, 还有电化学沉积 基于ZnO 法、模板法以及各种方法的结合[ 7] 。基于ZnO 一维纳米 材料合成方法和生长机制的不断发展, 材料合成方法和生长机制的不断发展, 综合运用各种合成 方法制备出不同类型并具有特定性能的一维功能ZnO 方法制备出不同类型并具有特定性能的一维功能ZnO 纳米 材料, 探索其生长机制和控制原理、 材料, 探索其生长机制和控制原理、组成结构和物性的关 系是当前纳米科学技术研究与发展的关键。 系是当前纳米科学技术研究与发展的关键。
无机化学-一维纳米材料合成
GaN nanowire
C. M. Lieber, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 188
ZnO，SnO2，In2O3，CdO，Ga2O3和PdO2
Z. R. Dai, Z. W. Pan, Z. L. Wang, Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 9.
R. M Penner, Science 2001, 293, 2227
准直孔道的多孔化合物为模板
介孔分子筛类 聚合碳酸酯类 阳极氧化铝类
MCM-41 SBA-15
J. Soler-Illia Curr. Opin. Colloid-Interface Sci. 2003, 8, 109
nickel nanowires inside channels of SAB-15
1、气相生长 2、模板生长 3、液相生长 4、组装生长
利用气相生长来制备一维纳米材料，一般 需要将前驱体加热到一定温度。常见的处 理包括直接加热金属表面和化学气相沉积。
利用多种辅助手段，可以得到了包括纳米管、 带、线在内的按特定生长面单方向或多方向生 长的一维纳米材料。
Cu新鲜表面快速升 温到400 ~ 700℃ CuO纳米线
模板法使得纳米材料的生长可以按照人们的意愿来 进行，产物基本涵盖了目前可制备的一维纳米材料。 一些辅助手段保证了产物的结构完整性和形貌可控性， 并且很容易获得良好的纳米阵列。但它的缺点也比较 突出：首先是模板与产物的分离比较麻烦，很容易对 纳米管/线造成损伤；其次，模板的结构一般只是在 很小的范围内是有序的，很难在大范围内改变，这就 使纳米材料的尺寸不能随意地改变；第三，模板的使 用造成了对反应条件的限制，为了迁就模板的适用范 围，将不可避免地对产物的应用造成影响。
一维纳米材料的制备概述
学年论文`题目：一维纳米材料的制备方法概述学院：化学学院专业年级：材料化学2011级学生姓名：龚佩斯学号：20110513457指导教师：周晴职称：助教2015年3月26日成绩一维纳米材料制备方法概述--气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料材料化学专业2011级龚佩斯指导教师周晴摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。
然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。
本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。
关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on.Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。
水热法制备ZnO一维纳米材料
。
2.水热法制备ZnO纳米棒
取一定量的1mol/L的Zn(NO3)2溶液,搅拌条件
下滴加一定量5mol/L的NaOH 溶液，再加去离子水，
使溶液总体积达到40mL。称量一定量的CTAB加入
到上述溶液中，加热搅拌使溶液澄清。将上述澄
清溶液转移到水热反应釜内,密封。120℃条件下
水热反应12h。将生成的沉淀用去离子水和丙酮洗
物就表现出了很好的电化学、光学性质、光催化、
湿敏性能等。制备高度均一的、可控的一维氧化 物材料已成为近年来研究的热点。
二. 概述
1. 关于一维纳米材料的研究地位 一维或准一维纳米结构体系或纳米材 料的研究，既是研究其他低维材料的基础， 又与纳米粒子器件及微型传感器密切相关， 是近年来国内外研究的前沿。
微乳液法、固相法、综合法等。
三. 实验内/L的ZnC2O410mL于烧杯中， 加入去离子水40mL，再量取1.5mLOP-4、OP-10的 混合液于该烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀。用 电子天平称取H2C2O4固体1.2615g置于烧杯中，加 入适量去离子水，溶解后转移至酸式滴定管中， 慢慢滴加入烧杯（搅拌条件下），待加完后将沉 淀产物在80 C条件下烘干，表征。
2. 一维纳米氧化物的性质与应用
氧化物准一维纳米材料（纳米线、纳
米棒、纳米碳管等）由于其本身的纳米尺
度；并且大多是优良的半导体， 在光学材 料、复合材料、传感器、催化剂等方面有 广阔的应用前景。
3. 一维纳米氧化物的主要制备方法
物理法: 激光沉积法、真空蒸发法、辉光 放电和溅射法等等。 化学法：化学气相沉积、水热法、热分解 前驱物法、电化学法、模板法、
水热法制备ZnO一维纳米材料
一维纳米材料的制备与应用
一维纳米材料的制备与应用纳米材料是指尺寸在1到100纳米之间的物质，它具有许多优异的物理、化学和生物学特性，因此已成为材料科学、能源、生物技术、医学、环境保护等领域的研究热点。
其中，一维纳米材料尤为重要，因为其具有独特的电子、光学和力学性能，可以应用于电子器件、光电器件、催化剂、储能材料、生物传感器等领域。
一维纳米材料的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要是通过物理手段对大分子材料、金属材料、半导体材料等进行削减、拉伸、蒸发、溅射等处理，形成纳米尺寸的单一立体结构。
例如，使用电弧放电法、溅射法、立体雾化法等可制备出金属纳米管、碳纳米管、金属氧化物纳米线等一维纳米材料。
化学法主要是通过化学反应合成一维纳米材料，具体反应条件和形成机制有很大的差异。
例如，溶胶-凝胶法可以实现制备稳定的纳米材料分散液，高温固态反应可制备出金属硫化物、硬质合金等一维纳米材料。
近年来，还出现了一些特殊的“引导物”或“模板”化学合成方法，通过引导剂的作用，形成特定形态、粒径的一维纳米材料。
生物法主要是通过使用生物体复制或控制纳米材料的生长、组装、大小和形状。
这种方法既环保又成本低廉，可以制备出高质量、低成本、具有生物相容性和可生物降解性的一维纳米材料。
例如，DNA、蛋白质、细胞等都可以作为纳米结构的模板，利用生物分子的特殊识别、自组装、生物信号转导等生物功能，在其表面或内部包裹和控制所需的纳米材料。
无论采用以上哪种合成方法，在制备一维纳米材料时，最关键的是要控制好纳米尺度的大小和形态，同时要尽可能避免一维纳米材料的外表面缺陷、内部结构杂质和纳米尺度效应的影响。
一维纳米材料的应用十分广泛，从电子器件到生物传感器，在很多领域中都有应用。
例如，纳米线、纳米管、纳米带等一维纳米材料可以作为高效率能源存储器件或传感器件的核心材料；金属、金属氧化物、碳纳米管等一维材料可以作为高效的催化剂，提高化学反应的速率和选择性；生物纳米线、蛋白质纳米线等一维生物材料则可以用于生物分子传感和制备高灵敏度的生物传感器。
一维纳米材料的制备方法
一维纳米材料的制备方法一维纳米材料是指具有纳米尺度的直径和较长的长度的材料，如纳米线、纳米管和纳米棒等。
这些材料具有独特的电子、光学、力学和热学性质，在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
为了制备一维纳米材料，研究人员开发了多种方法，包括物理法、化学法和生物法。
物理法是一种常用的制备一维纳米材料的方法。
其中，溅射法是制备纳米线和纳米管的一种常见物理法。
溅射法通过在高真空环境中将目标材料置于靶枪中，通过高能粒子轰击目标材料，使其表面原子脱离并沉积在基底上，从而形成纳米结构。
溅射法可以制备多种材料的一维纳米结构，包括金属、半导体和磁性材料等。
化学法是另一种常用的制备一维纳米材料的方法。
其中，气相沉积法是制备纳米线和纳米管的一种常见化学法。
气相沉积法通过将金属有机化合物或金属气体在高温下分解，使金属原子沉积在基底上，从而形成纳米结构。
气相沉积法可以制备高纯度、高质量的一维纳米结构，并且可以控制其尺寸和形貌。
生物法是一种新兴的制备一维纳米材料的方法。
其中，生物合成法是利用生物体合成纳米材料的一种常见生物法。
生物合成法通过利用微生物、植物或动物等生物体代谢产生的代谢产物，在适当的条件下形成纳米结构。
生物合成法可以制备多种材料的一维纳米结构，如金属纳米线、碳纳米管和硅纳米线等。
生物合成法具有环境友好、低成本的特点，并且可以制备具有独特性能的一维纳米材料。
除了上述方法，还有其他一些制备一维纳米材料的方法。
例如，模板法是一种常用的制备纳米线和纳米管的方法。
模板法通过在纳米孔道中填充金属或半导体材料，再通过溶剂蒸发或电化学方法去除模板材料，得到一维纳米结构。
模板法可以制备高度有序、尺寸可控的一维纳米材料，并且可以控制其组成和结构。
制备一维纳米材料的方法多种多样，每种方法都具有各自的优缺点。
研究人员可以根据实际需求选择合适的方法来制备一维纳米材料，并进一步研究其性质和应用。
随着纳米科技的不断发展，相信会有更多新的制备方法被开发出来，推动一维纳米材料的应用进一步拓展。
一维纳米生物材料的构建及应用
一维纳米生物材料的构建及应用纳米科技是当今世界科技发展的热门领域之一。
众所周知，纳米材料具有很多优异的性质，例如物理、化学、光学等性质都有很大的变化。
由于纳米材料的这些特性，它们被广泛应用于生物医学领域。
本文将着重探讨一维纳米生物材料的构建及其应用。
首先，什么是一维纳米生物材料？一维纳米生物材料指的是具有纳米尺寸的一维体系。
其结构一般为直线或曲线，直径在1到100纳米之间。
目前已开发的一维纳米材料有很多，如碳纳米管、金纳米线、纳米线和纳米棒等。
这些材料具有很好的导电性、导热性和机械性能，也适用于生物医学领域。
一维纳米生物材料的构建方法制备一维纳米生物材料的方法非常多，这里简要介绍一些方法。
1、碳纳米管法碳纳米管法是制备一维纳米材料的传统方法。
其优点在于可以便利地控制形态、尺寸和结构等，使得制备出的一维纳米材料更加规模化。
2、离子液体法离子液体法是最近发展起来的一种制备一维纳米材料的方法。
离子液体是一种无机盐共晶体，具有相对低的熔点和蒸汽压。
采用离子液体法可以制备具有高度同质化的一维纳米材料。
3、分子束外延法分子束外延法是制备一维纳米材料的一种重要方法。
它是利用制备一个材料在衬底上生长的现象，从而实现一定的材料控制。
在这个方法中，材料的表面的原子可以按照一定规律地形成一维纳米材料。
应用1、生物传感器纳米生物材料可以被用作生物传感器。
例如，一维的碳纳米管可以被用作微小的电极，并且可以通过构建传感器所需要的各种适当的材料。
一般情况下，生物传感器都是通过对生物学分子的特定的反应来对目标粒子进行检测的。
2、癌症治疗纳米生物材料可以被用作针对癌症的治疗。
例如，通过纳米药物运输系统来调控药物的释放量和速度以及药物与病变组织的作用。
此外，一维纳米结构的碳纳米管还可以用于杀死癌细胞。
3、再生医学纳米生物材料可以被用于再生医学，如材料通过3D打印制造人体组织等。
使用纳米生物材料可以极大地提升人体组织构造的复杂性和合理性，这可以被用于伤口治疗和危重病患救治。
一维纳米材料的制备与性能调控
一维纳米材料的制备与性能调控纳米材料作为一种新兴的材料，在化学、物理、材料等领域得到了广泛的研究与应用。
而其中的一维纳米材料，如纳米线、纳米管等，由于其特殊的形态和独特的性能，在纳米科技领域中备受关注。
一维纳米材料的制备是研究的重点之一。
目前，有许多制备方法被提出，如气相沉积法、溶液法、模板法等。
其中，气相沉积法是一种非常常用的制备方法。
通过在适宜温度下将一定的原料气体从反应装置中通过材料的表面，使原料气体中的金属元素进行气相反应，从而得到所需的一维纳米材料。
而溶液法则是通过在相应的溶剂中溶解金属盐或有机物来制备一维纳米材料。
模板法则是利用一定孔洞结构的模板来造就纳米材料的特定形态。
除了制备方法外，一维纳米材料的性能调控也是非常重要的研究内容。
在纳米材料中，尺寸效应、表面效应和界面效应等对其性能具有重要影响。
一维纳米材料的尺寸通常非常小，因此具有较大的比表面积，这使得一维纳米材料在比传统材料更容易表现出与物质结构和性能相关的尺度效应。
此外，一维纳米材料的形态也会影响其电子结构、光学性质、热学和力学性质等。
因此，通过调控一维纳米材料的尺寸和形态，可以实现对其性能的精确控制和调节。
在电子和光学领域，一维纳米材料由于其优异的电学性能和光学性能，展示出了巨大的应用潜力。
一维纳米材料的带隙由于量子限制效应，往往会变得非常大，因此它们具有较高的载流子迁移率和较低的杂质敏感性。
这使得一维纳米材料在光电器件和集成电路等方面具有重要的应用价值。
此外，由于一维纳米材料具有准无限的长度，这种结构特点使得它们能够有效地捕获光能，并具有广泛的吸收能力。
因此，一维纳米材料在太阳能电池、光催化和传感器等领域也有着广阔的应用前景。
此外，一维纳米材料还在能量存储和传输领域具有重要的应用潜力。
由于其高比表面积和孔隙结构，一维纳米材料能够有效地嵌入或吸附更多的离子，从而提高电容器和电池的能量存储密度。
同时，由于其特殊的形态和结构，一维纳米材料具有较低的电阻和较高的导电性能，能够有效地降低电路中的能耗。
一维纳米材料的制备及其光电特性研究中期报告
一维纳米材料的制备及其光电特性研究中期报告
一维纳米材料是指在其中至少一个维度的尺寸在纳米级别的材料，例如纳米线、纳米管、纳米棒等。
由于其独特的形态结构和尺寸效应，一维纳米材料具有许多特殊的物理和化学特性，被广泛应用于光、电、催化、传感等领域。
本研究旨在探索一种简单易行的方法制备一维纳米材料，并研究其光电特性。
在前期研究中，我们选择了一种便捷的水热法制备纳米棒，并对其形貌和结构进行了表征。
结果表明，所制备的纳米棒具有良好的晶体结构和单一的形貌。
在中期报告中，我们进一步研究了纳米棒的光电特性。
首先，我们通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对其进行表征。
结果显示，在紫外-可见吸收光谱中，纳米棒呈现出特有的吸收峰，其位置和强度与其形貌有关。
在荧光光谱中，我们观察到了纳米棒特有的发射峰，并发现发射光强度受激发光波长和浓度的影响较大。
进一步地，我们进行了光电探针实验，研究了纳米棒的光生电流特性。
结果显示，在不同波长和光强的激发下，纳米棒都能够产生明显的光生电流，且产生的电流与激发波长和光强呈现出明显的正相关关系。
综上所述，我们制备的纳米棒具有良好的形貌和结构，并且在光电特性研究中表现出较好的性能，这为其在光电器件、传感器、能量存储等领域中的应用提供了可靠的基础数据支持。
一维纳米材料
一维纳米材料的制备
1.2 碳氢化合物催化分解法
70年代，采用金属(Fe、Co、Ni、Cr)作催 化剂热分解碳氢化合物以制备碳纤维。受 此启发，由于NTs和碳纤维在形貌上的相似 性，发展了碳氢化合物催化分解法制备NTs。
Jose-Yacamdn 等 首 先 用 这 种 方 法 制 备 了 NTs，其长度达50μm.
1.碳纳米管的制备
1.1电弧法（石墨电弧法和催化电弧法） 1.2碳氢化合物催化分解法 1.3等离子体法 1.4激光法 1.5微孔模板法等 2.1气相氧化法 2.2液相氧化法 2.3溴化－气相氧化法 3.1激光烧蚀法与晶体生长的气-液-固( VLS) 相结合法 3.2蒸发冷凝法 3.3 气-固生长法 3.4溶液-液相-固相（SLS）法 3.5金属有机化合物气相外延与晶体的气液固生长法相结合法 3.6模板法（碳纳米管、多孔氧化铝和聚合物模板法等） 3.7溶胶-凝胶与碳热还原法（合成碳化硅和氮化硅纳米线）
2.1 气相氧化法
由于纳米碳管与其副产物在化学性质上非常
接近，所以用溶解过滤、层析分离以及溶解
在有机溶剂中用超声波处理后再离心分离等
都达不到纯化的目的。
气相氧化法可以使纳米管的封闭端口变为 开口（端口与管壁活性差异），受其启示 可以采用气相氧化的方法纯化纳米碳管 （非晶碳簇、石墨微粒、多面体结构、碳 纤维）。
1.3等离子体喷射沉积法
VLS法制备一维纳米材料
四 常用的催化剂与可制备的材料
Au：Si、Ge元素纳米线，ZnO、氧化镓等氧化物纳米线， CdS、ZnS纳米线 Fe：Si 、Ge元素纳米线，SiC 纳米线、 GaN纳米线 Ni: Si纳米线、GaN纳米线
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五 制备中的两个重要问题 A 如何得到纳米级的催化剂团簇？ B 如何提供出所需的蒸气？
2. 膜自组织 蒸镀Au薄膜在GaAs基体上，可形成大量的
纳米级的Au-As合金液滴 制备Zn0纳米线时，将Au薄膜蒸镀在蓝宝
石衬底上，形成纳米级的Au-Zn合金液滴
A4 高温快速加热法：激光烧蚀Si-Fe目标靶，产生蒸气，迅 速浓缩成液态纳米团簇
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1. B1 激光烧蚀：用含少量的Au、Fe或Ni的硅粉作为靶，以 Ar气作为保护气体，在石英管内，在一定温度下激光烧蚀 即可制得Si纳米线
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二 生长机理： 在适当温度下，催化剂纳米团簇与生长材料的组元互溶形
成纳米级共溶液滴。
共熔液滴持续吸入生长材料的组元蒸气，以至达到过饱和， 促成了生长材料的晶体晶核在液滴上生成。
蒸气继续被吸入，晶体在已生成的固液界面处不断析出， 推动固液界面移动，从而长出一维纳米材料
一维纳米材料
一维纳米材料一维纳米材料是指在一个维度上具有纳米尺度的尺寸特征的材料。
由于其尺寸非常小，一维纳米材料具有许多特殊的性能和应用潜力，因此受到了广泛的关注和研究。
一维纳米材料的制备方法有很多，比如纳米线的可控生长、纳米棒的光化学方法和碳纳米管的化学气相沉积等。
其中，碳纳米管是最具代表性的一维纳米材料之一。
碳纳米管是由碳原子以一种特定的方式排列而成，具有优异的力学性能、导电性能和热导性能。
由于这些优异的性能，碳纳米管在电子器件、储能材料和生物医学领域等方面具有广泛的应用前景。
另一个代表性的一维纳米材料是纳米线。
纳米线具有高比表面积和表面活性，使其具有优异的光学、电学和化学特性。
纳米线可以用来制备柔性电子器件、可拉伸电缆和高效的光电催化剂等。
同时，纳米线还可以用来制备纳米传感器，用于检测环境中的有害气体和微量分子。
除了碳纳米管和纳米线，金属纳米线、半导体纳米线和聚合物纳米线等一维纳米材料也具有重要的研究和应用价值。
金属纳米线由金属原子组成，具有窄的禁带宽度和高的载流子迁移率，可以用来制备高效的传感器和电子器件。
半导体纳米线由半导体材料构成，可以用于制备高效的太阳能电池和光电器件。
聚合物纳米线则可以用来制备高性能的有机场效应晶体管和柔性纳米电子器件。
一维纳米材料具有多种重要的应用潜力。
例如，它们可以用于制备高性能的传感器、储能材料和光电器件。
一维纳米材料还可以用于制备高效的催化剂，提高反应速率和选择性。
此外，一维纳米材料还可以用于生物医学领域，例如用于药物传输和疾病诊断。
总之，一维纳米材料具有许多独特的性能和应用潜力，对于科学研究和技术发展具有重要的意义。
随着纳米技术的不断发展，我们相信一维纳米材料将在各个领域得到更广泛的应用。
一维纳米材料的制备方法和性质应用
一维纳米材料的制备方法和性质应用纳米材料（nano materals）是指尺寸处于1-110nm之间的材料，或者更广泛的说至少有一个维度处于纳米尺寸范围的材料。
一维纳米材料，指材料的空间尺寸在三维方向上有两维处于纳米尺度范围内，主要形貌包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带等。
一维纳米材料具有广阔的潜在应用前景,如高密度存储记忆元件、超微型纳米阵列激光器、新型电子器件带等;制备出的一维纳米材料对基础研究和应用研究具有重要意义；一维纳米材料的制备方法以及其在能量转化、激光器和传感器等方面的应用研究情况。
一维纳米材料的制备方法目前制备一维纳米材料包括纳米电缆的方法很多，比较有代表性的有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光溅射法、模板法。
（1）电弧放电法电弧放电法是制备纳米碳管最原始的方法,该方法也用于制备其它一维纳米材料。
在一个充有一定压力的惰性气体反应室中,装有一大一小两根石墨棒,其中面积大的为阴极,小的为阳极,两极间距为 1 mm。
Ebbesen T W 在直流电流为100 A,电压18 V, Ar气压66650 Pa (500 Torr )的条件下进行实验。
在放电产物中获得了大量的纳米碳管。
（2）化学气相沉积法化学气相沉积法通常是指反应物经过化学反应和凝结过程,生产特定产物的方法。
Yang等将MgO与碳粉作为原材料,放入管式炉中部的石墨舟内,在高纯流动Ar气保护下将混合粉末加热到约1200℃,则生成的MgO蒸气被流动Ar气传输到远离混合粉末的纳米丝生长区,制备了定向排列的MgO纳米丝。
Zhang等将经过8h热压的靶95%Si、5%Fe 置于石英管内,石英管的一端通入Ar气作为载气,另一端以恒定速率抽气,整个系统在1200℃保温20h后,成功地制备了上百微米的Si纳米线。
（3）激光溅射法(包括激光沉积法)激光溅射法也是制备一维纳米材料的重要方法。
激光溅射法所用的设备包括激光源、聚光镜、目标靶、管式炉、冷却环、真空泵和气流阀等几个部分组成。
一维纳米材料的制备和生长机制研究的开题报告
一维纳米材料的制备和生长机制研究的开题报告一、研究背景随着纳米科技的发展，纳米材料的研究日益受到关注。
一维纳米材料，即纳米线、纳米管等，具有独特的物理、化学性质和应用价值，如电子学、传感器、储能器等领域。
因此，一维纳米材料的研究已成为纳米领域的热点之一。
二、研究目的本研究旨在制备高品质的一维纳米材料，探究其生长机制和调控方法，为纳米材料的制备和应用提供理论基础和技术支撑。
三、研究内容1. 一维纳米材料制备方法的研究：本研究将探究一维纳米材料的不同制备方法，如电化学、热法、化学气相沉积法等，寻找一种高效、简便的制备方法。
2. 一维纳米材料生长机制的探究：本研究将对一维纳米材料生长机制进行深入研究，包括晶核形成、生长速率等方面，探究影响生长机制的因素。
3. 一维纳米材料的表征和性能研究：本研究将对制备的一维纳米材料进行表征和性能测试，如形态结构、物理、化学等方面的测试。
四、研究意义1. 可为制备高品质的一维纳米材料提供理论和实践指导。
2. 可以深入了解一维纳米材料的生长机制，为后续的应用研究提供理论基础。
3. 可以促进一维纳米材料在电子、能源、生物等领域的应用。
五、研究方法本研究采用综合实验和理论分析方法，包括纳米材料的制备、表征与性能测试，以及生长机制的理论分析。
六、研究预期成果1. 实现高品质的一维纳米材料的制备。
2. 深入研究一维纳米材料的生长机制，探究其形成的机理和影响因素。
3. 对所制备的纳米材料进行测试和分析，获得有关其物理、化学、生物等性质和应用价值的相关数据和结论。
七、研究计划本研究计划分为三年，具体计划如下：第一年：对一维纳米材料的制备方法进行研究，初步探究其生长机制，进行纳米材料表征和性能测试。
第二年：深入研究一维纳米材料的生长机制，探究影响因素，开展电子、生物等领域的应用研究。
第三年：总结前期的实验结果，进一步优化纳米材料制备工艺，开展相关性质和应用的深入研究。
八、研究团队本研究由指导教师和研究生组成的团队合作完成，指导教师具有丰富的纳米材料研究和相关领域的实践经验，研究生将负责实验的具体操作和数据分析。
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通过化学反应是包覆物和被包覆物之间形成化学键
SiO2 包覆 TiO2 ：形成 Ti－O－Si 键
SiO2、 TiO2 在水中可与水分子发生水合作用 ，产生羟基
使二者形成化学键。
51
4.2 静电相互作用机理
包覆剂带有与基体表面相反的电荷 ，靠库仑引力
使包覆剂颗粒吸附到被包覆颗粒表面
CdTe 纳米晶用巯基甘氨酸修饰 ,使 其表面带负电荷-COO PS 胶粒表面带正电荷
长出一维材料。
41
气相的过饱和度决定着晶体生长的主要形貌 低的过饱和度——晶须 中等的过饱和度——块状晶体 很高的过饱和度——粉末
ZnO 纳米带
42
三、液相法
溶液- 液相- 固相(简称SLS) 生长机制
原料从溶液中提供
低熔点金属(In、Sn 或Bi) 作为助溶剂(flux droplet)
43
15
表面张力驱动
4.2 自组装的导向作用
分子在空间的互补性，即要使分子自组装发生就 必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。
4.3 自组装体系能量较低
自组装的动力为分子自组装提供能量
16
五、驱动力在自组装中的应用举例
5.1 氢键驱动
金或银纳米粒子的表面用硫醇进行单分子层的 修饰，通过硫醇分子间氢键来诱导自组装。 以四齿硫醚小分子化合物修饰的金纳米粒子自 组装为球状聚集体的模型图。
(2)A层膜材料的吸附
(3)清洗 (4)B层膜材料的吸附 (5)清洗，之后重复(2)、(3)、(4)、(5)。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
OH OH OH OH OH OH
( EtO )3Si(CH2)3NH2
I
O O Si O O O Si O
NH2 H+、PX NH2
II
O O Si O O Si O O
纳米复合材料（nanocomposites）：是指分散相尺
度至少有一维小于100nm的复合材料。
45
二、纳米复合材料的分类
非聚合物纳 米复合材料 纳米复合材料 有机/无机 聚合物纳米 复合材料 金属/金属 金属/陶瓷 陶瓷/陶瓷 聚合物基 无机材料基 分子聚合 原位聚合 微纤/基体
聚合物/聚合物
Classification of polymer nanocomposites
46
三、核壳结构纳米材料 3.1 定义 由一种材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米 材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。
47
3.2 核壳结构组成
核（芯材）：微胶囊内部装载的物料 壳（壁材）：外部包裹的壁膜 壁材选择原则：
（1）能与芯材相配伍，但不发生化学反应；
（2）包囊材料本身的性能（渗透性、稳定性、溶 解性等）
四、制备技术的发展趋势——可控技术的发展
１）由“随机生长”向“可控生长”发展
尺寸可控、形貌可控、生长位置可控、 生长方向可控以及结构可控 ２）由“无序生长”向“有序生长”发展 ３）由“少量生长”向“大量生长”发展
44
第五节 核壳结构纳米材料的制备 一、纳米复合材料
纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米 尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。
纳米棒：细棒状结构，一般长径比<10;
纳米管：细长形状并具有空心结构， 即细管状结构
3
纳米纤维：一般长径比>10
（纳米丝、 纳米线、纳米晶须） 纳米带：长宽比>10，一般宽厚比>3
纳米电缆以及同轴纳米线：
4
三、一维纳米材料的制备途径 原理：通过促进固态结构沿着一维方向的结晶凝固 (a)固体各向异性的晶体学结构所决定的定向生长 (b)引入一个液-固界面来减少籽晶的对称性
5.2 表面张力及毛细管力驱动
在液体的表面或体相中， 通过表面张力或者毛细管 力的作用，可以将一维纳 米材料自发地组装为微米
尺度的有序结构。
5.3 模板驱动
模板诱导自组装是得到理想结构的一种十分有效的 方法。 【例】单壁碳纳米管在氧化硅凝胶表面进行的自组装 。
5.4 静电作用驱动
静电作用力诱导的自组装氧化锌纳米棒为花状 结构。
水性药物的纳米级载体共聚物胶囊。
氢键对酸性敏感，在生理学条件下, 薄膜能迅速 分解, 从而释放出胶囊
四、其他方法 4.1 流体组装功能纳米电子器件
流体组装一维GaP、InP以及Si纳米线
32
4.2 L-B技术 Langmuir一Blodgett(LB)技术 LB技术是由两亲性分子在气/液界面铺展形成单 层膜，借助特定的装置将其转移到固体基片上形 成单层或多层膜的技术。
22
七、自组装技术的分类
定向自组装 (Directed Self-assembly)：采用流体、 电磁场 等介质，通过外形识别等实现微元件在相 应基板位置上的定向和定位，进而完成微元件的
组装
分子自组装(Molecular Self-assembly）：在不受外 力的介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象
LB膜的层内有序度较高，结构较规整。
4.3 L-B技术表面压力组装纳米棒阵列
不同阶段水/气界面上BaCrO4纳米棒自组装
34
4.4 无机纳米粒子的可控自组装
实现宏观尺度实际应用的最有 效途径
利用纳米粒子自身的库仑排斥 与范德华吸引力的平衡， 自发形成具有独特的内松外紧 类“核-壳”结构且具有高单分 散性（7-9%）的超级纳米粒子 。
52
4.3 过饱和作用机理
将包覆颗粒和被包覆颗粒分散在水溶液中 ，通过
调节 p H 或加热使包覆材料沉淀或水解后沉积到核
材料上形成核/壳结构
53
五、核壳结构纳米材料的应用
核-壳复合体 纳米 + 纳米 避免单一纳米粒子的团聚问题
充分发挥纳米粒子的优异的性能
纳米 + 微米
核-壳复合体
降低使用纳米材料的成本
NH3+
NH3+
MX III
O O Si O O Si O O
NH3+ NH3+
MX II III
膜的组装 氨基质子化
表面硅烷化 基片清洗
26
三、层层自组装技术
自组装技配位作用
其它层层 自组装技术 电荷转移
特异性 分子识别
27
3.1 静电层层自组装
以离子间的静电作用作为成膜驱动力
气－固(Vapor-Solid ,VS) 生长机制
控制晶核的尺寸、控制材料的生长方向
37
2.1 VLS生长机制
必须有催化剂存在；
生长材料的组元不断地从气相中获得；
催化剂能与生长材料的组元互熔形成液态的共熔物 当液态中溶质组元达到过饱和后；晶体将沿着固-
液界面的择优方向析出
38
特点：
催化剂的尺寸决定纳米线材料的最终直径
六、自组装的特点
有序性高：结构比组成部分有序性高
相互作用力弱：氢键、范德华力、静电作用等
组成结构复杂：包含纳米及细观结构
21
其他特点： 1、高度有序且具有方向性； 2、成膜稳定可控，且不受基底形状限制； 3、制备方法简单，不需昂贵的仪器设备； 4、能大面积成膜； 5、能从分子水平薄膜的厚度到多层膜的结构； 6、能通过精密的化学控制得到具有特殊相互作 用的表面。
提高微米材料的使用性能及附加值
解决纳米粉体使用难的问题
54
【例】核壳结构在造纸行业中的应用
无炭纸
55
1. 过程考核三：撰写课程论文 结合文献阅读，撰写一篇与本课程相关的文献 综 述。内容涵盖粉体合成与制备、粉体性能与表征、 粉体表面处理与应用等方面。
2. 提交课堂笔记
56
用，形成团簇；
纳米晶的晶界间发生溶合而消失，几个小的纳米晶
形成一个大的晶
ZnO纳米棒
12
【例】
使用sol-gel合成法制备出尺寸均匀、形貌规则的 纳米晶；
通过有机溶剂清洗或一些特殊方法去除纳米晶的 表面修饰剂； 经过加热或长时间静置，纳米晶粒在自身偶极-偶 极作用下实现一维定向自组装。
ZnS纳米棒
第八章 一维纳米材料的 制备
1
纳米材料
大块材料
3－D
三维空间中至少有一维尺 寸小于100 nm的材料或由 它们作为基本单元构成的 具有特殊功能的材料。
量子点
量子阱
2－D
量子线
1－D
0－D
2
第一节 一维纳米材料的合成策略 一、基本概念 一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度 为宏观尺度的新型纳米材料。 二、一维纳米材料的种类
PbSe纳米线
13
Spontaneous Organization of Single CdTe Nanoparticles into Luminescent Nanowires
14
四、自组装产生需要的条件：
4.1 自组装的驱动力
氢键驱动 尺寸、几何形状驱动
范德华力驱动 驱动力
毛细管力驱动
其它驱动
第三节 层层自组装技术 （Layer by Layer Self Assembly, LbLSA） 一、定义 利用逐层交替沉积的方法, 借助各层分子间的弱相互作用, 使层与层自发地缔和形成结构 完整、性能稳定、具有某种特 定功能的分子聚集体或超分子 结构的过程
24
二、层层自组装工艺步骤
(1)基质预处理
5
(c)应用各种具有一维形貌的模板来引导一维纳米 结构的形成;
(d)应用合适的包敷剂控制籽晶的不同晶面的生长
速率;