纳米材料概述ppt课件

经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
STM针尖
扫描隧道显微镜工作原理示意图
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二、纳米技术与纳米材料的概念
l 过去，人们只注意原子、分子或者宏观 物质，常常忽略纳米这个中间领域，而 这个领域大量存在于自然界，只是以前 没有认识到这个尺度范围的性能 。
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l 第一节、概述 l 第二节、纳米材料的结构与性能 l 第三节、纳米材料的制备方法 l 第四节、纳米材料与纳米技术的应用 l 第五节、发展与展望
科学家使用STM观测物质的纳米结构
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STM具有空间的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达 0．01nm)，能直接观察到物质表面的原子结构，把人们 带到了微观世界。它的基本原理是基于量子隧道效应和 扫描。它是用一个极细的针尖(针尖头部为单个原子)去 接近样品表面，当针尖和表面靠得很近时(＜1nm)，针 尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭，若在针 尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样品 构成的势垒而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表面 间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可 把表面的信息；(表面形貌和表面电子态)记录下来。由 于STM具有原子级的空间分辨率和广泛的适用性，国际 上掀起了研制和应用STM的热潮，推动了纳米科技的发 展。
l 化学家常常自豪地说：“化学是一门在原子分子水平上研究物质的结构、性质、变化规律和 应用的科学。”但是真正“看见”原子和分子却是20世纪80年代后期的事，距离道尔顿提出 原子论的时间差不多有2个世纪。
l 原子小于光的波长，单个原子对光是透明的。光学显微镜怎么改进都不可能看到原子。 l 十个氢原子紧密排列——1nm颗粒——乒乓球——地球
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Structure of Sodium Chloride
Images of NaCl obtained using Scanning Tunneling Microscope
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扫描隧道显微镜
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l 目前除了隧道显微镜（STM）、原子力显微镜 （AFM）以外，还有近场光学显微镜 （NSOM）、侧面力显微镜（IFM）、磁力显 微镜（MFM）、极化力显微镜（SPFM）…… 已有二十多个品种。但大量还处在实验室的产 品研发阶段。由于它们都是用探针通过扫描系 统来获取图像，因此这类显微镜统称为扫描探 针显微镜（SPM）。
了STM的局限，使被测试样扩大到非导电领域 。
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原子力显微镜（atomic
force
microscope 简称 AFM) ：
l 利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈 信号，维持针尖——样品间作用力恒定，同时针尖在 样品表面扫描，从而得知样品表面的高低起伏。原子
间作用力的检测主要由光杠杆技术来实现。如果探针
和样品间有力的作用，悬臂将会弯曲。为检测悬臂的
微小弯曲量（位移），采用激光照射悬臂的尖端，四 象限探测器就可检测出悬臂的偏转。 通过电子学反馈
系统使弯曲量保持一定，即控制扫描管Z 轴使作用于 针尖——样品间的力保持一定。在扫描的同时，通过 记录反馈信号就可以得到样品表面的形貌。
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AFM弥补STM的局限
有人发现利用探针针尖与表面之间的各种相互作用，可以用来分析高分辨率 成像。1986年宾尼戈等人发明了利用激光检测针尖与表面相互作用进行表 面成像的分析仪器。该仪器称为原子力显微镜（ATM）。STM 与ATM共同 构成了现今称之为扫描探针显微镜（SPM）的两大主体技术。AFM又弥补
等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有
1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的
原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。另外，中国古代
铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜。 蜜蜂、海龟不迷路----体内用纳米磁性微粒（相当于生物罗盘）。
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一、纳米科技诞生
l 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在 《在底部还有很大空间》的一次讲演中指出，从石器时代 开始，人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有 关，而从物理学的规律来看，不能排除从单个分子甚至原 子出发而组装制造物品的可能性。费曼憧憬说：“如果有 一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生怎样的奇 迹？”他预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最 后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品”， 这是关于纳米技术最早的梦想。 七十年代，科学家开始从 不同角度提出有关纳米科技的构想。
怎样看见和操纵原子？
纳米世界的眼和手—扫描隧道显微镜 （STM）
扫描隧道显微镜为我们揭示了一个可见的原子、分子世界， 对纳米科技的发展起到了巨大的推进作用。 STM是20世纪80年代世界十大科技成就之一。
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二、纳米技术与纳米材料的概念 纳米就在我们身边
l
纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形
成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物
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原子
l 构成万物的小小原子，究竟小到什么程度？中国古代有位叫公孙龙的说过：“一尺之棰，日 取其半，万世不竭。”
l 如果确实有这样的工具，能一直截下去的话，那么，一尺木棍每天截去一半，到第三天只剩 八分之一尺；第十天只剩1千零二十四分之一尺；到第三十天，剩下十亿分之一尺，这时木棍 已经比纤维分子还小；到第三十二天，只剩下四十亿分之一尺，相当于原子大小了。科学家 发现，不同的原子，大小也不同。原子的直径一般是一亿分之一厘米。一个最小的细菌里面 大约可以容纳20亿个原子。氢原子的直径为1埃。
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20世纪80年代初期，IBM公司苏黎世实 验室的两位科学家G．Binnig和H．Roher发 明了扫描隧道显微镜。
这种新型显微仪器的诞生，使人类能够实时地观测 到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的 物理化学性质，对表面科学、材料科学、生命科学以及 微电子技术的研究有着重大意义和重要应用价值。为此 这两位科学家与电子显微镜的创制者ERrska教授一起荣 获1986年诺贝尔物理奖。
硅表面
纳米算盘
C60每10个一组，在铜 表面形成世界上最小 的算盘。
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纳米皇冠
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扫描隧道显微镜
l 扫描隧道显微镜是80年代初期发展起来的新型显微仪 器，能达到原子级的超高分辨率。扫描隧道显微镜不 仅作为观察物质表面结构的重要手段，而且可以作为 在极其细微的尺度──即纳米尺度（1 nm=10-9 m）上 实现对物质表面精细加工的新奇工具。目前科学家已 经可以随心所欲地操纵某些原子。一门新兴的学科 ──纳米科学技术已经应运而生。
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l 1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子 团“写”下斯坦福大学英文名字、 1990年美 国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排 出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验 室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标 志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之 地。
l 费曼——纳米科技之父
原子排成的 “原子”字
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l 纳米技术的迅速发展是在20世纪80年代末、90年 代初。 1982年，科学家发明研究纳米的重要工具 －－扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温 下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子 世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美 国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞 生。
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第一节 概 述
一、纳米科技的诞生 二、纳米技术与纳米材料的概念 三、纳米材料的分类 四、纳米科技研究的重要性
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
l 纳米（nΒιβλιοθήκη ） 实际上是一种长度单位，1纳米仅等于十亿
分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万 个纳米。纳米小得可爱，却威力无比，它可以 对材料性质产生影响，并发生变化，使材料呈 现出极强的活跃性。科学家们说，纳米这个 “小东西”将给人类生活带来的震憾，会比被 视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计 算机技术更深刻、更广泛、更持久。 l 1m=1000mm 1mm=1000μm 1 μm=1000nm