纳米材料的讲义制备和合成ogtdfvxcppt
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第六章_纳米材料的制备和合成.ppt
（1）表面效应 是指纳米粒子表面原子数与总
原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性 质上的变化。
Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size
（2）量子尺寸效应 当粒子尺寸极小时，费米 能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立 能级的现象。
Earth 1.2 x 107 m
什么是纳米(nanometer)？
•
In Greek, “nano” means dwarf
• 纳米是一个长度计量单位，1纳米 = 10-9 米。 人高 针头 红血球 分子及DNA 氢原子 100万 纳米 1千 纳米 1 纳米 20亿 纳米
0.1 纳米
什么是纳米(nanometer)？
社会意义：
Earth 1.2 x 107 m
（1） 纳米是新的物质观，新的方法论； （2） 纳米是社会实践体系
a. 掀起广泛深入的社会实践活动 b. 各国政府纷纷纳入战略规划 c. 纳米技术的产业化实践
什么是纳米结构(nanostructure)？
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑 或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。
ZnO Materials Letters 59 (2005) 1696–1700
Nano peapod
high-resolution, low-temperature scanning tunneling microscope (STM) (Science----1 February 2002)
纳米科技是一个多学科交叉 的前沿领域，各科学部分别 从不同角度予以了资助
纳米材料的制备与应用课件
Ag的纳米微粒具有五边形十面体形状。 纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
2. 纳米微粒的物理特性
纳米微粒具有大的比表面积，表 面原子数、表面能和表面张力随粒径 的下降急剧增加，小尺寸效应，表面 效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道 效应等导致纳米微粒的热、磁、光、 敏感特性和表面稳定性等不同于常规 粒子，这就使得它具有广阔的应用前 景。
2.4 表面活性和敏感特性
纳米微粒具有高的表面活性。金属纳米微 粒粒径小于5nm时，使催化性和反应的选 择性呈特异行为。 例如，用Si作载体的Ni纳米微粒作催化剂 时，当粒径小于5nm时，不仅表面活性好， 使催化效应明显，而且对丙醛的氢化反应 中反应选择性急剧上升，即使丙醛到正丙 醛氢化反应优先进行，而使脱羰引起的副 反应受到抑制。
纳米材料的制备与应用课件
美国国家纳米计划2000年和2001 年的部门预算
2000 年预算 2001 年预算 增长率
国家科学基金会 0.97 亿$ 2.17 亿$ 124%
国防部
0.70 亿$ 1.10 亿$ 57%
能源部
0.58 亿$ 0.94 亿$ 66%
航天航空
0.05 亿$ 0.20 亿$ 300%
纳米材料的制备与应用课件
1990年4月IBM 公司的 科学家用35个 氙原子排列 成“IBM”字样, 开创了人类 操纵单个原子 的先河.
纳米材料的制备与应用课件
（3）纳米生物方面：纳米科技可使基因 工程变得更加可控，人们可根据自己的 需要，制造出多种多样的生物“产品”。 （4）纳米微机械和机器人方面：可以利 用纳米微电子学控制形成尺寸比人体红 血球小的纳米机器人，直接打通脑血栓， 清出心脏动脉脂肪沉积物，也可以通过 把多种功能纳米微型机器注入血管内， 进行人体全身检查和治疗。药物也可制 成纳米尺寸，直接注射到病灶部位，提 高医疗效果，减少副作用。
纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
2. 纳米微粒的物理特性
纳米微粒具有大的比表面积，表 面原子数、表面能和表面张力随粒径 的下降急剧增加，小尺寸效应，表面 效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道 效应等导致纳米微粒的热、磁、光、 敏感特性和表面稳定性等不同于常规 粒子，这就使得它具有广阔的应用前 景。
2.4 表面活性和敏感特性
纳米微粒具有高的表面活性。金属纳米微 粒粒径小于5nm时，使催化性和反应的选 择性呈特异行为。 例如，用Si作载体的Ni纳米微粒作催化剂 时，当粒径小于5nm时，不仅表面活性好， 使催化效应明显，而且对丙醛的氢化反应 中反应选择性急剧上升，即使丙醛到正丙 醛氢化反应优先进行，而使脱羰引起的副 反应受到抑制。
纳米材料的制备与应用课件
美国国家纳米计划2000年和2001 年的部门预算
2000 年预算 2001 年预算 增长率
国家科学基金会 0.97 亿$ 2.17 亿$ 124%
国防部
0.70 亿$ 1.10 亿$ 57%
能源部
0.58 亿$ 0.94 亿$ 66%
航天航空
0.05 亿$ 0.20 亿$ 300%
纳米材料的制备与应用课件
1990年4月IBM 公司的 科学家用35个 氙原子排列 成“IBM”字样, 开创了人类 操纵单个原子 的先河.
纳米材料的制备与应用课件
（3）纳米生物方面：纳米科技可使基因 工程变得更加可控，人们可根据自己的 需要，制造出多种多样的生物“产品”。 （4）纳米微机械和机器人方面：可以利 用纳米微电子学控制形成尺寸比人体红 血球小的纳米机器人，直接打通脑血栓， 清出心脏动脉脂肪沉积物，也可以通过 把多种功能纳米微型机器注入血管内， 进行人体全身检查和治疗。药物也可制 成纳米尺寸，直接注射到病灶部位，提 高医疗效果，减少副作用。
《纳米材料制备》PPT课件
• 纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强。
ppt课件
4
纳米金
ppt课件
纳米金和块 状金的颜色
5
碳纳米管
碳纳米管是由碳原 子按一定规则排列形成的 空心笼状管式结构，其直 径不超过几十纳米（一纳 米为十亿分之一米）。导 电性强、场发射性能优良、 强度是钢的100倍、韧度 高等，是一种用途广泛的 新材料。
簧，用作汽车或火车的减震装置，可大
大减轻车辆的重量。
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7
纳米管做成的“纳米秤”
最近美国、中国、 法国和巴西科学家用精 密的电子显微镜测量纳 米管在电流中出现的摆 频率时，发现可以测出 纳米管上极小微粒引起 的变化，从而发明了能 称量亿亿分之二百克的 单个病毒的“纳米秤”。 这种世界上最小的秤， 为科学家区分病毒种类， 发现新病毒作出了贡献。
• ＴｉＯ２纳米材料具有奇特韧性，在 １８０℃经受弯曲不断裂；
• ＣａＦ２纳米材料在８０—１８０℃ 温度下，塑性提高１００％。
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11
④催化活性增强
以粒径小于300nm的Ni和CuZn合金的超细微粒为主要成分 制成的催化剂，可使有机物氢化 的效率提高到传统镍催化剂的 10倍。
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12
（3）纳米结构
ppt课件
14
2 纳米粒子的常见制备方法
根据不同的分类标准，可以有多种分类方法。根据反应环 境可分为液相法、气相法和固相法；根据反应性质可分为物 理制备法、化学制备法和化学物理制备法。不同的制备方法 可导致纳米粒子的性能以及粒径各不相同。
在制备过程中，随着实验参数的不同，结果也大不相同， 尽管也展开了广泛的研究，取得了大量的结果，要真正实现 控制合成尚有待进一步的工作积累，涉及到化学反应机制、 热力学、动力学及晶体成核与生长动力学的微观机制问题。
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纳米金
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纳米金和块 状金的颜色
5
碳纳米管
碳纳米管是由碳原 子按一定规则排列形成的 空心笼状管式结构，其直 径不超过几十纳米（一纳 米为十亿分之一米）。导 电性强、场发射性能优良、 强度是钢的100倍、韧度 高等，是一种用途广泛的 新材料。
簧，用作汽车或火车的减震装置，可大
大减轻车辆的重量。
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7
纳米管做成的“纳米秤”
最近美国、中国、 法国和巴西科学家用精 密的电子显微镜测量纳 米管在电流中出现的摆 频率时，发现可以测出 纳米管上极小微粒引起 的变化，从而发明了能 称量亿亿分之二百克的 单个病毒的“纳米秤”。 这种世界上最小的秤， 为科学家区分病毒种类， 发现新病毒作出了贡献。
• ＴｉＯ２纳米材料具有奇特韧性，在 １８０℃经受弯曲不断裂；
• ＣａＦ２纳米材料在８０—１８０℃ 温度下，塑性提高１００％。
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④催化活性增强
以粒径小于300nm的Ni和CuZn合金的超细微粒为主要成分 制成的催化剂，可使有机物氢化 的效率提高到传统镍催化剂的 10倍。
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（3）纳米结构
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2 纳米粒子的常见制备方法
根据不同的分类标准，可以有多种分类方法。根据反应环 境可分为液相法、气相法和固相法；根据反应性质可分为物 理制备法、化学制备法和化学物理制备法。不同的制备方法 可导致纳米粒子的性能以及粒径各不相同。
在制备过程中，随着实验参数的不同，结果也大不相同， 尽管也展开了广泛的研究，取得了大量的结果，要真正实现 控制合成尚有待进一步的工作积累，涉及到化学反应机制、 热力学、动力学及晶体成核与生长动力学的微观机制问题。
第六章 纳米材料的制备方法PPT课件
• 定义：在高压釜里的高温(100～1000℃) 、 高压(1～100 Mpa)反应环境中，采用水作 为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质 溶解，在高压环境下制备纳米微粒的方法。 水热法使前驱物得到充分的溶解，形成原 子或分子生长基元，最后成核结晶，反应 过程中还可进行重结晶。
• 特点：水热法能避免一般液相合成技术中
• 定义：在气态下，通过化学反应，使反应 产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，自动 凝聚形成大量的晶核，这些晶核不断长大， 聚集成纳米颗粒的过程
• 特点：保形性，生成物质单一，沉淀后即 得晶体或细粉状物质
• 常用加热方法：
1. 电炉直接加热:主要有电阻丝、等离子体加热等
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9
2. 激光诱导：利用反应气体分子(或光敏分子)对特 定波长激光束的吸收，引起反应气体分子光解、 热解、光敏化反应和激光诱导化学合成反应
• 物质的微粉化机理： 1. 将大块物质极细地分割（粉碎过程）
2. 将最小单位(原子或分子)组合（构筑过程）
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26
• 分类：
粉碎法包括：(用球磨机、喷射磨等进行粉 碎)，化学处理(溶出法)等
构筑法包括：热分解法(大多数是盐的分解)， 固相反应法(化合物)，火花放电法(用金属 铝生产氢氧化铝)等
• 分类：
1. “硬模板”法：利用材料的内表面或外表面为 模板，填充到模板的单体进行化学或电化学反应， 通过控制反应时间，除去模板后可以得到纳米颗 粒、纳米棒，纳米线或纳米管，空心球和多孔材 料等。 经常使用的硬模板包括分子筛，多孔氧化铝膜， 径迹蚀刻聚合物膜，聚合物纤维，纳米碳管和聚 苯乙烯微球等等
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12
6.2 液相法制备纳米微粒
纳米材料概述制备方法精品PPT课件
20
表面效应
表面原子特点： 原子配位不满，多 悬空键 高表面能，高表面 活性
引发性能： 导致表面原子输运 构型变化-催化 电子自旋构象能谱 变化-光学性能
21
宏观量子隧道效应
隧道效应： 微观粒子具有贯穿势垒的能力 宏观量子隧道效应： 一些宏观量（如微颗粒的磁化强度，量子 相干器件中的磁通量）具有的隧道效应 意义: 它确立了现存微电子器件进一步微 型化的极限
24
Landscape with clouds. In this cross section of a semiconductor laser, white patches of oxidation are forming near a junction between gallium arsenide atoms (upper right) and aluminum gallium arsenide.
5
多样的结构与形貌
Samples of coiled
Large Arrays of Well-Aligned 6
self-oriented nanotubes
SEM images of fullerene pipes
7
纳米材料的奇特物理性能
力学性能-改善材料的强度、塑性与韧性
8
Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load
纳米材料
1
什么是纳米材料
颗粒尺寸为纳米量级 的材料即为纳米材料
颗粒状的叫纳米颗粒 如果是由纳米颗粒凝聚 而成的块体、薄膜多层 膜和纤维，则叫纳米结 构材料（nanostructured materials)
表面效应
表面原子特点： 原子配位不满，多 悬空键 高表面能，高表面 活性
引发性能： 导致表面原子输运 构型变化-催化 电子自旋构象能谱 变化-光学性能
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宏观量子隧道效应
隧道效应： 微观粒子具有贯穿势垒的能力 宏观量子隧道效应： 一些宏观量（如微颗粒的磁化强度，量子 相干器件中的磁通量）具有的隧道效应 意义: 它确立了现存微电子器件进一步微 型化的极限
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Landscape with clouds. In this cross section of a semiconductor laser, white patches of oxidation are forming near a junction between gallium arsenide atoms (upper right) and aluminum gallium arsenide.
5
多样的结构与形貌
Samples of coiled
Large Arrays of Well-Aligned 6
self-oriented nanotubes
SEM images of fullerene pipes
7
纳米材料的奇特物理性能
力学性能-改善材料的强度、塑性与韧性
8
Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load
纳米材料
1
什么是纳米材料
颗粒尺寸为纳米量级 的材料即为纳米材料
颗粒状的叫纳米颗粒 如果是由纳米颗粒凝聚 而成的块体、薄膜多层 膜和纤维，则叫纳米结 构材料（nanostructured materials)
纳米材料制备方法PPT课件
2021/4/22
可编辑课件PPT
5
N0.2 沉淀制备法制备条件分析
成核速率：rN =
kc s
–
( s为溶解度，c-s为过饱和度）
晶核生长速率: rG =
Ds d
– （c-s） (D为粒子的扩散系
数,d为粒子的表面积,δ为粒子δ的扩散层厚度)
由上二式可知：
2021/4/22
①假定开始时 (c-s)/s值很大，形成的晶核很多，因而(c-s)值就会迅
⑤ PH值的影响：水解反应过程中，PH值直接影响溶液的饱和度，
为了控制水解反应的均一性，应保持PH值的相对稳定性。
2021/4/22
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13
1.3 溶胶凝胶(Sol-gel)法
溶胶-凝胶技术最早且卓有成效的应用可追溯到古 代中国的豆腐制作。现代溶胶-凝胶技术的研究始于19 世纪中叶, 由于此法制备玻璃所需温度比传统的高温 熔化法低得多，故又被称为玻璃的低温合成法。
以是非水介质；可以是极性介质，也可以是非
极性介质；可以是单一介质，也可是混合介质； 可以是单相介质，也可以是多相介质（水包油
微乳液，油包水微乳液）。不过通常使用的是 水介质或水包油微乳液性。
液相制备法的特点是：制备成本较低，易于
规模生产21/4/22
采用低温沉淀方法（降低温度不但可以相应提高反应物过饱和度，
同时也增加了介质的粘度，而粘度又可决定粒子在介质中的扩散速率， 所以通常在某一适当温度时晶核生长速率为极大 ）；
在极低浓度下完成沉淀反应（在浓度约0.1~1 mmol/L时，过饱
和度足以引起大量晶核形成，但晶核的生长却受到溶液中反应物浓度的 限制。在浓度稍大时，晶核的形成量并不增加很多，但有较多的物质可 用于晶核的生长，易形成大颗粒沉淀 ）；
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