固体表面结构特征与纳米分体团聚分散性质、技术2018 高级版
纳米材料的制备方法
(2) 能制备出多组元的化合物纳米微粒，如AlS2，Tl48，Cu91， Mn9，ZrO2等；
通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控
溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备
纳米铜颗粒。
EXIT
冷冻干燥法
先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后 在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可 以得到相应物质的纳米粒子。如果从水溶液出发 制备纳米粒子，冻结后将冰升华除去，直接可获 得纳米粒子。如果从熔融盐出发，冻结后需要进 行热分解，最后得到相应纳米粒子。冷冻干燥法 用途比较广泛，特别是以大规模成套设备来生产 微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。
沉淀法主要分为： 直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法、
水解沉淀法、化合物沉淀法等。
EXIT
共沉淀法
在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的 方法称为共沉淀法(coprecipitation)。根据沉淀的类型可分为单相共 沉淀(沉淀物为单一化合物或单相固溶体)和混合共沉淀(沉淀产物为 混和物)。
沉淀法、水解法、喷雾法、水热/溶剂热法(高温高压)、蒸 发溶剂热解法、氧化还原法(常压)、乳液法、辐射化学合 成法、溶胶凝胶法等。
EXIT
沉淀法
沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在 混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物，再 将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应得纳米粒子。存在于 溶液中的离子A＋和B－, 当它们的离子浓度积超过其溶度积[A＋][B －]时，A＋和B－之间就开始结合，进而形成晶核。由晶核生长和 在重力的作用下发生沉降，形成沉淀物。一般而言，当颗粒粒径 成为1微米以上时就形成沉淀。沉淀物的粒径取决于核形成与核成 长的相对速度。即核形成速度低于核成长，那么生成的颗粒数就 少，单个颗粒的粒径就变大。
第三章 纳米粉体的分散
河南理工大学材料学院
第三章 第1节
超声分散机理
❖ 气泡可重新溶解于气体中，也可上浮并消失，也 可能脱离超声场的共振相位而溃陷。
❖ 这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或消失的 现象，就是空化作用
❖ 空化作用会产生局部的高温高压，并产生巨大的 冲击力和微射流，纳米粉体在其作用下，表面能 被削弱，从而实现对纳米粉体的分散作用
采用电位滴定法确定离解度随pH的变化
河南理工大学材料学院
第三章 第3节
❖ 实验步骤
1、在聚合物酸溶液中加几滴HNO3，pH值调至2.5 2、加入KNO3电解质以维持其离子强度，用标准NaOH溶液
滴定至pH＝12.5，记录pH值随NaOH加入量的变化 3、滴定空白曲线：相同离子强度不含聚合物酸的溶液用相
δ0
ZrO2
pH值 ❖ 当pH<4时，聚丙烯酸（PAA）
纳米材料分散的综述
纳米材料分散的综述一、纳米材料简介纳米材料是指尺寸在纳米级别的材料，具有优异的物理、化学和机械性能。
由于其独特的性质，纳米材料在能源、环保、医疗、信息技术等领域具有广泛的应用前景。
二、纳米材料制备方法纳米材料的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及生物法。
物理法包括机械球磨法、真空蒸发法等；化学法包括溶液法、气相法等；生物法则利用生物分子的自我组装和生物模板法。
不同的制备方法适用于不同类型的纳米材料，且具有各自的优势和局限性。
三、纳米材料的应用领域纳米材料因其优异的性能被广泛应用于以下领域：1.能源领域：太阳能电池、燃料电池、储能电池等；2.环保领域：空气净化器、水处理设备等；3.医疗领域：药物输送、生物成像、癌症治疗等；4.信息技术领域：电子器件、量子计算等。
四、纳米材料的分散技术纳米材料的分散技术是实现其应用的关键。
纳米材料由于其高比表面积和表面能，容易发生团聚，因此需要对其进行分散。
分散技术可分为物理分散和化学分散。
物理分散包括机械搅拌、超声波分散等；化学分散则是利用表面活性剂或偶联剂进行分散。
五、纳米材料分散的物理化学原理纳米材料分散的物理化学原理主要包括表面能作用、静电力作用和空间位阻作用。
表面能作用是纳米材料分散的主要驱动力，静电力作用则是在带电纳米粒子间的相互作用，空间位阻作用则是利用高分子物质对纳米粒子进行稳定分散。
六、纳米材料分散的方法与技术纳米材料分散的方法与技术主要包括以下几种：1.机械搅拌分散：通过机械搅拌的方式将纳米材料分散在溶剂中，可加入适量的表面活性剂或分散剂以增强分散效果。
2.超声波分散：利用超声波的振动能将纳米材料打散在溶剂中，可有效破解团聚现象。
3.化学分散：利用化学反应改变纳米材料的表面性质，如通过偶联剂对纳米材料进行改性，使其具有更好的分散稳定性。
4.溶剂热法：在高温高压条件下，利用溶剂的性质将纳米材料溶解分散在溶剂中。
此方法可用于制备一些具有特殊性质的纳米材料。
原子力显微镜技术解析材料表面结构与性质之间的关系
原子力显微镜技术解析材料表面结构与性质之间的关系摘要：材料的性质与其表面结构的关系一直以来都是材料科学领域的一个重要研究方向。
随着科学技术的发展，原子力显微镜技术成为研究材料表面结构的重要工具。
本文将对原子力显微镜技术进行解析，以及其在研究材料表面结构与性质之间的关系方面的应用，并探讨其未来的发展方向。
第一部分：原子力显微镜技术的原理和工作方式原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种基于扫描探针原理的纳米尺度测量技术。
其工作原理基于悬臂悬挂的探针缓慢接近样品表面，通过测量探针与样品表面的相互作用力，得到样品表面的拓扑特征。
AFM技术具有高分辨率、强大的力测量能力和多种工作模式等特点，被广泛应用于材料科学研究领域。
第二部分：原子力显微镜技术在表面结构研究中的应用2.1 表面形貌和粗糙度研究原子力显微镜可以实时扫描样品表面的形貌，在纳米尺度上对材料表面的几何形状进行高分辨率的测量。
通过测量表面形貌，可以研究材料的相位分布、晶体结构以及晶格畸变等信息。
此外，原子力显微镜还可以测量材料表面的粗糙度参数，从而研究材料表面的质量和加工状态。
2.2 表面力学性质研究原子力显微镜不仅可以通过测量扭转或振动探针的频率变化分析样品表面的弹性模量，还可以通过测量探针在样品表面的振幅变化分析材料的粘性、黏度以及硬度等机械性质。
借助这些力学性质的测量，研究人员可以更加深入地了解材料的力学行为及其与表面结构之间的关系。
2.3 表面电学性质研究材料的电学性质对其性能和应用具有重要影响。
原子力显微镜技术可以通过探针与样品表面之间的电荷相互作用，测量材料表面的电荷分布和电导率等电学性质。
这对于研究材料的电子结构、电场效应以及电化学反应等方面具有重要意义。
第三部分：原子力显微镜技术在材料性质研究中的应用案例3.1 薄膜材料的研究原子力显微镜技术可以研究和表征各种不同类型和厚度的薄膜材料。
通过测量薄膜表面的拓扑特征和力学性质，可以评估薄膜材料的品质、制备工艺以及与基底材料之间的相互作用。
纳米材料的分散与稳定性研究及其应用
纳米材料的分散与稳定性研究及其应用随着科技的不断进步，纳米材料已经成为了新材料领域的重要组成部分。
它们在电子、医药、生物和环境等多个领域都有着广泛的应用。
而这些应用都需要对纳米材料进行有效的分散和稳定处理，才能使其发挥最大的作用。
本文将探讨纳米材料的分散与稳定性研究，以及其在不同领域的应用。
一、纳米材料的分散稳定性研究纳米材料由于具有极小的尺寸和高比表面积，因此表现出非常不同于宏观材料的性质。
纳米材料的最大特点就是其活性表面积非常大，这种活性表面会导致纳米材料很容易聚集形成团簇。
而团簇的形成不仅会使得纳米材料的性质变差，而且可能会导致材料的结构和性能出现难以控制的变化，从而严重影响纳米材料的应用。
因此，分散和稳定纳米材料对于研究其性质和应用具有至关重要的意义。
纳米材料的分散性和稳定性是相互关联的。
一般来说，纳米材料分散能力强，稳定性会相应增强。
所以，在分散纳米材料之前，首先需要掌握纳米材料的稳定性。
纳米材料的稳定性与其表面的化学组成、形状和尺寸等因素有关。
因此，需要对纳米材料的物理和化学特性进行研究，确定其表面特征，进而通过调整表面性质来达到改善纳米材料稳定性的目的。
一般采用表面改性、物理或化学改变溶液条件、添加表面活性剂等方法来实现分散处理。
二、纳米材料在各领域的应用2.1 电子领域纳米材料在电子领域中应用十分广泛，主要是由于其特有的电学和磁学性质。
纳米材料的电性能表现出非常突出的性能，这使得它们在电子器件制造中应用越来越广泛。
例如，使用纳米粉体可以制造出更高效、更小巧的磁盘驱动器，它们还可以用于制造石墨烯和碳纳米管等电子材料。
此外，纳米材料的磁性能研究成果也是近年来电子领域非常重要的一部分，由此研制出的许多磁性材料在电子领域的应用上有很大的突破。
2.2 医药领域纳米材料在医药领域中的应用主要体现在纳米药物的制备和纳米配合物的应用。
纳米药物不仅可以提高药物吸收效果，而且可以降低药物的剂量和毒性，从而改善临床疗效。
第四章纳米固体材料
4.5 纳米固体材料的应用
4.5.1 在力学方面的应用 纳米固体材料在力学方面可以作为高温、高强、 高韧性、耐磨、耐腐蚀的结构材料。 4.5.2 在光学方面的应用 利用某些纳米材料的光致发光现象，作发光材料。 发光材料又称发光体，是材料内部以某种形式的能量 转换为光辐射的功能材料。光致发光是用光激发发光 体而引起的发光现象。它大致经过光的吸收、能量传 递和光的发射三个阶段。例如利用纳米非晶氮化硅块 体在紫外光到可见光范围的光致发光现象，锐钛矿型 纳米Ti02的光致发光现象等，制作的发光材料。
2．高能球磨法 高能球磨法是利用球磨机把金属或合金粉末粉碎成纳 米微粒，经压制成型(冷压和热压)，获得纳米块体的 方法。如果将两种或两种以上金属粉末同时放人球磨 机中进行高能球磨，粉末颗粒经压延、压合、碾碎、 再压合的反复过程(冷焊一粉碎一冷焊的反复进行)， 最后获得组织和成分分布均匀的合金粉末。利用高能 球磨法可制备纳米金属间化合物。目前已制备出： Fe-B、Ti-Si、Ti-B、Ti-A1、Ni-Si、V-C、W-C、PdSi、Ni-Mo、Nb-A1、Ni-Zr等纳米金属间化合物。 3．非晶晶化法 该方法是用单辊急冷法将熔体制成非晶态合金，然后 在不同温度下进行退火，使其晶化。随晶化温度上升， 晶粒开始长大， 用非晶晶化法制备的纳米材料的塑性对晶粒的粒径 十分敏感，只有晶粒直径很小时，塑性较好，否则纳 米材料变得很脆。因此，只有那些形核激活能小、而 长大激活能大的非晶态合金采用非晶晶化法才能获得 塑性较好的纳米晶合金。
4.4.2 纳米金属材料的制备
目前比较成熟的纳米金属材料的制备方法主要有： 惰性气体蒸发原位加压法、高能球磨法和非晶晶化法
1．惰性气体蒸发原位加压法 一步法”的步骤是： (1)制备纳米颗粒； (2)颗粒收集； (3)压制成块体。上述步骤一般都是在真空下进行 的.目前已制备出： Fe、Cu、Au、Pd等纳米晶金 属块体和Si-Pd、Pd-Fe-Si、Si-A1等纳米金属玻璃。
纳米材料的结构与性质
（3） 表面接枝法
通过化学反应将高分子链接到无机纳米颗粒表
面上的方法。
种类：偶联剂接枝法、颗粒表面聚合生长接枝 法、聚合与表面接枝同步进行法。 用途：提高纳米颗粒在有机溶剂和高分子中的 分散性，可用途纳米添加剂。
实例：Au纳米颗粒的分散。
51
Worldwide government R&D spending on nanotechnology
18
2.2
纳米材料的性质
（1）特殊的光学性质 （2）特殊的热学性质 （3）奇特的磁学性质 （4）特殊的力学性质
（5）电学性质
19
（1） 特殊的光学性质 金属纳米粒子反射率低，均呈黑色。尺寸越小， 越黑。
微米级
纳米微晶 的吸收和 发射光谱 存在蓝移 现象。
纳米级 Y2O3:Eu3+
Y2O3:Eu3+
（3）光波传播时，会产生法拉第旋转、双折射效应等特性。
17
（5） 纳米态水
普通水为缔合分子的液体。 定义：纳米态水为纳米结构的水，避免氢键的形成 或水分子的缔合。 制备：将普通水雾化变成颗粒很小的水分子，以纳 米加工技术将其喷洒在特定包覆介质中。 特点：纳米水被强度高的纳米膜包覆，自身稳定性 好、尺度均匀。既非液态、也非固态和气态。 用途：可做发动机燃油添加剂。
存在于液体中的纳米粉体采用加入分散剂、共沸蒸馏、
有机物洗涤、超声分散等方法。
分散剂： （1）无机电解质：提高粒子表面电位的绝对值，产生强 的双电层静电斥力作用，如NaOH。 （2）有机高聚物：在颗粒表面形成吸附膜而产生强大的 空间排斥效应，如木质素。 （3）表面活性剂：在粒子表面形成一层分子膜阻碍颗粒 间相互接触，降低表面张力，减少毛细管吸附力和产生
纳米材料与技术-纳米微粒的基本特性
第三章纳米微粒的基本特性一、纳米微粒的结构二、纳米微粒的基本特性热学、磁学、光学、动力学、表面活性、光催化性能一、纳米微粒的结构纳米态：物质的第?态！区别于固、液、气态，也区别于“等离子体态”（物质第四态）、地球内部的超高温、超高压态（物质第五态），与“超导态”、“超流态”也不同。
纳米态的物质一般是球形的。
物质在球形的时候，在等体积的条件下，它的界面最小、能量最低、自组织性最强、对称性也最高，有着很好的强关联性。
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体、十面体、二十面体等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。
在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态。
尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。
纳米微粒一般为球形或类球形，可能还具有其他各种形状（与制备方法有关）。
纳米微粒的结构一般与大颗粒的相同，内部的原子排列比较整齐，但有时也会出现很大的差别：高表面能引起表层(甚至内部)晶格畸变。
二、纳米微粒的基本特性1. 纳米微粒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；超细微化后发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
➢大块Pb的熔点为600K，而20nm的的球形Pb微粒熔点降低288K。
➢ Ag的熔点：常规粗晶粒为960︒C；纳米Ag粉为100︒C ➢ Cu的熔点：粗晶粒为1053︒C；粒度40nm时为750︒C纳米微粒的熔点降低：由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全、活性大，因此纳米粒子熔化时所需增加的内能比块体材料小得多，使纳米微粒的熔点急剧下降。
✍应用：降低烧结温度。
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
纳米粉体的团聚与分散
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
• 机械分散法可分为：
研磨、普通球磨、振动球磨、胶体 磨、空气磨、机械搅拌等
• 粉碎极限问题：
纳米粉碎中，因细颗粒具有巨大的界面 能，颗粒间范德华力较强，随粒子粒度的 减小，颗粒间自动聚集的趋势变大，分散 作用与聚集作用达到平衡，粒径不再变化。
因此，粉碎到一定程度，粒径不再减小 或减小速率相当缓慢，这就是物料的粉碎 极限。
• 这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或 消失的现象，就是空化作用
• 空化作用会产生局部的高温高压，并产生 巨大的冲击力和微射流，纳米粉体在其作 用下，表面能被削弱，从而实现对纳米粉 体的分散作用
超声分散的效果
a
b
SiOb2、胶分体散颗后粒超声分散前后的分散状态，a、分散前；
• 超声分散的特点： A、悬浮体的分散存在最适宜的超声频率，这取决
于悬浮粒子的粒度。
60
50
40
30
20
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
频率/kHz
分散度
B、超声时间和超声频率恒定，超声功率对浆 料性能有较大影响 例如：ZrO2-Al2O3双组分混合浆料 与未超声浆料相比，超声功率越大，浆 料的表观粘度越低
C、若长时间超声操作，会导致过热，反而会 加剧团聚 通常应采取间隔超声的方法
2. 纳米粉体的分散
1
物理法分散纳米粉体
2
化学法分散纳米粉体
3
聚电解质分散剂
4 影响纳米粉体浆料稳定性的因素
5
分散剂的优化
6
粉体预处理改善可分散性
7
多组分粉体的分散
纳米粒子的分散性及分散稳定性课件
生物法
利用微生物或植物提取物 等生物资源制备纳米材料 ，具有环保、低成本等优 点。
纳米粒子的应用领域
能源领域
用于太阳能电池、燃料 电池、锂电池等，提高 能源利用效率和性能。
医学领域
用于药物输送、肿瘤诊 断与治疗、生物成像等 ，改善医疗效果和降低
副作用。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等，提高环
在塑料工业中的应用
总结词
改善塑料性能
详细描述
在塑料工业中，纳米粒子的分散性和分散稳定性对于改善塑料的性能至关重要。纳米粒子可以增强塑料的力学性 能，如强度、韧性和耐磨性，同时还可以提高塑料的阻隔性能和热稳定性。这使得塑料在汽车、航空航天、电子 和医疗器械等领域的应用更加广泛。
在医药领域的应用
总结词
实验原理
分散性是指纳米粒子在溶液中均匀分散的能力，而分散稳定性则是指纳米粒子 在长时间放置或受到外界干扰时保持分散状态的能力。实验原理涉及流体力学 、表面化学和胶体科学等领域的知识。
实验材料与实验步骤
实验材料：需要准备纳米粒子、分散 剂、溶剂、搅拌器、离心机等。
实验步骤
1. 将纳米粒子与适量的分散剂混合， 加入溶剂中，搅拌均匀。
纳米粒子分散稳定性的定义与评价标准
定义
纳米粒子分散稳定性是指纳米粒子在 分散介质中保持均匀分散的能力，即 在长时间内不发生聚集、沉淀或浮选 等现象。
评价标准
通常通过测量分散体系在不同时间点 的粒度分布、电位差、沉降速度、分 散指数等参数来评估纳米粒子的分散 稳定性。
影响纳米粒子分散稳定性的因素
粒子表面性质
特性
纳米粒子具有高比表面积、小尺 寸效应、量子效应和表面效应等 特点，使其在催化、能源、医学 等领域具有广泛的应用前景。
纳米材料表征实验技术的使用注意事项
纳米材料表征实验技术的使用注意事项引言随着纳米科技的快速发展，纳米材料的研究和应用逐渐成为科学界的热门话题。
纳米材料的特殊性质使其在许多领域有着广阔的应用前景，而纳米材料的表征实验技术则是研究和了解这些特性的关键。
然而，由于纳米材料的尺寸特征和表面性质的复杂性，其表征实验技术的使用需要注意一些关键问题。
本文将介绍一些纳米材料表征实验技术的使用注意事项，帮助科研人员正确理解和分析纳米材料的特性。
一、样品的制备与处理在进行纳米材料表征实验之前，样品的制备和处理是至关重要的步骤。
纳米材料具有极高的表面能，很容易吸附空气中的杂质，因此在制备样品时需要注意防止样品污染和氧化。
同时，纳米材料的尺寸也很小，所以在制备过程中需要注意控制样品的分散度和均匀性，以确保获得准确的实验结果。
二、选择适合的表征技术纳米材料的特殊性质决定了其表征技术的选择需要谨慎。
常见的纳米材料表征技术包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等。
不同的技术能够提供不同的信息，因此在选择表征技术时需要根据研究需求和样品特性综合考虑。
例如，如果需要观察纳米材料的形貌和表面结构，可以选择SEM或AFM技术；如果需要了解纳米材料的晶体结构和尺寸分布等信息，可以选择TEM技术。
三、仪器调试与操作在使用纳米材料表征实验技术之前，仪器的调试和操作是必要的步骤。
每种表征仪器都具有独特的特点和操作要求，所以在使用之前需要仔细阅读仪器的使用手册并进行相应的培训。
同时，需要注意仪器的校准和维护，以确保实验结果的准确性和可靠性。
四、数据处理和分析在获得实验数据之后，正确的数据处理和分析方法至关重要。
纳米材料具有尺度效应和表面效应等特征，因此常规的数据处理方法可能不适用。
在进行数据分析时，可以结合理论模型和计算方法，对实验数据进行合理的解释和拟合。
此外，统计学的方法也可以应用于纳米材料的数据分析，帮助确定数据的可靠性和统计学意义。
纳米颗粒团聚的类型
纳米颗粒团聚的类型全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纳米颗粒是一种具有特殊性质和功能的微观粒子，其尺寸在1-100纳米之间。
在许多应用领域中，纳米颗粒被广泛应用，如医药、生物、材料科学等。
纳米颗粒在使用过程中可能会发生团聚现象，影响其性能和功能。
纳米颗粒团聚的类型有很多种，下面我们来具体了解一下。
纳米颗粒团聚可以分为物理团聚和化学团聚两种类型。
物理团聚是指纳米颗粒之间由于范德华力、静电作用等吸引力而聚集在一起的现象。
这种团聚可以在不同的环境条件下发生，如溶液中、气体中等。
而化学团聚则是指纳米颗粒之间发生化学反应而聚集在一起。
这种团聚在一定的条件下会发生，例如在氧化、还原等反应中。
纳米颗粒团聚还可以分为悬浮型团聚和沉积型团聚两种类型。
悬浮型团聚是指在液体、气体等介质中，纳米颗粒由于各种原因而聚集在一起，但并未沉积。
这种团聚可能会导致纳米颗粒的稳定性降低，影响其在应用中的性能。
而沉积型团聚则是指纳米颗粒在液体、气体等介质中由于重力等作用而沉积到一起。
这种团聚会影响纳米颗粒的分散性和稳定性。
纳米颗粒团聚还可以根据团聚的形态分为线型团聚、球型团聚、网状团聚等多种类型。
线型团聚是指纳米颗粒呈线状排列在一起的团聚形态，通常出现在纳米管、纳米棒等结构中。
球型团聚是指纳米颗粒呈球形排列在一起的团聚形态，通常出现在纳米粒子、纳米球等结构中。
网状团聚是指纳米颗粒呈网状排列在一起的团聚形态，通常出现在纳米薄膜、纳米网格等结构中。
纳米颗粒团聚是一个复杂的现象，受到多种因素的影响。
在制备和应用纳米颗粒时，需要考虑如何有效地防止和解决团聚现象，以确保纳米颗粒的性能和功能得到充分发挥。
希望通过对纳米颗粒团聚类型的介绍，能够帮助大家更好地理解和处理纳米颗粒团聚现象，推动纳米科技的进一步发展和应用。
【总字数：450】第二篇示例：1. 基本团聚：基本团聚是指纳米颗粒在溶液中由于范德华力和静电相互作用而发生的聚集现象。
当纳米颗粒之间的相互作用力大于分散力时，纳米颗粒会聚集成较大的团簇。
纳米材料的聚集状态及其对性能的影响
纳米材料的聚集状态及其对性能的影响近年来，纳米材料已成为材料科学与技术领域中备受瞩目的研究对象。
其独特的物理、化学和力学性能使其在诸多领域中具有广泛的应用前景。
然而，纳米材料的聚集状态对其性能有着重要的影响。
下面，我们将探讨纳米材料的聚集状态及其对性能的影响。
一、纳米材料的聚集状态纳米材料的聚集状态可以分为单分散和聚集两种情况。
单分散指的是纳米颗粒均匀分散在溶液或基底中，没有发生聚集现象。
而聚集则是指纳米颗粒之间发生相互接触或靠近，形成团簇或聚集态。
纳米材料聚集的形式多种多样，如团块状、链状、无规状等。
二、纳米材料聚集状态的影响因素纳米材料聚集的形态和程度受到多种因素的影响，主要包括溶液条件、表面性质以及相互作用力等。
首先，溶液条件对纳米材料的聚集状态具有重要影响。
溶液的浓度、温度、pH 值等参数都会影响纳米颗粒之间的相互作用力，从而影响其聚集态。
例如，高浓度的溶液中纳米颗粒之间的相互作用力较强，容易形成团簇或聚集态。
其次，纳米颗粒的表面性质对其聚集状态也起着关键作用。
纳米颗粒的表面性质与材料的尺寸、形态以及表面修饰有关。
表面修饰可以通过引入功能性分子、表面活性剂等手段进行，可以改变纳米颗粒之间的相互作用力，从而影响其聚集态。
最后，相互作用力是影响纳米材料聚集状态的重要因素。
相互作用力包括静电力、范德华力、电磁力等。
这些力会使纳米颗粒之间产生相互吸引或排斥作用，进而影响纳米材料的聚集状态。
例如，静电斥力可以使纳米颗粒保持单分散状态，而静电吸引力则会促使纳米颗粒发生聚集。
三、纳米材料聚集状态对性能的影响纳米材料的聚集状态对其性能具有显著影响。
聚集状态不仅会改变纳米材料的形貌，还会对其光学、电学、热学等性质产生影响。
首先，纳米材料的聚集状态会影响其光学性质。
纳米颗粒之间的相互作用可导致光的散射、吸收和透射的差异。
聚集态的纳米材料通常会引起光散射增强效应，从而提高材料的光学性能。
其次，纳米材料的聚集状态对其电学性质也有重要影响。
纳米技术基础_第九讲固体表面能
宏观驱动力：总表面能降低
•团聚 - 纳米结构通过界面的化学键或范德华力相互结合在一起 - 单个纳米结构越小，结合得越强，越难分离 - 一旦形成，很难破坏
•由单个纳米结构结合成更大的结构（需要外界提供一定的激活能）： - 烧结（sintering)：单个结构合并到一起，固固界面代替固气界面 - Ostwald 熟化：大结构的生长以小结构的消耗为代价
D RT 6N A r
X RTZ 3N A r
2
D X 2Z
纳米微粒悬浮液
沉降和沉降平衡
溶胶高度分散 胶粒受到重力吸引而下降 胶粒由于Brown运动促使浓度趋 于均一 当这两种效应相反的力相等时， 粒子的分布达到平衡，粒子的浓 度随高度不同有一定的梯度 这种平衡称为沉降平衡
纳米微粒的化学性质
物理吸附以范德华力等微弱的物理力结合化学吸附以化学键结合作用力强纳米微粒的分散不团聚流变学典型胶体悬浮液的黏性具有大的表面积和表面原子配位数丌足具有较强的吸附性吸附特点不被吸附的物质的性质溶剂的性质以及溶液的性质有关丌同种类的纳米微粒吸附性质有很大差异电解质不非电解质溶液ph值等对吸附有很大影响1非电解质的吸附非电解质是指电中性的分子常以氢键范德华力偶极子的弱静电引力等吸附在粒子表面主要以氢键形成而吸附在其他相上1非电解质的吸附如氧化硅粒子对醇酰胺醚的吸附过程与有机溶剂接触的为硅烷醇层硅烷醇对吸附起重要作用作用机理
27
看法。
述评（Review）
论述文献时
引述文献时，只介绍主要研究成果和结论性意见，对 于研究的材料、方法和过程则不必详述，但成就性综 述在介绍创新点时则应多加论述。 对于尚无定论和存在分歧的观点，只需归纳提出 以有叙有议的方式体现述评的功能，叙前人研究，议 其结果、探其原因、究其不足。 分析评论，特别是表达作者自己的观点时，要客观、 谨慎，因此多使用模糊性语言和表推测的语言形式。
固体表面结构和常用表面分析技术
固体表面结构和常用表面分析技术朱月香;段连运;钱民协【摘要】对在结构化学基础课中增加表面结构知识的内容进行了探讨,提出将"表面原子排布和表面电子态"、"表面化学组成"和"表面分析技术"等作为固体表面结构和性质教学的基本内容,同时将"单层分散原理"这一科技新发现作为从理论研究到实际应用的例子吸纳到教材中.介绍了单层分散的实验现象、原理及有关应用.【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2000(015)006【总页数】5页(P21-25)【关键词】结构化学教学;固体表面结构;表面分析技术【作者】朱月香;段连运;钱民协【作者单位】北京大学化学与分子工程学院,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,北京,100871【正文语种】中文【中图分类】O6段连运、谢有畅[1]1991年在《大学化学》发表文章，建议在结构化学基础课教学中增添表面结构化学内容。
近10年来，许多院校就表面结构化学讲授内容的组合、教材建设、授课方法等进行了广泛探索，取得了颇具推广价值的经验。
北京大学结构化学基础课教学组也对几种教学方法进行了尝试。
在修改和完善已数度讲授过的“分子轨道理论与电子能谱”、“固体的表面结构和表面性质”的基础上，还就增添“表面分析技术”、“盐类、氧化物及一些有机化合物在固体表面的分散”等内容进行了研究和尝试。
兹予发表，以期与同行交流。
1 关于固体表面结构和性质的教学表面科学是一个新兴的边缘学科，涉及的内容非常广泛，包括复杂的理论模型(经典力学和量子力学的)、各种表面分析技术及在各个领域中的应用等。
有关的资料浩如烟海。
在结构化学基础课中增加表面结构化学内容的必要性是不言而喻的，但作为本科生基础课，应当增加哪些内容呢？根据既要“新”又要“精”的原则，我们认为，“表面原子排布和表面电子态”、“表面化学组成”和“表面分析技术”应当是首先要增加的最基本的内容。
纳米粒子的团聚形成机理及分散方法
纳米粒子的团聚形成机理及分散方法纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子。
纳米粉体具有的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应等各种效应，使得它表现出强吸光能力、高活性、高催化性、高选择性、高扩散性、高磁化率和矫顽力等特殊理化性能[1]；使它具备独特的力学、光、热、电、磁、吸附、气敏等性质[2]。
在传统材料中加入纳米粉体将大大改善其性能或带来意想不到的性质。
目前已用于纳米固体的压制、纳米涂层、环境保护以及纳米粒子光催化上。
纳米材料科学及工业应用已成为国内外跨新世纪研究开发热点，并开拓发展成为高技术产业，在电子、化工、机械、生物医学等工业领域内，具有日益广泛发展的应用前景。
随着纳米科技的发展，制备纳米粉体的方法越来越多。
在制备纳米粉体过程中，存在的最大问题就是纳米颗粒的团聚，这也是当今纳米技术领域内的一个普遍关心、亟待解决的一个难题。
控制纳米颗粒团聚已成为制备纳米颗粒的一项关键技术，所以很有必要对纳米颗粒团聚现象进行深入研究。
2 团聚分类所谓纳米粉体的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。
由于团聚颗粒粒度小，表面原子比例大，比表面积大，表面能大，处于能量不稳定状态，因而细微的颗粒都趋向于聚集在一起，很容易团聚，形成团聚状的二次颗粒，乃至三次颗粒，使粒子粒径变大，在每个颗粒内部有细小孔隙。
纳米颗粒的团聚一般分为两种：软团聚和硬团聚。
对于软团聚机理，人们的看法比较一致，即，软团聚是由纳米粉体表面分子或原子之间的范德华力和静电引力所致，由于作用力较弱，可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除。
对于硬团聚，不同化学组成不同制备方法有不同的团聚机理，无法用统一的理论来解释。
因此需要采取一些特殊的方法来对其进行控制。
3 纳米颗粒团聚的形成机理颗粒细化到纳米级后，其表面积累了大量的正、负电荷，纳米颗粒的形状极不规则，这样造成了电荷的聚集。
固体分散体的主要特点
固体分散体的主要特点固体分散体是指以细小颗粒状态存在于液体或气体中的分散相，有无限的多相和多尺度特征。
固体分散体可用一种形式存在，也可能有多种形式，其本质是相同的。
固体分散体的主要特点包括：颗粒细微、分散均匀、比表面积大等。
同时，在颗粒材料、制备方法、成型过程及应用领域等方面也存在着较大差异。
那么我们该怎样去区分他们呢？通常采用的标准有：1、直径大小不同2、光泽度3、导热性4、电磁波反射率5、颜色漂亮6、成型方式7、颗粒形状8、硬度9、化学性质如今的人们已经发现，颗粒物质的结构决定了它的内部具有明显的各向异性，即颗粒越小，由于分子间的引力变得更大，因而颗粒越容易聚集，从而提高了颗粒材料的密度和强度。
这样的结构使颗粒材料具有特别优异的耐久性，以及与水混合时表现出超强的渗透性。
不少人也许认为这种说法有些太绝对了，但实际上，颗粒在任何一个领域中都很重要。
首先，众所周知，微米级的金属颗粒可以大大增加混凝土的强度，就连最薄的液晶显示屏，也会采用金属或塑料的颗粒来增强效果；第二，木炭吸附剂可以分解有害气体，或者把废弃物焚烧，生产环保型燃料，充分利用；第三，保温砂浆与墙壁粘结性好，是因为胶粉颗粒将其表面包覆起来，降低了颗粒间的摩擦系数，使其互相之间有足够的支撑力；第四，石英砂也可以用于电池，因为它们的颗粒较小，但又具有极高的绝缘性。
这样看来，颗粒在某些场合确实起着非常关键的作用，而且我们还应该注意到一个事实，即在常温下，溶剂蒸汽与水相接触时会发生水解反应，并在其中释放出潜热。
这种吸收热量的能力与颗粒的大小有关，小颗粒比大颗粒的潜热吸收能力高，而反之则低。
4、颜色漂亮。
物质颗粒的外观与其内部原子的排列情况有关。
例如，氮原子被认为是六角形，如果氮的原子以六角形分布，那么该材料的透光性会比较好，吸收率也会减少，从而达到节能的目的。
5、成型方式。
金属颗粒可以成型，其他如陶瓷颗粒则需要先烧制成半成品，再进行挤压成型。
6、颗粒形状。
纳米材料的结构特征
纳米材料的结构特征一、概论纳米材料是新型结构材料的一种，主要是指材料的基本结构单元至少有一维处于纳米尺度范围(一般在11100 nm)，并由此具有某些新特性的材料。
纳米材料相对于其他材料而言有五大物理效应即：体积效应、表面效应、量子尺寸效应、量子隧道效应和介电限域效应，这五大效应成就了纳米材料的诸多优势，这里就不一一介绍了。
纳米材料相对于其他材料的优势正是因为其结构的特点，下面讲述纳米材料的结构特征。
二、自然界中存在的纳米材料早在宇宙诞生之初，纳米材料和纳米技术就已经存在了，比如，那些溶洞中的石笋就是一纳米一纳米的生长起来的，所以才千奇百怪；贝壳和牙齿也是一纳米一纳米的生长的，所以才那样坚硬；植物和头发是一纳米一纳米生长的，所以才那样柔韧；荷叶上有用纳米技术生长出来的绒毛，所以才能不沾水，就连人类的身体，也是一纳米一纳米生长起来的，所以才那样复杂。
在地球的漫长演化过程中，自然界的生物，从亭亭玉立的荷花、丑陋的蜘蛛，到诡异的海星，从飞舞的蜜蜂、水面的水黾，到海中的贝壳，从绚丽的蝴蝶、巴掌大的壁虎，到显微镜才能看得到细菌…应该说，它们个个都是身怀多项纳米技术的高手。
它们通过精湛的纳米技艺，或赖以糊口，或赖以御敌，一代一代，在大自然中地顽强存活着，不仅给人们留下了深刻的印象，而且给现代的纳米科技工作者带来了无数灵感和启示。
三、纳米材料的概论1、纳米材料：纳米材料是指三维空间尺度上至少有一维处于纳米量级或由它们作为基本单元构成的材料。
2、纳米科技：纳米科技(纳米科学技术)是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及利用这种特性开发新产品的一门科学技术。
3、纳米结构单元：构成纳米材料的结构单元包括限定的团簇或人造原子团簇、纳米微粒、纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆、纳米单层膜及多层膜等。
（1）原子团簇指几个至几百个原子的聚集体，如Fen，CunSm，CnHm（n和m都是整数）和碳簇（C60，C70和富勒烯等）等。
纳米颗粒团聚的类型
纳米颗粒团聚的类型纳米颗粒团聚是指纳米颗粒在某种条件下聚集在一起形成团块的现象。
这种团聚现象在纳米科技领域中具有重要意义，因为纳米颗粒团聚可能会改变纳米材料的性质和性能，并对纳米材料的应用产生影响。
纳米颗粒团聚可以分为两种类型：弱团聚和强团聚。
弱团聚指的是纳米颗粒之间的相互作用力较小，团聚程度较低的情况。
而强团聚则是指纳米颗粒之间的相互作用力较大，导致纳米颗粒聚集在一起形成较大的团块。
弱团聚通常是由于范德华力的作用引起的。
范德华力是一种吸引力，它是由于分子之间的电子云的相互作用而产生的。
在纳米颗粒之间，这种范德华力往往比较弱，因此导致纳米颗粒之间的团聚程度较低。
然而，在某些情况下，纳米颗粒之间的团聚程度会增强，形成强团聚。
这可能是由于电荷相互作用、磁性相互作用或其他化学反应引起的。
例如，在纳米颗粒表面存在电荷差异时，它们之间会发生静电吸引力，导致纳米颗粒团聚在一起。
此外，磁性纳米颗粒在外加磁场的作用下也会发生团聚。
纳米颗粒团聚对纳米材料的性质和性能有重要影响。
团聚现象会导致纳米材料的表面积减小，从而降低其反应活性。
此外，团聚还可能导致纳米材料的力学性能下降，因为团聚后的纳米颗粒团块往往比单个纳米颗粒更容易破裂。
为了克服纳米颗粒团聚的问题，科研人员采取了多种方法。
一种常见的方法是表面修饰，通过在纳米颗粒表面引入功能基团，使纳米颗粒带有相同的电荷，从而减小团聚的程度。
另一种方法是利用分散剂，通过在纳米颗粒之间引入分散剂分子，使纳米颗粒保持分散状态。
纳米颗粒团聚是纳米科技领域中一个重要的问题。
科研人员正在努力寻找解决办法，以克服团聚现象对纳米材料性质和性能的影响，从而推动纳米科技的发展。
只有通过深入研究和理解纳米颗粒团聚的机制，才能更好地应用纳米材料，发挥其在各个领域的潜力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.3
无团聚纳米粉体制备方法与机理
• 在大气环境或有极性气体存在时制备的纳米粉体 则不能避免团聚,如用压缩空气超高速气流破碎获 得的纳米粉体是团聚的。 • 防止空气与水的进入即保持环境为真空状态是获 得无团聚纳米粉体的关键.但要想环境保持真空,须 要大幅度增加成本,且给贮存、使用带来困难;而 采用惰性气体保护需要高密封性能的容器和材料。 • 为解决这个问题,应用惰性气体凝聚原位加压法,保 证了纳米微粒具有清洁的表面,减轻团聚,制得的块 体材料的纯度高
• 1 • 氧化物、金属、碳化物、氮化物等物质的表面在 大气环境下都有一层羟基,这是表面的悬键与空气 中的O2 和水等反应形成的（lgd）。 • 表面羟基层的形成,一方面使表面结构发生变化,减 少了表面因弛豫现象而出现的静电排斥作用;另一 方面,导致羟基间的范德华力、氢键的产生,使粉体 间的排斥力变为吸引力,导致团聚（lgd） 。
吸附试验2：加热（800～900℃）而脱去水的纳 米α―Al2O3粉在甲基红溶液吸附甲基红时，与脱 水前的α―Al2O3粉相比，吸附量明显减少. 这表 明：甲基红是由铝醇基（ Al-OH）吸附，而不易 被铝氧基(Al-O-Al)表面吸附. 也说明Al2O3粉在加 热过程中，铝醇基会脱水变成铝氧键表面.
驰豫
重构
偏析
吸附
化合物
台阶
• 2.1 固体的表面结构
• 1 清洁粉体的表面原子结构、特性 • 驰豫(relaxation)、重构(reconstruction)、吸附 (chemisorption)等是常见表面结构与现象. • 驰豫、重构、偏析(segregation)、台阶(ledge) 属粉表面自行调整且通常是驰豫的. • 表面原子(或离子)间距偏离体内的晶体晶格常数， 而晶胞结构基本不变，这种情况称驰豫
• 2.2 纳米粉体的团聚机理
• 1
纳米粉体团聚力的来源
• 超细粉体（纳米粉体）自身表面结构的调整是不 会导致团聚。团聚力的来源只有在外来物质的作 用下,粉体间的作用力才会由排斥变为吸引并增加 到越过势垒,导致团聚（lgd）。
• 2.2 纳米粉体的团聚机理
纳米粉体团聚力的来源——大气环境 • 1） 氢键与毛细管力的形成
• 随着羟基的密度、数量及活度增加,团聚加剧。表 面羟基活度与粉体结构、阳离子极化率、量子尺 寸效应和电子结构等有关 • 由于在羟基层(R —O —H) 中氧的两端,一端是高 价金属离子Rn + ( n = 2 ,3 ,4 ,5 等) ,另一端是电 荷小的氢离子,结构不平衡,表面过剩能仍较大,从 而使羟基继续以物理吸附的形式吸附水等极性物 质。
• 纳米粉随着表层大量羟基的生成和吸附水的增加, 表层水膜中离子浓度增加,粉间出现类似于“凝胶” 的不均匀凝结(聚合反应) ,甚至出现离子扩散与晶 体生长,因此导致纳米粉的贮存、运输、成型困难。 • 浆体或坯体在干燥后期出现裂纹,这是不均匀聚集 的宏观表现。 • 粉体越细,生成羟基密度就越大,羟基的活性越高, 粉体间聚合反应如Al (OH)3 ,Si (OH)4 胶体的聚合 反应越剧烈。 • 纳米粉体的低温烧结是产生硬团聚的另一个原因。
• 2.2 纳米粉体的团聚机理
• 1 纳米粉体团聚力的来源——大气环境
• 2） 粉体间的化学反应 • 随着温度变化与水分的蒸发,在表面易发生化学反 应,生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体,即硬 团聚体,这种反应往往是不可逆的
加热
氢键
在干燥和烧结前期,由于温度、电解质等作用, 反应活化能降低,使固相桥的生成更加容易,团 聚加剧。在干燥后期,一方面毛细表面张力或 液相桥的作用使粉不均匀聚集;另一方面, 电解 质浓度升高、温度升高使反应变快,团聚相当 剧烈,有时甚至出现超低温烧结。
• 3）水在粉体团聚中的作用 • 而在有水气存在的干燥、热解等加热过程中,水成 为粉体团聚的促进剂。一方面使粉体表面生成羟 基,粉体间相互由排斥变为吸引,温度的作用降低了 反应的活化能,提高了反应速度;另一方面,水在粉 体的团聚反应过程中不是被消耗掉,而是作为催化 剂。所以,只要存在微量的水,在生产和加热过程中 就会产生大量的团聚,且温度越高,时间越长,团聚 越严重,二次粒子越大。纳米微粒表面间的反应动 力学还需要进一步研究
双电层结构
Na+
Cl－
NaCl 理想结构与驰豫结构
正是固体表面双电层结构，决定了其胶体或悬浊液 的双电层结构及其相应电性能；也是纳米粉体/材 料产生纳米效应的表面结构因素（决定因素）。
• 2.1 固体的表面结构
• 1 清洁粉体的表面原子结构、特性 • 金属氧化物粉表面（如SiO2、Al2O3、ZrO2等）一 般也有类似的弛豫结构. 存在表面电矩，氧离子在 最外层，而使表面常带负电荷 • 氧离子亚层与金属离子亚层的厚度直接影响粉体 （或浆体）的等电点（IEP）等电性能（如胶体双 电层），以及粉体的化学吸附、化学反应等物化性 能. • 纳米粉体高的比表面积导致高的过剩能量密度和高 的表面电矩，使表面活性远大于大颗粒的表面活性。
2.1 固体的表面结构
• 8h 吸附水量为30×10-3g，比亚微米粉体吸水 大得多[4]. 对于粒径为Φ=60nm 的纳米粉来说， 远远超过单位表面最大单层化学吸附量(表面 全为羟基时，约1×1018 个/m2). 这表明纳米粉 体吸附空气中水反应生成羟基后，羟基又以物 理吸附的形式继续吸附空气中的水.物理吸附水 量随时间有不断增加趋势，这是粉体表面自由 能不断降固体的表面结构
• 1 清洁粉体的表面原子结构、特性 • 其它几种靠表层原子自行调整方式，如重构、偏 析、台阶（如图1b、图1c、图1f）也不会导致粉 团聚. 并且往往也是驰豫结构. 因此，导致团聚的 因素必定是外来因素，即化学吸附或有新化合物 生成引起的. • 当使用的纳米粉体之间不起化学反应，也没有足 够的能量进行成核、长大，那么引起团聚的因素 就一定与环境介质有关，如化学反应或化学吸附.
• 2.1 固体的表面结构
• 2 大气环境下纳米粉体表面原子结构、特性
• 随着比表面积的增加,表面层原子数量增加到一定 程度引起结构与性质的质变,出现久保效应等。纳 米粉能够从空气中吸附大量的水,在表面形成羟基 层和多层物理吸附水。
粉体表面成分的测试与实验证据
红外测试：取α―Al2O3 纳米（60nm）粉于120℃保温1h， 密封. 用美国Nicolt 公司170st FT－TR 红外光谱仪（有付 立叶变换）进行测试
第二章 固体表面结构与 纳米粉体团聚分散机理
主讲：李 国 栋
Prof
中南大学粉末冶金研究院
思 考 题
• • • •
纳米粉体与一般粉体的本质区别是什么？ 纳米粉体的基本特征是什么？ 怎样获得纳米晶陶瓷？ 你对纳米科技发展是怎样看待？
第二章 固体表面结构与纳米粉 体团聚分散机理
• 2.1 固体的表面结构 • 1 固体的表面原子结构、特性
• 2.2 纳米粉体的团聚机理
• 1 纳米粉体团聚力的来源——大气环境 • 2） 粉体间的化学反应 • 羟基层间的氢键和范德华力作用只能使粉体间形 成软团聚,羟基层间化学反应才是氧化物、金属、 碳化物、氮化物等纳米粉体产生硬团聚根源 （lgd）。 • 在水的作用(H+ ,OH- ) 下,粉体表面会部分溶解或 离解,在表层水膜中出现多种离子。如α-Al2O3在 表层水膜中有: AlO+ , AlO (OH) , Al (OH) 2 + ,Al (OH) 2 + ,Al3+ ,AlO2- ,OH- ,H+ 等,还有外来杂质带 入的电解质、有机物等。
—OH 峰 其块状单晶无此峰
吸附试验1 从亚微米到纳米级α-Al2O3 粉在常温下和 空气中都具有如图所示的吸湿曲线,且吸湿性随表观密度、 粒度的减小而增强。 将纳米α-Al2O3 粉末少量入坩埚，放入通N2气的高 温炉中加热至900℃，恒温1h，冷却至180℃时，迅速 用耐高温密封胶密封. 至室温后，称重. 打开盖子，让αAl2O3 粉吸附空气中的水分，每3min 称量一次
• 表面原子排列突然中断，如果在该处原子仍按照 内部方式排列，则势必增大系统的自由能(主要是 弹性能). 为此，表面附近原子排列必须进行调整. • 调整方式有两种： • (1)自行调整，表面处原子排列与内部有明显不同； • (2)靠外来因素调整，如吸附杂质，生成新相等
• 2.1 固体的表面结构
• 1 清洁固体的表面原子结构、特性 • 几种清洁表面结构
• 2.2 纳米粉体的团聚机理
• 1 纳米粉体团聚力的来源——大气环境
• 2） 粉体间的化学反应 • 随着温度变化与水分的蒸发,在表面易发生化学反 应,生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体,即硬 团聚体,这种反应往往是不可逆的。
2.3
无团聚纳米粉体制备方法与机理
• 1 控制和消除大气环境下纳米粉团聚的措施: • a. 保持纳米粉体清洁表面结构和电矩排斥的分 散状态,防止(或消除) 表面羟基层的产生; • b. 提高粉间的排斥能,增大粉间的距离,减少羟基 间相互作用力(范德华力、氢键) ; • c. 将羟基层屏蔽、避免羟基层起作用; • d. 减少电解质的产生和引入等。关键是降低或 消除表面羟基层相互作用,以有效地防止和降低团 • 聚。
• 2.1 固体的表面结构
• 2 大气环境下的纳米粉体表面原子结构、特性 • 由于粉体外表面结构不同于内表面的结构,导致过 剩能量即表面能的产生。随着粉体变细,其比表面 积增加,表面能增大,表面效应(如弛豫、偏析、吸 附) 、量子尺寸效应(如能隙变宽等) 增强,熔点降 低,使纳米粉的表面性质变得更加活跃,许多在加热 条件下或高温下才发生的化学反应,在常温下已经 很剧烈了。
• 2.2 纳米粉体的团聚机理
• 1
纳米粉体团聚力的来源
• 新破碎的干燥的超细粉体和用溅射法制备的纳米 粉体是分散的,在干燥或有惰性气体保护的条件下 是很难把它们压成块,除非压力超过粉体的自身强 度,说明粉体自身表面结构调整是不会导致团聚。 • 在真空状态下,原子团簇不会自发降低表面自由能 而自动聚集,需要克服一定的势垒才能使原子团簇 相互团聚、长大,一般需要较高的温度或能量。这 就从动力学上定性说明了常温下清洁的纳米粉体 是分散的,不会自动团聚（lgd）。