纳米材料及纳米材料的制备方法简介

显微镜下的部分纳米材料
复合氧化物一维和零维单晶纳米材料
显微镜下的部分纳米材料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•稀土纳米材料
纳米科学技术是在0.1一IO0nm尺 寸空间内研究电子、原子和分子 运动规律和特性的科学技术。它 的最终目的是人类按照自己的意 愿直接操作单个原子，制造具有 独特性能的产品。
纳米结构
• 纳米结构通常是指尺寸在 100nm以下的微 小结构 纳米材料结构的基本单元： 1、零维：团簇、人造原子、纳米微粒 2、一维：纳米线、纳米棒、纳米管 3、二维：纳米带、超薄膜、多层膜
纳米材料的分类
纳米材料大致可分为四类： 1纳米粉末 2纳米纤维 3纳米膜 4纳米块体
纳米材料的四大效应
• • • • 纳米材料的体积效 纳米材料的表面效应 纳料材料的量子尺寸效应 纳米材料的宏观量子隧道效应
纳米材料的四大效应
1.纳米材料的体积效应： 当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗 意波相当或更小时，周期性的边界条件将 被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化 学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发 生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积 效应。
纳米材料介绍与制备方法
• • • • 什么是纳米材料与纳米科学技术？ 纳米结构 纳米材料的分类 纳米材料的特性
纳米材料介绍与制备方法
• 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处 于纳米尺度范围(1纳米～100纳米)或由它们 作为基本单元构成的晶体、非晶体、准晶 体以及界面层结构的材料 • 纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材 料”。
纳米材料的制备方法
• 一、 纳米材料制备方法的研究背景
• 二、 纳米材料介绍与制备方法 • 三、 纳米材料的表征设备与技术
• 四、主要结论
纳米材料制备方法的研究背景
• 1959年，理查德· 费曼预言，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。
纳米材料的表面效应图
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20 30 40 50
%
纳米材料的四大效应
3.纳料材料的量子尺寸效应 粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接 近的电子能级由准连续能级变为分立能级 的现象称为量子尺寸效应。纳米颗粒尺寸 小，表面积大，在熔点，磁性，热阻，电 学性能，光学性能，化学活性和催化性等 都较大尺度颗粒发生了变化，产生一系列 奇特的性质。
• 1991年，碳纳米管被人 类发现，它的质量是相 同体积钢的六分之一， 强度却是钢的10成为纳 米技术研究的热点。诺
贝尔化学奖得主斯莫利
教授认为，纳米碳管将 是未来最佳纤维的首选
材料，也将被广泛用于
超微导线、超微开关以 及纳米级电子线路等。
碳纳米管属碳材料家族中的新成员，为黑色粉末状，是由类似石墨的碳原子 六边形网格所组成的管状物，它一般为多层，直径为几纳米至几十纳米，长 度可达数微米甚至数毫米。
• 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。
1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单 电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度 和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。 1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验 时发明了世界上最小的 “秤”，它能够称量十亿 分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此
纳米材料的四大效应
4.纳米材料的宏观量子隧道效应： 微观粒子具有贯穿势垒的能力。 • 近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗 粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量以 及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越 宏观系统的势垒产生变化，故称为宏观的 量子隧道效应。
纳米材料的表征设备与技术
主要表征设备与技术：
• 1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密 机械加工。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。
1 扫描电子显微镜 2 X射线衍射仪 3 拉曼光谱仪
纳米材料的表征设备与技术
扫描电子显微镜
纳米材料的表征设备与技术
X射线衍射仪
纳米材料的表征设备与技术
3 拉曼光谱仪
纳米材料介绍与制备方法
纳米材料的四大效应
2. 纳米材料的表面效应 表面效应是指纳米粒子表面原子与总原 子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所 引起的性质上的变化。当粒径降到1nm时， 原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由 于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配 位数不足和高的表面能，使这些原子易与 其它原子相结合而稳定下来，故具有很高 的化学活性。
后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量
的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运用激 光微细加工技术研制出智能手术刀，该手术刀可以 每秒扫描10万个癌细胞，并将细胞所包含的蛋白质 信息输入计算机进行分析判断。 2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维. 沙因 贝格尔博士报道了把放射性同位素锕-225的一些原 子装入一个形状像圆环的微型药丸中，制造了一种 消灭癌细胞的靶向药物。
这些研究表明纳米技术应用于医学的进展是十分迅 速的。
到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产
品的营业额达到500亿美元。 近年来，一些国家纷纷
制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略
高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入
新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米 技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的 核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资 从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。