纳米晶零维材料的物理和化学性能
第三章零维纳米材料
溅射现象早在19世纪就被发现，历史悠久。 50年前有人利用溅射现象在实验室中制成薄膜。 60年代制成集成电路的钽(Ta)膜，开始了它在工业上的应用。 1965年，IBM公司研究出射频溅射法，使绝缘体的溅射制膜成为可能
第三章 零维纳米材料
溅射法原理
正离子
溅射原子
基
靶
片
溅射镀膜通常是由三个阶段组成
❖ 合成方法日新月异
第三章 零维纳米材料
❖纳米粒子的合成目前已发展了多种方 法，制备的关键是控制颗粒的大小和 获得较窄的粒径分布，有些需要控制 产物的晶相，所需的设备尽可能简单 易行
第三章 零维纳米材料
2.1 制备方法评述
❖制备方法的分类：
物理方法：由大到小的方法 化学方法：由小到大的方法
❖近十几年来，各种高科技手段应用于 纳米粒子的制备研究：激光技术、等 离子体技术、电子束技术和粒子束技 术等等
O
10-15 01 102 103 104 105 106
能量 (eV)
溅射产额与入射离子能量的关系
第三章 零维纳米材料
1、真空溅射
第三章 零维纳米材料
物理制备方法
物理气相沉积 (PVD)
真空蒸发 溅射法
单源单层蒸发 单源多层蒸发 多源反应共蒸发
真空溅射 离子束溅射
直流溅射 磁控溅射 射频溅射
单离子束(反应)溅射 双离子束(反应)溅射 多离子束反应共溅射
第三章 零维纳米材料
物理制备方法
物理气相沉积 (PVD)
单源单层蒸发 真空蒸发 单源多层蒸发
多源反应共蒸发
溅射沉积
直流溅射 真空溅射 射频溅射
磁控溅射
离子束溅射
单离子束(反应)溅射 双离子束(反应)溅射 多离子束反应共溅射
纳米材料的物理性能.
《材料科学前沿》学号：S1*******流水号：S2*******姓名：张东杰指导老师：郝耀武纳米晶材料的物理性能摘要：纳米材料由于其独特的微观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。
纳米晶材料具有优异的物理特性，这是由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定的。
本文简要介绍了纳米晶材料的定义，综述了纳米晶材料的各种物理特性。
关键词：纳米材料，纳米晶材料，物理性能1、引言纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1~100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。
因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。
纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域。
实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中存在结构上有序度的变化和在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别。
对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。
纳米材料按其结构可分为四类：晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有原子簇和原子束结构的称为零维纳米材料。
纳米晶材料（纳米结构材料）的概念最早是由H.Gleiter出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。
纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。
当然，纳米材料也可由非晶物质组成，例如：半晶态高分子聚合物是由厚度为纳米级的晶态层和非晶态层相间地构成的故是二维层状纳米结构材料。
又如纳米玻璃的组成相均为非晶态，它是由纳米尺度的玻璃珠和界面层所组成。
我们这里主要讨论纳米晶材料的物理性能。
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
纳米材料的物理性质与应用
纳米材料的物理性质与应用近年来，随着纳米技术的不断发展和应用，纳米材料在各个领域都有着广泛的应用。
其独特的物理性质不仅有助于改善材料的力学、热学、光学等性能，而且还可以为纳米材料的制备、储存、传输等方面提供更为完善的技术手段。
本文将以纳米材料的物理性质为突破口，详细论述其各方面的应用。
一、量子效应纳米材料的至关重要的特点之一就是其具有量子效应。
在具有纳米级别的粒径和尺度下，纳米材料的一些物理性质与普通物质不同，如金属性增强、磁性等。
这些性质与材料粒子之间的相互作用、电场强度、禁带宽度等有着密切的关联。
纳米材料的量子效应主要体现在电子结构和光学性质上。
在纳米尺度下，由于金属、半导体等材料表面出现的离域电子，其禁带宽度发生了变化，从而使其电学性质发生了改变，例如电导率和电阻率等。
此外，量子限制也会对一些量子态能级的形成以及能量势阱的形成起到一定的作用。
此外，纳米材料的光学性质也与量子效应密切相关。
激发外界电场可以在纳米材料中诱导各种表面等离子体共振等，从而产生或改变纳米颗粒的吸收谱、发射谱等。
对于这些量子效应的研究为纳米材料的制备和应用用提供了新的思路。
二、电学性质纳米材料在电学性质上也有许多独特的特点。
因为其尺寸较小，表面积比体积大，材料体内的晶体缺陷和表面缺陷较多，从而表面电荷密度较大，更易受到外界电场的作用。
这为纳米材料的制备和性质调控打下了坚实的基础。
针对纳米材料的电学性质具体研究的话，主要从材料的禁带宽度、离子束辐照效应、金属-半导体等接触电学性质等方面进行研究。
并且还可以通过毛细管电泳、电纺甩、层层自组装等手段进行制备，通过调节载流子的移动速度、电子-空穴对的制动、表面电势等参数，实现对纳米材料电学性质的精准调节。
三、热学性质除了电学性质之外，纳米材料的热学性质也非常重要。
在纳米级别下，材料的热传输比表面扩散更为显著，这与其尺寸和表面积以及能带结构有着密切关系。
利用这种特点可以制备出具有良好热学性能的材料，如耗散型纳米材料、热障涂层等。
纳米材料的物理性能.
《材料科学前沿》学号：S1*******流水号：S2*******姓名：张东杰指导老师：郝耀武纳米晶材料的物理性能摘要：纳米材料由于其独特的微观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。
纳米晶材料具有优异的物理特性，这是由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定的。
本文简要介绍了纳米晶材料的定义，综述了纳米晶材料的各种物理特性。
关键词：纳米材料，纳米晶材料，物理性能1、引言纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1~100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。
因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。
纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域。
实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中存在结构上有序度的变化和在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别。
对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。
纳米材料按其结构可分为四类：晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有原子簇和原子束结构的称为零维纳米材料。
纳米晶材料（纳米结构材料）的概念最早是由H.Gleiter出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。
纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。
当然，纳米材料也可由非晶物质组成，例如：半晶态高分子聚合物是由厚度为纳米级的晶态层和非晶态层相间地构成的故是二维层状纳米结构材料。
又如纳米玻璃的组成相均为非晶态，它是由纳米尺度的玻璃珠和界面层所组成。
我们这里主要讨论纳米晶材料的物理性能。
0维纳米材料
0维纳米材料0维纳米材料是指在一维、二维和三维纳米材料的基础上，将纳米材料的尺寸进一步缩小至纳米级别的新型材料。
与传统的一维、二维和三维纳米材料相比，0维纳米材料具有更小的尺寸和更高的比表面积，因此在材料的物理、化学和生物学性质上表现出独特的特点。
本文将从0维纳米材料的定义、制备方法、性质和应用等方面进行介绍。
首先，0维纳米材料的定义。
0维纳米材料是指在三个空间维度上尺寸均在纳米级别的材料，也就是说，其长度、宽度和高度均小于100纳米。
由于其尺寸极小，因此0维纳米材料通常具有量子尺寸效应，表现出与宏观材料完全不同的物理和化学性质。
其次，0维纳米材料的制备方法。
目前，制备0维纳米材料的方法主要包括化学合成法、物理气相法、生物制备法等。
化学合成法是通过化学反应在溶液中合成纳米材料，物理气相法是利用物理气相沉积技术在高温高压条件下制备纳米材料，生物制备法则是利用生物体或生物体提取物作为模板合成纳米材料。
这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的方法。
接下来，是0维纳米材料的性质。
由于其极小的尺寸，0维纳米材料通常具有较大的比表面积和量子尺寸效应。
这使得0维纳米材料在光电、磁电、热电、力学等性质上表现出与传统材料完全不同的特点。
例如，量子点是一种典型的0维纳米材料，具有较大的光学吸收截面和较高的荧光量子效率，因此在光电器件、生物成像等领域有着广泛的应用前景。
最后，是0维纳米材料的应用。
由于其独特的性质，0维纳米材料在光电器件、催化剂、生物医学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
例如，量子点被广泛应用于LED显示屏、生物成像、太阳能电池等领域，纳米金刚石颗粒被用作高效的催化剂，纳米药物载体被用于肿瘤治疗等。
综上所述，0维纳米材料是一类具有独特物理、化学和生物学性质的纳米材料，其制备方法多样，性质独特，应用广泛。
随着纳米技术的不断发展，相信0维纳米材料在未来会有更广阔的应用前景。
纳米材料的物理性质与应用
纳米材料的物理性质与应用纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和应用的材料。
在纳米科技的推动下，纳米材料的研究和发展取得了重大突破，为各个领域的应用带来了巨大的潜力。
首先，纳米材料具有独特的物理性质。
由于其尺寸小于100纳米，纳米材料的电子和光学性质与宏观材料有很大的不同。
量子限域效应使得纳米颗粒的能级离散化，传统的能带理论不再适用，使得纳米材料的光电性质呈现出特殊的性能。
此外，相对较大的比表面积使得纳米材料在催化、吸附和传感等方面表现出优异的效应，从而拓展了材料的应用领域。
其次，纳米材料在电子学、生物学、材料学和能源学等领域具有广泛的应用。
在电子学中，纳米材料可以用于制备高效的半导体器件，例如纳米晶体管和纳米电荷耦合装置等。
此外，纳米材料还可以应用于生物传感、生物成像以及药物传输等生物学领域。
磁性纳米颗粒可以用于磁共振成像、靶向药物传递等，表面修饰使其具有良好的生物相容性和可控释放的特性。
在材料学中，纳米材料可以用于制备高性能的纤维材料、陶瓷材料和聚合物材料等。
同时，纳米材料还具有良好的力学性能和导电性能，可以被应用于纳米传感器、超级电容器和可穿戴设备等。
在能源学领域，纳米材料可以用于太阳能电池、储能设备和传感器等。
纳米粒子的小尺寸使其具有更高的光吸收率和电荷传递效率，从而提高了能源转换的效率。
除了以上所述的应用，纳米材料还在环境保护、食品安全和可持续发展等方面发挥重要作用。
纳米材料的特殊性质可以提高化学传感器的灵敏度和选择性，检测和监控环境中的毒害物质。
同时，纳米材料的较大比表面积使得其具有出色的吸附性能，可以用于处理污染水体和净化大气中的有害气体。
在食品安全方面，纳米材料可以制备纳米传感器和纳米抗菌剂，保证食品质量和安全。
在可持续发展方面，纳米材料与纳米技术的应用可以有效减少能源的消耗和环境的污染，为可持续发展提供了新的途径。
总结起来，纳米材料具有独特的物理性质和广泛的应用前景。
其特殊性质使其在各个学科领域都有着重要的应用价值。
纳米材料的介绍
纳米材料的介绍一、纳米材料概述纳米材料是指纳米级尺寸的材料，具有良好的化学、光学等性能。
纳米材料泛指三维空间中至少有一维处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料。
根据物理形态的不同，纳米材料可划分为五类：纳米薄膜、纳米粉体、纳米纤维、纳米块体、纳米相分离液体。
纳米材料的性能一般由量子力学决定，其光、电、磁、热性能与普通材料存在明显的差异。
相较于传统材料制品，纳米材料制品在光学、热学、力学、化学等性能方面具有明显优势。
从概念来说，纳米材料是由无数个晶体组成的，它的大小尺寸在1-100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度，它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料，试图打造一种全新的新技术材料，将来为人类创造更大的价值。
二、纳米材料定义纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1-100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。
因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。
纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域，实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中，在结构上有序度的变化，在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别，对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入地认识。
三、纳米材料的性质1、"强" 在电子，医保，环保，能源等领域具有更多的优势。
2、"高" 适用纳米材料制作的器材，拥有更高的耐热，导电，高磁导性，可塑性。
3、"轻" 纳米材料更加轻更加便利，体积变小的同时还可以提高效率。
零维纳米材料
零维纳米材料
零维纳米材料是一种新型材料，其特殊的结构和性质使其在材料科学和纳米技
术领域备受关注。
零维纳米材料是指在三个维度上均小于100纳米的纳米材料，通常具有独特的电子、光学、磁性和力学性质，因此被广泛应用于电子器件、传感器、催化剂等领域。
首先，零维纳米材料的特殊结构赋予其独特的性能。
由于其尺寸在纳米级别，
其电子在量子尺寸效应的影响下表现出不同于宏观材料的行为。
例如，零维纳米材料的能带结构和能级分布会发生改变，从而影响其电子传输性能。
此外，由于零维纳米材料的表面积大大增加，使得其在催化剂和传感器等领域具有更高的活性和灵敏度。
其次，零维纳米材料在电子器件方面具有巨大的潜力。
由于其尺寸小、电子迁
移率高和能带结构可调节等特点，零维纳米材料被广泛应用于新型纳米电子器件的制备中。
例如，零维纳米材料可以作为场效应晶体管的通道材料，具有优异的电子传输性能；此外，零维纳米材料还可以作为新型存储器件的介质层，实现高密度、低能耗的数据存储。
此外，零维纳米材料在光学和光电器件领域也有重要应用。
由于其尺寸接近光
波长的数量级，零维纳米材料表现出与光子的强耦合效应，可以用于制备纳米激光器、纳米光学器件等。
同时，零维纳米材料还具有优异的光电转换性能，可以应用于太阳能电池、光电探测器等领域。
总的来说，零维纳米材料由于其独特的结构和性能，在电子、光学、催化等领
域具有广阔的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信零维纳米材料将会在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。
纳米材料的物理和化学性质
纳米材料的物理和化学性质是当今材料科学和纳米技术研究的重要领域，也是新材料开发和科技进步的重要方向。
纳米材料在物理、化学和生物学等多个领域有着广泛的应用，包括电子学、光电子学、能源材料、生物医学、环境治理、汽车、航空等等。
本文将从纳米材料的定义、物理化学性质、制备方法和应用等方面进行论述。
一、纳米材料的定义纳米材料指的是尺寸在纳米级别(1纳米=10^-9米)的材料，其尺寸通常在1-100纳米之间。
由于其尺寸非常小，因此纳米材料具有许多普通材料所不具备的独特性质。
二、纳米材料的物理化学性质1.尺寸效应由于纳米材料具有微小的尺寸，导致其物理化学性质发生了明显的尺寸效应。
例如，相同材料的纳米颗粒比其体积大的颗粒具有更高的比表面积和更短的扩散距离，从而影响其化学反应、光学和磁学等性质。
2.量子效应当尺寸小于或等于一定的大小时，纳米材料就会表现出现量子效应。
量子效应是一种量子物理现象，其最重要的表现之一是材料中只有离散的能级，不同的粒子之间出现量子隧道效应。
在纳米材料中，电子和光子表现出来的量子效应会对光电学、磁学和电学性质产生明显影响。
3.表面效应由于纳米材料具有高于其体积大的材料更大的表面积，使其表面反应速率增加，表面原子费米能级上升，更易于表面和物质之间的反应。
三、纳米材料的制备方法制备纳米材料的方法有很多种，例如：化学合成法、物理气相法、凝胶法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、电子束物理沉积法、熔滴工艺等。
其中，化学合成法是应用最广泛的制备方法之一。
四、纳米材料的应用由于纳米材料具有优异的物理化学性质，因此在科学领域和工业应用中有着广泛的应用前景。
1.电子学和光电子学领域纳米材料在电子学和光电子学领域应用广泛，尤其是在显示技术、半导体和光电器件、光电子计算机、传感器、激光等应用中。
2.生物医学领域纳米材料在生物医学领域中也有广泛的应用，例如用于抗肿瘤、抗癌、功能分子探测和药物递送等等。
3.环境治理领域纳米材料在环境治理领域中的应用更为多样，包括净水、空气净化、污水处理、土壤修复、油污清洗等等。
零维纳米材料
零维纳米材料零维纳米材料是一种在纳米尺度下具有特殊结构和性质的材料，它们通常由一些离散的原子、分子或离子组成，而且在三个维度上都非常小，因此被称为零维。
这些材料因其独特的性质而备受关注，被广泛应用于各种领域，包括电子学、光学、生物学等。
本文将介绍零维纳米材料的特点、制备方法以及应用前景。
首先，零维纳米材料具有尺寸效应明显、量子效应显著等特点。
由于其尺寸在纳米级别，因此具有较大的比表面积和较高的表面能，这使得其在光电、催化、传感等方面表现出独特的性能。
同时，量子效应也会显著影响其电子结构和光学性质，使得其具有与宏观材料完全不同的特性。
其次，制备零维纳米材料的方法多种多样，包括溶液法、气相法、固相法等。
其中，溶液法是最常用的一种方法，通过溶剂中的原子、分子或离子的聚集和沉淀来制备纳米材料。
气相法则是将气态原子、分子或离子在一定条件下沉积到基底上形成纳米结构。
固相法则是通过化学反应在固体基底上形成纳米材料。
这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。
最后，零维纳米材料在各个领域都有着广阔的应用前景。
在电子学领域，零维纳米材料可以用于制备纳米器件，如纳米晶体管、纳米传感器等，以及用于制备高性能的电子材料。
在光学领域，零维纳米材料可以用于制备纳米光学器件，如纳米激光器、纳米光学传感器等，以及用于制备高性能的光学材料。
在生物学领域，零维纳米材料可以用于制备纳米药物载体、纳米生物传感器等，以及用于制备高性能的生物材料。
总之，零维纳米材料因其独特的结构和性质，在各个领域都有着广阔的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信零维纳米材料将会在未来发挥越来越重要的作用。
纳米材料的物理化学性能
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，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，空位团的湮灭，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。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
纳米晶零维材料的物理和化学性能
纳米晶体
❖ 纳米晶体独特的结构特征也使其表现出一系 列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的 性能, 如高强度, 良好的塑性变形能力, 高比热, 高热膨胀系数, 独特的电、磁性能等。特别是 纳米晶体表现出的超塑性行为使陶瓷材料增 韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了新 的可能性。所以, 纳米晶体材料得到了世界各 国材料科学家的普遍重视, 被誉为“ 二十一 世纪的新材料”。
❖ 按传统学科体系，纳米材料可分为纳米晶体材料、 纳米陶瓷材料、纳米复合材料、纳米高分子材料。
❖ 按应用目的，可分为纳米电子材料、纳米磁性材料、 纳米发光材料、纳米隐身材料、纳米生物材料等。
纳米晶体
❖ 纳米晶体是指晶粒尺寸在纳米量级的多晶体。由于晶粒极细, 大量的原子处于晶粒之间的界面上。这种独特的结构特征使 纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态固体的一种新材料, 其中界面成为一种不可忽略的结构组元。因此, 纳米晶体为 研究固体的内界面结构、热力学态及界面特性提供了得天独 厚的条件, 是目前凝聚态物理领域中的一个研究热点。
美 国 用 于 军 人事 的而 手研 臂制 的 纳 米 机 器
纳 米 抗 菌
袜
用“原子”写的“原子”
纳米材料的分类
❖ 狭义上讲，纳米材料就是有关原子团簇、纳米颗粒、 纳米线、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料等的 总称。
❖ 广义上讲，纳米材料是晶粒或晶界等显微构造能达 到纳米尺寸水平的材料。
纳米晶-零维材料的 物理和化学性能
纳米材料
❖ 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(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料， 这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
❖ 从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微 观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原 子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围 的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均 不同的一种新的结构状态。
第三章 零维纳米材料
图 颗粒由于布朗运动发生聚集
控制液相法制备过程中的“聚集” 是液相法中的关键科学问题之一
沉淀生长:共沉淀法\均匀沉淀法\金属醇盐水解\沉淀转化法 电解生长: 溶胶-凝胶法：
（１）共沉淀法：在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使 金属阳离子全都完全沉淀的 方法称为共沉淀法。
共沉淀法又可主要分为两大类：①单相共沉淀，即沉淀物为单一化合 物或单相固溶体。该类沉淀的适用范围很窄，仅对有限的草酸盐 ［Xm(C2O4)n］体系沉淀适用，可用于制备BaTiO3、PbTiO3等PZT系 电子陶瓷粉体。②混合物共沉淀，即沉淀产物为混合物。其过程较为 复杂，溶液中不同种类的阳离子可能不能同时沉淀（沉淀先后与溶液 的pH值有关）。
颗粒在做“布朗运动”时彼此会经常碰撞到，由于吸引作用，它们会 连接在一起。二次颗粒较单一粒子运动的速度慢，但仍有可能与其它 粒子发生碰撞，进而形成更大的团聚体，直到大到无法运动，从悬浮 体中沉降下来。这样的一个过程称为“聚集”（aggregation process）， 如图所示。
x
RT t N A 3r
化学气相沉积是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材 料的技术，包括大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合 金材料。其基本原理很简单：将两种或两种以上的气态原材料 导入到一个反应室内，然后它们相互之间发生化学反应，形成 一种新的材料，沉积到基片表面上。如沉积制备氮化硅材料 （Si3N4）就是由硅烷和氮反应而形成的。 CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD （LPCVD）、常压CVD（APCVD）、亚常压CVD （SACVD）、超高真空ＣＶＤ（UHCVD）、等离子体增强 CVD（PECVD）、高密度等离子体CVD（HDPCVD）以及快 热CVD（RTCVD）等。现在，大规模制备GaN宽禁带半导体 材料的主要方法是金属有机物CVD（MOCVD）。
零维纳米材料
零维纳米材料邱松材化07级20071501170摘要：概括讲述零维材料的各种类型，合成方法，性能和应用以及展望。
总述零维纳米结构单元的种类有多样，常见的有纳米粒子(Nano-particle)﹑超细粒子(Ultrafine particle)﹑超细粉(Ultrafine powder)﹑烟粒子(Smoke particle)﹑人造原子(Artificial atoms) ﹑量子点(Quantum dop)﹑原子团簇(Atomic cluster)﹑及纳米团簇(Nano-cluster)等，不同之处在于尺寸范围。
零维纳米结构材料有量子尺寸效应﹑小尺寸效应﹑表面效应﹑宏观量子效应等。
有关这些基本的物理﹑化学性质，对于零维纳米材料的研究与应用极为重要。
一﹑原子团簇原子团簇是20世纪80年代发现的，指几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于1nm），如Fe n,Cu n S m,C n H m(n和m都是整数)和碳簇（C60、C70、富勒烯）等。
原子团簇有许多奇异的特性，如具有幻数效应、原子团尺寸小于临界值时的“库仑爆炸”、原子团逸出功的震荡行为、极大的比表面使它具有异常高的化学活性和催化活性、光的量子尺寸效应和非线性效应、C60掺杂及掺包原子的导电性和超导性、碳管和碳葱的导电性等。
1、碳原子团簇1985年，斯摩雷(R.E. Smalley)与英国的科洛托（H.W. Kroto）等在瑞斯大学的实验室采用激光轰击石墨靶，并用苯来收集碳团簇，用质谱仪分析发现了由60个碳原子构成的碳团簇丰度最高，同时还发现了C70 等团簇。
C60分子的结构像足球而被称为“足球烯”（由12个五边形环和20个六边形环组成的球形32面体），它有无数优异的性质：它本身是半导体，掺杂后可变成临界温度很高的超导体，由它衍生出来的碳微管比相同直径的金属强度高100万倍。
C70原子团簇的结构与C60类似，呈椭圆球结构，被称为“橄榄球”，由12个五边形环和25个六边形环组成的37面体。
零维纳米材料
零维纳米材料
零维纳米材料是指在空间维度上为零维的纳米结构，也称为零维纳米粒子或纳米颗粒。
它们通常是由原子或分子构成的微观颗粒，具有特殊的物理和化学性质。
以下是几种常见的零维纳米材料：
1.量子点：量子点是一种具有三维尺寸范围，但在空间上是零维的纳米结构。
它们通常由几百到几千个原子组成，具有量子尺寸效应，能够通过控制其尺寸和组成来调节其光学、电学和磁学性质。
2.金属纳米颗粒：金属纳米颗粒是由金属原子构成的微小颗粒，具有良好的表面等离子共振效应和局域化表面等离子体共振效应，可以应用于催化、生物医学、光学传感等领域。
3.纳米荧光颗粒：纳米荧光颗粒是一种具有荧光特性的零维纳米结构，通常由半导体材料构成。
它们的荧光性质可以通过调节其尺寸、形状和表面修饰来调控，用于生物成像、荧光标记等应用。
4.纳米粒子：纳米粒子是一种广泛存在的零维纳米结构，通常由某种化合物或材料构成，如氧化物、硫化物、碳纳米粒子等。
它们具有特殊的光学、电学和磁学性质，在催化、传感、生物医学等领域有着重要应用。
5.夸克-胶子凝聚物：在高能物理学领域，夸克-胶子凝聚物被认为是零维的基本粒子结构，由夸克和胶子组成，具有特殊的强相互作用性质，是研究强子物理和量子色动力学的重要对象。
这些零维纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，对于纳米科技的发展和应用具有重要意义。
通过精确控制其尺寸、形状、表面性质等参数，可以实现对其性质和功能的调控，拓展其在材料科学、纳米生物学、纳米医学等领域的应用。
纳米材料结构与性能
纳米材料结构与性能摘要纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。
纳米材料的应用前景十分广阔。
本文简要介绍了纳米材料在结构与性能方面的一些独特的性质，包括其物理效应以及物理化学性质。
关键字：纳米材料，效应，特性1.纳米材料纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100 nm)的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
一般零维纳米材料有纳米颗粒、量子点等，一维纳米材料有纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带等，二维纳米材料主要是纳米薄膜。
实际研究当中还有一些材料比如象介孔材料、多孔材料、以及具有特殊结构的材料，它们整体在三维方向都超过了纳米范围，但是它们都是有纳米材料构成，并且具有纳米材料的性质，因此由纳米材料组成的块体材料也属于纳米材料的范围[1]。
2.纳米材料的微观结构纳米级的颗粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，是一种典型的介观系统。
纳米晶粒内部的微观结构与粗晶材料基本相同，从结构上看，它是由两种组元构成的，即材料的体相组元晶体原子和界面组元晶界。
纳米材料突出的结构特征是晶界原子的比例很大，当晶粒尺寸为10 nm 时，一个金属纳米晶内的界面可达6×1025 m2，晶界原子达15% ~50%[2]。
目前很难用一个统一的模型来描述纳米晶界的微观结构，其原因在于纳米材料中的晶界结构相当复杂，若是常规材料，截面应该是一个完整的晶体结构，但对于纳米晶来说，由于晶粒尺寸小，界面组元在整个材料中所占的比例极大，晶界缺陷所占的体积比也相当大，尽管每个单独的分界面可能具有一个二维局部或局域的有序结构，但从一个局部界面到另一个局部界面的周期不同，由所有这样的界面原子组成的界面，其原子排列方式均不同。
纳米材料的基本效应及其物理化学性质PPT课件
量子尺寸效应
量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米 能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变 宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能 的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导 特性与常规材料有显著的不同。
纳米材料中电子能级分布和块体材料中电子能级分布存在 显著的不同。在大块晶体中，电子能级准连续分布，形 成一个个的晶体能带。金属晶体中电子未填满整个导带， 在热扰动下，金属晶体中电子可以在导带各能级中较自 由地运动，因而金属晶体表现为良好的导电及导热性。 在纳米材料中，由于至少存在一个维度为纳米尺寸，在 这一维度中，电子相当于被限制在一个无限深的势阱中， 电子能级由准连续分布能级转变为分立的束缚态能级。
利用库仑阻塞效应可以实 现单电子隧穿过程。
E e（ e Q） C2
（负号流进，正好流出）
a. │Q│< e/2
b. Q > e/2; Q < -e/2
-
-
库仑岛
I R
v
第16页/共26页
量子隧穿效应
应用实例：扫描隧道显微镜 利用电子隧穿效应，如果两电极相距很近，并在其间加上
微小电压，则探针所在的位置便有隧穿电流产生。利用 探针与样品表面的间距和隧穿电流有十分灵敏的关系， 当探针以设定的高度扫描样品表面时，样品表面的形貌 导致探针和样品表面的间距变化，隧穿电流值也随之改 变。籍探针在样品表面上来回扫描，并记录在每个位置 点上的隧穿电流值，便可得知样品表面原子排列情况。
第3页/共26页
小尺寸效应
特殊的应用价值？
超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的 基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料；采用 超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又 具高质量。
零维纳米材料
零维纳米材料零维纳米材料是一种在纳米尺度下具有特殊结构和性能的材料，其特点是在三个空间方向上都被限制在纳米尺度范围内。
与一维、二维和三维纳米材料相比，零维纳米材料具有更加独特的性质和潜在的应用前景。
本文将介绍零维纳米材料的定义、特点、制备方法及其在材料科学和纳米技术领域的应用。
零维纳米材料的定义。
零维纳米材料是指在三个空间方向上都限制在纳米尺度范围内的纳米材料，它们通常是由原子、分子或纳米粒子组成的超小尺寸结构。
与一维纳米材料（如纳米线、纳米管）、二维纳米材料（如石墨烯）和三维纳米材料（如纳米晶体、纳米颗粒）相比，零维纳米材料在空间结构上更加微观和特殊。
零维纳米材料的特点。
零维纳米材料具有许多独特的特点，包括尺寸效应明显、量子效应显著、表面效应突出等。
由于其尺寸远小于传统材料的微观尺度，零维纳米材料的物理、化学和生物性质往往呈现出与常规材料迥然不同的特性。
此外，零维纳米材料的比表面积大、原子排列紧密，使得其在光电、磁学、力学等方面表现出独特的性能。
零维纳米材料的制备方法。
目前，制备零维纳米材料的方法主要包括化学合成、物理气相沉积、溶液法合成等多种途径。
化学合成是最常用的方法之一，通过控制反应条件和原料比例，可以合成出具有特定结构和性能的零维纳米材料。
物理气相沉积则是利用物理气相反应在合适的基底上直接生长出纳米尺度的结构。
溶液法合成则是将适当的原料溶解在溶剂中，通过控制溶液条件和反应过程，实现零维纳米材料的制备。
零维纳米材料的应用。
零维纳米材料在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用前景。
在光电领域，零维纳米材料可以用于制备高效的光电器件，如太阳能电池、光电探测器等。
在催化领域，零维纳米材料具有巨大的比表面积和丰富的表面活性位点，可以作为高效的催化剂用于催化反应。
在生物医学领域，零维纳米材料可以用于药物传递、生物成像等应用。
此外，零维纳米材料还可以用于制备高性能的传感器、储能器件等。
总结。
零维纳米材料作为一种具有特殊结构和性能的纳米材料，具有广阔的应用前景和发展空间。
- 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)。
超顺磁性
❖ 纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。
❖ 超顺磁状态的起源可归为以下原因：
❖ 在小尺寸下，当各向异性能见效到与热运动 能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个 易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化， 结果导致超顺磁性的出现。不同种类的纳米 磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不同的。
矫顽力
❖ 许多实验证明，纳米微粒内原子间距随粒径 下降而减小。有人直接证明了Ni，Cu的原子 间距随着颗粒尺寸的减小而减小。
磁化率 ❖ 纳米磁性金属的磁化率是常规金属的20倍。
3光学性能
❖ 纳米粒子的一个最重要标志是尺寸与物理的特征量 差不多，例如当纳米粒子的粒径与超导相干波长、 波尔半径以及电子的德布罗意波长想当时，小颗粒 的量子尺寸效应十分显著。与此同时，大的比表面 使处于表面态的原子，电子处于小颗粒内部的原子、 电子的行为有很大的差别，这种表面效应和量子尺 寸效应对纳米微粒的光学特征有很大的影响。甚至 使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的 新的光学特性。
1.热学性能
❖ 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常 规粉体的低得多。由于颗粒小，纳米微粒的表明能 高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全， 活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子融化时 所需增加的内能小得多，这就使得纳米微粒熔点急 剧下降。
❖ 例如，大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒 熔点降低288K；纳米Ag微粒在低于373K开始熔化， 常规Ag的熔点为1173K左右。
❖ 按传统学科体系，纳米材料可分为纳米晶体材料、 纳米陶瓷材料、纳米复合材料、纳米高分子材料。
❖ 按应用目的，可分为纳米电子材料、纳米磁性材料、 纳米发光材料、纳米隐身材料、纳米生物材料等。
纳米晶体
❖ 纳米晶体是指晶粒尺寸在纳米量级的多晶体。由于晶粒极细, 大量的原子处于晶粒之间的界面上。这种独特的结构特征使 纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态固体的一种新材料, 其中界面成为一种不可忽略的结构组元。因此, 纳米晶体为 研究固体的内界面结构、热力学态及界面特性提供了得天独 厚的条件, 是目前凝聚态物理领域中的一个研究热点。
纳米晶体的分类
❖ 按照结构形态, 纳米晶体可分为四类： ❖ 1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超维粒子。 ❖ 2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸在纳米量
级, 如纳米厚度的薄膜或层片结构。 ❖ 3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸在纳米量
级, 如直径在纳米量级的线。 ❖ 4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺寸。
通常所说的纳米晶体材料即为三维纳米晶体。
零维纳米材料
❖ 零维纳米结构单元的种类有多样，常见的有 纳米粒子、超细粒子、超细粉、烟粒子、人 造原子、原子团簇及纳米团簇等，不同之处 在于尺寸范围。
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、量子尺寸效应以及宏观量子隧 道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感 特征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。
❖ 所谓烧结温度，是指把粉末先用高压压制成型，然 后在低于熔点的温度下使这些粉末互相结合成块， 密度接近常规材料的最低加热温度。纳米微粒尺寸 小，表面能高，压制成块材以后的界面具有高能量， 在烧结中的高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。
宽频带强吸收
❖ 大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们 对可见光范围各种颜色（波长）的反射和吸 收能力不同。而当尺寸减小到纳米级别时各 种金属纳米微粒几乎都呈黑色。它们对可见 光的反射率极低，例如铂金纳米粒子的反射 率仅为1%，金纳米粒子的反射率小于10%， 这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子 变黑。
❖ 纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈 现高的矫顽力Hc。
❖ 例如，用惰性气体蒸发冷凝的方法制备的纳 米Fe微粒，随着颗粒变小饱和磁化强度Ms有 所下降，但矫顽力却显著的增加。
Hale Waihona Puke 居里温度❖ 居里温度Tc为物质磁性的重要参数。对于薄 膜，理论与实验研究表明，随着铁磁薄膜厚 度的减小，居里温度下降。对于纳米微粒， 由于小尺寸效应和表面效应而具有较低的居 里温度。
美 国 用 于 军 人事 的而 手研 臂制 的 纳 米 机 器
纳 米 抗 菌
袜
用“原子”写的“原子”
纳米材料的分类
❖ 狭义上讲，纳米材料就是有关原子团簇、纳米颗粒、 纳米线、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料等的 总称。
❖ 广义上讲，纳米材料是晶粒或晶界等显微构造能达 到纳米尺寸水平的材料。
❖ 例如，常规Al2O3烧结温度在2073~2173K，在一定 条件下，纳米的Al2O3可在1423K至1773K烧结，致 密度可达99.7%。
2.磁学性能
❖ 纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它 具有常规粗晶材料所不具备的磁特性。纳米微粒的主要磁特 性可以归纳如下：
❖ （1）超顺磁性 ❖ （2）矫顽力 ❖ （3）居里温度 ❖ （4）磁化率
纳米晶体
❖ 纳米晶体独特的结构特征也使其表现出一系 列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的 性能, 如高强度, 良好的塑性变形能力, 高比热, 高热膨胀系数, 独特的电、磁性能等。特别是 纳米晶体表现出的超塑性行为使陶瓷材料增 韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了新 的可能性。所以, 纳米晶体材料得到了世界各 国材料科学家的普遍重视, 被誉为“ 二十一 世纪的新材料”。
纳米晶-零维材料的 物理和化学性能
纳米材料
❖ 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(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料， 这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
❖ 从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微 观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原 子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围 的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均 不同的一种新的结构状态。