第3章 零维纳米材料
0维纳米材料
纳米粉
应用
（一）纳米涂层 纳米涂层是运用表面技术，将部分或全部含有纳米粉的材料涂于基体，由于纳米粉体的独特表面
性质，从而赋予材料新的各种性质。 ① 可以做成表面涂料从而改变物质表面的光学性质。 ②纳米红外涂层。 ③纳米紫外涂层。 ④纳米隐身技术。
（二）环境保护方面的应用 矿物能源的短缺，环境污染困扰着人们，纳米材料在环境保护，环境治理和减少污染方面的应用，
缺点：是设备要求较高，投资 较大
液相法：:溶胶-凝胶(SOL-GEL)法、 水 热 (hydrothermal synthesis) 法 和 沉 淀 (co-precipitation) 法 等 。 其 中SOL-GEL得到广泛的应用。
主要原因是:①操作简单，处理时间 短，无需极端条件和复杂仪器设备; ②各组分在溶液中实现分子级混合， 可制备组分复杂大分布均匀的各种纳 米粉;③适应性强，不但可以制备微 粉，还可以方便的用于制备纤维、薄 膜、多孔载体和复合材料。
三维
纳米多层膜பைடு நூலகம்纳米阵列 纳米多孔材料 纳米复合材料
PART TWO 纳米粉
纳米粉
定义
纳 米 粉 也 叫 纳 米 颗 粒 , 一 般 指 尺 寸 在 1100nm之间的超细粒子,有人称它是超微粒子。 它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒。
纳米粉
制备方法
气相法：化学气相沉积(CVD， chemical vapor deposition)、 激 光 气 相 沉 积 (LCVD, laser chemical vapor deposition)、 真空蒸汽和电子束和射线束溅 射等
纳米球在电子显微镜下的状态
纳米球
作用机理
纳米球是一种以多元合金为原料的纳米级尺度的球状原子团簇，能够吸附在受损的摩擦表面，形成新 的超高硬度、极低摩擦系数、抗磨损、耐腐蚀的保护膜，实现润滑、修复和保护作用，实验显示其摩擦阻 力仅为普通润滑剂的1/3。同时，纳米球润滑剂在润滑和修复的同时，提高了机械密封型，控制燃料和空 气比重，燃料燃烧更充分，增强发动机动力，减少不完全燃烧过程中产生的多种有害气体污染，实现节能 和减排的目的。
纳米材料基本概念和分类
纳米器件
“自上而下”是指通过微加工或固态技术，不断在尺 寸上将人类创造的功能产品微型化；
“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据 人们的意志进行设计和组装，从而构筑成具有特定 功能的产品。
目前，在纳米化工厂、生物传感器、生物分子计算 机、纳米分子马达等方面，都做了重要的尝试。
纳米材料定义
荷叶自清洁效应
水滴落在荷叶上，会变成了一个个自由滚动的水珠，而 且，水珠在滚动中能带走和叶表面尘土。荷叶的基本化 学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物 ，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自 然环境中很容易吸附水分或污渍。而荷叶叶面都具有极 强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠 的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面 始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”
1兆米（megametre）＝1000千米（kilometre） 1千米（kilometre）＝10百米（hectometre）
纳米材料定义
1百米（hectometre）＝10十米（decametre） 十米（decametre）＝100分米（decimetre） 1分米（decimetre）＝10厘米（centimetre） 1厘米（centimetre）＝10毫米（miillimetre） 1毫米（miillimetre）＝1000微米（micrometre） 1微米（micrometre）＝1000纳米（nanometre） 1纳米（nanometre）＝1000皮米（picometre） 1皮米（picometre）＝1000飞米（femtometre） 1飞米（femtometre）＝1000阿米（attometre）
的块体，如纳米陶瓷材料，如介孔材料等。
纳米材料合成方法
溶剂热法
用有机溶剂代替水作介质，采用类似水热合成 的原理制备纳米粒子。非水溶剂代替水，不仅扩大 了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下 无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结构的材料。
苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂，最近 成功地发展成苯热合成技术，溶剂热合成技术可以在相对低 的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制得的、在超 高压下才能存在的亚稳相。
通常可通过两大的途径得到纳米材料：
｛ 纳米材料制备途径
从小到大: 原子团簇纳米颗粒 从大到小: 固体微米颗粒纳米颗粒
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
目前纳米材料制备常采用的方法:
按有无发生反应
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
(按物态分类)
气相法 液相法
蒸发-冷凝法
化学气相反应法 沉淀法 喷雾法 溶胶-凝胶法
基本原理：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝 形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、 焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。
溶胶－凝胶法一般包括以下过程
● 先沉淀后解凝
● 控制沉淀过程 直接获得溶胶
● 控制电解质浓 度
● 迫使胶粒间相 互靠近
●加热蒸发 ●焙烧等
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
天津理工大学纳米材料与技术研究中心按物态分类蒸发冷凝法化学气相反应法溶胶凝胶法沉淀法喷雾法非晶晶化法机械粉碎高能球磨法固态反应法天津理工大学纳米材料与技术研究中心主要介绍以下三类纳米结构的制备方法零维纳米材料的制备方法如纳米颗粒等
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。
《零维纳米材料》课件
零维纳米材料的研究前景
1 新材料的发现
纳米材料为开发新型材料 提供了巨大机遇。
2 跨学科合作
纳米领域需要物理学、化 、生物学等多学科的交 叉融合。
3 可持续发展
纳米技术有望推动能源、 环境和健康领域的可持续 发展。
总结回顾
通过本课件，我们对零维纳米材料的定义、种类、制备方法、应用和研究前景有了系统的了解。希望您对纳米 领域有了更深入的认识和兴趣，愿您继续探索科学的精彩世界。
《零维纳米材料》PPT课 件
欢迎来到《零维纳米材料》PPT课件，本课程将带您探索纳米领域的奇妙世界。 从定义到制备方法，从应用到研究前景，让我们一起深入了解零维纳米材料。
什么是零维纳米材料？
零维纳米材料是指那些在所有维度中尺寸都控制在纳米级别的材料。它们具 有独特的物理和化学特性，引起了科学家们的广泛关注。
2
气相法
通过控制气相反应的条件，将气体中的原子或分子聚集成纳米尺寸的物质。
3
物理法
利用物理方法如球磨、溅射等来制备纳米颗粒或纳米结构。
零维纳米材料的应用
电子学
纳米材料的特殊电学性质被应用 于高性能电子器件的制备。
医学
纳米药物递送系统可以实现精准 治疗，提高药物疗效。
能源
纳米材料在太阳能电池、储能材 料等领域展现出巨大潜力。
零维纳米材料的种类
量子点
具有尺寸相关的光学性质，广泛应用于显示技术和生物成像领域。
纳米线
具有高比表面积和优异的导电性能，用于传感器、能量储存等领域。
纳米颗粒
具有独特的化学反应性，用于催化剂、药物递送和生物医学应用等。
零维纳米材料的制备方法
1
溶液法
通过溶剂中超饱和度和反应条件的调控，控制纳米颗粒的生成。
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。
纳米材料导论
常见种类
包括纳米颗粒、纳米团簇 等。
应用领域
在催化、能源、医药等领 域有广泛应用。
一维纳米材料
定义
一维纳米材料是指只有一 个维度在纳米尺度范围内 的材料。
常见种类
包括纳米线、纳米棒、纳 米管等。
应用领域
在电子器件、传感米材料是指只有两个维度在纳 米尺度范围内的材料。
04 纳米材料性能表征
电子显微镜
高分辨率
电子显微镜能够提供高分辨率的 图像，观察纳米材料的表面形貌
和微观结构。
透射与扫描模式
透射模式用于观察薄膜或薄片样品， 而扫描模式则用于观察表面形貌和 微观结构。
样品制备要求
样品需要经过镀金或碳处理，以导 电并减少电子散射。
X射线衍射
晶体结构分析
X射线衍射是分析纳米材料晶体结构的有效方法，通过测量衍射角 度和强度，可以确定晶格常数、晶面间距等参数。
环境控制
可在不同环境（如真空、气体或液体）下进行观察，适用于多种 材料和环境。
拉曼光谱
分子振动分析
拉曼光谱能够分析纳米材料中分子的振动模式，揭示材料的化学结 构和分子振动。
散射原理
拉曼散射是光的非弹性散射过程，通过测量散射光的频率和强度， 可以获得分子振动信息。
应用范围
拉曼光谱在纳米材料研究领域广泛应用于分析材料的化学结构和分子 振动信息。
常见种类
应用领域
在电子器件、光电器件、生物传感器 等领域有广泛应用。
包括石墨烯、过渡金属硫族化合物等。
三维纳米材料
定义
01
三维纳米材料是指所有三个维度均在纳米尺度范围内的材料。
常见种类
02
包括纳米海绵、纳米网等。
应用领域
零维纳米材料
零维纳米材料
零维纳米材料是指在三个空间维度上都非常小的纳米材料，通常是指纳米颗粒
或纳米晶体。
由于其微观结构的特殊性质，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。
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、量子效应显著的特点。
由于其尺寸远
小于传统宏观材料，零维纳米材料的电子、光学、磁学等性质会发生显著改变，如量子大小效应、表面效应等。
这些特殊性质使得零维纳米材料在电子器件、传感器、催化剂等领域具有独特的应用优势。
其次，制备零维纳米材料的方法多种多样，包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法合成、电化学法等。
这些方法可以实现对零维纳米材料的精确控制，包括尺寸、形貌、结构等方面的调控，从而满足不同领域的需求。
零维纳米材料在各个领域都有广泛的应用前景。
在电子器件方面，零维纳米材
料可以制备出具有优异性能的纳米晶体管、纳米量子点发光器件等；在传感器领域，零维纳米材料可以制备出高灵敏度、高选择性的传感器，应用于环境监测、生物医学等领域；在催化剂方面，零维纳米材料可以作为高效的催化剂应用于化学反应、能源转化等领域。
总之，零维纳米材料以其特殊的微观结构和优异的性能，在材料科学和纳米技
术领域具有重要的地位和应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信零维纳米材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
纳米材料与纳米技术知到章节答案智慧树2023年鲁东大学
纳米材料与纳米技术知到章节测试答案智慧树2023年最新鲁东大学第一章测试1.壁虎可以头朝下在垂直墙面自由爬行是因为（）的作用。
参考答案:范德华力2.DNA是由两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕，构成双螺旋结构，DNA的直径约为（）参考答案:2 nm3.1999年巴西坎皮纳斯大学的达尼埃尔·乌加尔特教授和美国佐治亚技术研究中心的沃特·希尔教授发明了世界上最小的“秤”，它是由（）材料制造的。
参考答案:碳纳米管4.蓝闪蝶的翅膀呈现出耀眼的蓝色是因为其鳞片具有（）参考答案:复杂的纳米结构5.荷叶的自清洁效应是因为荷叶表面具有（）参考答案:疏水性6.1990年，IBM公司用扫描隧道显微镜（STM)S实现了“让原子排队”，把35个（）原子排成“IBM”。
参考答案:氙7.原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM）也称（），是由IBM苏黎士研究实验室的Gerd Binning、Calvin Quate和Christoph Gerber于1986年发明的。
参考答案:扫描力显微镜8.“C60分子”包含有( )个五边形和（）个六边形。
参考答案:12；209.二维纳米材料是指两个维度方向上为纳米尺寸的材料。
参考答案:错10.纳米微粒属于零维纳米材料，其形态是球形。
参考答案:错第二章测试1.球形纳米颗粒的比表面积是指（）参考答案:表面积/体积2.纳米材料相比常规材料的表面积增加，表面能（）参考答案:增加3.在制造变压器的铁芯或电磁铁时，需要选择矫顽力（）材料？以使电流切断后尽快消失磁性。
参考答案:小4.隐身战斗机外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的（）能力，以欺骗雷达，达到隐形目的。
参考答案:吸收5.电源转换器中的磁性材料使用的是（）参考答案:软磁材料6.常温常压下，当纳米颗粒粒径低于临界尺寸时，量子尺寸效应造成的能级离散性，所以材料的电阻（）参考答案:升高7.光催化是当半导体氧化物纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，电子具有（ )，空穴具有( )。
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）。
3.纳米结构单元(1)
二、纳米微粒
纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒， 它的尺度大于原子簇(cluster)，小于通常的 微粉
血液中的红细胞的大小为200～300nm，一般细 菌(例如，大肠杆菌)长度为200—600nm，引起 人体发病的病毒尺寸一般为几十纳米。因此， 纳米微粒的尺寸为红细胞和细菌的几分之一， 与病毒大小相当或略小些，这样小的物体只能 用高倍的电子显微镜进行观察
图3-9
碳纳米管
每个单壁管侧面由碳原子六边形组成， 两端由碳原子的五边形封顶。单壁碳纳 米管可能存在三种类型的结构，分别称 为单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性纳 米管
这些类型的碳纳米管的形成，取决于碳 原子的六角阵二维石墨片是如何“卷起 来”形成圆筒形态
图3-10 按截面边缘形状区分的各种碳纳米管
理论计算和实验研究表明，单壁碳纳米管的杨 氏模量和剪切模量都与金刚石相当，其强度是 钢的100倍，而密度却只有钢的六分之一，是 一种新型的“超级纤维”材料
有学者曾对碳纳米管这种“超级纤维”材 料作了一个奇特的设想--用来制造太空升 降机的缆绳 如果人类将来真的有一天能够制造出太空 升降机用作从地球到外层空间站的通道的 话，碳纳米管缆绳将是唯一不会因为自重 而折断的材料
人造原子的意义
人造原子的一个重要特点是放入一个电子或拿出 一个电子很容易引起电荷涨落，放入一个电子相 当于对人造原子充电，这些现象是设计单电子晶 体管的物理基础 研究人造原子中电子的输运特性，特别是该系统 表现出的独有的量子效应将为设计和制造量子效 应原理性器件和纳米结构器件奠定理论基础
一维纳米结构单元
三、人造原子
人造原子(artificial atoms)有时称为量子 点，是20世纪90年代提出来的一个新概念。所谓 人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体， 它们的尺寸小于l00nm
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。
纳米材料的结构与形貌控制
22
M
S E
1. 成核过程
成核过程是液相纳米晶体生长的起始过程。 晶体生长过程主要分为成核控制和扩散控制。 对于很小的晶体，可能不存在位错或其它缺陷，生长是 由分子或离子一层一层地沉积进行的。 因此，对于成核控制的晶体生长，成核速率可看作是晶 体生长速率。 当晶体的某一层长到足够大时，溶液中的离子在完整表 面上不能找到有效吸附点而使晶体的生长停止，这时，单 个表面晶核和溶液之间形成不稳定状态。
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M
S E
根据成核理论，成核半径： Rk＝－2σ/ΔGv 其中，σ为液体与固体界面的表面张力，ΔGv为恒体 积条件下反应的自由能变化。由上式推论：如果要促进 成核，减小成核半径Rk，那么可以通过增加反应的ΔGv， 或者减小表面能σ来实现。对于确定的反应，ΔGv是很难 改变多少的，固液界面的张力却可以通过添加表面活性 剂来实现。因此，表面活性剂在纳米晶的制备过程中被 大量使用，实验结果也证实这确实是一种有效的制备高 质量量子点的方法。
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S E
从晶体学的角度来看，纳米晶的形成是一个各个晶 面竞争生长的过程。由于各晶面原子密度不同，表面 能量不同，由此导致吸附和沉积行为不同，生长速率 不同，生长快的晶面会自动消失。因此一般纳米晶最 后结晶比较完美的产品都是被某些特定的晶面族所包 裹。 对于最终产品维度、尺寸和形貌的控制手段依颗粒 种类、尺寸形貌等结构的要求的不同而不同，可以在 合成的各个阶段实现。
HPA：8%；20%；60%。 高表面修饰剂浓度，引起生 长方向改变。
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E 溶剂的影响
在半导体纳米材料的制备中，主要制备的是低维II-VI和IIIV化合物（纳米点、纳米线、纳米棒、纳米管等）。其中 现阶段做的最成功的是CdE（E=S,Se,Te),在此我们讨论 水热制备CdE的方法及溶剂对其形貌控制的影响。 现在制备CdE主要有以下途径： 一般是将溶液装入Teflon高压釜后在80-180℃反应312h，并且在空气中冷凝到室温。在此过程中，各种溶 剂被用来控制晶体的形状，大小和晶相.
纳米材料-3.2维材料
第三章纳米材料3.2 一维材料徐强2008-10-08上次课内容重点1.原子团簇（概念、C60）2.纳米微粒（概念、性能及其应用）烧结性能、光学性能、表面活性与敏感性、光催化性能、化学特性主要内容1.基本概念（了解）2.形貌特征（了解）3.制备方法（重点）4.纳米管（重点）5.纳米线（重点）1.基本概念一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度比上述两维方向上的尺度大得多，甚至为宏观量的新型纳米材料。
相对于零维纳米材料(纳米粒子)而言，一维(1D)纳米材料因具有不同的形状如线、棒和管形等在基础研究和实际应用中具有更广阔的应用前景。
1.基本概念长径比（长度与直径的比率）小的称为纳米棒，长径比大的称作纳米线。
至今，无统一标准。
通常把长度小于1μm的纳米线称为纳米棒，长度大于1μm的称为纳米线。
1.基本概念纳米管是指在空间中有两维处于纳米尺度的中空管状的一维纳米材料。
纳米带2.形貌特征“千纸鹤”ZnO纳米线ZnO: (a)nanobelts, (b)tetrapod-like crystals,(c)nanorods and (d)nanowires纳米环Au纳米棒diam.：~15nm -40nm length: ~700nm（c）: diam. 32nm len. 610nm （e）: 0.5927nm (周期），增长方向[001]¾Nanowiresdiam.: ~20nm -100nm length: ~10μmAngew. Chem. Int. Ed. ,2004 , 43 : 14102.形貌特征如何能确定是纳米管？C 纳米索线纳米管2.形貌特征2.形貌特征Mg(OH)2Nanobelts2.形貌特征Nanotrees bymultistep seedingwith AunanoparticlesDick et al, J. Cryst. Gr. 272, 131 (2004)2.形貌特征Position-controlled Inteconnected InAs Nanowire Networks Dick et al , Nano Letters (2006)InAs on InP (111) by MOVPE Au and Au-In assisted2.形貌特征Dick et al , Nano Letters 2006Branches grows epitaxially on the trunks and merge as single crystal to theneighboring trunks3.制备方法物理法：激光烧蚀法、电弧法、激光沉积法、气相蒸发冷凝法化学法：模板合成法、自组装法、化学气相沉积法电化学法、聚合法激光烧蚀法1.激光源2.透镜3.样品4.加热炉5.冷凝装置6.载气A.气化B.液滴成核及长大C.硅的固化析出D.硅纳米线的生成Laser catalytic growth of Si NWwith the Si 0.9Fe 0.1target T F =1200°C激光烧蚀法10 nm100 nmTEM analysis demonstrates that nanometer diameter wires consist of a crystalline silicon core encased in an amorphous silicon oxides sheath.激光烧蚀法Duan et al APL 76, 1116 (2000)Laser catalitic growth of GaAs NWs using (GaAs)0.95M 0.05target (M=Au, Ag, Cu) T F =800-1030°Csingle cristal (111) GaAs nanowires Au is present at the tip.5 μm50 nm5 nm20 nm模板法聚合物模板法纳米管模板法分子筛模板法多孔的氧化铝膜模板法 反相胶束模板法嵌段共聚物模板法生命体模板法B有机纳米管模板法Ag 纳米线的电镜照片B. H. Hong, S.C. Bae, C.W. Lee, et al, Science, 2001,294, 348-351制备过程中，有机纳米管内亲水性的羟基有利于在纳米管内引入Ag 离子；有机纳米管中苯环上的π键可以捕获和稳定Ag 离子，当光照在纳米管上，对苯二酚将离子还原成Ag 原子，此时中性的Ag原子和有机纳米管之间的络合作用大大减弱，迅速聚集形成规整的Ag 纳米线。
第三章 低维材料(一)
化学结构：化学结构一般指化学键的性质而
言，即离子键、共价键、金属键等，对一般 分子而言，其中仅含有一、两种化学键。超 微颗粒内部却相当复杂，除了原子间强烈的 相互作用(化学键)外，还有氢键。许多理论 和实验(IR、NMR、及 XPS等)证实：几乎所 有的超微颗粒都部分地失去了其常规的化学 结合力性质，表现出混杂性，几种化学键力 互相渗透，性质已难区分。尽管如此，只要 它确定地处于某一状态时，总可以将其看作 是若干个态叠加的结果，即使体系状态随时 间发生改变，但是态的叠加关系却不随时间 变化，变化的只是组合系数。
1cm直径的铜粒按1／10比例细分的计算结果
表面原子数与体相原子占全部原子数的比例与粒径的关系
人们把超微粒子由于比表面积和表面原子 数所占比例迅速增加而引起的种种特殊效 应(如熔点降低、比热容异常等等)统称为表 面效应。 块体物质含有无限多个原子，而超微粒子 体积很小，所包含的原子数不多，相应地， 粒子的质量很小。超微粒子的许多现象就 不能用通常的大块物质的性质加以说明。 这种由于有限个原子的颗粒小体积而引起 的超微粒子所具有的特殊现象称为体积效 应。
表面分子和内部分子的状态示意图。
根据表面和界面科学的知识，任何一个相， 其表面原子(或分子)与内部原子(或分子)所处 的环境是不同的，因而它们的引力场和能量 状态也是有差别的。在单组分液体或固体内 部的分子A，因其周围被同类分子所包围， 所受分子引力是完全对称的，可以相互抵消， 合引力为零。但靠近表面的分子B和处于表而 上的分子C，其情况就与内部分子大不相同， 由于力场不能相互抵消，表面分子将受到向 内的拉力，从而表面上的分子比内部分子具 有更高的能量，或者说表面分子比内部分子 具有过剩的自由能。 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的 表面能，使这些表面原子具有高的活性，极 不稳定，很容易与其他原子结合．
零维纳米材料制备课件ppt
零维纳米结构单元
零维纳米结构单元的种类和称谓多种多样，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，它们之间 的不同之处在于各自的尺寸范围稍有区别。零维纳米结构单元具 有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应等，因 而呈现出许多特有的性质。例如，纳米粒子的吸附性比相同材质 的本体材料更强，纳米粒子的表面活性使得它们更容易团聚，从 而形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。
由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能级结构，因此量子点又被称为“人造原子”。 例如，纳米粒子的吸附性比相同材质的本体材料更强，纳米粒子的表面活性使得它们更容易团聚，从而形成带有若干连接界面的尺寸
较大的团通聚体过。化 学 反 应 生 成 所 需 要
(2)溶胶一凝胶转化：
不溶性颗的粒均化匀合地分物散在，含不在产生保沉护淀的气组分体的溶环液中．经胶凝化，不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中。
原理：蒸发过程中，由原物质发 出的原子由于与惰性气体原子碰 撞迅速损失能量而冷却，这种有 效的冷却过程在原物质蒸汽中造 成很高的局域过饱和，导致均匀 成核。一般先形成原子簇，再形 成单个纳米微粒。
气体冷凝法（高频感应加热法）制备纳米微粒 的模型图
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磁学性能
（1）超顺磁性
（2）矫顽力
（3）居里温度 （4）磁化率
第3章 零维纳米材料
（1）团簇
（2）纳米粒子
3.1 零维纳米材料的制备技术
➢ 气相制备法 ➢ 液相制备法 ➢ 固相制备法
气相法制备
➢ 气体冷凝法制备纳米微粒
➢ 溅射法
气相法制备
优点：
（1）可制备高熔点纳米金属 （2）能制备多组元化合物纳米颗粒
气相法制备
➢ 激光诱导化学气相沉积
气相法制备
➢ 化学气相凝聚法和燃烧火焰-化学气相凝聚法
液相法制水（溶胶）热法 ➢ 溶胶-凝胶法
3.2 零维纳米材料的物理化学性质
热学性质
➢ 熔点 ➢ 烧结温度 ➢ 非晶晶化温度
金的熔点随粒径的变化关系
光学性能
（1）宽频带强吸收
（2）“蓝移”和“红移”
（3）量子限域效应
（4）纳米颗粒的发光