第三章纳米材料的制备方法
零维纳米材料
原子团簇
7
第三章 零维纳米材料
原子团簇
8
第三章 零维纳米材料
纯C60固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具 有金属性的导体 ，适当的掺杂成分可以使 C60固 体成为超导体
Hebard等首先发现了临界温度（ Tc）为18K的 K3C60超导体
随后改变掺杂元素， 获得了Tc更高的超导体。因 此C60的研究热潮立即应运而来
纳米材料学基础 本章内容
（第三章）
1
零维纳米材料
2
零维纳米材料的制备技术
3
零维纳米材料的物理化学性质
1
第三章 零维纳米材料
1、零维纳米材料
零维纳米材料是指在三个维数上都进入了纳米尺 度范围的材料
零维纳米材料主要包括： 1、团簇(clusters) 2、纳米微粒（nanoparticle）
2
这些原子、离子或分子与金属熔体对流与扩散 使金属蒸发。
23
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
24
第三章 零维纳米材料
真空蒸发沉积
蒸发： 在高真空中用加热蒸发的方法使源物质转化
第三章 零维纳米材料
原子团簇
团簇作为一类新的化学物种，直到20世纪80年代才被发现
������ 团簇是指几个至几百个原子的聚集体, 其粒径小于或 等于1 nm，如Fen, CunSm , CnHm和碳族（C60，C70)等等。
纳米材料
绪论1、纳米科技的提出：源自于费曼大师1959年在美国物理学会年会上的一次演讲。
Richard Feynman：世界上首位提出纳米科技构想的科学家。
2、纳米材料（1）纳米材料的定义：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成且具有特殊性质的材料（也是以维数划分纳米材料的原因）（2）纳米尺度：1-100 nm范围的几何尺；纳米的单位:1 nm = 10^-9 m，即千分之一微米(μm)。
（3）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括纳米团簇、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片等（4）纳米材料的维度：○1零维：纳米团簇、纳米颗粒、量子点（三维尺度均为纳米级，没有明显的取向性，近等轴状）○2一维：纳米线、纳米棒、纳米管（单向延伸、二维尺度为纳米级、第三维尺度不限，、直径大于100 nm，具有纳米结构）○3二维：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜（一维尺度为纳米级，面状分布，，厚度大于100 nm，具有纳米结构）○4三维：纳米花、四脚针等（包含纳米结构单元，三维尺寸均超过纳米尺度，由不同型低维纳米结构单元复合形成）（5）纳米材料的分类○1具有纳米尺度外形的材料○2以纳米结构单元作为主要结构组分所构成的材料3、久保理论：即金属的超微粒子将出现量子限域效应，显示出与块体金属显著不同的性能；金属纳米粒子，量子限域效应。
4、扫描隧道电子显微镜(STM)：将探针靠近导电材料表面进行扫描，获得表面图像。
分辨率达0.1~0.2 nm，可以直接观察和移动原子。
5、原子力显微镜(AFM)：利用针尖和材料原子间的相互微弱作用力来获得材料表面的形貌图像。
可用于研究半导体、导体和绝缘体。
AFM三大特点：原子级高分辨率、观察活生命样品和加工样品的力行为成就。
6、纳米科技的研究内容：纳米科学、纳米技术与纳米工程分支学科：纳米力学：研究物体在纳米尺度的力学性质纳米物理学：研究物质在纳米尺度上的物理现象及表征纳米化学：研究纳米尺度范围的化学过程及反应纳米生物学：利用纳米的手段解决生物学问题，在分子水平揭示细胞内外的物质、能量与信息交换机制；纳米医学：利用纳米科技解决医学问题的边缘交叉学科纳米材料学：包括纳米材料的成分、结构、性能与使用效能四个方面。
第三章：纳米材料基本理论
组装法
强迫组装 自组装
强迫组装
自组装
分立能级
量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属
费米能级附近的电子能级由准连续 变为离散能级的现象和纳米半导体 微粒存在不连续的最高被占据分子 轨道和最低未被占据的分子轨道能 级，能隙变宽现象均称为量子尺寸 效应．
量子尺寸效应
当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静 电能、光子能量或超导态的凝聚能时，这 时必须要考虑量子尺寸效应，这会导致纳 米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性 与宏观特性有着显著的不同． 纳米微粒的比热、磁化率与所含的电子奇 偶性有关，光谱线的频移，催化性质与粒 子所含电子数的奇偶有关． 导体变绝缘体等．
2.表面效应
表面效应
表面原子百分数
纳米粒子直径（nm）
2.表面效应
不同表面原子不同配位缺失
表面效应
随着粒径减小，表面原子数迅速增加．这是由于粒径小， 表面积急剧变大所致． 粒径为10 nm时，比表面积为90m2／g，粒径为5 nm时， 比表面积为 180m2／g，粒径下降2nm，比表面积猛增到 450m2／g． 这样高的比表面，使处于表面的原子数越来越多，同时， 表面能迅速增加． 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． 例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴 露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应．
1. 分类：物理方法和化学方法
几种化学方法简介
1)化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD） 利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上反应生成固 态沉积物的技术。 20世纪60年代John M Blocher Jr等首先提出Vapor Deposition，根据过程的性质分为PVD 和CVD。 CVD技术被广泛应用于半导体和集成电路技术： ♣CVD是目前超纯多晶硅的唯一生产方法； ♣化合物半导体的制备，比如III-V族半导体； ♣各种搀杂半导体薄膜的生长，以及绝缘薄膜的生长
纳米粉体材料的制备
3-8
Preparation of nanoparticles
（一）溶胶制备工艺
1、 有机途径
组成： 母体——醇盐，浓度10~50%；
溶剂——乙醇； 催化剂——盐酸、醋酸等 螯合剂——乙酰丙酮 水——用量一定要控制
特点：水、溶剂挥发，干燥龟裂；
薄膜厚度受限； 但可反复涂覆。
3-9
Preparation of nanoparticles
优缺点
A 样品的晶型结构完整，原料便宜；
B 设备简单、适于批量生产；
C 粉末易团聚，制备较为困难。
3 - 36
Preparation of nanoparticles
2) 水热法(高温水解法)
定义：指在高温（100~1000℃）高压（10~100Mpa）下，利用
溶液中物质化学反应进行的合成。
水的作用：作为一种组分参与反应（即是溶剂又是矿化
研究进展：己制备出多种单质、无机化合物和复合材料超细微粉
末；目前已进入规模生产阶段，美国的MIT(麻省理工学)于1986 年已建成年产几十吨的装置。
3 - 33
Preparation of nanoparticles
4 液相法 特点：化学组成可控 → 高纯、均相 成核速度可控 → 合成温度低 形状大小可控 → 纳米颗粒
分类：溶胶凝胶法；沉淀法；水热法等。
3 - 34
Preparation of nanoparticles
1）沉淀-共沉淀法
定义：含阳离子的溶液中加入沉淀剂后，使离子沉淀的 方法。（以沉淀反应为基础） 分类： 单组分沉淀：溶液只含一种阳离子，得到单组分沉淀。 单相共沉淀：溶液含多种阳离子，沉淀为化合物 （固溶体）。 共沉淀：溶液中含多种阳离子，沉淀产物为混合物。
纳米粉体的制备(气相方法)
§3.1.1 气体冷凝法
• 根据加热源进行分类： 不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径 大小及分布等存在一些差别。 • • • • • • • 1）电阻加热； 2）高频感应加热； 3）阴极溅射加热； 4）激光加热； 5）微波加热； 6）等离子体加热 ……
气体冷凝法根据加热源分类
• (1) 电阻加热：(电阻丝) • 电阻加热法通常使用螺旋纤维或舟状的电阻发 热体。如图
• 采用等离子体加热蒸发法可以制备出金属、合 金或金属化合物纳米粒子的优点： • 等离子体温度高，几乎可以制取任何金属的微 粒。 • 金属或合金可以直接蒸发、急冷而形成原物质 的纳米粒子，为纯粹的物理过程；而金属化合 物，如氧化物、碳化物、氮化物的制备，一般 需经过金属蒸发化学反应急冷，最后形成 金属化合物纳米粒子。 • 缺点：等离子体喷射的射流容易将金属熔融物 质本身吹飞，这是工业中应解决的技术难点。
气体冷凝法根据加热源分类
(3) 溅射法
• 溅射法制备纳米微粒的原理：如图 • 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸 发用的材料，在两电极间充入Ar气(40~250 Pa)， 两电极间施加的电压范围为0.3~1.5 kV。 • 由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成，在电 场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面(加热靶 材)，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒 子，并在附着面上沉积下来。
• ② 影响因素： • SiC超微粒的获得量随电流的增大而增多。 例如，在400 Pa的Ar气中，当电流为400 A， SiC超微粒的收率为约0.58 g/min。 • 惰性气体种类不同超微粒的大小也不同。 He气中形成的SiC为小球形，Ar气中为大颗粒。 • 用此种方法还可以制备Cr，Ti，V，Zr等结晶 性碳化物纳米微粒，而Mo，Nb，Ta和W等高 熔点金属只能得到非晶态纳米微粒。
纳米银颗粒的制备及其生物应用
纳米银颗粒的制备及其生物应用第一章纳米银颗粒的制备近年来，纳米技术的快速发展为制备纳米材料提供了新的思路和手段。
纳米银颗粒是一种重要的纳米材料，具有优异的物理化学性质和广泛的生物应用价值。
本章将介绍几种常见的纳米银颗粒制备方法。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备纳米银颗粒的一种常用方法。
其基本原理是在水相中加入氢氧化钠、硝酸银等化学试剂，调节溶液的pH值和温度，使之发生聚合反应，最终制得纳米银颗粒。
2. 化学还原法化学还原法是制备纳米银颗粒的常见方法之一。
该方法基于还原剂对银离子的还原作用，使银离子逐渐为金属银还原成纳米银颗粒。
3. 光化学法光化学法是使用光去还原银离子制备纳米银颗粒的方法。
其具体原理是利用光照后的电子能量使得还原剂对银离子进行还原，形成纳米银颗粒。
第二章纳米银颗粒的生物应用纳米银颗粒具有优异的物理化学性质和生物学特性，已被广泛应用于医学领域、生物成像、抗菌材料等领域。
1.抗菌作用纳米银颗粒具有较强的抗菌作用，对多种细菌、真菌和病毒等有杀灭作用。
其抗菌机制主要是通过破坏细胞膜和细胞壁、电子转移和氧化应激等方式实现。
2.生物成像纳米银颗粒在生物成像中表现出较好的成像效果。
其主要原因是纳米银颗粒表面的等离子体共振（SPR）效应，使得其在近红外区域具有强烈的吸收和散射光信号，因此在纳米粒子标记的生物体内成像效果非常突出。
3.治疗肿瘤近年来，纳米银颗粒因其优异的物理化学性质和生物学特性被广泛应用于肿瘤治疗。
研究表明，纳米银颗粒可以抑制肿瘤细胞增殖，并对肿瘤组织产生热效应，从而达到治疗作用。
第三章纳米银颗粒的应用前景随着纳米技术的不断发展，纳米银颗粒在医学、生物学、环境保护等领域有着广阔的应用前景。
纳米银颗粒在医药领域可以应用于抗菌材料、诊断成像和疾病治疗等方面，同时也可作为环境净化材料、电子材料、植物保护等领域的新兴应用。
总之，纳米银颗粒作为一种重要的纳米材料，在生物医学应用、环境治理等领域有着广泛的应用前景。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法
纳米材料是一种具有纳米尺度特征的材料，其在材料科学领域具有重要的应用
价值。
制备纳米材料的方法多种多样，包括物理方法、化学方法、生物方法等。
下面将介绍几种常见的纳米材料制备方法。
首先，物理方法是一种常见的纳米材料制备方法。
其中，溅射法是一种常用的
物理方法。
通过在真空环境中，利用高能粒子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子脱落，从而在基底上形成纳米薄膜。
此外，还有气溶胶法、机械合金化等物理方法也被广泛应用于纳米材料的制备过程中。
其次，化学方法也是一种常见的纳米材料制备方法。
溶胶-凝胶法是一种常用
的化学方法。
通过将溶胶中的溶质在溶剂中溶解，并在一定条件下使其成为凝胶，然后通过热处理或化学处理，形成纳米材料。
此外，还有水热法、溶剂热法等化学方法也被广泛应用于纳米材料的制备过程中。
另外，生物方法也是一种新兴的纳米材料制备方法。
生物合成法是一种常用的
生物方法。
通过利用微生物、植物或动物等生物体内的代谢活性，将金属离子还原成金属纳米颗粒，从而实现纳米材料的制备。
此外，还有基因工程法、生物矿化法等生物方法也被广泛应用于纳米材料的制备过程中。
总的来说，纳米材料的制备方法多种多样，每种方法都有其独特的优势和适用
范围。
在实际应用中，可以根据需要选择合适的制备方法，以获得所需的纳米材料。
随着纳米材料制备技术的不断发展和创新，相信纳米材料将在材料科学领域发挥越来越重要的作用。
第三章_胶体及纳米材料制备
① 机械分散法
就是用粉碎设备将大块物质粉碎成要求的尺寸。
常用的粉碎设备有气流磨、各种类型高速机械冲击式粉碎机、各种类型搅拌磨、振动磨、球磨、胶 体磨等。常见的分级设备见《胶体与表面化学》第10页表2-1。
这种方法的效率较差，物料颗粒最细也就磨到1m左右。在研磨过程中及时将达到要求的颗粒分离出 去也非常关键。
机械分散示意图
② 电分散法
主要用于制备金属水溶胶。 该法将欲分散的金属作为阳极，浸入水中，通入直流电（一般电流5-10A，电压40-60V），调节两电极 间的距离，使其相互靠近而产生电弧，电弧温度很高，使电极表面金属气化，金属蒸气遇冷水而冷凝成胶 体系统。在制备时可在水中加入少量的碱作稳定剂，而形成稳定的溶胶。
晶体成长速度v2：
v2 K2D(cS)
式中：D为溶质分子的扩散系数
由此式可看出，v2也与过饱和度成正比。但其对v2的影响要比对v1的影响要小，而介质对扩散系数D 的影响很大，从而对v2的影响也很大。
在凝聚过程中，v1、v2是相互联系的，当v1>>v2时，溶液中会形成大量晶核，所得粒子的分散度较大， 有利于形成溶胶；反之，v1<<v2时，所得晶核很少，而晶体生长速度很快，粒子容易长大并产生沉淀。
1．分散法
⑴ 分散法特点： ③ 在分散过程中，随着分散时间延长，颗粒变小，比表面积增大，颗粒团聚的趋势增强，达
到一定程度后，分散作用与聚集作用达到平衡，颗粒不再变细。 要提高效率，需要添加合适的分散剂（稳定剂、助磨剂），以降低粒子表面能。
1．分散法 ⑵ 分散方法
机械分散法 电分散法 超声波分散法 胶溶法
A g+N H 2N H 2 A g 2 H A u C l 4 3 H 2 O 2 2 A u 8 H C l 3 O 2
《纳米材料与器件》课程教学大纲三号黑体
《纳米材料与器件》课程教学大纲（三号黑体）一、课程基本信息（四号黑体）二、课程目标（四号黑体）（一）总体目标：（小四号黑体）本课程是为材料化学专业和全校非材料类专业学生开设的一门专业选修课程。
通过课程的开设，使学生在了解纳米技术在工程实践中最新发展趋势的基础上，全面学习纳米材料的基本概念与性质，重点掌握纳米材料的制备技术，熟悉纳米材料的性能表征手段，逐步建立起纳米材料的结构、性能、制备、表征、应用这一系统的知识体系，最终使学生具有能够根据实践需求完成对纳米材料设计的能力，为从事这方面的学习与工作奠定坚实的基础。
（二）课程目标：（小四号黑体）《纳米材料与器件》课程系统建立纳米材料的结构、性能、制备、表征、应用这一系统的知识体系。
本课程目标如下：课程目标1：纳米纳米材料的基本概念与性质，课程目标2：纳米材料的制备方法；课程目标3：纳米材料的表征方法；课程目标4：纳米材料工程实践中的应用。
课程目标L通过绪论2学时的学习，使学生了解材料发展的历史，全面掌握纳米材料的定义、纳米效应，加深了解材料尺寸对材料性能的影响，从构效关系的角度思考材料性能改善的特定路径。
课程目标2：在已有学习常规材料制备方法的基础上，深入理解纳米材料制备过程控制的核心问题,把握纳米材料的团聚的分类、成因、前提、解决方法，深入体会不同制备方法的原理，学会用过程分析的理念去认知材料的制备过程。
课程目标3：结构决定性能，借助仪器分析，表征纳米材料组成、尺寸、形貌、一致性、缺陷等特征结构，结合性能评估深入理解材料的构效关系。
课程目标4：《纳米材料与器件》是材料类工科选修课，理论学习的目标是工程实践。
因此，本课程作为教学的重要环节，重点突出纳米材料在能源、环保、日常生活中的重要应用，将纳米材料的制备、表征、应用贯穿于工程实践当中，学以致用，激发学生的工程实践探索兴趣。
（要求参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，对应各类专业认证标准，注意对毕业要求支撑程度强弱的描述，与“课程目标对毕业要求的支撑关系表一致）（五号宋体）（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系（小四号黑体）（大类基础课程、专业教学课程及开放选修课程按照本科教学手册中各专业拟定的毕业要求填写“对应毕业要求”栏。
纳米技术及纳米材料教学大纲
《纳米技术及纳米材料》教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：纳米技术及纳米材料课程英文名称：Nanotechnology and Nanomaterials课程编号：06142130课程类型：专业课总学时数：36学分：2学分适用专业：化工类专业三年级先修课程：大学物理，无机化学，有机化学，物理化学开课院系：化工与制药学院二、课程的性质和任务本课程是化工工艺专业的一门专业选修课，它研究了纳米材料的结构和性能及制备方法，以及纳米材料的应用以及纳米科技的新进展。
本课程主要任务是使学生对纳米材料这样一种新的材料具有一个比较广泛的了解。
为以后工作、学习及毕业论文实验提供必要的知识面和方法。
三、课程教学基本要求开此课前学生应已学过大学物理、无机、有机、及物理化学等基础课。
四、理论教学内容和基本要求第一章纳米科学与技术的基本概念1．纳米科学与技术2．表纳米科学技术的发展史3．纳米材料是纳米科技的重要组成部分4．纳米材料的定义基本要求：了解纳米材料的发展史及重要性理解纳米科学与技术掌握纳米材料的定义第二章纳米材料的结构和优异性能1．纳米材料的结构2．纳米材料的结构相变3．表面效应4．纳米材料的结构缺陷5．小尺寸效应6．纳米相块体材料7．纳米非晶态材料和纳米材料8．量子效应基本要求：了解：纳米材料的表面效应、结构相变、及量子效应理解：小尺寸效应及结构缺陷掌握：纳米材料的结构第三章纳米材料的制备1．制备团簇和纳米粒子的物理法2．溅射、热蒸发方法与激光蒸发技术的比较3．氢电弧等离子体法制备纳米粒子4．纳米粒子的化学合成5．溶胶—凝胶法6．球磨法基本要求：了解：纳米材料的一些制备方法，包括溅射法、热蒸发法、溶胶—凝胶法、球磨法等。
理解：制备方法的原理第四章纳米材料的应用1．在化工产品中的应用2．在环保健康方法的应用3．在医药卫生领域的应用4．在电子工业产品中的应用5．纳米催化6．超细非晶态合金催化基本要求：了解：纳米材料的一些基本应用理解：纳米催化的原理及超细非晶态合金催化第四章纳米结构的测试技术和仪器1．扫描隧道显微镜的基本原理2．其他类似的检测仪器3．纳米结构检测技术的应用研究基本要求：了解：纳米结构的测试仪器理解：扫描隧道显微镜的基本原理第五章纳米科技应用的新结合点1．纳米催化剂制备新思路2．纳米组装和纳米微球3．纳米电子器件4．纳米线生长的新机理5．纳米技术发展动向6．纳米科学与技术要在应用中求得发展基本要求了解：纳米科技应用的新思路理解：纳米材料发展动向五、有关教学环节的要求本课程主要为课堂教学，考核方法为开卷或闭卷方式，成绩评定按平时30%+考试成绩70%。
第三章 固相法3.3
3、固态反应 （一）固态合成反应 合成反应一般指由两种或两种以上纯组元生成一种不同 于反应组元的新产物的反应。依据反应的不同结果,有合成固 溶体、合成非晶合金、合成金属间化合物之分；通过高能球 磨可以制备中间相与化合物。这为金属间化合物的广泛应用 提供了新的开发途径。 • Davis等报道了脆性的Mn-50at%Bi经8hr研磨后形成了金属间 化合物MnBi，分析了在SPEX球磨机中球磨温升程度(T<350K)， 表明了单纯的温升不大可能导致金属间化合物的形成。 • Bern等通过含有适量过程控制剂(PCA)在惰性气氛下球磨合成 了Ti3Al和TiAl金属间化合物，并且合成了Al3Ti这类用常规 铸造工艺不易合成的金属间化合物。 • Dollar等利用高能球磨制成的NiAl基弥散强化合金具有优良 的高温性能，在1100℃时抗拉强度仍然大于200MPa。
对于混合热为正的体系，高能球磨亦可形成过 饱和固溶体。Shingu等人报导了Ag-59at%Fe、Cu30at%Fe高能球磨均形成单一面心立方结构，后来 Chenishi等人用电子衍射和Mossbauer试验进一步 证实，研磨后所获得的是原子尺度互溶的单一面心 立方结构]，但未给予充分解释，只是说明研磨促 使互溶。对于液态不互溶体系，如Cu-Ta、Cu-W也 用高能球磨法得到了纳米晶的过饱和固溶体，但对 于其转变机制尚不清楚。Sui等研磨Al-Co二元系时 发现Al-Co金属间化合物固溶度明显扩大，并提出 了过饱和固溶体的晶界溶解机制(图1-6)，认为研 磨时由于纳米晶的形成产生了大量的界面，这些界 面可溶解大量的溶质原子，一方面可降低体系自由 能，另一方面在X衍射及电子衍射中这类原子丧失 了结构特征。
Ni-Ti体系的超饱和固溶 对于高能球磨形成过饱 固溶体现象在研究高能球磨非
【课程大纲】《纳米技术》
《纳米技术》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：纳米技术（英文）：Nanotechnology课程编号：14371073课程学分：2学分课程总学时：32学时课程性质：专业选修课二、课程内容简介（300字以内）《纳米技术》属于材料科学与工程专业的专业选修课，它研究了纳米材料的结构和性能及制备方法，纳米材料的应用以及纳米技术的新进展。
课程的任务在于通过本课程的学习，使学生对纳米材料这样一种新的材料具有一个比较广泛的了解：能掌握纳米材料的结构和优异性能，掌握纳米材料的制备与应用以及了解纳米结构的测试仪器和技术。
同时开拓科技视野，并通过相关资料查询、阅读、综合分析与讨论，对纳米材料与纳米技术领域内最新进展和成果有所了解。
三、教学目标与要求要求通过本课程的教学，使学生了解、熟悉和掌握如下知识：1．了解纳米材料与技术的基本概述；2．掌握纳米材料的结构和优异性能；3．掌握纳米材料制备；4．掌握纳米材料的应用；5．了解纳米测量技术与仪器；6．了解纳米科技应用的新结合点。
教学要求：开此课前学生应已学过大学物理、无机、有机及物理化学等基础课。
四、教学内容与学时安排第一章纳米科学与技术的基本概念（2学时）1. 教学目的与要求：了解纳米材料的发展史及重要性理解纳米科学与技术掌握纳米材料的定义2. 教学重点与难点：纳米科学与技术、纳米材料的定义第一节纳米科学与技术（0.5学时）第二节纳米科学技术的发展史（0.5学时）第三节纳米材料是纳米科技的重要组成部分（0.5学时）第四节纳米材料的定义（0.5学时）第二章纳米材料的结构和优异性能（9学时）1. 教学目的与要求：了解纳米材料的表面效应、结构相变及量子效应理解小尺寸效应及结构缺陷掌握纳米材料的结构2. 教学重点与难点：纳米材料的结构第一节纳米材料的结构（2学时）一、纳米金属粒子的结晶形态和尺寸分布（1学时）二、富勒烯家族（0.5学时）三、纳米粒子尺寸分布的测定（0.5学时）第二节纳米材料的结构相变（0.5学时）第三节表面效应（0.5学时）第四节纳米材料的结构缺陷（1学时）一、X射线衍射数据随晶粒尺寸、应变和缺陷量的改变（0.5学时）二、应用X射线衍射线形精炼方法和线形分析方法研究纳米Cu和Ag的缺陷（0.5学时）第五节小尺寸效应（2学时）一、特殊的力学性质（0.5学时）二、特殊的热学效应（0.5学时）三、特殊的光学效应（0.5学时）四、特殊的磁性（0.25学时）五、引人注目的化学性质（0.25学时）第六节纳米相块体材料（2学时）一、晶粒（0.75学时）二、原子缺陷和位错（0.25学时）三、微孔（0.25学时）四、晶界（0.25学时）五、稳定性（0.25学时）六、纳米固体材料的力学性能（0.25学时）第七节纳米非晶态材料和纳米晶材料（0.5学时）第八节量子效应（0.5学时）第三章纳米材料的制备（9学时）1. 教学目的与要求：了解纳米材料的一些制备方法，包括溅射法、热蒸发法、溶胶-凝胶法、球磨法等。
第三章 纳米粒子的常见制备方法
• 3.1.3溶胶－凝胶法
• （1）溶胶—凝胶法基本原理 • 溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的 化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混 合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形 成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓 慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶 网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。 凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米 亚结构的材料。
（2）溶剂热法分类
• (1) 溶剂热结晶 • 这是一种以氢氧化物为前驱体的常规脱水过程,首先反应物固体溶解于溶 剂中, 然后生成物再从溶剂中结晶出来. 这种方法可以制备很多单一的或 复合氧化物. • ( 2) 溶剂热还原 • 反应体系中发生氧化还原反应,比如纳米晶InAs 的制备,以二甲苯为溶 剂,150 ℃,48h , InCl3和AsCl3 被Zn 同时还原,生成InAs . 其它Ⅲ- Ⅴ族半导 体也可通过该方法而得到. • (3) 溶剂热液- 固反应 • 典型的例子是苯体系中GaN 的合成. GaCl3 的苯溶液中,Li3N 粉体与GaCl3 溶剂热280 ℃反应6～16h 生成立方相GaN ,同时有少量岩盐相GaN 生成. 其它物质 • (4) 溶剂热元素反应 • 两种或多种元素在有机溶剂中直接发生反应. 如在乙二胺溶剂中,Cd 粉和 S 粉,120～190 ℃溶剂热反应3～6h 得到CdS 纳米棒. 许多硫属元素化合 物可以通过这种方法直接合成 • (5)溶剂热分解 • 如以甲醇为溶剂,SbCl3 和硫脲通过溶剂热反应生成辉锑矿(Sb2S3) 纳米棒.
3.1.9模板合成法
• 利用基质材料结构中的空隙作为模板进 行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、 大孔离子交换树脂等。例如将纳米微粒 置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀， 在空间具有周期性构型的纳米材料。
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）。
一种晶体学取向可控的硫化锌一维纳米材料的制备方法
一种晶体学取向可控的硫化锌一维纳米材料的制备方法1.引言1.1 概述概述硫化锌一维纳米材料因其独特的结构和性质，在光电子学、能源储存和传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，目前制备硫化锌一维纳米材料的方法存在晶体学取向不可控的问题，限制了其在实际应用中的进一步发展和应用。
本文旨在介绍一种新的方法，可以实现硫化锌一维纳米材料的晶体学取向可控制。
通过该方法，可以精确调控硫化锌纳米材料的晶格定向，从而改善其电学、光学和力学性能。
这不仅可以提高硫化锌一维纳米材料的性能，还有助于优化其在光电子学和能源储存等应用中的表现。
本文的结构如下：引言部分介绍了硫化锌一维纳米材料应用的背景和意义，概述了文章结构和目的；正文部分系统阐述了硫化锌一维纳米材料的应用和制备方法；结论部分总结了实验结果，并展望了制备方法的优势和前景。
本文的研究对于推动硫化锌一维纳米材料的发展和应用具有重要的意义，有望为相关领域的研究人员提供有价值的参考和启示。
通过晶体学取向可控的制备方法，硫化锌一维纳米材料有望在光电子学和能源储存等领域展现出更广阔的应用前景。
随着对该制备方法的进一步优化和改进，硫化锌一维纳米材料将在多个领域展现出更优异的性能和更广泛的应用前景。
文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的分章节概述，以及各个章节的主要内容介绍。
1.2 文章结构本文主要分为以下几个章节：第一章引言在这一章节中，将对整篇文章进行概述，介绍硫化锌一维纳米材料的制备方法以及其在晶体学取向方面的可控性。
同时，对文章的结构进行简要说明。
第二章正文2.1 硫化锌纳米材料的应用在这一章节中，将详细介绍硫化锌纳米材料在各个领域的应用。
主要包括光电器件、传感器、催化剂等方面，并分析其在这些领域中的优势和应用前景。
2.2 硫化锌纳米材料的制备方法在这一章节中，将详细介绍制备硫化锌纳米材料的方法。
主要包括溶剂热法、气相沉积法、溶胶凝胶法等方法，并对各种方法的优缺点进行比较和分析，重点探讨一种晶体学取向可控的制备方法。
- 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)。
第三章纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法可以分为物理方法、化学方法和生物方法三类。
物理方法包括机械法、气相法和溶液法等；化学方法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等；而生物方法主要是利用生物体或生物分子在生物环境下合成纳米材料。
机械法是指通过力的作用将宏观材料制备成纳米尺寸的材料，常见的方法有高能球磨法和挤压法。
高能球磨法是通过高能球磨机将粗颗粒材料和球磨介质一起置于球磨罐中进行强烈碰撞实现的。
挤压法则是将粗颗粒材料置于特定的装置中，通过外力作用使材料变形而制备纳米材料。
气相法是通过气相反应将气态物质制备成纳米材料，常见的方法有气相沉积法和气溶胶法两种。
气相沉积法是将气态前体输送到反应器中，在特定温度和压力条件下发生化学反应，生成纳米颗粒。
气溶胶法则是将气态前体生产成准稳态悬浮液，再经过控制条件使气溶胶中的颗粒在特定条件下成长。
溶液法是通过将溶液中溶解的化合物沉淀出来形成纳米颗粒的方法，常见的方法有沉淀法和溶胶-凝胶法。
沉淀法是将两种反应物溶解在溶液中，然后通过添加沉淀剂使沉淀物形成纳米颗粒。
溶胶-凝胶法则是将溶胶转变成凝胶，在适当条件下控制凝胶的形成和热处理过程，最终制备成纳米材料。
化学气相沉积法是通过在可控的气相条件下，将气态前体沉积在衬底上生成纳米颗粒的方法，主要应用于金属和半导体纳米材料的制备。
该方法需要控制反应气体的成分和温度，以及反应时间和衬底的性质。
生物方法是指利用生物体或生物分子在生物环境下合成纳米材料，包
括微生物法和生物模板法两种。
微生物法是利用微生物在代谢过程中产生
的酶或其他生物分子对金属离子进行还原或沉淀，形成金属纳米材料。
生
物模板法则是利用生物体的分子结构作为模板，在其表面沉积纳米材料，
通过控制反应条件可以得到不同形状和尺寸的纳米材料。
总结而言，纳米材料的制备方法多种多样，从物理方法到化学方法再
到生物方法，每种方法都有其独特的优势和适用范围。
在制备纳米材料时，需要考虑材料性质、制备条件以及后续应用等因素，以选择最适合的制备
方法。
随着纳米科技的发展，对纳米材料制备方法的研究也将不断深入，
为纳米材料的应用提供更多的可能性。