第一章绪论-第二章纳米材料制备

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纳米材料化学
纳米材料是纳米科技研究的重点，主要包括： ➢纳米材料物理 ➢纳米材料制备技术（纳米粉体、纳米薄膜、 纳米非晶晶化材料） ➢纳米材料的测试 ➢纳米新材料研制及其应用
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1.3 纳米科技的研究历史和发展趋势
➢人类制备纳米材料的历史至少可以追溯到1000多年前， 中国古代利用蜡烛燃烧来收集碳黑作为墨的原料和着色 剂，这就是最早的纳米材料。当然，当时的人们并没有 纳米的概念。
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1．适应仓储作业过程的要求，有利于仓储业 务的顺利进行。 （1）单一的物流方向 （2）应尽量减少储存物资在库内的搬运距离， 避免任何迂回运输。 （3）最少的装卸环节 （4）最大程度地利用空间
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2．有利于提高仓库的经济效益 (1)货区布局应充分考虑地形、地质条件，因 地制宜 (2)平面布置与竖向布置相适应 (3)货区布局能充分和合理地利用我国目前普 遍使用的门式、桥式起重机等固定设备 3．有利于保证安全生产和文明生产
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➢70年代初，Esaki和Tsn提出了半导体量子阱及超晶 格的概念，这是至今以来在材料科学和凝聚态物理学 中最有价值的概念之一，它开创了人工设计低维量子 结构材料并对其能带结构进行人工剪裁的先例，量子 阱和超晶格的研究成为半导体物理学最热门的领域。
➢1990年7月在美国的巴尔的摩召开了国际第一届纳米 科学技术学术会议，正式把纳米材料科学作为材料科 学的一个分支公布于世，标志着纳米材料学作为一个 相对独立学科的诞生。此后，纳米材料引起世界各国 科学家的极大兴趣和广泛重视，成为材料科学和凝聚 态物理研究的前沿热点。
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➢第三阶段(从1994年到现在)纳米结构的组装体系 越来越受到人们的关注。它的基本内涵是以纳米颗 粒、纳米丝和纳米管为基本单元在一维、二维和三 维空间组装排列成具有一定结构的体系，其中包括 纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳 米颗粒、丝、管可以是有序或无序地进行排列。国 际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为 纳米尺度的图案材料。如果说第一阶段和第二阶段 的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么现阶 段研究的特点更强调按人们的意愿设计、组装、创 造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望 的特性。
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1.2 纳米材料和技术领域研究的对象
➢纳米科学是研究由尺寸在0.1~100纳米（nm）(1ｎｍ 为十亿分之一米 )之间的物质组成的体系的运动规律 和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学 技术.在纳米体系中，电子波函数的相关长度与体系 的特征尺寸相当，这时电子不能被看成是处于外场中 运动的经典粒子，电子的波动性在输送过程中得到了 充分的展现。这使得纳米材料具有诸多异于体材料的 特殊物理效应，如表面效应、量子尺寸效应、小尺寸 效应等，对纳米材料的光学特性有很大的影响，甚至 使纳米材料产生宏观大块物体不具有的新的物理和化 学性质.
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➢第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何 利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和 力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米 微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复 合及发展复合纳米薄膜，国际上通常把这类材 料称为纳米复合材料。这一阶段纳米复合材料 的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的 主导方向。
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根据纳米科学技术的研究内涵和特点，其发展历 史大致可划分为三个阶段:
➢第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用 各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块 体(包括薄膜)，研究评估表征的方法，探索纳米 材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和 纳米块体材料结构的研究在20世纪80年代末期一 度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和 单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶 或纳米相材料。
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目录
➢ 绪论 ➢ 纳米材料的制备 ➢ 纳米材料的结构与性能 ➢ 纳米材料的结构分析与表征 ➢ 纳米材料的开发与应用 ➢ 纳米材料的研究现状 ➢ 参考文献
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1.绪 论 1.1 纳米科技的基本概念和内涵
➢“纳米”是一个尺度的度量，它的长度为一 米的十亿分之一(10-9 m)。纳米科学技术是20 世纪80年代中后期逐渐发展起来的高新技术。 它的基本涵义是在纳米尺寸（10-9—10-7m）范 围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原 子、分子创作新的物质。并研究尺寸在0.1— 100nm之间的物质组成体系的运动规律、相互 作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学 技术。
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➢对纳米体系的研究,填补着人类对介观区域知识 的不足，使人类改造自然的水平从微米层次延伸 到了纳米层次。它几乎涉及现有的所有科学和技 术领域，包括量子力学、介观物理、混沌物理、 化学、分子生物学、材料科学、信息科学、机械 学等学科，以及计算机技术、扫描隧道显微镜技 术、微电子技术、电子束、激光束、等离子、核 分析等技术。可以说，纳米科技是研究和应用原 子、分子现象，并由此发展起来的多学科的、基 础研究与应用研究紧密联系的新科技。
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➢在纳米材料发展的初期，纳米材料是指纳米颗粒 和由这些颗粒构成的纳米薄膜或固体。现在，广义 地，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳 米尺度范围或由他们作为基本单元构成的材料。如 果按维数来分类，纳米材料的基本单元可以分为三 类：（i）零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度 ，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；（ii）一维，指 在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、 纳米管等；（iii）二维，指在三维空间中有一维 处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。因 为这些单元往往具有量子性质，所以零维、一维、 二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱 之称。
➢19世纪，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对于 直径为1～100 nm的粒子系统即所谓胶体的研究，但是当 时的化学家也没有意识到这样的一个尺寸范围是人们认 识世界的一个新层次。
➢1962年，Kubo及其合作者提出了针对金属超微颗粒的 量子限域理论，即著名的Kubo理论，从而推动实验物理 学延伸到了纳米尺度。