纳米材料导论
纳米材料导论纳米微粒表面修饰
(1)偶联剂法
适用范围：无机纳米粒子与有机物进行复合
一般无机纳米粒子，如氧化物Al2O3，SiO2等， 表面能比较高，与表面能比较低的有机体的亲和 性差．两者在相互混合时不能相溶，导致界面上 出现空隙．
如果有机物是高聚物，空气中的水份进入上述空 隙就会引起界面处高聚物的降解、脆化。
解决上述问题可采取偶联技术，即 纳米粒子表面经偶联剂处理后可以 与有机物产生很好的相容性．
2.2 表面沉积法
原理：是将一种物质沉积到纳米微粒表面，形成与 颗粒表面无化学结合的异质包覆层。利用溶胶可以实 现对无机纳米粒子的包覆.
与沉淀法区别
沉淀法方法：将包覆物质的金属盐溶液加入到纳 米陶瓷微粒的水悬浮液中,然后向溶液中加入沉淀 剂使金属离子发生沉淀反应,在纳米陶瓷微粒表面 析出并对其进行包覆。
偶联剂分子必须具备两种基团: 一种与无机物表面能进行化学反应; 另一种(有机官能团)与有机物具有反应性或相容 性．
在众多偶联剂中硅烷偶联剂最具有代表性.
硅偶联剂可用下面的结构式表示：
Y：有机官能团(如氨基、巯基、乙烯基、环氧基)
SiOR：硅氧烷基,也可以是氯代基、乙酰氧基等.作 为偶联剂使用时, 首先水解形成硅醇,然后再与无机 填料表面上的羟基反应. 硅烷偶联剂对于表面具有羟基的无机纳米粒子最有效．
将偶联剂与其低沸点
将后在高速
的溶液,然后在一定温
处分一理散定技机温中度术,下于与
度下与无机填料在高 速分散机中均匀分散,
硅 处雾剂性烷 理气反填状应料偶 法;的制联（偶成剂干联活 的法实和际 湿使 法用 ）方 和法 直主 接从改要 加而性达.有入到两法填种；料的:预表面
解决办法：
通过Ca2+,Ba2+无机 阳离子等活化，使 SiO2等表面由负电荷 转变为正电荷,再吸附 硬脂酸钠、十二烷基磺 酸钠或十二烷基苯磺酸 钠等阴离子表面活性剂， 制得了相应的有机化改 性样品。
纳米材料导论纳米材料的基本概念与性质课件
纳米材料导论纳米材料的基本概念 与性质课件
1.1 纳米材料的基本概念
从尺寸概念分析：纳米材料就是关于原子团簇、 纳米颗粒、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体 材料的总称。
从特性内涵分析：纳米材料能够体现尺寸效应 (小尺寸效应)和量子尺寸效应。
南京大学固体微结构国家实验室（筹）团簇 物理和纳米科学研究组
国家自然科学基金重大项目： “原子团簇的物理和化学”、 “团簇组装纳米结构的量子性质”
杨 团先 簇生 物和 理冯 研先 究生 室访
问 纳米材料导论纳米材料的基本概念
与性质课件
原子团簇可分为一元原子团簇、二元原 子团簇、多元原子团簇和原子簇化合 一元物原．子团簇包括金属团簇(加Nan，Nin等)和非 金属团簇．非金属团簇可分为碳簇(如C60,C70 等)和非碳族(如B，P，S，Si簇等)．
纳米材料导论纳米材料的基本概念 与性质课件
1.1.5 纳米复合材料
❖ 0-0复合:不同成分、不同相或者不同种类的纳米粒子 复合而成的纳米固体;
❖ 0-3复合:把纳米粒子分散到常规的三维固体中;
❖ 0-2复合:把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中.
均匀弥散:纳米粒子在薄膜中均匀分布； 非均匀弥散：纳米粒子随机地、混乱地分散在薄膜基体中。
与性质课件
纳米丝
以碳纳米管为模板合成氮化硅纳米丝
用微米级SiO2、Si和混合 粉末为原料，用碳纳米管 覆盖其上作为模板，以氮 气为反应气合成了一维氮 化硅纳米线体。测量了不 同温度下合成纳米氮化硅 的型貌和结构，
氮化硅纳米丝
纳米材料导论纳米材料的基本概念 与性质课件
1.2 纳米微粒的基本性质
纳米材料导论 第二章 纳米粒子的制备方法
2．2．1机械粉碎法
6．纳米气流粉碎气流磨
原 理 ： 利 用 高 速 气 流 (300—500m/s) 或 热蒸气(300—450℃)的能量使粒子相互 产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。 在粉碎室中，粒子之间碰撞频率远高 于粒子与器壁之间的碰撞。 特点：产品的粒径下限可达到0.1μm以 下。除了产品粒度微细以外，气流粉 碎的产品还具有粒度分布窄、粒子表 面光滑、形状规则、纯度高、活性大、 分散性好等优点。
基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击粉碎 和磨碎。
种类：湿法粉碎
干法粉碎
一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机和振动
磨是磨碎与冲击粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、剪碎、磨
碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。
7
球磨过程中引起粉末粒度发生变化的机理有两种： 一种：颗粒之间或颗粒与磨球之间互相摩擦,使得一定粒度范 围内的颗粒造成表面粉碎,结果形成大和小两种粒度的新颗粒, 称为摩擦粉碎或表面粉碎。 另一种：由于球对颗粒或颗粒对颗粒的冲击、碰撞和剪切等 作用,从颗粒中近似等体积地分割出两个小颗粒,称为冲击压缩 粉碎或体积粉碎。
4）材质可选择玛瑙， 氮化硅，氧化铝，氧化 锆，不锈钢，普通钢， 碳化钨，包裹塑料的不 锈钢。
12
滚筒式球磨
13
行星球磨
14
参考文献：
2．2．1机械粉碎法
1）高能球磨制备ZnSe纳米晶粉体
车俊 姚熹 姜海青 汪敏强，西安交通大学,
《稀有金属材料与工程》-2006
将相同摩尔比的Zn粉和Se粉放在球磨罐(WC)中，选用球石 直径为10mm，原料：球石＝1：20，干磨，在氮气保护下， 球磨60min即可获得纯立方闪锌矿结构，避免了ZnO相的出 现。晶粒的尺寸用Scherrer公式计算为5nm，用TEM直接观察 的尺寸为10nm左右。
纳米材料导论
第4页，共165页。
单质碳纳米材料的分类
富勒烯，或巴基球（C50 、 C60 、C70、C76、 C80、C82、C84、C90、C94等）
• 原子可按链型、环形、网状等互相形成各类结构碳材料
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石墨及其结构
o石墨的结构早在1917年就已经被 Debye, Scherrer, Grimm, Otto, 和Bernal等 人标定证明了。
o石墨的基本组成单元为石墨烯
（graphene）
o在石墨烯中，每个碳原子都占据 一个六边形的顶角。由于sp2 杂化，
万吨，现保有储量万吨。
世界：著名产地：纽约Ticonderoga，马达加斯加和Ceylon，我 国以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地。
人造石墨，也就是特种石墨。按其成型的方式可分为以下几种。
❖ 等静压石墨。
❖ 模压石墨
❖ 挤压石墨，多为电极材料。
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石墨的物理性质
1) 耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，石墨强度随温度提高而 加强。热膨胀系数也很小。
碳纳米管（单壁，多壁）
洋葱碳及其相关结构
纳米金刚石
金刚石薄膜
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碳的同素异性体
碳的同素异形体“相”图
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碳纳米材料的结构和化学键
存在各种形态的原因——化学
键
• 碳原子的核外电子层结构: 1s22s22p2 • 可能的三种杂化形式：sp、sp2和sp3（spn杂化） • 以共价键方式结合：单键, 双键和叁键
纳米材料导论纳米粒子制备方法
为了保证反应生成的核粒子快速冷凝，获得 超细的粒子，需要采用冷壁反应室
种类： 水冷式反应器壁，透明辐射式反应器 壁。
辐照 剂量
3.6 6.0
8.8 1.6
0.075 0.18 2.5 1.2 2.56
平均 粒径 （nm） 16 8
10 20
10 4 20 45 22
•如SiH4、C2H4对C02激光光子都具有较强的吸收，相应吸收系数 是气氛压力的函数。
•对某些有机硅化合物和羰基铁一类的物质，它们对C02激光无明 显的吸收。
•解决方法： •A 加入相应的光敏剂
•在这种情形下，当入射激光照射在体系中时，首先是光敏剂中的 分子或原子吸收激光光子能量，再通过碰撞将激光光子能量转移给 反应气体分子使反应气体分子被活化、加热，从而实现相应的化学 反应。
激光法合成纳米粒子的关键性问题
问题： 入射激光能否引发化学反应
解决方法： 激光光源具有单色性和高功率强度，如果能使入 射激光光子频率与反应气体分子的吸收频率相一 致，则反应气体分子可以在极短的时间内吸收足 够的能量，从而迅速达到相应化学反应所需要的 阈值温度，引发反应体系化学反应发生。
为了保证化学反应所需要的能量，需要选择 对入射激光具有强吸收的反应气体
采用冷壁反应室的原因: 有利于在反应室中构成大的温度梯度 分布，加速生成核粒子的冷凝，抑制 其过分生长。
2．激光诱导气相化学反应法合成纳米 粒子的过程
首先，要根据反应需要调节激光器的输出功率、 调整激光束半径以及经过聚焦后的光斑尺寸，并 预先调整好激光束光斑在反应区域中的最佳位置。 (仪器的调整)
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
纳米材料导论
四.宏观量子隧道效应
宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一， 即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子 仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观 量，例如的量子隧道效 应。
应用 早期曾用来解释纳米镍粒子在低温继续保 持超顺磁性。近年来人们发现Fe－Ni薄膜中畴 壁运动速度在低于某一临界温度时基本上与温 度无关。于是，有人提出量子理想的零点震动 可以在低温起着类似热起伏的效应。从而使零 温度附近微颗粒磁化矢量的重取向，保持有限 的驰豫时间，即在绝对零度仍然存在非零的磁 化反转率。宏观量子隧道效应的研究对基础研 究及实用都有着重要的意义，它限定了磁带、 磁盘进行信息贮存的时间极限。
根据金属能带单电子近似理论，对于三维 情况，若将电子看成是完全自由的，则能带密 度N(E)正比于体积V。一般情况下由于体积V 很大，能带密度N(E)很高，故可以认为能级是 准连续的。但是，对于纳米粒子，粒径很小， 所以能带密度小，能级不能看成是准连续。同 时，能带理论的出发点是共有化电子，即该电 子为导带电子，所以说是费米能级附近的电子 能级发生分裂。
原子中的电子状态和原子核中的核子状态， 具有幻数特征 （即壳层结构） 。它是与对 称 性和相互作用势密切相关的。由原子构成的团 簇具有类似的特征， 在质谱分析中，含有某些 特殊原子数目的团簇，其强度呈现峰值，表明 这些团簇特别稳定，所含的原子数目称之为 “幻数” 。团簇的幻数序列与构成团簇的原子 键合方式有关。一般地说， 金属键来源 于自 由价电子， 半导体有取向共价键， 碱金属卤 化物为离子键， 而惰性元素原子间的结合 是 范德瓦尔斯键。 团簇的形成通常经历了冷却过 程， 因而其结构会出现某些有序化的特征。
三.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。
纳米材料导论纳米薄膜材料PVD
材料化学系
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纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展 最为迅速的一个分支，至少有以下三个方面的原因∶
2 3 器每件种的材微料型的化性不能仅都可有以其保局持限器性件。原薄有膜的技功术 1展多能小作的现，材，并为材代打料并接材料科破组使近料灵学了 合之了制活技过 才电更术 去 能备地子强体实的的 复材现发或化有 合料的展其，效 在的功，而他手 一一能特粒且段 起统，别随子天现， ，是着量下在微可 构子器。仅电成以过 仅子件化具将去 需技的运有各需 要术尺动优种要 少的寸的异不众 数发减微特同 几观性个尺的器度复件，杂或薄材一膜块料材集体成料系电或，路其发就器挥可件以每将完种显成成。示分薄出的膜许优技多势术全， 正新避是的免实物单现理一器现材件象和料。系的统薄局微膜限型技性化术的作最为有器效的件技微术型手化段的。 关键技术，是制备这类具有新型功能器件的 有效手段。
聚为微粒，使薄膜沉积过程无法进行，或薄膜质量 太差。
a:纳米复合功能薄膜 b:纳米复合结构薄膜
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
a:纳米复合功能薄膜：利用纳米粒子所具有的光、电、
磁方面的特异性能，通过复合赋予基体所不具备的性 能，从而获得传统薄膜所没有的功能。
a)电磁学性质
导电薄膜：Au, Ag, Cu, Al, NiCr, NiSi2, NiSi, CoSi2, TiSi2, SnO2 电介质薄：SiO2, CaF, BaF2, Si3N4, AlN, BN, BaTiO3, PZT(PbZr1-xTixO3) ➢半导体薄膜：Si, Ge, C, SiC, GaAs, GaN, InSb, CdTe, CdS, ZnSe
纳米材料导论
材料科学1、纳米材料导论（选修课）绪论0.1纳米科技的兴起1959年，美国著名物理学家(1965年诺贝尔物理学奖获得者)费因曼教授(R．P．Feynman)曾指出:“如果有一天人类能够按人的意志安排一个原子和分子，那将会产生什么奇迹？”今天，这个美好的愿望已经开始走向现实.目前，人类已经能够制备出包括有几十个到几万个原子的纳米颗粒，并把它们作为基本单元构造一维量子线、二维量子面和三维纳米固体，创造出相同物质传统材料完全不具备的奇特性能。
这就是面向21世纪的纳米科学技术。
0．2纳米材料的研究历史人类对物质的认识分为宏观和微观两个层次。
宏观是指研究的对象尺寸很大，并且下限有限，上限无限（肉眼可见的是最小宏观，而上限是天体、星系)。
到目前为止，人类对宏观物质结构及运动规律已经有相当的了解,一些学科领域都已建立，如力学、地球物理学、天体物理学、空间科学等。
微观指原子、分子，以及原子内部的原子核和电子，微观有上限而无法定义下限。
19世纪末到20世纪初,人类对微观世界的认识已延伸到一定层次，时间上达到纳秒、皮秒和飞秒数量级。
建立了相应的理论，例如原子核物理、粒子物理、量子力学等。
相对而言,在原子、分子与宏观物质的中间领域，人类的认识还相当肤浅，被誉为有待开拓的“处女地".近20年以来，人类已经发现，在微观到宏观的中间物质出现了许多既不同于宏观物质,也不同于微观体系的奇异现象。
下面对纳米材料的研究历史作简要介绍。
1 000年以前。
当时，中国人利用燃烧的蜡烛形成的烟雾制成碳黑，作为墨的原料或着色染料，科学家们将其誉为最早的纳米材料。
中国古代的铜镜表面防锈层是由Sn02颗粒构成的薄膜，遗憾的是当时人们并不知道这些材料是由肉眼根本无法看到的纳米尺度小颗粒构成.1861年，随着胶体化学（colloidchemistry）的建立，科学家们开始对1—lOOnm的粒子系统进行研究。
但限于当时的科学技术水平，化学家们并没有意识到在这样一个尺寸范围是人类认识世界的一个崭新层次，而仅仅是从化学角度作为宏观体系的中间环节进行研究。
纳米材料导论复习材料
纳⽶材料导论复习材料纳⽶材料导论复习⼤纲第⼀章纳⽶和纳⽶材料1、掌握基本概念纳⽶科学技术：纳⽶科技(英⽂：Nanotechnology)是⼀门应⽤科学，其⽬的在于研究纳⽶尺⼨时，物质和设备的设计⽅法、组成、特性以及应⽤。
纳⽶材料：纳⽶材料是指在材料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。
2、纳⽶材料的分类，并举例说明。
纳⽶材料⼤致可分为纳⽶粉末、纳⽶纤维、纳⽶膜、纳⽶块体等四类。
第⼆章纳⽶材料制备⽅法1、纳⽶材料制备研究发展的三个阶段及纳⽶材料制备技术的分类。
三个阶段：第⼀阶段（1990年以前）主要是在实验室探索各种⼿段制备纳⽶颗粒粉体，合成纳⽶块体(包括薄膜)，研究评估表征的⽅法，探索纳⽶材料的特殊性能。
研究对象⼀般局限于纳⽶晶或纳⽶相材料。
第⼆阶段：（1990-1994年）关注的热点是设计纳⽶复合材料。
纳⽶微粒与纳⽶微粒复合，纳⽶微粒与常规块体复合、纳⽶复合薄膜。
第三阶段（从1994年到现在）纳⽶组装体系研究。
以纳⽶颗粒以及纳⽶丝、管等为基本单元在⼀维、⼆维和三维空间组装排列成具有纳⽶结构的体系。
纳⽶材料制备⽅法的分类：1 按学科分类：物理⽅法、化学⽅法和综合法。
2 根据制备状态的不同，分为：⽓相法、液相法和固相法。
3 按反应物状态分为⼲法和湿法。
2、物料的基本粉碎⽅式⽅法：机械粉碎、⾼压⽓流粉碎、电⽕花爆炸；包括破碎和粉磨3、蒸发凝聚法、⾼能球磨法、物理⽓相沉积法、化学⽓相沉积法、⽔热法、溶剂热法、溶胶凝胶法、微乳液法、模板法、⾃组装法的定义。
蒸发凝聚法：是将纳⽶粒⼦的原料加热、蒸发，使之成为原⼦或分⼦；再使许多原⼦或分⼦凝聚，⽣成极微细的纳⽶粒⼦。
⾼能球磨法：机械⼒化学(mechanochemistry ,⼜称⾼能球磨high - energy ball milling)。
制备超细材料的⼀种重要途径。
机械化学法的基本原理是利⽤机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化, 以此来制备新材料。
纳米材料导论微乳液法
温度低 温度高
反应可能不会发生 产物可能聚集，使粒径变大
反应时间
直接影响产物的形貌
其它因素： pH值，还原剂和 沉淀剂的性质等
6 微乳液法的特点
粒径分布较窄，易控制,可以较易获得粒径均匀的纳米微粒． 通过选择不同的表面活性剂分子对粒子表面进行修饰，可获得所需特
殊物理、化学性质的纳米材料 粒子表面包覆表面活性剂分子，不易聚结，稳定性好 纳米粒子表面的表面活性剂层类似于一个“活性膜”，该层可以被相
组成： ➢ 水溶液 CH2 COOCH2CH(C2H5)C4H9 ➢ 有机溶剂：C6-C8直链烃或环烷烃 ➢ 表面活性剂：阴离子(AOT)，阳离子(CTAB十六烷基
三甲基溴化铵 ) 非离子(Triton X（聚氧乙烯醚类） )
作用：(1) 增加表面活性，降低油水界面张力
(2) 阻止液滴聚集，提高稳定性增加柔性，减少微
Transmission electron micrograph and size distributionof nickel nanoparticles. [NiCl2]= 0.05 M; [N2H5OH]=1.0 M; water/CTAB/n-hexanol= 22/33/45; 73 °C
Synthesis of Ni–Co needle-like alloys
结论
实验装置简单，操作方便，应用领域广； 可有效的控制微粒的粒度和形貌； 可制备均匀的双金属和混合金属氧化物材料。
单次制备的催化剂数量有限；溶剂的回收和 循环使用对商业应用来说仍是一个挑战。
乳液法概述
乳液法：利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作 用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相，这样 可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小 的球形液滴内，从而可形成球形颗粒，又避免了颗粒 之间进一步团聚。
《纳米材料导论》课件
纳米技术的广泛应用可能涉及隐私、 安全和伦理等问题，需要加强伦理规 范和监管。
05 结论
研究成果总结
纳米材料特性
详细介绍了纳米材料的 尺寸、表面效应、量子 效应和介电限域效应等 基本特性，以及它们在 物理、化学和生物领域
的应用。
制备方法
总结了纳米材料的各种 制备方法，如物理法、 化学法、生物法等，并 讨论了各种方法的优缺
《纳米材料导论》ppt课件
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目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料制备方法 • 纳米材料的应用 • 纳米材料的发展前景 • 结论
01
纳米材料简介
纳米材料定义
01
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（1100nm）或由它们作为基本单元 构成的材料。
02
纳米尺度通常对应于物质中原子 或分子的集合行为发生显著变化 的尺度，因此纳米材料具有许多 独特的物理、化学和机械性能。
点和适用范围。
应用领域
概述了纳米材料在能源 、环境、医疗、信息等 领域的应用，并给出了
具体实例和效果。
对未来研究的展望
新制备技术
预测未来将出现更多高效、环保 的纳米材料制备技术，以满足不
断增长的应用需求。
跨学科应用
鼓励跨学科合作，将纳米材料应 用于更多领域，如生物医学、农
业、航天等。
绿色纳米技术
强调发展绿色、可持续的纳米技 术，以降低生产过程中的环境污
染和资源消耗。
伦理与法规
呼吁加强对纳米技术的伦理和法 规研究，以确保其在应用过程中
的安全性和合法性。
溶胶-凝胶法
通过溶液中的化学反应，使原材料转化为凝胶态，再经过干燥和热处理得到纳米材料。该方法操 作简便，成本较低，但制备周期较长。
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1、纳米粒子表面原子的排列，其活性高的原因是什么？纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例．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。
如图，近邻配位的“A“原子，像“A”这样的表面原子极不稳定，很快跑到“B”位置上，这些表面原子一遇见其他原子，很快结合，使其稳定化，这就是活性高的原因。
2、冷冻干燥法冷冻干燥法为溶剂挥发分解法的一种冷冻干燥法的基本原理是：先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可以得到相应物质的纳米粒子。
如果从水溶液出发制备纳米粒子，冻结后将冰升华除去，直接可获得纳米粒子。
如果从熔融盐出发，冻结后需要进行热分解，最后得到相应纳米粒子。
主要特点是：（i）生产批量大，适用于大型工厂制造超微粒子（ⅱ）设备简单、成本低；（ⅲ）粒子成分均匀冻结干燥法分冻结、干燥、焙烧三个过程3、纳米颗粒的分散和团聚的解决方法为了解决这一问题，无论是用物理方法还是用化学方法制备纳米粒子经常采用分散在溶液中进行收集．即使在这种情况下，由于小微粒之间库仑力或范德瓦耳斯力团聚现象仍可能发生．如果团聚一旦发生，通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。
为了防止小颗粒的团聚可采用下面几种措施：(1) 加入反絮凝剂形成双电层(2) 加表(界)面活性剂包裹微粒4、纳米材料性能的解释①超顺磁性超顺磁性是指当磁性粒子的粒径小于某一临界尺寸(如Fe3O4<30nm)后,在有外加磁场存在时，表现出较强的磁性。
但当外磁场撤消时,无剩磁,不再表现出磁性❖超顺磁状态的原因：在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比拟的时候，磁化方向就不再固定在一个易磁化的方向，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呈现超顺磁的临界尺寸是不相同的。
②蓝移与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。
❖例如A：纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸收频率分别是814cm-1和794 cm-1．纳米SiC颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了20 cm-1．B：纳米氮化硅颗粒和大块Si3N4固体的峰值红外吸收频率分别是949 cm-1和935 cm-1，纳米氮化硅颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了14 cm-1．蓝移的解释：1、量子尺寸效应，由于尺寸下降能洗变宽，这就导致光吸收带移向短波方向。
已被电子占据分子跪倒能级与未被电子占据分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因。
2、表面效应，由于纳米微粒颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小，对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明第一近邻和第二近邻的距离变短，键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，结果使光吸收带移向了高波数。
③熔点降低熔点比较低的原因：由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、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，纳米粒子熔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，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．④烧结温度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互相结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
烧结温度较低的原因：纳米微粒尺寸小，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，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．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％．常规Si3N4烧结温度高于2273K，纳米氮化硅烧结温度降低673K至773K。
5、粉料、泥料、浆料的特点及各自的要求（流动性黏度的差异）6、冷冻剂除了用己烷作冷冻剂外，也可用液氮作冷冻剂。
干冰与丙酮冷却剂使乙烷处于－77℃，而液氮能直接冷却到－196℃，但是，用己烷的效果较好，因为用液氮作冷冻剂时、气相氮会环绕在液滴周围，使液滴的热量不易传出来，从而降低了液滴的冷冻速度，使液滴中的组成盐分离，成分变得不均匀．7、激光加热蒸发原理原理：采用大功率激光束直接照射于各种靶材，通过原料对激光能量的有效吸收使物料蒸发，从而制备各类纳米粒子。
激光加热蒸发法制备纳米粒子具有很多优点：➢激光光源可以独立地设置在蒸发系统外部，可使激光器不受蒸发室的影响；➢物料通过对入射激光能量的吸收，可以迅速被加热；➢激光束能量高度集中，周围环境温度梯度大，有利于纳米粒子的快速凝聚，从而制得粒径小、粒径分布窄的高品质纳米粒子。
➢激光加热法还适合于制备各类高熔点的金属和化合物的纳米粒子。
8、水热法特点水热反应是高温高压下在水(水溶液)或水蒸气等流体中进行有关化学反应的总称．❖水热法是在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介质，对反应容器加热，创造一个高温（100～1000℃）、高压（1～100 MPa ）的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶。
与溶胶凝胶法、共沉淀法等其它湿化学方法的主要区别在于温度和压力。
水热法研究的温度范围通常使用的是130~250℃之间，相应的水蒸汽压是0.3一4MPa。
❖其最大优点是与溶胶凝胶法和共沉淀法相比，不需高温烧结即可直接得到结晶粉末，省去了研磨及由此带来的杂质水在水热合成反应中的作用:压力的传媒剂和化学反应的介质。
在亚临界或超临界状态下，绝大多数反应物均能完全(或部分)溶解于水，可使反应在接近均相中进行，从而加快反应的进行。
因此，通过这种方法常常能够实现一些在常温常压条件下无法实现的反应。
9、 沉淀法分类及各自特点原理：在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂(如OH-，C2O42-，CO32-等)制备纳米粒子的前驱体沉淀物（氢氧化物、水合氧化物或盐类），再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米粒子。
例如：沉淀法主要分为：直接沉淀法 共沉淀法 均匀沉淀法 水解沉淀法 化合物沉淀法等（1） 共沉淀法定义：含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法称共沉淀法 (i) 单相共沉淀：沉淀物为单一化合物或单相固溶体时，称为单相共沉淀．例如，BaCl2+TiCl4（加草酸）形成了单相化合物BaTiO(C2O4)2·4H2O ↓，经（450-7500C ）分解得到BaTiO3的纳米粒子。
(ⅱ) 混合物共沉淀如果沉淀产物为混合物时，称为混合物共沉淀．例如，ZrOCl2·8H2O 和YCl3混合液中加NH4ON分别生成Zr(OH)4和Y(OH)3 沉淀，经洗涤、脱水、煅烧得ZrO2（Y2O3）微粒为了获得沉淀的均匀性，通常是将含多种阳离子的盐溶液慢慢加到过量的沉淀剂中并进行搅拌，使所有沉淀离子的浓度大大超过沉淀的平衡浓度，尽量使各组份按比例同时沉淀出来，从而得到较均匀的沉淀物。
(2) 均相沉淀法定义：一般的沉淀过程是不平衡的，但如果控制溶液中的沉淀剂浓度，使之缓慢地增加，则使溶液中的沉淀处于平衡状态．且沉淀能在整个溶液中均匀地出现，这种方法称为均相沉淀． 特点: 通过溶液中的化学反应使沉淀剂慢慢地生成，从而克服了由外部向溶液中加沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性，结果沉淀不能在整个溶液中均匀出现的缺金属盐或氢氧化物调节溶液酸度、温度、溶剂 沉淀 过滤与溶液分离 沉淀物 洗涤、干燥、加热 纳米粒子点。
(3) 水解沉淀法金属醇盐水解法原理：利用一些金属有机醇盐能溶于有机溶剂并可能发生水解，生成氢氧化物或氧化物沉淀的特性，制备细粉料的一种方法。
特点：(i)采用有机试剂作金属醇盐的溶剂，由于有机试剂纯度高．因此氧化物粉体纯度高．(ⅱ)可制备化学计量的复合金属氧化物粉末．例子：对钛盐溶液的水解可以使其沉淀，合成球状的单分散形态的二氧化钛纳米粒子。
通过水解三价铁盐溶液，可以得 －Fe2O3纳米粒子。
10、非晶晶化法通过控制非晶态固体的晶化动力学过程使产物晶化为纳米尺寸的晶粒，两个过程：非晶态固体的获得和晶化组成。
非晶态固体可通过熔体急冷、高速直流溅射、等离子流雾化、固态反应法等技术制备，最常用的是单辊或双辊旋淬法。
由于以上方法只能获得非晶粉末、丝及条带等低维材料，因而还需采用热模压实、热挤压或高温高压烧结等方法合成块状样品晶化通常采用等温退火方法，近年来还发展了分级退火、脉冲退火、激波诱导等方法。
用单辊旋淬法制备纳米晶Cu薄带：首先将设备抽真空至1.0 mPa，然后充入30~90 kPa的惰性气体。
在惰性气体保护条件下利用高频感应加热装置将10 g纯度为99.99%的铜棒料放入石英坩埚中熔化成高于熔点50℃~150℃的液态铜。
再用6~20 kPa的惰性气体将液态铜喷射到高速旋转的铜辊表面，液态铜在铜辊表面急速冷却，并沿铜辊转动方向甩出，形成一定宽度的薄带。
该法的特点是成本低，产量大，界面清洁致密，样品中无微孔隙，晶粒度变化易控制。
局限性：依赖于非晶态固体的获得，只适用于非晶形成能力较强的合金系。
11、反应合成法（复合材料）优缺点，用来做什么，针对什么定义：借助于合金设计，在一定条件下，在金属基体内原位反应形核生成一种或几种热力学稳定的纳米增强相的一种复合方法。
纳米增强相一般是具有高硬度、高弹性模量和高的高温强度的陶瓷材料。
如SiC、TiC、TiN、Si3N4、TiB2等。
所形成的增强相的形态可以是：纳米颗粒、晶须、晶片、纤维等。
基体往往为传统的金属材料，如AI、Mg、Ti、Fe、Cu等金属及其合金，或(Ni-Ti)、(Al-Ti)等金属间化合物复合，可望得到具有优良性能的结构材料、功能材料和智能材料。
与传统的复合工艺相比，反应合成法的特点是：(1)一般而言，增强体表面无污染，并且由于避免了与金属基体浸润不良的问题，与金属基体结合良好；(2)增强体大小和分布较容易控制，并且数量可在较大范围内调整；(3)在保持材料较好的韧性和高温性能的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量；(4)具有工艺简便，成本低的特征，并且可制得形状复杂、尺寸大的构件，是最有前途实现工业化的方法之一。
12、 原位复合法特点针对什么定义：在陶瓷基纳米复合材料制备时，利用化学反应生成增强体组元－纳米颗粒、晶须、纤维等来增强陶瓷基体的工艺过程称为原位复合法。
方法的关键：A: 在陶瓷基体中均匀加入可生成纳米第二相的元素或化合物，控制其反应生成条件，使其在陶瓷基体致密化过程中，在原位同时生长出纳米颗粒、晶须和纤维等，形成陶瓷基纳米复合材料。