纳米材料作业

四川大学

功能材料课程综述

题目：纳米材料

专业：化学工艺

姓名：王南南

学号： 2014223070047

纳米材料

摘要由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能, 使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。本文就纳米材料的性质，制备方法及应用进行了综述, 并对其发展前景进行了展望。

关键词纳米材料性质制备方法应用

Nanometer materials

Abstract Due to the special structure of nanomaterials and demonstrated specific effects and performance, making nanomaterials different from conventional materials for special purposes. In this paper, the nature, preparation and application of nano-materials were reviewed, and the prospects of its development prospects.

Keyword nanometer materials property preparation method application

前言

20世纪90年代见证了一场新的科技革命——纳米科技的发展。它以空前的分辨率为人们揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。这种精确操控原子、分子构筑材料的能力将会使制造业、农业、能源、医药健康，国家安全等领域取得突破性的进展。那么，这篇文章会概况的介绍一下纳米材料的相关知识，主要有，纳米材料的定义和性质，制备技术，典型的纳米材料，纳米材料的应用及其发展前景。

1 纳米的相关概念和性质

1、1纳米的相关概念

纳米（Nano-meter）希腊语“侏儒”“矮子”。其数学尺度为 1 nm=10-

9m=10 埃。举个简单的例子头发直径大概为50-100 m,而1 nm相当于头发的1/50000。再比如氢原子的直径为1埃，所以1纳米等于10个氢原子一个一个排起来的长度。纳米材料就是在纳米基础上发展起来的一门新兴学科，把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料[1]。它是指三维空间中至少有一维尺寸小于100 nm的材料或由它们作为基本

单元构成的具有特殊功能的材料。是指结构上具有纳米尺度调制特征的材料。它的特征尺寸1-100nm。

1．2纳米的性质

1.2.1 表面效应

球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的三次方成正比，比表面积与直径成反比，故当颗粒直径减少时，颗粒的比表面积显著增加。而纳米粒子的表面原子与总原子数之比随纳米粒子的尺寸的减小也是大幅度地增加,原子的表面能及表面张力也随着增加,从而引起纳米粒子性质的变化[2].纳米粒子的无序度增加,键态严重失配，配位不足，存在许多悬空键,并具有不饱和性,即出现许多活性中心。因而极易与其他原子相结合而趋于稳定,所以,具有很高的化学活性.它的表面没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状。利用表面活性，金属超微颗粒有望成为新一代的高效催化剂[3]、储气材料或低熔点材料。

1.2．2小尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当超微颗粒尺寸变小，与光波波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或穿透深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，导致声、光、电、磁、热、力学等特性均会呈现新的小尺寸效应。如光学性质，当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，他会失去原有的光泽变成黑色的，事实上，所有的金属在超微颗粒状态下都会呈黑色[4]。尺寸越小，颜色越黑，即此时反射率就会很低，甚至完全的消光。所以，利用这个性质，可以将金属制成高效率的光电光热转换材料，高效率的将太阳能转变成热能、电能。热学性质主要表现在熔点方面，一般情况下，固态物质的形态为大尺寸，其熔点一般是固定，超细微化后其熔点将显著降低，特别是颗粒尺寸小于10nm时。可以利用此性质在较低温度下烧制成大功率半导体管的基片。磁学性质表现[5]，当微粒尺寸小到一

定程度即超微颗粒，它的磁性矫顽力会增加，据此可以做成高储存密度的磁记

录材料。

1.2.3量子尺寸效应

微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立

能级，吸收光谱阈值向短波方向移动，即对某些波长的吸收带发生蓝移，对各

种波长光的吸收带有宽化作用。这种现象称为量子尺寸效应[6]。量子尺寸效应

的存在可以解释一些材料的绝缘性导电性的相关变化。

1.2.4宏观量子隧道效应

隧道效应[7]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如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势

阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。量子尺寸效应和宏观量子隧道效

应是制作微电子、光电子器件的理论基础，其确立了现存的微电子进一步微型

化的极限。例如，在制造半导体集成电路过程中，当电路的尺寸接近电子的波

长时，电子就会通过宏观量子隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。

2 纳米材料的制备技术

关于纳米结构组装体系大致可以分为两大类，一是人工纳米结构组装体系，

二是纳米结构自组装体系。所谓的人工纳米结构组装体系，是利用物理或者化

学的方法人为的将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维、三维的纳

米结构体系，包括纳米有序列体系和介孔复合体系等。而纳米结构自组装体系

是指通过弱的和较小的有方向性的非共价键，如氢键，范德瓦尔斯键和弱的离

子键协同作用把原子、离子或者分子连在一起构成一个纳米结构或者纳米结构

的花样。

众所周知，纳米材料的常规制备方法[8]有很多，如溅射法、化学气相沉淀法、共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、浸渍法、超生化学合成法及微波合成法。这

些方法都只能制备各种粉体材料[9]。现在比较受关注的是纳米有序组装体系和