第三章 纳米材料的特性

（一）纳米材料的结构与形貌

ZnO nanotube （一）纳米材料的结构与形貌

1D ZnO nanostructures 热学性能电学性能磁学性能光学性能

开

热学性能

开始烧结温度下降

开始烧结温度下降

TiO2微粒的烧结与

尺寸关系

纳米颗粒的晶化温度降低

电阻特性介电特性压电效应

电阻特性

纳米金属与合金的电阻

Gleiter等对纳米金属Cu，Pd，Fe块体的电阻与温度关系，电阻温度系数与颗粒尺寸的关系进行与常规材料相比，Pd纳米相固体z 随颗粒尺寸减小，电阻温度系Pd纳米固相的电阻温度系

数与尺寸的关系

例如，纳米银细粒径20nm

18nm

11nm

纳米金属与合金的电阻

电阻特性

电阻特性介电特性是材料的基本物性•

介电常数：•

最新的纳米材料微波损耗机制是如今吸波材料分析的一大热点常规材料的极化都与结构的有序相联系，而纳米材料在结构上与常规粗晶材料存在很大的差别．它的介电行为（介电常数、介电损耗）有自己的特点。介电特性

减小明显增大。在低频范围内远高于体材料。

介电特性

目前，对于不同粒径的纳米非晶氮化硅、纳米钛矿、金红石和纳米（个损耗峰．损耗峰的峰位随粒径增大移向高频。

7nm

27nm 84nm 258nm

介电特性

压电效应

压电效应

纳米压电电子学

(Nanopiezotronics)

全新研究领域和学科,

有机地把压电效应和

半导体效应在纳米尺

度结合起来

高磁化率超顺磁性

：当铁磁质的磁化达到饱和之后，如果将外

磁场去掉，由于介质中的掺杂内应力阻碍磁畴恢复到原来的

纳米微粒尺寸高于超顺磁

临界尺寸时通常呈现高的

矫顽力

右图为用惰性气体蒸发冷

凝方法制备的Fe纳米微粒

居里温度降低

居里温度降低

居里温度降低

随粒径下降而减小，根据铁磁学

，原子间距减小会

随着粒径减小而

对9nm Ni微粒：

高磁化率巨磁电阻效应

z 巨磁电阻效应

巨磁电阻效应

纳米材料磁学特性小结

纳米材料光学特性

宽频带强吸收

粒子的反射率为1％，Au 纳米粒子的反射率小于10％。

纳米氮化硅对红外有一个宽频强吸收谱

纳米氮化硅红外光谱Si3N4热压片的红外吸收谱

Si-N 键伸缩震动

宽频带强吸收

吸收光谱的兰移现象吸收光谱的兰移现象

激子吸收带吸收光谱的红移现象

吸收光谱的红移现象：

激子吸收带

纳米颗粒发光现象

上图曲线1和2分别为掺

了粒径大于10 纳米和5

纳米的CdSexS1-x的玻璃

的光吸收谱，尺寸变小

后出现明显的激子峰。

纳米颗粒发光现象

9平移周期被破坏，在体材料中电子跃迁的选择定则可能不适用。

发光解释：

室温下，紫外光激发

的纳米硅的发光光谱

纳米材料的光催化

纳米材料的光催化

纳米材料的光催化

当存在合适的俘获剂（俘获电子或空穴之一）、表面缺陷态或其它作用时，电子与空穴重新相遇而发生湮灭的过程将受到抑制，它们将容易发生分离，并迁移到表面的不同位置。热力学理论表明，分布在表面的空穴是良好的氧化剂，多数光催化剂染物也可能直接被空穴所氧化。

移动到表面的高活性e-具有很高的还原能力：

它可以直接还原有害的金属离子Mn+；另一方面，它可与表产生表面羟基的另一个来源：

纳米材料的光催化纳米半导体材料的光催化特性

纳米半导体材料的光催化特性

TiO2光催化剂的光量子产率与TiO2的关系。由图可知，随着TiO2粒径的减小，量子产率提高，尤其是当粒径小于10nm 产率得到迅速的提高

纳米材料的光催化

纳米材料的光催化纳米材料的光催化

二氧化钛光解水的反应机理

纳米材料的光催化CoO纳米粒子制法: 球磨法，激光烧蚀法.效果一样。商业化的前提是：利用阳光的效率大于10%.

谢谢！