一维纳米材料的制备
一维纳米材料的制备与应用
一维纳米材料的制备与应用纳米材料是指尺寸在1到100纳米之间的物质，它具有许多优异的物理、化学和生物学特性，因此已成为材料科学、能源、生物技术、医学、环境保护等领域的研究热点。
其中，一维纳米材料尤为重要，因为其具有独特的电子、光学和力学性能，可以应用于电子器件、光电器件、催化剂、储能材料、生物传感器等领域。
一维纳米材料的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要是通过物理手段对大分子材料、金属材料、半导体材料等进行削减、拉伸、蒸发、溅射等处理，形成纳米尺寸的单一立体结构。
例如，使用电弧放电法、溅射法、立体雾化法等可制备出金属纳米管、碳纳米管、金属氧化物纳米线等一维纳米材料。
化学法主要是通过化学反应合成一维纳米材料，具体反应条件和形成机制有很大的差异。
例如，溶胶-凝胶法可以实现制备稳定的纳米材料分散液，高温固态反应可制备出金属硫化物、硬质合金等一维纳米材料。
近年来，还出现了一些特殊的“引导物”或“模板”化学合成方法，通过引导剂的作用，形成特定形态、粒径的一维纳米材料。
生物法主要是通过使用生物体复制或控制纳米材料的生长、组装、大小和形状。
这种方法既环保又成本低廉，可以制备出高质量、低成本、具有生物相容性和可生物降解性的一维纳米材料。
例如，DNA、蛋白质、细胞等都可以作为纳米结构的模板，利用生物分子的特殊识别、自组装、生物信号转导等生物功能，在其表面或内部包裹和控制所需的纳米材料。
无论采用以上哪种合成方法，在制备一维纳米材料时，最关键的是要控制好纳米尺度的大小和形态，同时要尽可能避免一维纳米材料的外表面缺陷、内部结构杂质和纳米尺度效应的影响。
一维纳米材料的应用十分广泛，从电子器件到生物传感器，在很多领域中都有应用。
例如，纳米线、纳米管、纳米带等一维纳米材料可以作为高效率能源存储器件或传感器件的核心材料；金属、金属氧化物、碳纳米管等一维材料可以作为高效的催化剂，提高化学反应的速率和选择性；生物纳米线、蛋白质纳米线等一维生物材料则可以用于生物分子传感和制备高灵敏度的生物传感器。
一维纳米材料制备
导热性能（声子传送特性） 当硅纳米线直径小于20 nm时，声子色散的关系可能会改
变（由声子局限效应造成），导致声波速度和热导率大大 低于标准值。分子动力学模拟还表明，在200K到500K的温 度范围内，硅纳米线的热导率比硅块低2个等级。
纳米线的特性及其应用
导电性能 尺寸下降导致导电性能的转变。如Bi纳米线在52nm时由金 属转变为半导体；Si纳米线在15nm时由半导体转变为绝缘 体
通过对一些氧化物纳米线（如SnO2) 电学输运性能（如 电导率）的检测，就可能对其所处的化学环境作出检测，可 用于医疗，环境，或安全检查。
纳米线的制备策略
问题：如何控制晶核（纳米颗粒）的尺寸和生长方向？
局限于特殊结 构的材料
VLS 机制
晶体结构的各项异性导致定向生 长。生长速率 Si {111}< Si{110}
• 液相自发组装
• 基于模板合成（模板法）
• 静电纺丝
纳米线的自发生长
• 气相法 - 气-固（VS）生长机理 - 气-液-固（VLS）生长机理
• 液相法 - 溶液－液相－固相机理 (SLS) - “毒化”晶面控制生长的机理（包覆法）； - 溶剂热合成方法。
气相法
在合成纳米线时, 气相合成可能是用得最多的方法。
气-固生长机理又称为位错机理，是通过气-固反应形核并长成纳米线的过程。 是一种经常采用的晶须生长机理。 气固机理的发生过程： • 通过热蒸发或气相反应等方法产生气相； • 气相分子或原子被传输到低温区并沉积在基底上； • 在基底表面反应、形核与生长，通常是以气固界面上微观缺陷 (位错、
孪晶等) 为形核中心生长出一维材料。
碳纳米管制造人造卫星的拖绳
VLS法制备一维纳米材料
四 常用的催化剂与可制备的材料
Au：Si、Ge元素纳米线，ZnO、氧化镓等氧化物纳米线， CdS、ZnS纳米线 Fe：Si 、Ge元素纳米线，SiC 纳米线、 GaN纳米线 Ni: Si纳米线、GaN纳米线
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五 制备中的两个重要问题 A 如何得到纳米级的催化剂团簇？ B 如何提供出所需的蒸气？
2. 膜自组织 蒸镀Au薄膜在GaAs基体上，可形成大量的
纳米级的Au-As合金液滴 制备Zn0纳米线时，将Au薄膜蒸镀在蓝宝
石衬底上，形成纳米级的Au-Zn合金液滴
A4 高温快速加热法：激光烧蚀Si-Fe目标靶，产生蒸气，迅 速浓缩成液态纳米团簇
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1. B1 激光烧蚀：用含少量的Au、Fe或Ni的硅粉作为靶，以 Ar气作为保护气体，在石英管内，在一定温度下激光烧蚀 即可制得Si纳米线
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二 生长机理： 在适当温度下，催化剂纳米团簇与生长材料的组元互溶形
成纳米级共溶液滴。
共熔液滴持续吸入生长材料的组元蒸气，以至达到过饱和， 促成了生长材料的晶体晶核在液滴上生成。
蒸气继续被吸入，晶体在已生成的固液界面处不断析出， 推动固液界面移动，从而长出一维纳米材料
第四章-一维纳米材料ppt课件
Au-Ag-Au-Ag nanowire
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1.3 硬模板：碳纳米管(carbon nanotubes)
用于制备碳化物纳米棒的反应路线示意图
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碳纳米管
以碳纳米管为模板合成的
GaN纳米线
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1.4 硬模板：外延模板法
“外延模板法”制备单晶GaN 纳米管的过程示意图 20
A) TEM images of Ag/SiO2 coaxial nanocables that were prepared by directly coating silver nanowires with an amorphous silica sheath using the sol-gel method.
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1.2 硬模板：多孔氧化铝膜(AAO)
结构特点是孔洞为六边形或圆形且垂直于膜面，呈 有序平行排列。孔径在5至200nm 范围内调节，孔密 度可高达1011 个/cm2。
184nm
477nm
666nm
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利用AAO模板合成纳米材料
沉积
电抛光 纳米棒
阳极氧化
Al 纳米有序阵列复合结构
纳米管
纳米粒子
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2.6 软模板法特点： (1) 模拟生物矿化； (2)软模板的形态具有多样性； (3)容易构筑，不需要复杂的设备； (4)稳定性较差，模板效率不够高。
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2.7 模板法制备纳米材料的比较 共性：能提供一个有限大小的反应空间 区别：硬模板提供的是静态的孔道,物质只能从开口
处进入孔道内部 软模板：提供的则是处于动态平衡的空腔,物质可以
杂后的C60表现出良好的导电性和超导性。 57
碳60超导体
C60中掺杂，引入碱金属、碱土金属原子，
一维纳米材料的制备
的优点，被称为纳米多孔金属材料。
由于贵金属价格昂贵，且资源稀少，提高其利用率以减少其载量对催 化剂的设计非常重要。
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氮化碳除了具备高硬度和高弹性外，还具有耐磨损、防腐蚀、 耐高温等优异性能，其耐高温和化学稳定性要大大优于金刚石， 在机械加工领域具有良好的应用前景。 它还具有宽能带间隙、高热导、光学非线性，是制造半导体和 光学器件的候选材料，也有可能是一种理想的场致发射材料。
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3、石墨烯及其制备
2004年，英国曼切斯特大学科学家Geim A K等人，通过胶带反复剥离石墨片获得一个 原子厚度的石墨单片—石墨烯(graphene)。
石墨烯是普遍存在于其他碳材料中，并可以 看作是其他维度碳基材料的组成单元。
三维的石墨可以看作是由石墨烯单片经过堆 砌而形成；零维的富勒烯可看作由特定石墨 烯形状团聚而成；而石墨烯卷曲后就可形成 一维的碳纳米管结构。
先进材料的制备及加工技术
江苏大学材料科学与工程学院
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第三讲 一维纳米材料的制备
纳米线的制备
纳米柱的制备
碳纳米管制备
碳纳米管阵列制备
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第四讲 二维纳米材料制备
纳米薄膜简介
纳米薄膜制备技术
石墨烯及其制备
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1、纳米薄膜简介
典型的碳纳米管在溶液中易聚集成束，几乎不溶于任何溶剂，大大 限制了CNTs在各方面的应用。 近年来，人们利用表面活性剂的包裹作用或CNT 与大π共轭体系之 间的π- π相互作用，成功的将CNTs分散在不同溶剂包括水中。 经过化学反应修饰和各种官能化， 除能获得CNTs的分散液外，还 能增加其与基体的界面结合力，为CNTs的组装及表面反应提供了可 能，基于CNT分散液的诸多薄膜材料相继被成功开发。 由于具有优良的电子电导性、化学稳定性，以及高的比表面积等独 特的物理化学性能，CNT 薄膜可在化学催化、智能响应等领域得到 应用。
一维纳米材料的制备与性能研究
一维纳米材料的制备与性能研究纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和应用潜力的材料。
其中，一维纳米材料是指在至少一个维度上具有纳米尺度的材料。
一维纳米材料的制备与性能研究是纳米科学与纳米技术领域的重要研究方向之一。
一维纳米材料的制备方法多种多样，其中最常见的方法是化学合成法。
化学合成法通过控制反应条件和添加特定的助剂，可以实现对纳米材料形貌、尺寸和结构的精确调控。
例如，碳纳米管就是一种常见的一维纳米材料，它可以通过化学气相沉积法、电弧放电法等方法制备得到。
此外，金属纳米线、半导体纳米线等也是常见的一维纳米材料，它们可以通过模板法、溶液法等方法制备。
一维纳米材料的制备方法对其性能具有重要影响。
首先，制备方法可以影响纳米材料的形貌和尺寸。
例如，碳纳米管的直径和壁厚可以通过调控反应温度和碳源浓度来控制。
其次，制备方法还可以影响纳米材料的结构和组成。
例如，金属纳米线的晶格结构和晶面取向可以通过控制溶液中的配位剂和表面活性剂来调控。
最后，制备方法还可以影响纳米材料的表面性质和界面特性。
例如，通过在化学合成过程中加入特定的表面改性剂，可以实现对纳米材料表面的修饰，从而改变其表面能和化学活性。
一维纳米材料的性能研究是纳米科学与纳米技术领域的热点研究方向之一。
一维纳米材料具有独特的电子、光学、热学和力学性质，因此在能源、电子、光电和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，可以用于制备高性能的导电材料和复合材料。
金属纳米线具有优异的电子输运性能，可以用于制备高性能的电子器件和传感器。
半导体纳米线具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光电器件和光催化材料。
此外，一维纳米材料还具有较大的比表面积和较好的可控性，可以用于制备高效的催化剂和吸附材料。
在一维纳米材料的性能研究中，表征方法的发展起到了重要的推动作用。
传统的表征方法如透射电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等可以用于观察纳米材料的形貌和晶体结构。
一维纳米材料
一维纳米材料
一维纳米材料是指至少有一个尺寸在纳米尺度（10^-9米）范围内的材料，但
其它两个维度的尺寸可以远远大于纳米尺度。
一维纳米材料包括纳米线、纳米棒、纳米管等，这些材料在纳米尺度下呈现出特殊的物理和化学性质，因此被广泛应用于各种领域。
一维纳米材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积、溶液法合成、电化学
沉积等。
其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过在高温下将气态前驱体转化为固态纳米材料，可以制备出高质量、高纯度的一维纳米材料。
溶液法合成则是通过在溶液中加入适当的前驱体，利用溶剂的挥发或化学反应来制备一维纳米材料，这种方法简单易行，适用于大规模生产。
一维纳米材料具有许多独特的性质，例如，纳米线的电学性质优异，可以用于
制备高性能的电子器件；纳米管具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于纳米材料复合材料的制备；而纳米棒则具有优异的光学性能，可用于制备高效的光电器件。
这些特殊的性质使得一维纳米材料在电子、光电、传感、催化等领域有着广泛的应用前景。
除了应用领域的广泛性外，一维纳米材料还具有很强的研究价值。
通过对一维
纳米材料的研究，可以深入了解纳米尺度下的物理和化学性质，为纳米材料的设计与制备提供理论基础。
同时，一维纳米材料还可以作为纳米材料复合材料的增强相，提高复合材料的力学性能和热学性能。
总的来说，一维纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有广泛的应用前景和
研究价值。
随着纳米技术的不断发展，一维纳米材料必将在各个领域发挥重要作用，推动科技的进步。
化学气相沉积法制备其他一维纳米材料
化学气相沉积法制备其他一维纳米材料化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的制备纳米材料的方法。
它是一种在高温环境下，通过在气相中化学反应形成纳米材料的过程。
该方法具有材料成分可控、沉积速度快、制备尺寸可调控等优点，在制备一维纳米材料方面也得到了广泛应用。
一维纳米材料是指其在一个方向上尺寸远小于其他两个方向的材料。
常见的一维纳米材料包括纳米线、纳米棒和纳米管等。
下面将介绍几种常见的一维纳米材料的制备方法及其在化学气相沉积中的应用。
一、碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）碳纳米管是由碳原子通过碳-碳键连接形成的一维纳米材料。
碳纳米管具有优异的电子传输性能和力学性能，因此在纳米电子器件、传感器、储氢材料等领域具有广泛应用。
碳纳米管的制备可以通过化学气相沉积方法实现。
主要步骤包括：将催化剂（如金属颗粒）沉积在基底上，然后将含有碳源（如甲烷气体）的气体通过加热分解的方式使其在催化剂表面发生化学反应，最终在催化剂表面成长碳纳米管。
二、二氧化硅纳米线（Silicon Dioxide Nanowire，SiO2 Nanowire）二氧化硅纳米线是由二氧化硅材料形成的一维纳米材料。
SiO2纳米线具有优异的光学、电学和力学性能，并且可以制备出具有不同形态和尺寸的纳米线。
制备SiO2纳米线的方法中，化学气相沉积是一种常用的方法。
通常采用的方法是，在高温气氛中，使硅烷类气体（如SiH4）在金属催化剂的作用下分解并发生氧化反应，从而在催化剂表面沉积出纳米尺寸的SiO2纳米线。
三、金属氧化物纳米棒（Metal Oxide Nanorod）金属氧化物纳米棒是由金属氧化物材料形成的一维纳米材料。
金属氧化物纳米棒具有优异的光学、电学和催化性能，可用于光电器件、催化剂和传感器等领域。
以上介绍的碳纳米管、二氧化硅纳米线和金属氧化物纳米棒只是化学气相沉积法制备一维纳米材料的几个例子，实际上化学气相沉积方法还可以制备其他一维纳米材料。
纳米材料制备方法
溶剂热化学合成方法
溶剂热合成方法已经被证明是一种有效的 制备纳米丝的方法。在该制备过程中, 金 属前驱物和还原剂如胺的混合溶液放入一 个高压釜中, 然后在一定的压力和温度下 实现纳米丝的生长。中国科技大学的钱逸 泰小组利用该方法制备出了大量的半导体 纳米丝。至今其生长过程机理尚不清楚。
电极用β-氢氧化镍纳米材料的制备.flv
一 气相法
在合成一维纳米结构( 如纳米晶须、纳 米棒和纳米线等) 时, 气相合成可能是 用得最多的方法。气相法中的主要机 制有: 气--液--固( Vapor—Liquid--Solid, 简称VLS) 生长机制、气—固(Vapor-Solid, 简称VS) 生长机制。
VLSБайду номын сангаас机制
在所有的气相方法中, 应用VLS 机制的许多 方法在制备大量单晶一维纳米结构中应该说 是最成功的。VLS 机制要求必须有催化剂的 存在, 在适宜的温度下, 催化剂能与生长材料 的组元互熔形成液态的共熔物, 生长材料的 组元不断地从气相中获得, 当液态中溶质组 元达到过饱和后, 晶须将沿着固- 液界面的择 优方向析出。图1所示为哈佛大学的Lieber 研究小组提出的以金属纳米团簇( 以Au 为例 ) 为催化剂, 以VLS 机制生长半导体纳米线( 以Si 纳米线为例) 的方案示意图 。
图1 金属纳米团簇催化法制备纳米线过程示意图
这一生长机制的一个显著特点是在生成纳米 线的顶端附着有一个催化剂颗粒, 并且, 催化 剂的尺寸很大程度上决定了所生长纳米线的 最终直径, 而反应时间则是影响纳米线长径 比的重要因素之一。基于催化剂辅助生长的 VLS 机制, 人们已经成功地制备了单质、金 属氧化物、金属碳化物等众多材料的纳米线 体系。这种合成方法为制备具有良好结构可 控性的准一维纳米材料提供了极大的便利。
纳米材料的制备与表征方法详解
纳米材料的制备与表征方法详解纳米材料是指具有至少一维尺寸在1-100纳米范围内的材料。
由于其特殊的尺寸效应和表面效应，纳米材料具有许多独特的物理、化学和生物性质，广泛应用于能源、电子、生物医学等领域。
本文将详细介绍纳米材料的制备与表征方法，以帮助读者更好地了解和应用这些材料。
一、纳米材料的制备方法1. 物理法物理法是指利用物理原理和方法制备纳米材料。
常见的物理法包括磁控溅射、蒸发凝聚、惰性气氛法等。
磁控溅射是将靶材置于真空室中，然后通过气体离子轰击靶材表面，使靶材原子冲击脱离并堆积在基底上，从而获得纳米薄膜。
蒸发凝聚是将材料加热到显著高于其熔点的温度，使其蒸发并在冷凝器上再凝结为纳米颗粒。
惰性气氛法是在惰性气氛中利用高温反应或氧化物还原反应生成纳米材料。
2. 化学法化学法是指利用化学反应和溶液合成方法制备纳米材料，常见的化学法包括溶胶-凝胶法、聚合物溶胶法等。
溶胶-凝胶法是将溶胶（纳米颗粒的前体）悬浮在溶液中，通过控制温度、浓度和pH值等条件使其凝胶形成纳米材料。
聚合物溶胶法是将聚合物与金属盐或金属前体形成配合物，然后通过控制溶液组成和pH值等条件制备纳米材料。
3. 生物法生物法是指利用生物体、生物分子和生物反应合成纳米材料。
常见的生物法有生物还原法、生物矿化法等。
生物还原法是利用微生物、酶或植物等生物体将金属离子还原为金属纳米材料。
生物矿化法是利用生物体或生物分子作为催化剂，在无机物晶体表面上沉积金属纳米颗粒。
二、纳米材料的表征方法1. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是用来观察纳米材料形貌和晶体结构的重要工具。
它通过透射电子束穿透样品，产生透射电镜像，并从中获得样品纳米颗粒的尺寸、形状和分布情况以及晶体结构信息。
2. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜可用于观察纳米材料的表面形貌和拓扑结构。
它通过聚焦电子束扫描样品表面，形成二次电子、反射电子和荧光X射线等信号，并通过探测二次电子图像来获得样品的表面形貌和微观结构。
第一章 一维无机纳米材料的制备方法
【文献综述】一维无机纳米材料的制备方法一．气相法制备①汽-液-固（VLS）机理生长方法一（VLS生长法）：1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。
2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。
3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构备注：液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。
方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）：1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶2.以氩气作为保护气3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线备注：激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒应用：VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。
但不能制备一维金属纳米材料。
同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。
②氧化物辅助生长方法：1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶，2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线备注：1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。
应用：除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。
③气-固（VS）生长方法：1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳米材料备注：1.可分为固体粉末物理蒸发法和化学气相沉积法。
前者属于物理过程，后者在形成蒸汽后发生了化学反应。
且此方法不需加入金属催化剂。
2.纳米线外部包围氧化物层3.所需制备温度较高4.制备得到的纳米材料质量较高应用：氧化铝纳米带、氧化锌、氧化锡、氧化铟纳米带，氧化铝、氧化镁及氧化锌纳米棒，氮化镓和硫化镉钠米线。
水热法合成一维纳米材料的研究进展
参考内容
一维无机纳米材料因其独特的结构和优异的性能而受到广泛。制备族一维无 机纳米材料的方法有很多，其中水热法和溶剂热合成法是两种常用的方法。本次 演示将详细介绍这两种方法制备族一维无机纳米材料的过程和原理。
水热法制备族一维无机纳米材料
水热法是一种在密封高压反应釜中，以水为溶剂，在高温高压的条件下进行 化学反应的方法。以下是水热法制备族一维无机纳米材料的步骤：
此外，可以深入研究二氧化锆纳米材料在催化剂、传感器、光学器件等领域 的潜在应用，为其广泛应用提供理论支撑和实践依据。
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3、表征方法
通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、 能量散射光谱（EDS）和Brunauer-Emmett-Teller（BET）等方法对合成的二氧 化锆纳米材料进行表征。
实验结果与分析
1、颗粒大小与分布
通过TEM图像（图1a），可以观察到合成的二氧化锆纳米材料呈球形或椭球 形，粒径分布较为均匀，平均粒径约为15 nm。
所需材料和设备的前期准备：需要准备反应釜、高温炉、测量仪器等设备和 二氧化硅、金属盐等原料。
水热法制备族一维无机纳米材料的基本原理：在高温高压的条件下，金属阳 离子会水合，形成水合离子。随着温度的升高，水合离子会逐渐分解，最终形成 金属氧化物纳米材料。
制备过程和实验条件的选择：首先，将原料溶解在水中，形成均匀的溶液。 然后，将溶液放入反应釜中，密封后放入高温炉中加热。加热过程中要控制温度 和压力，以获得高质量的纳米材料。
引言
二氧化锆（ZrO2）是一种具有优异物理化学性质的陶瓷材料，在高温下具有 良好的稳定性，且具有较高的硬度、韧性和抗腐蚀性。随着纳米技术的快速发展， 二氧化锆纳米材料在众多领域展现出广阔的应用前景，如催化剂、传感器、光学 器件等。本次演示采用水热溶剂热法控制合成二氧化锆纳米材料，并对其性质进 行表征，旨在探讨其制备优化和潜在应用。
《纳米材料制备技术》7_一维纳米材料的制备_模板法_自组装法
Fe纳米线的AAO模板合成
Fe纳米线的局部放大TEM照片
Aspect ratio l/d
200
180
160
140
120
100
80
60
4002源自468t/min
纳米线的长径比与沉积时间近似成正比
自组装制备有序In2O3 纳米线
• 电沉积: 将8.5g/L InCl3 和25g/L Na3C6H5O7·2H2O混合液于 室温下通三探头直流电将铟纳米线电沉积进纳米孔洞中。 • 氧化: 电沉积后，自组装体系在不同的温度下于空气中加热
模板法合成纳米线一般具有以下几个显著的特点:
利用一维形貌的模板来引导一 维纳米结构的形成
• 适用于多种材料体系， 理论上可以制备出任意材料的纳米线 ；
• 适合于多种制备方法；
• 可以合成单分散的纳米线或是有序微阵列体系。
对模板的要求：具有一维纳米结构且形状容易控制的物质
多孔模板法合成纳米线研究进展
• 较高的稳定性,强的限域作用;
• 后处理过程复杂；
由于氧化铝膜模板一般具有孔径在纳米级 的平行阵列孔道，其孔径和孔深度可以通
•
反应物与模板的相容性影响纳米结构的形貌
过制备条件方便调控，而且相对于聚合物 膜能经受更高的温度、更加稳定、孔分布
• 硬模板结构比较单一， 形貌变化较少
也更加有序，因此已成为制备一维纳米材 料最为有效的模板。
氮化物纳米线制备的普适公式: MO(g) + C(纳米管) + NH3 → MN(纳米棒) + H2O + CO + H2
合成GaN 纳米线：
此后, 这一方法得到了广泛应用, 进一步扩展用于氧化物、金属等 纳米线的制备。
一维纳米材料的制备方法
一维纳米材料的制备方法一维纳米材料是指具有纳米尺度的直径和较长的长度的材料，如纳米线、纳米管和纳米棒等。
这些材料具有独特的电子、光学、力学和热学性质，在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
为了制备一维纳米材料，研究人员开发了多种方法，包括物理法、化学法和生物法。
物理法是一种常用的制备一维纳米材料的方法。
其中，溅射法是制备纳米线和纳米管的一种常见物理法。
溅射法通过在高真空环境中将目标材料置于靶枪中，通过高能粒子轰击目标材料，使其表面原子脱离并沉积在基底上，从而形成纳米结构。
溅射法可以制备多种材料的一维纳米结构，包括金属、半导体和磁性材料等。
化学法是另一种常用的制备一维纳米材料的方法。
其中，气相沉积法是制备纳米线和纳米管的一种常见化学法。
气相沉积法通过将金属有机化合物或金属气体在高温下分解，使金属原子沉积在基底上，从而形成纳米结构。
气相沉积法可以制备高纯度、高质量的一维纳米结构，并且可以控制其尺寸和形貌。
生物法是一种新兴的制备一维纳米材料的方法。
其中，生物合成法是利用生物体合成纳米材料的一种常见生物法。
生物合成法通过利用微生物、植物或动物等生物体代谢产生的代谢产物，在适当的条件下形成纳米结构。
生物合成法可以制备多种材料的一维纳米结构，如金属纳米线、碳纳米管和硅纳米线等。
生物合成法具有环境友好、低成本的特点，并且可以制备具有独特性能的一维纳米材料。
除了上述方法，还有其他一些制备一维纳米材料的方法。
例如，模板法是一种常用的制备纳米线和纳米管的方法。
模板法通过在纳米孔道中填充金属或半导体材料，再通过溶剂蒸发或电化学方法去除模板材料，得到一维纳米结构。
模板法可以制备高度有序、尺寸可控的一维纳米材料，并且可以控制其组成和结构。
制备一维纳米材料的方法多种多样，每种方法都具有各自的优缺点。
研究人员可以根据实际需求选择合适的方法来制备一维纳米材料，并进一步研究其性质和应用。
随着纳米科技的不断发展，相信会有更多新的制备方法被开发出来，推动一维纳米材料的应用进一步拓展。
一维碳化硅纳米材料的制备、表征及性能研究实验
学习总结一一维碳化硅材料的特点及性能特点：禁带宽度大、击穿电场厂高、热稳定性好、耐腐蚀、高强度、热导率和饱和电子漂移速度大性能：在高温、高频、强辐射、大功率等条件下具有良好的性能，包括电学性能、场发射性能发光性能、光催化性能以及力学性能。
二一维碳化硅纳米材料的制备方法1、碳纳米管模板法用SiO气体和碳纳米管制备SiC纳米棒，反应方程式为SiO（g）+ C（nanotubes）→SiC（nanorobs）+ CO（g）SO（g）+ CO（g）→SC（s）+ CO2（g）C（nanotubes）+ CO2（g）→CO（g）2、电弧放电法用直径为8mm的石墨棒作为阴极，直径为6mm的复合材料棒作为阳极，然后在样机上钻一个4mm×15mm的孔，将石墨粉、硅粉和铁粉以5：1：1的比率填入孔内并压紧。
将电极放入石英管并置于去离子水中，在低压下进行电弧放电，最后在石英管内壁得到SiC／SiO X纳米电缆。
3、化学气相沉积法（CVD）将5g聚碳硅烷研磨成粉粉末后放入陶瓷坩埚，然后将装好反应原料的坩埚和石墨片基底同时置于管式炉中；以流动的氩气作为保护气，将温度升至1200o C后保温2h，聚碳硅烷分解生成的气体不断反应沉积,最后在石墨片上得到大量的SiC纳米线。
4、激光烧蚀法将SiC陶瓷靶材（25mm ×25mm ×5mm）置于管式炉中央，然后把在硝酸铁溶液2天的石墨基底放在炉子的末端。
抽真空使炉内压强小于1.33Pa，以流速为50cm3／min的氩气作为保护气，以7o C／min的速率将炉温升至1100o C，管式炉存在温度梯度，即中央温度最高，末端石墨基底处温度约为900o C 。
使用脉冲的KrF准分子激光器为光源照射SiC陶瓷靶材2h，最后在石墨基材上得到SiC纳米线。
5、溶胶-凝胶碳热还原法用溶胶-凝胶工艺制备碳源／硅源混合凝胶，即SiC前驱体的制备；混合凝胶在高温下碳热还原合成SiC纳米线。
一维纳米结构的制备及其应用研究
一维纳米结构的制备及其应用研究在材料科学与工程领域中，纳米技术已经成为了一个重要的研究领域。
作为纳米技术中的一个重要方向，一维纳米结构制备和应用研究已经引起了广泛的关注。
一维纳米结构的定义一维纳米结构通常是指其在纵向方向上具有重要的尺寸限制效应，其横向尺寸要比纵向尺寸大得多。
所以，一维纳米结构通常具有长条形的外观。
根据其几何形状的不同，一维纳米结构可以分为纳米线、纳米管、纳米带和纳米带等。
制备方法制备一维纳米结构有许多方法，其中引导晶体成核法、气-液-固生长法、溶液合成法、电化学法和物理气相沉积法等方法成为了制备成功的主要方法。
引导晶体成核法是一种常用的低温制备方法，其原理是在具有尺寸特别小的晶体或聚合物的表面上沉积金属或半导体，从而得到具有一维结构的纳米线和纳米管。
气-液-固生长法则是一种更为常见和大规模的制备方法，它可制备多种一维纳米结构，如硫化锌纳米线、氧化锌纳米线、碳纳米管和二硫化钼纳米线等。
溶液合成法是一种高效的制备方法，它可制备一系列不同种类的一维纳米结构，而且具有低成本、适用性广、制备过程简单等优点。
电化学法是利用电解法在电解液中将电子转移至电化学实体制备一维纳米结构的方法。
物理气相沉积法则是利用高能粒子进行表面硫化的技术制备纳米线和纳米管等结构，其优点在于制备的单晶纳米线尺寸分布较窄，振动模式和光学性质也相对较好。
应用研究一维纳米结构的制备不仅能够通过优化结构、形态和尺寸的控制来提高其性质，而且由于具有良好的电、热、机械和光学性质，因此它们也具有广泛的应用潜力，例如汽车发动机、光伏、催化剂、传感器等领域的应用。
在能源材料方面，锌氧化物纳米线是一种非常重要的材料，其具有优异的光催化和光电特性。
这些性质对于太阳能电池和光化学反应器的制备具有重要的意义。
在光电材料方面，纳米线是一种有着广阔应用前景的光电材料，它们不仅应用于光电器件，如电池和显示屏，还可应用于光电催化和传感等领域。
在生物医学方面，纳米管和纳米线等一维纳米结构还被广泛应用于药物运输和生物成像等领域。
一维纳米材料的制备概述
学年论文`题目：一维纳米材料的制备方法概述学院：化学学院专业年级：材料化学2011级学生姓名：龚佩斯学号：20110513457指导教师：周晴职称：助教2015年3月26日成绩一维纳米材料制备方法概述--气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料材料化学专业2011级龚佩斯指导教师周晴摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。
然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。
本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。
关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on.Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。
一维纳米材料的制备方法和性质应用
一维纳米材料的制备方法和性质应用纳米材料（nano materalS是指尺寸处于1-110nm之间的材料，或者更广泛的说至少有一个维度处于纳米尺寸范围的材料。
一维纳米材料，指材料的空间尺寸在三维方向上有两维处于纳米尺度范围内，主要形貌包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带等。
一维纳米材料具有广阔的潜在应用前景,如高密度存储记忆元件、超微型纳米阵列激光器、新型电子器件带等;制备出的一维纳米材料对基础研究和应用研究具有重要意义；一维纳米材料的制备方法以及其在能量转化、激光器和传感器等方面的应用研究情况。
一维纳米材料的制备方法目前制备一维纳米材料包括纳米电缆的方法很多，比较有代表性的有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光溅射法、模板法。
（ 1 ）电弧放电法电弧放电法是制备纳米碳管最原始的方法,该方法也用于制备其它一维纳米材料。
在一个充有一定压力的惰性气体反应室中,装有一大一小两根石墨棒,其中面积大的为阴极，小的为阳极,两极间距为1 mm。
EbbesenT W在直流电流为100 A,电压18 V, Ar气压66650 Pa （500 Torr 的条件下进行实验。
在放电产物中获得了大量的纳米碳管。
（2）化学气相沉积法化学气相沉积法通常是指反应物经过化学反应和凝结过程,生产特定产物的方法。
Yang等将MgO与碳粉作为原材料，放入管式炉中部的石墨舟内，在高纯流动Ar气保护下将混合粉末加热到约1200C ,则生成的MgO蒸气被流动Ar气传输到远离混合粉末的纳米丝生长区，制备了定向排列的MgO纳米丝。
Zhang等将经过8h 热压的靶95%Si、5%Fe 置于石英管内,石英管的一端通入Ar气作为载气，另一端以恒定速率抽气，整个系统在1200E保温20h后，成功地制备了上百微米的Si 纳米线。
（3）激光溅射法（包括激光沉积法）激光溅射法也是制备一维纳米材料的重要方法。
激光溅射法所用的设备包括激光源、聚光镜、目标靶、管式炉、冷却环、真空泵和气流阀等几个部分组成。
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CVD法沉积的薄膜具有很好的阶梯覆盖性能，适用于在形状复
杂的基体表面沉积膜层，因而越来越受到重视。
为了克服是以TiCl4为反应物Cl对膜的污染，人们使用钛醇盐作 为原料来制备TiO2薄膜, 同时还可以显著地降低沉积温度, 提高 工艺的使用范围。
水热法是制备纳米材料的常用方法, 是用前驱体在高温、高压条
件下，在水介质中水解，直接转化为晶态纳米粒子。
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3）纳米多孔金属薄膜制备
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欠电位沉积(UPD)，氧化还原置换反应(RRR)
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纳米TiO2薄膜在光催化、太阳能电池、精细陶瓷、传感器等 领域的广泛应用, 引起众多材料学家的关注。 超细TiO2 粉末在应用时存在易团聚、难分离等问题，而将二 氧化钛粉体负载于固体材料的表面，即将TiO2 或其前驱体， 运用各种镀膜工艺涂覆在各种基材(如玻璃、陶瓷、铝材等) 表 面上，可以得到分散性较好的二氧化钛薄膜。
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CNT 薄膜
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镍-碳纳米管薄膜的电泳电镀方法示意图
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碳纳米管的SEM 图
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超声复合空气搅拌及复合电沉积技术
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2）纳米TiO2薄膜制备
溶胶- 凝胶法，以适宜的无机盐或有机盐为原料制备溶胶，把 溶胶涂覆在基材表面，经水解和缩聚反应等在基材表面胶凝 成膜，再经干燥、焙烧与烧结获得表面膜。
二十年来，众多研究小组对合成该种材料进行了尝试。迄今为 止，已有一系列的技术手段例如阴极电弧、直流与射频溅射、 热丝化学气相沉积、激光烧蚀沉积 (PLD)、等离子体辅助化学 气相沉积 (PCVD)等，被用来合成这种新型物质。 采用等离子体束沉积和活性源辅助PLD方法合成出同时含ββ和g薄膜的厚度、均匀度、晶型等工艺参数是影响二氧化钛 薄膜性能的主要因素，因此其制备工艺成为目前研究的热点 之一。
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多孔金属材料是指一种内部含有一定数量、尺寸的孔径，具有明显孔 隙特征的金属材料。
由于其独特的结构，多孔金属具有了一系列特殊的性能，如表观密度
低、比表面积大、可压缩性好等，这使得多孔金属材料在现代工业得
先进材料的制备及加工技术
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第三讲 一维纳米材料的制备
纳米线的制备
纳米柱的制备
碳纳米管制备
碳纳米管阵列制备
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第四讲 二维纳米材料制备
纳米薄膜简介
纳米薄膜制备技术
石墨烯及其制备
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1、纳米薄膜简介
典型的碳纳米管在溶液中易聚集成束，几乎不溶于任何溶剂，大大 限制了CNTs在各方面的应用。 近年来，人们利用表面活性剂的包裹作用或CNT 与大π共轭体系之 间的π- π相互作用，成功的将CNTs分散在不同溶剂包括水中。 经过化学反应修饰和各种官能化， 除能获得CNTs的分散液外，还 能增加其与基体的界面结合力，为CNTs的组装及表面反应提供了可 能，基于CNT分散液的诸多薄膜材料相继被成功开发。 由于具有优良的电子电导性、化学稳定性，以及高的比表面积等独 特的物理化学性能，CNT 薄膜可在化学催化、智能响应等领域得到 应用。
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2、纳米薄膜制备技术
CNT 薄膜的制备 纳米TiO2薄膜制备 纳米多孔金属薄膜制备 氮化碳纳米薄膜制备 纳米颗粒膜制备
静电纺丝法
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1）CNT 薄膜的制备
CNT薄膜的制备可分为两种途径：一种为干法，如通过经 典的化学气相沉积( CVD)技术实现CNT在不同衬底上的自 组织生长。 另外一种为湿法，主要是先把CNT分散在溶液中，再借助 于各种成膜技术获得表面平整的CNT薄膜。 湿法主要包括：溶液浇铸法、层-层吸附自组装法、 电泳沉 积法、 电化学沉积法、自组装成膜法( SAM ) 、浸渍涂布 法、 改性表面吸附法、过滤-转移法和LB技术等。
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液相沉积法( Liquid phase deposit ion, LPD) 是利用金属氟化物 盐的水解制备出相应的金属氧化物或氢氧化物。
液相沉积法制备薄膜需进行热处理促使TiO2晶化，而在热处理过 程中薄膜内的水分以及挥发性物质往往会导致薄膜表面龟裂。 微波辅助液相沉积法( Microwave liquid phase deposition, MWLPD) 是将整个液相沉积过程臵于微波辐射环境下，在较低温 度下实现TiO2由无定型向锐钛矿型的转化，不需要后续的煅烧处 理，从而避免了TiO2纳米薄膜的龟裂。
一般以Ti(OC4H9)4、TiCl4、TiOSO4为原料, 乙醇等为溶剂, HNO3、HCl、CH3COOH、NH4OH 等为催化剂。 可以用离心旋转法、浸渍提拉法、喷镀法在基材表面涂膜， 目前采用较多的是浸渍提拉法。
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近年来，随着对环境和能源的重视，染料敏化纳米晶TiO2薄膜的研究 也发展得很快。 TiO2薄膜的比表面积、粗糙度、膜厚等性质参数强烈地影响着太阳能 电池的光电性能。 丝网印刷技术制备薄膜时使胶体溶液在刮板的作用下通过网孔，均匀 的沉积到导电基底上，形成纳米 TiO2 胶体膜，大量制备时可用平面 印刷机进行操作。 该技术具有印刷膜层厚、对浆料适应性强、对承印物形状和尺寸适应 性广等特点，近年来备受关注。
到了广泛的应用 纳米材料的兴起与发展使得一类孔壁处于纳米尺度(指1到 100nm)的 金属多孔材料受到了广泛关注和研究，它集中了纳米材料和多孔材料
的优点，被称为纳米多孔金属材料。
由于贵金属价格昂贵，且资源稀少，提高其利用率以减少其载量对催 化剂的设计非常重要。
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氮化碳除了具备高硬度和高弹性外，还具有耐磨损、防腐蚀、 耐高温等优异性能，其耐高温和化学稳定性要大大优于金刚石， 在机械加工领域具有良好的应用前景。 它还具有宽能带间隙、高热导、光学非线性，是制造半导体和 光学器件的候选材料，也有可能是一种理想的场致发射材料。