《纳米材料基础与应用》第8章-纳米结构的制备与特性
纳米材料结构与性能
纳米材料结构与性能摘要纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。
纳米材料的应用前景十分广阔。
本文简要介绍了纳米材料在结构与性能方面的一些独特的性质，包括其物理效应以及物理化学性质。
关键字：纳米材料，效应，特性1.纳米材料纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100 nm)的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
一般零维纳米材料有纳米颗粒、量子点等，一维纳米材料有纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带等，二维纳米材料主要是纳米薄膜。
实际研究当中还有一些材料比如象介孔材料、多孔材料、以及具有特殊结构的材料，它们整体在三维方向都超过了纳米范围，但是它们都是有纳米材料构成，并且具有纳米材料的性质，因此由纳米材料组成的块体材料也属于纳米材料的范围[1]。
2.纳米材料的微观结构纳米级的颗粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，是一种典型的介观系统。
纳米晶粒内部的微观结构与粗晶材料基本相同，从结构上看，它是由两种组元构成的，即材料的体相组元晶体原子和界面组元晶界。
纳米材料突出的结构特征是晶界原子的比例很大，当晶粒尺寸为10 nm 时，一个金属纳米晶内的界面可达6×1025 m2，晶界原子达15% ~50%[2]。
目前很难用一个统一的模型来描述纳米晶界的微观结构，其原因在于纳米材料中的晶界结构相当复杂，若是常规材料，截面应该是一个完整的晶体结构，但对于纳米晶来说，由于晶粒尺寸小，界面组元在整个材料中所占的比例极大，晶界缺陷所占的体积比也相当大，尽管每个单独的分界面可能具有一个二维局部或局域的有序结构，但从一个局部界面到另一个局部界面的周期不同，由所有这样的界面原子组成的界面，其原子排列方式均不同。
简述纳米材料的制备及其性能表征
简述纳米材料的制备及其性能表征一、前言纳米技术是在0.1～100nm尺寸空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性的科学技术。
纳米微粒是指尺寸介于1～100nm之间的金属或半导体的细小微粒。
纳米微粒所具有的特殊结构层次赋予了它许多特殊的性质和功能，如表面效应，小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。
这一系列新颖的物理化学特性使它在众多领域，特别是光、电、磁、催化等方面有着重大的应用价值。
纳米材料是纳米科技的一个分支，它是纳米科技的一个分支，它是纳米技术发展的基础。
科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的控制，以制备符合各种预期功能的纳米材料。
纳米材料的制备方法有很多，制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。
二、纳米材料制备方法简述（一）传统的物理方法1.粉碎法粉碎法制备纳米材料属于物理方法，主要包括低温粉碎法，超声粉碎法，爆炸法，机械球磨法等，这些方法操作简单成本低，但产品纯度不高，颗粒分布不均匀，形状难以控制。
2.凝聚法凝聚法制备纳米材料也是属于一种物理方法，主要包括真空蒸发凝聚和等离子体蒸发凝聚（二）传统的化学法1.气相沉积法该法是利用挥发性金属化合物蒸气的化学反应来合成所需物质的方法，它的优点主要在于：①金属化合物原料具有挥发性，容易提纯，而且生成粉料不需进行粉碎，因而生成物纯度高；②生成颗粒的分散性好；③控制反应条件可以得到颗粒直径分布范围较窄的超微细粉；④容易控制气氛；⑤特别适合制备具有某些特别用途的碳、氮、硼化合物超细微粉。
2.化学沉淀法沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、直接沉淀法等，这些方法都是利用生成沉淀的液相反应来制取。
3.胶体化学法该法首先采用离子交换法、化学絮凝法、溶胶法制得透明的阳性金属氧化物的水溶胶，以阴离子表面活性剂进行处理，然后用有机溶剂冲洗制得有机溶胶，经脱水和减压蒸馏在低于所有表面活性剂热分解温度的条件下制得无定型球形纳米颗粒。
纳米材料的特性及制备
纳米材料的特性及制备摘要：1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下：一相任一维的尺寸达到100nm 以下的材料为纳米材料[1]。
因此，纳米材料是由尺度在1~100nm的微小颗粒组成的体系，由于独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。
美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。
由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。
本文将对纳米材料的特性及其制备进行简单介绍。
关键词：纳米材料；材料特性；制备方法；应用前景近十几年来，随着高尖端技术的快速发展，关于高性能新型纳米材料的开发促使人们对固体微粒的制备、结构、性质和应用前景进行了广泛深入的研究随着物质的超微化，纳米材料表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的四大效应小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，使得其具有传统材料所不具备的一系列优异的力、磁、电、光学和化学等宏观特性，从而使其作为一种新型材料在宇航、电子、冶金、化工、生物和医学领域展现出广阔的应用前景，因而使得纳米材料的研究成为当今世界材料科学、凝聚态物理、化学等领域中的一个热门课题[2-4]。
一、纳米材料的特性纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100nm 的粒子组成的新型材料。
由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，它具有常规粗晶材料不具备的特殊性能。
（一）小尺寸效应：当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射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；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如:光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等[5]。
纳米材料与技术-纳米结构与器件
第八章纳米结构与器件一、纳米结构概述二、人工纳米结构组装体系三、纳米结构和分子自组装体系四、厚膜模板合成纳米阵列五、介孔固体和介孔复合体六、MCM—41介孔分子筛七、单电子晶体管八、碳纳米管有序阵列体系的CVD合成一、纳米结构概述1. 定义纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新的体系。
该体系是当前从纳米材料领域派生出来的含有丰富科学内涵的一个重要分支科学。
2. 学科特点以原子为单元的有序排列，相对独立，有其自身的特点：①有许多奇特的理化现象和性质②与下一代量子结构器件密切相关3. 主要内容①纳米级物质单元：纳米微粒、团簇、人造超原子；纳米管、棒、丝、线、缆线、带状结构；纳米尺寸的空位、孔洞等②构筑过程中的驱动力：外因—人工纳米结构组装体系内因—纳米结构自组装体系；分子自组装体系。
4. 研究意义将对于纳米材料中的基本物理效应的认识不断引向深入①可研究单个纳米结构单元的行为、特性②可对纳米材料基元的表面进行控制，认识其间的耦合、协同效应可建立新原理，构筑纳米材料体系的理论框架，为自由利用纳米材料的理化特性、创造新的物质体系和量子器件打下基础。
二、人工纳米结构组装体系按人类的意志，利用物理、化学的方法，人为地将纳米尺度的物质单元按一定的规律组装、排列，构成一维、二维和三维的纳米阵列结构体系。
体系的特性①纳米微粒的特性：小尺寸、量子尺寸、表面效应等②组合后的新特性：量子耦合效应、协同效应等③可通过外场控制光、电、磁场操控体系的性能 纳米超微型器件 创造出新的物质体系：纳米结构、量子效应原理性器件等。
通过对纳米材料基本单元的行为、特性的研究、控制，可建立新的原理。
是纳米材料研究的前沿。
三、纳米结构和分子自组装体系1. 定义①纳米结构自组装体系是指通过弱的和较小方向性的非共价键（氢键、Van der Waals键和弱离子键）的协同作用把原子、离子或分子连接在一起，构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。
纳米材料的结构及其性能
纳米材料的结构及其性能摘要：介绍了纳米材料的基本概念，纳米材料基本组成单位，四个效应及相关纳米材料的性能。
关键词：纳米材料结构性能20世纪90年代，以前人们从未探索过的纳米物质（Nanostructured materials）一跃成为科学家十分关注的研究对象。
新奇的纳米材料刚刚诞生才几年，以其所具有的独特性和新的规律，如材料尺度上的超细微化而产生的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能，已引起世界各国科技界及各国政要的高度重视，使这一领域成为跨世界材料科学研究领域的"热点"。
1999年12月14日，美国总统科学和技术顾问委员会（PCAST）致函克林顿，极力推荐美国国家科学和技术委员会（NSTC）的提议，即从2001年度财政预算中开始实施"国家纳米技术推进计划"（National Nanotechnology Initiative--NNI）,引起克林顿的高度重视。
2000年1月2日，克林顿签发执行令，决定将NNI 列为美国科技领域最优先发展的计划，并在2000年度财政预案中专为此项计划追加2.25亿美元，与2000年度相比增加了84%。
美国政府这一举措引起了世界范围的广泛关注，新一轮科技竞争已经在或明或暗的气氛中形成，纳米或纳米技术背后隐藏着的巨大商机开始显现，有资料表明，1999年全球纳米技术的生产值达500亿美元，预计到2010年将达到14400亿美元。
1、纳米和纳米材料纳米是一种长度的量度单位，1纳米（nm）等于10-9米，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的10万分之一。
在英语里纳米用nano 表示，NANO一词源自拉丁前缀，矮小之意。
纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。
纳米材料（nanostructure materials或nanomaterials）是纳米级结构材料的简称。
【2017年整理】纳米材料与技术-纳米结构与器件
第八章纳米结构与器件一、纳米结构概述二、人工纳米结构组装体系三、纳米结构和分子自组装体系四、厚膜模板合成纳米阵列五、介孔固体和介孔复合体六、MCM—41介孔分子筛七、单电子晶体管八、碳纳米管有序阵列体系的CVD合成一、纳米结构概述1. 定义纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新的体系。
该体系是当前从纳米材料领域派生出来的含有丰富科学内涵的一个重要分支科学。
2. 学科特点以原子为单元的有序排列，相对独立，有其自身的特点：①有许多奇特的理化现象和性质②与下一代量子结构器件密切相关3. 主要内容①纳米级物质单元：纳米微粒、团簇、人造超原子；纳米管、棒、丝、线、缆线、带状结构；纳米尺寸的空位、孔洞等②构筑过程中的驱动力：外因—人工纳米结构组装体系内因—纳米结构自组装体系；分子自组装体系。
4. 研究意义将对于纳米材料中的基本物理效应的认识不断引向深入①可研究单个纳米结构单元的行为、特性②可对纳米材料基元的表面进行控制，认识其间的耦合、协同效应可建立新原理，构筑纳米材料体系的理论框架，为自由利用纳米材料的理化特性、创造新的物质体系和量子器件打下基础。
二、人工纳米结构组装体系按人类的意志，利用物理、化学的方法，人为地将纳米尺度的物质单元按一定的规律组装、排列，构成一维、二维和三维的纳米阵列结构体系。
体系的特性①纳米微粒的特性：小尺寸、量子尺寸、表面效应等②组合后的新特性：量子耦合效应、协同效应等③可通过外场控制光、电、磁场操控体系的性能 纳米超微型器件 创造出新的物质体系：纳米结构、量子效应原理性器件等。
通过对纳米材料基本单元的行为、特性的研究、控制，可建立新的原理。
是纳米材料研究的前沿。
三、纳米结构和分子自组装体系1. 定义①纳米结构自组装体系是指通过弱的和较小方向性的非共价键（氢键、V an der Waals键和弱离子键）的协同作用把原子、离子或分子连接在一起，构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。
纳米材料的制备、表征及其应用ppt课件
几种典型的粉碎技术： 球磨、振动球磨、振动 磨、搅拌磨、胶体磨、 纳米气流粉碎气流磨
.
24
物理方பைடு நூலகம்－构筑法
构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子
.
25
物理构筑－流动液面上真空蒸度法
.
26
.
***2*7
化学合成方法
化学法主要是“自下而上”的方法，即是通过适当 的化学反应（化学反应中物质之间的原子必然进行组排， 这种过程决定物质的存在状态），包括液相、气相和固 相反应，从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。化学法 包括气相反应法和液相反应法。
.
21
纳
粉碎法
干式粉碎 湿式粉碎
米
物理法
粒
子
纳
制
米
备
粒
方
子
构筑法
气体冷凝法 溅射法
氢电弧等离子体法
气相分解法
气相反应法 气相合成法
气－固反应法
法
制
共沉淀法
分 类
备 化学法
沉淀法 均相沉淀法
方 法
水热法 水解沉淀法
液相反应法 溶胶－凝胶法
冷冻干燥法
喷雾法
其它方法(如. 球磨法)
22
气相分解法
化学气相反应法气相合成法
(Science----1. February 2002)
18
Nano rings
JACS. 2005
19
Nano-flowers
中科院物理所先进材料与结构分析实验室李超 荣副研究员、张晓娜、表面物理国家重点实验 室曹则贤研究员通过应力自组装在无机体系 Ag/SiOx微米级的内核/壳层结构上成功地获 得了三角格子铺排和斐波纳契数花样。
纳米材料概论 第八章纳米材料的热学性能
第八章纳米材料的热学性能重点:纳米材料的热学性质及尺寸效应纳米晶体的熔化纳米晶体的热稳定性纳米晶体的点阵热力学性质纳米晶体的界面热力学重点材料的热性能是材料最重要的物理性能之一表现出一系列与块体材料明显不同的热学特性，如：比热容值升高热膨胀系数增大熔点降低纳米材料的热学性质与其晶粒尺寸直接相关Why?材料的热性能是材料最重要的物理性能之一8.1 纳米材料的热学性质及尺寸效应8.1.1纳米材料的热学性质纳米材料的熔点材料中分子、原子的运动行为决定材料的热性能当热载子（电子、声子及光子）的各种特征运动尺寸与材料尺度相当时，反映物质热性能的物性参数（如熔化温度、热容等）会体现出鲜明的尺寸依赖性。
特别是，低温下热载子的平均自由程将变长，使材料热学性质的尺寸效应更为明显。
8.1.2 纳米晶体的热容及特征温度热容是指材料分子或原子热运动的能量Q随温度T的变化率，与材料的结构密切相关。
在温度T时，材料的热容量C的表达式为：若加热过程中材料的体积不变，则测得的热容量为定容热容（CV）；若加热过程中材料的压强不变，则测得的为定压热容（CP）。
晶界的过剩体积ΔV其中，V和V分别为完整单晶体和晶界的体积。
在纳米材料中，很大一部分原子处于晶界上，界面原子的最近邻原子构型与晶粒内部原子的显著不同，使晶界相对于完整晶格存在一定的过剩体积热力学计算表明：纳米晶的热容随着晶界过剩体积的增加而增加，因而亦随着晶界能的增加而增加。
由于高比例晶界组元的贡献，纳米材料的比热容会比其粗晶材料的高。
注意区分：纳米材料定容热容与比热容的特点2、德拜特征温度由固体物理，德拜特征温度的定义为：ωm表征晶格振动的最高频率；kB为玻尔兹曼常数。
纳米晶体材料的德拜特征温度θnc相对于粗晶的θc的变化率Δθnc可由下式给出：目前，对于纳米晶体材料特征温度的减小还无确切解释。
但可见，晶格振动达到最高频率变得容易了。
8.1.3纳米晶体的热膨胀热膨胀是指材料的长度或体积在不加压力时随温度的升高而变大的现象。
第八章--纳米结构材料制备-2013年
图 电子束电子光学 系统
人工加工技术
2）离子束刻蚀
用具有一定能量的离子束轰击带 有掩模图形的固体表面，使不受 掩蔽的固体表面被刻蚀，从而将 掩模图形转移到固体表面的一种 微细加工技术。
离子束刻蚀有两种。一种是利用 惰性气体离子(如氩离子)在固体表 面产生的物理溅射作用来进行刻 蚀，一般即称为离子束刻蚀。另 一种是反应离子束刻蚀，即利用 反应离子(如氯或氟离子)和固体表 面材料的化学反应和物理溅射双 重作用来进行刻蚀。
图8.15 离子束刻蚀系统示意图
人工加工技术
离子束刻蚀的特点：
各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向刻 蚀。
良好的刻蚀选择性，即对作为掩模的抗蚀剂和 处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比 被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多，以保证刻蚀过 程中抗蚀剂掩蔽的有效性，不致发生因为过刻 蚀而损坏薄膜下面的其他材料
特点：纳米微粒在长程范围内具有一定排布规律；可以是 单层膜，也可以是多层膜。
（2）有序纳米阵列
高度取向的纳米结构阵列是以纳米颗粒、 纳米线、纳米管为基本单元，采用物理和 化学的方法在两维或三维空间内构筑的纳 米体系。
纳米线 阵列的 表示
纳米线 阵列的 构筑过
程
常见的金属及其合金纳米线阵列有Fe、Co、Ni、 Au、Pt、Pb、Cd、Bi、Cu、Si、B、CoPt、FePt、 CoCu、FeNi、FeCo、CoNi、PdNi、FeCoNi等，
8.2 纳米结构的性能及其应用
1、电学性能——电子散射效应、量子尺寸 效应
2、磁学性能——形状各向异性 3、光学性能——强光吸收、发光、非线性
光学特性 4、介孔材料应用
化工——分离、提纯、催化载体 生物——生物芯片、药物缓释 环保——催化 储能——储氢
材料学中的纳米结构设计与制备
材料学中的纳米结构设计与制备材料学是研究材料的性质、结构、制备及其在工业、生产、生活应用中的一门学科。
在材料学中，纳米结构设计与制备是近些年来备受关注的热点话题之一。
一、纳米结构的概念纳米是一个长度单位，指的是纳米米，即10的负9次方米。
而纳米结构指的是尺寸在10纳米以下的结构体系。
纳米结构因其独特的力学、光学、电学、磁学、化学等性质，具有普通材料所不具备的很多优异性能，因此纳米材料在生物医学、太阳能转化、信息处理等领域表现出了广泛的前景。
二、纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法可以分为物理法、化学法和生物法三类。
1. 物理法物理法是通过物理手段来制备纳米结构的方法，主要包括飘浮法、气相沉积法、离子束法、电泳法、等离子体法等。
这些方法可以使得实验者能够控制粒子、纳米线、纳米管等的形态、大小、结晶度，从而实现纳米结构的制备。
2. 化学法化学法是通过化学反应的方法来制备纳米结构，主要包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、微波法、水热法、流体法等。
这些方法能够在表面修饰、纳米结构的大量制备、材料功能化等方面发挥重要作用。
3. 生物法生物法是利用生物体、细胞、酶等生物材料制备纳米结构的方法，主要包括细胞生物学法、生物分子法、基因工程法等。
三、纳米结构的设计纳米结构的设计是指通过对纳米结构的组成元素、形态、尺寸进行理性设计，从而得到具有特定性能的纳米材料。
纳米结构的设计必须考虑到材料的联系、结构和功能三个方面。
1. 材料联系纳米材料的组成元素之间必须有良好的联系和互作，从而使得材料能够发挥出其独特的性能和优势。
在设计中，需要考虑纳米材料中各个元素之间的协作性、相互作用、生物相容性等因素。
2. 结构设计结构设计是指指定特定的结构形式以实现所需的性能。
结构形式可以通过对纳米结构的形态和尺寸的调控来实现。
例如，通过调整纳米材料的尺寸，可以实现纳米材料的柔韧性、导电率、光学性能等方面的优化。
3. 功能设计功能设计是指设计纳米材料的特定性能和用途。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纳米材料基础与应用
9
（3）介孔材料
介孔材料是一种孔径介于微孔（(孔径<2nm) ）与大 孔（孔径>50nmnm）之间的具有巨大表面积和三维 孔道结构的新型材料 。如纳米ZSM-5沸石、纳米TS-1 沸石、纳米silicalite-1沸石、纳米β沸石、纳米γ沸石、 纳米X沸石、纳米A沸石、纳米HS沸石等。
纳米材料基础与应用
4
举例
纳米材料基础与应用
5
8.1 纳米结构及其分类
8.1.2纳米结构分类
从结构形式上可分为：①一维纳米结构，包括 纳米丝，纳米管等；②二维纳米结构，包括纳 米有序薄膜，纳米丝、纳米管的阵列结构；③ 三维纳米结构，如纳米胶体晶体，纳米笼，纳 米花，纳米泡沫，纳米介孔结构等。
从纳米结构体系构筑过程中的驱动力是外因还 是内因分为两类：①自组装纳米结构；②人工 构筑纳米结构。
纳米材料基础与应用
6
（1）纳米结构薄膜
一般认为纳米结构薄膜是采用纳米微粒为基本单元(也可能以其 他有机物为骨架)进行组装或者在材料表面直接进行刻印等方法 形成的有序纳米薄膜。
特点：纳米微粒在长程范围内具有一定排布规律；可以是单层 膜，也可以是多层膜。 如图8.3
纳米材料基础与应用
7
（2）有序纳米阵列
纳米材料基础与应用
11
（3）介孔材料
硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则。硅系材料可用于催化， 分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。硅基介孔材料包括MCM 系列、SBA-n 系列、MSU 系列。
非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。非硅 系介孔材料的典型代表是人造纳米沸石。
注：MCM 系列（Mobil Composition of Matter），是Mobil 公 司的研究人员开发的系列分子筛，其硅基介孔分子筛部分，即41S 系列， 包括：MCM41（Hexagonal），MCM48（Cubic），MCM50 （Lamellar）
SBA-n 系列（Santa Barbara USA），是加州大学Stucky 等人研 制的系列介孔分子筛，硅基产物包括：SBA-1（Cubic）、SBA-2 （3-D Hexagonal）、SBA-3（2-D Hexagonal）、SBA-15 （2-D Hexagonal）
纳米材料基础与应用
第8章 纳米结构的制备与特性
【本章教学要点】
知识要点
掌握程度
相关知识
纳米结构材料
掌握纳米结构材料的类型 及其结构特点
纳米结构材料的性能 纳米结构材料的制备
了解纳米结构材料的物理 化学特性及其应用领 域
掌握纳米结构材料的制备 方法（软模板法、硬 模板法）及工艺流程
纳米结构类型，纳米纤维、纳米结 构薄膜、纳米阵列，纳米介孔 材料
纳米薄膜(Nano-thin film)，纳米阵列(Nano-array)及 介孔结构（mesoporous-structured materials ）， 其他还有很多不常见的纳米结构，如纳米笼 (Nanocages)、纳米纤维(Nanofiber)、纳米花 (Nanoflower)、纳米泡沫(Nanofoam)、纳米网 (Nanomesh)，纳米针膜(Nanopin film)，纳米环 (Nanoring)、纳米壳(Nanoshell)、纳米线 (nanowires)等，其形貌如图8.2。
纳米材料基础与应用
10
（3）介孔材料
无序介孔材料中的孔型，形状复杂、不规则并且互为连通。 有序介孔材料是以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用
溶胶—凝胶工艺，通过有机物—无机物界面间的定向作用，组 装成孔径在2nm~30nm之间孔径分布窄且有规则孔道结构的 无机多孔材料，包括 MCM-41(六方相)、MCM-48(立方相)和 MCM-50(层状机构)，如图8.6。
高度取向的纳米结构阵列是以纳米颗粒、纳 米线、纳米管为基本单元，采用物理和化学 的方法在两维或三维空间内构筑的纳米体系。
纳米线 阵列的 表示
纳米线 阵列的 构筑过
程
纳米材料基础与应用
8
举例
常见的金属及其合金纳米线阵列有Fe、Co、Ni、 Au、Pt、Pb、Cd、Bi、Cu、Si、B、CoPt、FePt、 CoCu、FeNi、FeCo、CoNi、PdNi、FeCoNi等， 无机化合物纳米线阵列有ZnO、SnO2、TiO2、 Cu2O、SiO2、MnO2、WO3、V2O5、GeO2、 In2O3、Fe2O3、PbTiO3、BiFeO3、CoFe2O4、 ITO、AZO、Si3N4、SiC、MoS2等，半导体纳 米线阵列有Si、ZnS、InP、FeS、CdS、CdSe、 GaN、AlN、InN等，聚合物纳米线阵列有聚吡咯、 聚苯胺、聚三甲基噻吩等。此外还有纳米碳管阵列。
纳米结构的制备
人工加工技术 、自组装 、模板法 等
纳米材料基础与应用
3
8.1 纳米结构及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分类
8.1.1纳米结构（nano-structured materials）
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定的规 律构筑或营造的一种新体系。基本构筑单元包括纳米微 粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米丝和纳米尺寸的孔 洞等。
纳米阵列的电、磁，光学性能及其 应用
纳米加工技术，自组装技术，模板 合成技术
介孔材料的制备
掌握介孔材料的制备机理，
了解介孔材料的合成 纳米介孔结构的特点、介孔形成机
方法及其工艺路线
理
纳米材料基础与应用
2
目录
纳米结构及其分类
纳米结构的概念、纳米结构薄膜 、有序纳米阵 列 、介孔结构
纳米结构的性能及其应用
MSU 系列（Michigan State University），是由密歇根大学 Pinnavaia 等人研制的系列介孔分子筛，其中MSU-X（MSU-1、 MSU-2、MSU-3）为六方介孔结构，有序程度较低，XRD 谱图的小 角区仅有一个宽峰。MSU-V、MSU-G具有层状结构的囊泡结构 （Multilamellar Vesicles）；
特点：通常介孔材料具有孔径分布窄，介孔形状多样， 孔径尺寸在较宽范围(2nm~50nm)可调，孔壁组成和 性质可调控；较大的比表面积和孔道体积；孔道结构有 序度高；此外还可通过优化合成条件得到高热稳定性和 水热稳定性。
分类：按照孔的有序程度，介孔材料可以分为无序介孔 材料和有序介孔材料。按照化学组成分，介孔材料主要 有硅系和非硅系两大类。