纳米材料及其技术应用前景PPT课件

物
法
理 物理粉碎法
操作简单,成本较低,但易引进杂
方
通过机械粉碎,电火花等法制得纳米粒子。
质降低产品纯度，
法
机械合金法
利用高能球磨法，控制适当的条件，以制 得纳米材料。
颗粒分布也不均匀。
气相沉积法
利用挥发性金属化合物蒸气的化学反应来 合成所需物质。
原料精炼容易，产物纯度高，粒 度分布窄。
化学沉淀法
把沉淀剂加入到金属盐溶液中，反应后将 沉淀热处理。
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六、 我国在纳米材料领域所取得 的成果
七、世界纳米战略及纳米市场 八、纳米技术研究与开发的动向
与难点 九、我国“十五”“863”纳米专项规划
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一 纳米材料/纳米技术的定义
• 纳米材料：是指晶粒尺寸为纳米级(10-9
米)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子 簇，小于通常的微粒，一般为100-102nm。 它包括体积分数近似相等的两个部分： 一是直径为几个或几十个纳米的粒子， 二是粒子间的界面。
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纳米技术的研究内容：
创造和制备优异性能的纳米材料。 设计、制备各种纳米器件和装置。 探测和分析纳米区域的性质和现象。
生物科学技术、信息科学技术、纳米科学 技术是下一世纪内科学技术发展的主流。
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二、纳米材料发展历程
1860,胶体化学诞生，开始对粒径约1～100nm胶体粒子 进行研究。
• 1929,Kohlshuthe用金属作电极，在空气中进行弧光放
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四、纳米材料的合成技术
• （1）粒子纯度及表面的清洁度高（2）
粒子粒径及粒度分布可控（3）粒子几何 形状规一，晶相稳定性好（4）粉体无团 聚或团聚程度低。
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方法
制备
特点
用真空蒸发,激光,电弧高频感应等法使原
纯度高,结晶组织好,粒度可控,
蒸发冷凝 料气化或形成等离子体,然后骤冷使之凝结。
但技术设备要求高.
尖
上 的 四 百 支 排 列 整
的 无 痛 型 微 型 针
齐
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被囚禁冷却的原子和“原子激光”
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用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
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纳米碳管
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纳 米 陶 瓷
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纳米金属铜的超延展性
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三
纳米材料的特性
• 1、纳米材料的表面效应
• 纳米材料的表面效应是
指纳米粒子的表面原子 数与总原子数之比随粒 径的变小而急剧增大后 所引起的性质上变化。
同，提出Kubo效应。
• 1975,日本、法国、美国科学家利用NMRwk.baidu.comTEM、XRD对
纳米粒子进行研究。
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1984，Gleiter、Siegel利用原位加压成形得到纳米微晶块 体。 1 9 8 9 ， IBM 公 司 的 科 学 家 实 现 用 单 个 Xe 原 子 排 列 拼 写 出 “IBM”商标。 1990，在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议； 我国在中科院固体物理所召开首次纳米固体讨论会。 1991，Iijima制备出直径为4~10μm的多壁碳纳米管。 1992，我国首次把“纳米材料科学”列入“攀登计划”。 93－至今，纳米材料及其技术开始蓬勃发展。
•
表面原子数与粒径的关系
表面原子数相对于总原子数 比例（% ）
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
粒径（nm）
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2 纳米材料的体积效应
由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很 少。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子 的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通 常称之为体积效应。久保理论：认为相邻电子能 级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为：
δ=4EF/3N ∞ V-1 ∞ 1/d3 随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电 子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金 属导体将变为绝缘体。
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3 纳米材料的量子尺寸效应
当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子 费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并 且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分 子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使 得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸 效应。它将导致声、光、电、磁、热力学等特性 出现异常。如光吸收显著增加，超导相向正常相 转变，金属熔点降低，增强微波吸收等。
粒子的粒径小，分散性好，但操 作的要求高。
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纳米技术：纳米技术（纳米科学与技术的简称） 研究在0.1-100纳米尺度范围的物质世界，其实质 就是要操纵原子和分子,目的是直接用原子和分子 制造具有特定功能的产品。
纳米技术是由物理学、化学、生物学以及电子学 等各个学科交叉形成的新兴学科。包括：纳米材 料学；纳米电子学；纳米动力学；纳米生物学和 纳米药物学。
操作简单、易引进杂质，难制得 粒径小纳米粒子
化 水热合成法 学
高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成 粒子纯度高，分散性好，晶形好，
纳米粒子。
且大小可控。
方
利用金属醇盐在不同pH值的水解剂中水解 粒子纯度高，粒度小，粒度分布
法
溶胶凝胶
合成纳米粒子。
窄。
法
溶剂蒸发 法
把溶剂制成小滴后进行快速蒸发，合成纳 米粒子。
纳米材料及其技术应用前景
清华大学材料系
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一 纳米材料的定义 二 纳米材料的发展历程
三 纳米材料的特性 3.1 纳米材料的表面效应 3.2 纳米材料的体积效应 3.3 纳米材料的量子尺寸效应
四 纳米材料的合成方法 4.1 物理法 4. 2 化学反应法
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五 纳米材料的应用热点
5.1 纳米技术在陶瓷领域方面的应用 5.2 纳米技术在微电子领域方面的应用 5.3 纳米技术在生物工程方面的应用 5.4 纳米技术在环保领域方面的应用 5.5 纳米技术在分子组装方面的应用 5.6 纳米技术在国防工业领域方面的应用 5.7 纳米技术在其它领域方面的应用
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三个发展阶段：
第一阶段（1990年以前）：实验室探索制 备纳米颗粒粉体，合成块体。
第二阶段（1994年前）：设计合成纳米复 合材料。
第三阶段（从1994年～）：纳米组装体系、 人工组装合成的纳米结构。
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Fe原子排列成的汉字“原子”
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48个铜原子构成圆形，电子相互干涉形成干涉波
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放
在
指
电，制得金属氧化物溶胶。
• 1940,Ardeume首次利用TEM对金属氧化物的烟状物进行
观测和研究。
• 1945,Buk提出在低压惰性气体中获得金属超微颗粒的
蒸发方法。
• 1959,P.Feynman发表演讲，预言该类材料的特殊性能。 • 1962,R.Kubo发现金属超微粒子与块状物质的热性质不