纳米微粒的化学特性
纳米粉体材料
纳米粉体材料简介纳米材料分为纳米粉体材料、纳米固体材料、纳米组装体系三类。
纳米粉体材料是纳米材料中最基本的一类。
纳米固体是由分体材料聚集，组合而成。
而纳米组装体系则是纳米粉体材料的变形。
纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子，有人称它是超微粒子。
它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒。
按照它的尺寸计算，假设每个原子尺寸为1埃，那么它所含原子数在1000个-10亿个之间。
它小于一般生物细胞，和病毒的尺寸相当。
细微颗粒一般不具有量子效应，而纳米颗粒具有量子效应；一般原子团簇具有量子效应和幻数效应，而纳米颗粒不具有幻数效应。
纳米颗粒的形态有球形、板状、棒状、角状、海绵状等，制成纳米颗粒的成分可以是金属，可以是氧化物，还可以是其他各种化合物。
纳米粉体材料的基本性质它的性质与以下几个效应有很大的关系：（1）.小尺寸效应随着颗粒的量变，当纳米颗粒的尺寸与光波、传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸特征相当或更小时，周期边界性条件将被破坏，声、光、电、磁、热、力等特性均会出现质变。
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化成为小尺寸效应。
（2）.表面与界面效应纳米微粒尺寸小、表面大、位于表面的原子占相当大的比例。
由于纳米粒径的减小，最终会引起表面原子活性增大，从而不但引起纳米粒子表面原子输送和构型的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。
以上的这些性质被称为“表面与界面效应”。
（3）量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变成离散能级的现象成为量子尺寸效应。
具体从各方面说来有以下特性：（1）热学特性纳米微粒的熔点，烧结温度比常规粉体要低得多。
这是由于表面与界面效应引起的。
比如：大块的pb的熔点600k，而20nm球形pb微粒熔点降低288k，纳米Ag微粒在低于373k时开始融化，常规Ag的熔点远高于1173k。
还有，纳米TiO2在773k加热出现明显致密化，而大晶粒样品要出现同样的致密化需要再升温873k才能达到，这和烧结温度有很大关系。
1.3纳米微粒的物理特性
隐身：就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。
隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂上 红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通过 发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测飞 机的。
3、原因
（1）粒子的表面能和表面张力随粒径的减小而 增加
（2）纳米微粒的比表面积大 （3）由于表面原子的最近邻数低于体内而导致
非键电子对的排斥力降低
必然引起颗粒内部特别是表面层晶格的畸变。
例：有人用EXAFS技术研究Cu、Ni原子团发 现，随粒径减小，原子间距减小。Staduik等 人用X射线分析表明，5nm的Ni微粒点阵收缩 约为2.4%。
四、 纳米微粒的光学性质
背景：纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物 理的特征量相差不多。当纳米粒子的粒径与超 导相干波长、玻尔半径以及电子的德布罗意波 长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显著。 与此同时，大的比表面使处于表面态的原子、 电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有 很大的差别，这种表面效应和量子尺寸效应对 纳米微粒的光学特性有很大的影响，甚至使纳 米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的 新的光学特性。主要表现为以下几方面。
2．蓝移现象
与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在 “蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。
例：纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸 收频率分别是814cm-1和794cm-l。纳米颗粒 的红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm-1。纳 米氮化硅颗粒和大块Si3N4固体的峰值红外吸收 频率分别为949cm-l和935cm-l，纳米氮化硅 颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了14cm-1。
有机高分子／无机物杂化纳米材料
纳米粒子具有量子尺寸效应，其吸收光谱随粒经的减 小而发生蓝移．量子效应，隧道效应是未来微电子器 件的基础．
以上特点决定了纳米组装体具有高密度，多功 能，高集成度，高存储密度，协调和协同效应， 且材料透明，可用于光学通讯．
三．利用单体R’Si(OR)3,R’是可在光照 或加热情况下聚合的基团。例如：光聚 合或热聚合得到的带三乙氧基硅烷的聚 合物与TEOS、H2O反应，得到有机聚合 物在二氧化硅基体中。
5.5预聚体杂化
预聚体带有较小的无机网络，端基带有可聚合的基团， 聚合得到有机－无机杂化材料。例子。P288
6嵌段共聚物杂化 两嵌段共聚物组成变化引起的形态变化有：球形、圆
有机小分子 有机高分子
○ ＋ 有机无机互穿网络
无机小分子无机高分子
5.2分子内自杂化
由一种反应物（含亲水基团），水解缩合后生 成带可聚合基团的产物。例子。P287
3大分子混合杂化 ○ 大分子与大分子的杂化，若是简单混合，
ΔS混合≈0，只有当ΔH混合<0，即混合过程放 热， ΔG混合<0才能实现，而这样的体系很 少．大分子与大分子的杂化不能依靠简单混合 实现，而要用反应杂化来实现．
单击添加副标题
有机高分 子／无机 物杂化纳
米材料
2023
杂化材料是从二十世纪八十年代末开始 迅速发展的多学科交叉的材料．
1.无机材料，有机高分子材料及生物物质的特点
无机材料： 结构材料（高强度，高刚性，高硬度）； 光，电，磁等功能材料（光谱谱线较窄）； 性能长期稳定，使用寿命长； 加工成型较难（高温烧结，冶炼，晶体培养等加工成型方法）．
有机高分子材料： 易于成型加工； 某些高分子材料可作结构材料（较高的强度，刚
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
2013年纳米知识竞赛复赛题库
选择题：1.纳米尺度物质的重要工具（A）A扫描隧道显微镜 B.扫描探针显微镜C.显微镜纳米丝微创术D.纳米探针2．1999＿＿＿教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。
（ D ）Ａ．清华大学Ｂ．复旦大学Ｃ．香港大学Ｄ．北京大学3. 以下哪个不是纳米级测量技术？（B）A.纳米级精度的尺寸的测量B.纳米尺度物质的测量.C.纳米级精度的尺寸的测量D.纳米级表面形貌的测量4.以下哪种不是纳米位移的测量方法？（C）A．机械测量法B.电学测量法C.纳米探针法D.光学测量法5.（A）年IBM公司苏黎世研究实验室的宾尼和罗雷尔发明了扫描隧道显微镜简称STM，使得人类首次在大气及常温下条件观察到了原子，为纳米科技的发展奠定了基础。
A.1981B.1982C.1983D.19846.1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“ (A )”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地.Ａ．中国Ｂ．中华Ｃ．九州Ｄ．神州7.以下哪个不是纳米技术的应用范围？（D）A．医药与健康B.国际贸易与竞争C.电子及计算技术D.生活用品8.以下哪个不是纳米技术的应用范围？（A）A．生物转基因B.材料及加工C.国防D.环境与能源9.（A）研究细胞内部，细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。
A．纳米生物学B．纳米化学C.纳米物理学D.纳米物质学10.纳米器件是指器件的（B）在纳米范围内的器件，其空间尺度介于微观体系（分子和原子）和宏观体系（如块体）之间。
A．大小 B．特征尺寸 C.形态D.体积11．纳米多孔碳的分类：微孔材料<2nm,（A） 2nm~50nm,大孔材料50nm>。
A．介孔材料B.中孔材料C.宏孔材料D.空孔材料12. 1977年，MIT的（D）提出从模拟活细胞中生物分子的人工类似物出发可以组装和排布原子，并称之为纳米技术——NanoTechnology。
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20nm18nm11nm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。
7nm27nm 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。
纳米材料物理化学性质
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
第四章纳米微粒的化学特性
牛顿流体:剪切应力τ与剪切速率 成正比得 流体。
黏度η:就是流体内部抵抗流动得阻力,用对流 体得剪切应力与剪切速率之比表示。
基本概念
§4、3流变学
非牛顿流体:包括假塑性流体、塑性流体和 胀流体。假塑性流体和塑性流体都属于剪 切变稀得流体,但塑性流体具有屈服值。胀 流体 属于剪切变稠得流体。
图4、6 流体得行为
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
9
§4、1吸附
4.1.2电解质吸附
上述两层构成双电层。 双电层中电位分布可用 一表示式来表明,例如把Cu离子—黏土粒子之间 吸附当作强电解质吸附来计算,以粒子表面为原点, 在溶液中任意距离ｘ得电位可用下式表示:
Z为原子价,NＡ为阿伏伽德罗常数, C为强电解质得摩尔浓度 ,k 表示双电层得扩展程度、1/ k称为双电层得厚度、由式看出, 1/ k反比于Z和C1/2,这表明高价离子、高电解质浓度下,双电层很 薄。
第四章纳米微粒的化学特性
§4、1吸附
吸附的概念
吸附就是相接触得不同相之间产生得结合现 象
吸附的分类
物理吸附 吸附剂与吸附相之间就是以范德
瓦耳斯力之类较弱得物理力结合
化学吸附 吸附剂与吸附相之间就是以化学键
强结合
§4、1吸附
纳米微粒吸附性特点
1、纳米微粒由于有大得比表面和表面原子配 位不足,与相同材质得大块材料相比较,有较强得 吸附性。
pH高时,粒子表面形成M—Ｏ键,使粒 子表面带负电。
pH值处于中间值,则纳米氧化物表面 形成M—ＯＨ键,粒子呈电中性。
§4、2纳米微粒得分散和团聚
4.2.1分散
一、面临得问题
在纳米微粒制备过程中,纳米微粒表 面得活性使她们很容易团聚在一起从而形 成带有若干弱连接界面得尺寸较大得团聚 体,这给纳米微粒得收集带来很大得困难。
纳米材料与技术-纳米微粒的基本特性
第三章纳米微粒的基本特性一、纳米微粒的结构二、纳米微粒的基本特性热学、磁学、光学、动力学、表面活性、光催化性能一、纳米微粒的结构纳米态：物质的第?态！区别于固、液、气态，也区别于“等离子体态”（物质第四态）、地球内部的超高温、超高压态（物质第五态），与“超导态”、“超流态”也不同。
纳米态的物质一般是球形的。
物质在球形的时候，在等体积的条件下，它的界面最小、能量最低、自组织性最强、对称性也最高，有着很好的强关联性。
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体、十面体、二十面体等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。
在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态。
尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。
纳米微粒一般为球形或类球形，可能还具有其他各种形状（与制备方法有关）。
纳米微粒的结构一般与大颗粒的相同，内部的原子排列比较整齐，但有时也会出现很大的差别：高表面能引起表层(甚至内部)晶格畸变。
二、纳米微粒的基本特性1. 纳米微粒的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的；超细微化后发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
➢大块Pb的熔点为600K，而20nm的的球形Pb微粒熔点降低288K。
➢ Ag的熔点：常规粗晶粒为960︒C；纳米Ag粉为100︒C ➢ Cu的熔点：粗晶粒为1053︒C；粒度40nm时为750︒C纳米微粒的熔点降低：由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全、活性大，因此纳米粒子熔化时所需增加的内能比块体材料小得多，使纳米微粒的熔点急剧下降。
✍应用：降低烧结温度。
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
化学中的纳米颗粒研究
化学中的纳米颗粒研究纳米颗粒是近年来化学领域的一个研究热点。
随着人们对纳米材料的认识不断深入，纳米颗粒的应用也越来越广泛。
在本文中，我们将重点探讨纳米颗粒在化学中的研究进展。
一、纳米颗粒的基本性质首先，让我们来了解一下纳米颗粒的基本性质。
纳米颗粒是一种尺寸在1-100纳米之间的微粒，实际上这个尺寸范围只是参考值，国际标准组织将纳米定义为尺寸在1-1000纳米之间的物质。
纳米颗粒的异于传统颗粒的关键在于其尺寸。
由于纳米颗粒的尺寸很小，因此其表面积相对于体积来说非常大，其它的物理和化学性质也是因为这个原因产生了非常大的变化。
纳米颗粒的表面活性增强，与其它物质之间的相互作用更加复杂，具有一定的量子效应和容积效应。
二、纳米颗粒的制备方法纳米颗粒的制备方法非常多样化。
下面就介绍几种常用的制备方法。
1. 气相合成法：气相合成法又称为气相沉积法，是一种通过对金属、无机化合物、有机化合物等材料的热解生成气体和颗粒两种物质，再通过一定的装置将颗粒沉积在基体表面上的方法。
2. 溶剂热法：溶剂热法是通过在无水有机溶剂中混合金属盐，产生物化反应制备纳米颗粒，它的优点在于方法简单、操作方便，可以得到单分散的纳米颗粒。
3. 电化学合成法：电化学合成法是通过向溶液中加入离子并施加电压，促使阳极和阴极上的离子产生氧化还原反应，从而沉积纳米颗粒在目标材料或电极上的方法。
这种方法制备的纳米颗粒得到了广泛的应用。
三、纳米颗粒的应用目前，纳米颗粒在很多领域得到了广泛的应用。
下面简要介绍其主要应用领域：1. 生物医学领域：纳米颗粒的尺寸在细胞、DNA、蛋白质等生物体系的尺寸范围内，可以作为一种无毒、可靠的药物靶向载体，具有在癌症诊断和治疗方面的巨大潜力。
2. 新材料领域：纳米材料是新一代的先进材料。
纳米颗粒在材料界面处的大量存在，特定的物理化学性质使其在制备新材料过程中发挥重要作用。
3. 环境污染处理领域：纳米颗粒因其比表面积大、反应活性强等特性，在环境污染处理、水质净化、大气治理、土壤修复等领域也具有巨大的应用前景。
纳米材料的种类和性质
纳米材料的种类和性质摘要：本文简述了纳米材料的基本概念、种类和性质。
关键词：纳米材料；概念；性质；种类正文：1纳米材料概念：从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。
因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
2纳米材料种类：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。
其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。
2.1纳米粉末：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。
可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电子封装材料；光电子材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。
纳米材料有哪四个特性
纳米材料有哪四个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
纳米材料的基本特性由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。
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的变化。
随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。
当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。
由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、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。
纳米材料的特性与其在化学化工的应用
纳米材料的特性与其在化学化工的应用关键词:纳米材料；特殊性质；化学化工；应用摘要：纳米科技的发展，将促进人类对客观世界认知的革命。
人类在宏观和微观理论充分完善之后，在介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头。
纳米科技也将促进传统科技“旧貌换新颜”。
它的巨大影响还在于使纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。
该领域可大致包括纳米材料学、纳米化学、纳米计量学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米力学等7个新生学科，这里主要介绍纳米材料的特性与其在化工领域中的几种应用。
正文纳米材料（又称超细微粒材料、超细粉末）是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单元构成的材料，纳米材料处在原子簇和宏观物体交界过渡区域，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子，显示出许多奇异的特性。
一．纳米材料的特性纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子百分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，晶界原子达15%～50%，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊性质。
所有的纳米材料具有三个共同的结构特点：即纳米尺度结构单元、大量的界面或自由表面以及纳米单元之间存在着强或弱的交互作用。
●表面效应表面效应是指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。
●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- 1 - / 8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、热力学等物性呈现新的效应，称为小尺寸效应。
●量子尺寸效应当粒子尺寸下降到接近或小于某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续态变为离散能级态的现象和纳米半导体微粒存在能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
第二章-纳米微粒的物理化学性质-2012
1990年，日本佳能研究中心的Tabagi发现，粒径小 于6nm的硅在室温下可以发射可见光．
(4)纳米微粒的发光
图示为室温下，紫外光激发引起的纳米硅的发光谱．可以看 出，随粒径减小，发射带强度增强并移向短波方向．当粒径 大于6nm时，这种光发射现象消失．
(4)纳米微粒的发光
Tabagi认为，硅纳米微粒 的发光是载流子的量子限 域效应引起的．
(5)纳米微粒分散物系的光学性质
(i)散射光强度(即乳光强度)与粒子的体积平方成正比．对低分子 真溶液分子体积很小，虽有乳光，但很微弱．悬浮体的粒子大 于可见光，故没有乳光，只有反射光，只有纳米胶体粒子形成 的溶胶才能产生丁达尔效应． (ii)乳光强度与入射光的波长的四次方成反比，故人射光的波长愈 短，散射愈强．例如照射在溶胶上的是白光，则其中蓝光与紫 光的散射较强．故白光照射溶胶时，侧面的散射光呈现淡蓝色， 而透射光呈现橙红色．
(iii)散相与分散介质的折射率相差愈大，粒子的散射光愈强．所以 对分散相和介质问没有亲和力或只有很弱亲和力的溶胶 (憎液 溶胶)，由于分散相与分散介质间有明显界限，两者折射率相差 很大，乳光很强，丁达尔效应很明显．
(iV)乳光强度与单位体积内胶体粒子数N成正比。
2.2.3
纳米微粒的电学性能
1.纳米晶金属的电导
4
下图为金的熔点与金纳米粒子的尺度关系图。随金粒 子尺寸的减小，熔点降低。金的常规熔点为1064℃， 当颗粒尺寸减小到2nm时，熔点仅为500℃左右。
纳米材料基础与应用
5
表2-2
物质种类
几种材料在不同尺度大小下的熔点
颗粒尺寸：直径(nm)或 总原子数(个) 熔 点(K)
金(Au)
锡(Sn) 铅(Pb) 硫化镉 (CdS)
纳米材料的特殊性质
纳米材料的光学性质
激子的分类：
1) 弱束缚激子，亦称Wannier激子。此类激子的电子与空穴之间的 束缚比较弱，表现为束缚能小，电子与空穴间的平均距离远大于原 子间距。大多数半导体材料中的激子属于弱束缚激子。
2) 紧束缚激子，亦称Frenkel激子。与弱束缚激子情况相反，其电 子与空穴的束缚能较大。离子晶体中的激子多属于紧束缚激子。
常 规 Si3N4 的 烧 结 温 度 高 于 2273K ， 纳 米 Si3N4 的 烧 结 温 度 降低673～773K。
纳米材料的热学性质
3、非晶纳米微粒的晶化 温度低于常规粉体
传统非晶氮化硅在1793K 晶化成相，纳米非晶氮化硅 微粒在1673K加热4h全部转变 成相。纳米微粒开始长大温 度随粒径的减小而降低。右图 表 明 8nm ， 15nm 和 35nm 粒 径 的 Al2O3 粒 子 快 速 长 大 的 开 始 湿 度 分 别 为 ～ 1073K ， ～ 1273K和1423K。
块体半导体与半导体 纳米晶的能带示意图
纳米材料的光学性质
2) 表面效应：纳米颗粒大 的表面张力使晶格畸变， 晶格常数变小。对纳米氧 化物和氮化物的研究表明， 第一近邻和第二近邻的距 离变短，键长的缩短导致 纳米颗粒的键本征振动频 率增大，结果使红外吸收 带移向高波数。
CdSe纳米颗粒的吸收光谱蓝移现象 A.P.Alivisatos, J. Phys. Chem. 100, 13227 (1996)
通常认为，红移和蓝移两种因素共同发挥作用，结果视孰 强而定。随着粒径的减小，量子尺寸效应会导致吸收带的蓝移； 但是粒径减小的同时，颗粒内部的内应力会增加，而导致能带 结构的变化，电子波函数重叠加大，结果带隙、能级间距变窄， 从而引起红移。
纳米结构和纳米材料 第2章 纳米微粒的结构与物理和化学特性
超顺磁状态的起源可归为以下原 因：在小尺寸下，当各向异性能减小到
与热运动能可相比拟时，磁化方向就不 再固定在一个易磁化方向，易磁化方向 作无规律的变，结果导致超顺磁性的 出现。不同种类的纳米磁性微粒显现超 顺磁的临界尺寸是不同的。
（2） 矫顽力
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Hc
金纳米颗粒的粒径与熔点的关系
烧结温度－粉末高压成型后，在低于熔点的温 度下使粉末成块，密度接近于常规材料的最低 加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的 界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为运 动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位 团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达 到致密化的目的，即烧结温度降低。
（4） 磁化率
纳米金属的磁化率是常规金属的20倍。
（5） 比饱和磁化强度
纳米金属Fe（8nm）饱和磁化强度比常规 α- Fe低40％，纳米Fe的比饱和磁化强度 随着粒径的减小而下降。
室温比饱和磁化强度σs与平均 粒径 d 的关系（Fe）
3） 光学性能
纳米粒子的一个重要的标志是尺寸与物理 的特征量相差不多，例如，当纳米粒子的粒径 与超导相干波长、玻尔半径以及电子的德布罗 意波长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显 著。与此同时，大的比表面使处于表面态的原 子，电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行 为有很大的差别，这种表面效应和量子尺寸效 应对纳米微粒的光学特性有很大的影响。
铁纳米微粒矫顽力与颗粒粒径 和温度的关系
（3） 居里温度
居里温度Tc是物质磁性的重要参数。 实验表明：随着铁磁薄膜厚度的减小， 居里温度下降，对于纳米微粒，由于小 尺寸效应和表面效应而导致纳米粒子的 本征和内禀的磁性变化，因此具有较低 的居里温度。
纳米微粒的结构与物理化学特性
纳米微粒由于其尺寸较小，对光的吸收、散射和荧光等性质产生显著影响。例如，纳米微粒可以增强 散射效果，提高散射光的强度；同时，某些纳米微粒还具有荧光性质，可以用于生物成像和传感等领 域。
03
纳米微粒的化学特性
化学反应活性
总结词
纳米微粒的化学反应活性与其尺寸和表面原子比例密切相关，表现出独特的反应速度和 选择性。
详细描述
当纳米微粒的尺寸减小到一定程度时，电子波函数开始重叠，导致能级间距增大 ，表现出与宏观物体不同的光学、电学等性质。例如，随着纳米微粒尺寸的减小 ，其吸收光谱发生红移现象。
表面效应
总结词
纳米微粒表面原子比例较高，导致表面原子排列不规整，产 生表面能，影响其稳定性。
详细描述
由于纳米微粒尺寸较小，表面原子比例较高，使得表面原子 排列不规整，产生较高的表面能。这种表面效应使得纳米微 粒具有较高的化学活性，容易与其他物质发生反应。
风险评估与管理
进行全面的纳米微粒风险 评估，制定相应的管理措 施，降低潜在的安全风险 。
THANKS
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药物传递与控释
纳米微粒可以作为药物载体，实现药物的靶向传递和控释 ，提高药物的疗效和降低副作用。
要点二
生物成像与诊断
纳米微粒可以作为荧光标记物或磁共振成像剂，用于生物 成像和疾病诊断。
06
纳米微粒的安全与环境影响
纳米微粒的生物安全性
生物相容性
01
纳米微粒在体内应具有良好的生物相容性，不会引起严重的免
详细描述
随着尺寸的减小，纳米微粒的表面原子比例增加，这使得表面原子更加活化，提高了纳 米微粒的化学反应活性。这种活化作用使得纳米微粒在催化、合成和降解等化学反应中
紫外吸收峰和粒径的关系
紫外吸收峰和粒径的关系引言紫外吸收峰是一种常用的分析技术，可以用于确定物质的化学成分和物理性质。
在纳米颗粒研究中，研究人员发现，纳米颗粒的粒径与紫外吸收峰之间存在一定的关系。
本文将探讨纳米颗粒的粒径对其紫外吸收峰特性的影响。
体系结构与颗粒特性在研究纳米颗粒的紫外吸收峰和粒径的关系之前，我们首先要了解纳米颗粒的体系结构和其特性。
纳米颗粒是指尺寸在1-100纳米的微粒，具有特殊的物理和化学性质。
其结构可以是单晶、多晶或非晶态。
紫外吸收原理紫外吸收是指物质在紫外光波段能量得到吸收而出现吸收峰的现象。
物质分子在吸收紫外光时，电子会跃迁到较高的能级，这种跃迁所需要的能量对应着特定的波长。
不同的物质具有不同的吸收特性，可以通过测量样品在紫外光波段的吸光度并绘制吸收光谱图来研究其紫外吸收峰特性。
紫外吸收峰和粒径的关系纳米颗粒的粒径对其紫外吸收峰特性有一定的影响。
以下是纳米颗粒粒径变化与紫外吸收峰变化之间的关系：1. 纳米颗粒粒径较小当纳米颗粒的粒径较小时，其表面积较大，相对体积较小。
在这种情况下，纳米颗粒会表现出较高的表面能量，导致其紫外吸收峰向紫外光短波长方向移动。
这是因为较小的粒径意味着较高的表面/体积比，使得更多的分子位于颗粒表面，从而增加了吸收所需的能量。
2. 纳米颗粒粒径较大当纳米颗粒的粒径较大时，其表面积相对较小，相对体积较大。
在这种情况下，纳米颗粒会表现出较低的表面能量，导致其紫外吸收峰向紫外光长波长方向移动。
这是因为较大的粒径意味着较低的表面/体积比，导致较少的分子位于颗粒表面，吸收能量较少。
影响因素除了粒径大小外，还有其他因素可能会影响纳米颗粒的紫外吸收峰特性：1. 材料的光学性质不同的材料具有不同的光学性质，包括能带结构、吸收边缘和带隙。
这些性质可以影响材料的紫外吸收峰位置和强度。
2. 表面修饰纳米颗粒的表面修饰可以调控其光学性质。
例如，通过表面修饰可以改变纳米颗粒的表面等离子体共振频率，从而调整其紫外吸收峰的位置和强度。
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小，结果在整个吸附层中产生电位下降梯 度．上述两层构成双电层．
2 纳米微粒的分散与团聚
2．1 分散
在纳米微粒制备过程中．如何收集是一个关 键问题，纳米微粒表面的活性使它们很容易团聚 在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大 的团聚体．这给纳米微粒的收集带来很大的困 难．
第五章 纳米微粒的化学特性
1.吸 附
吸附是相接触的不同相之间产生的结合现 象．吸附可分成两类，
一是物理吸附，吸附剂与吸附相之间是以范德瓦 耳斯力之类较弱的物理力结合；
二是化学吸附，吸附剂与吸附相之间是以化学键 强结合．
纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位不 足．与相同材质的大块材料相比较，有较强的 吸附性．
界面活性剂的选用主要是让相应的磁性 微粒能稳定地悬浮在载液中，这对制备 磁液来说是至关重要的，它关系到磁液 是否可以制成，其稳定性是否合要求 等．一般可供应用的界面活性剂见表 4．1．
磁 性 微 粒 可 以 是 ： Fe3O4，γ-Fe2O3、 单 一 或 复 合铁氧体、纯铁粉、纯钴粉、铁-钴合金粉、稀 土水磁粉等，目前常用Fe3O4粉．
(2)加表(界)面活性剂包裹微粒
为了防止分散的纳米粒子团聚也可加入表面
活性剂，使其吸附在粒子表面，形成微胞状态， 由于活性剂的存在而产生了粒子间的排斥力， 使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产 生．这种方法对于磁性纳米颗粒的分散制成磁 性液体是十分重要的．磁性纳米微粒很容易团 聚，这是通过颗粒之间磁吸引力实现的，因此， 为了防止磁性纳米微粒的团聚，加入界面活性 剂．例如油酸，使其包裹在磁性粒子表面，造 成粒子之间的排斥作用，这就避免了团聚体的 生成．
载液选用需视所制磁液特点及用途，一般来
说，在选用磁液时，应首先考虑载液的种类， 其次才是磁液的其他指标，对使用者来说．在 具体选用磁液时，可参考表4．2．
一般来说，磁液主要性能指标是高场(Ho ＞650A／m)下的磁化强度Ms(A／m)，粘 度 η(Pa·s)， 使 用 温 度 范 围 ， 有 时 还 要 考 虑蒸气压及其它理化参数，如流动点(K)， 沸点(K)，闪点(K)，密度(kg／m3)等．
(1)加入反絮凝剂形成双电层
反絮凝剂的选择可依纳米微粒的性质、带电 类型等来定，即：选择适当的电解质作分散剂， 使纳米粒子表面吸引异电离子形成双电层，通 过双电层之间库仑排斥作用使粒子之间发生团 聚的引力大大降低，实现纳米微粒分散的目 的．
水中例的如p，H高纳低米不氧同化(物带S正iO电2，或A负l2O电3)和，T因iO此2等可在选 N使a微+，粒N表H4面+或形C成l-，双N电O层3-等，电从离而子达作到反分絮散凝的剂目， 的．
例如，纳米尺寸的粘土小颗粒在碱或碱土类金
属的电解液中，带负电的粘土超微粒子很容易 把带正电的Ca2+离子吸附到表面，这里Ca2+离 子称为异电离子，这是一种物理吸附过程，它
是有层次的，吸附层的电学性质也有很大的差
别．一般来说，靠近纳米微粒表面的一层属于
强物理吸附，称为紧密层，它的作用是平衡了 超微粒子表面的电性；离超微粒子稍远的Ca2+ 离子形成较弱的吸附层，称为分散层．由于强
吸附不仅受粒子表面性质的影响，也受 吸附相的性质影响，即使吸附相是相同 的，但由于溶剂种类不同吸附量也不一 样．
5.2. 电解质吸附
电解质在溶液中以离子形式存在，其吸附能力 大小由库仑力来决定． 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属 于物理吸附。由于纳米粒子的大的比表面常常 产生键的不饱和性，致使纳米粒子表面失去电 中性而带电(例如纳米氧化物，氮化物粒子)， 而电解质溶液中往往把带有相反电荷的离子吸 引到表面上以平衡其表面上的电荷，这种吸附 质的性质、 溶剂的性质以及溶液的性质有关．电解 质和非电解质溶液以及溶液的PH值等都 对纳米微粒的吸附产生强烈影响．不同 种类的纳米微粒吸附性质也有很大差 别．下面仅以纳米陶瓷颗粒吸附性为例， 比较一下纳米微粒的吸附特性．
5.1. 非电解质的吸附
非电解质是指电中性的分子，它们可通 过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静 电引力吸附在粒子表面．其中主要是以 氢键形成而吸附在其它相上．
到目前为止，由于还未发现居里温度高过熔点的 材料，因此真正的液态强磁性材料尚在探索之 中，本节所论述的磁液是由磁性微粒通过界面 活性剂高度分散于载液中而构成的稳定胶体体 系．它既具有强磁性，又具有流动性，在重力， 电磁力作用下能长期稳定地存在，不产生沉淀 与分层。
磁液是由磁性微粒、界面活性剂和载液三 者组成，三者关系如图所示
为了解决这一问题，无论是用物理方法还是 用化学方法制备纳米粒子经常采用分散在溶液中 进行收集．尺寸较大的粒子容易沉淀下来．当粒 径达纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻 止它们沉淀而形成一种悬浮液(水溶胶或有机镕 胶)．这种分散物系又称作胶体物系，纳米微粒
即使在这种情况下，由于小微粒之间库 仑力或范德瓦耳斯力团聚现象仍可能发 生．如果团聚一旦发生，通常用超声波 将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。 其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体 中小微粒之间的库仑力或范德瓦耳斯力， 从而使小颗粒分散于分散剂中．为了防 止小颗粒的团聚可采用下面几种措施：
3.流变学
当流体的剪切应力τ正比于剪切速度γ时，即τ＝ ηγ，粘度为常数，这种流体称牛顿流体，但某 些流体不遵循上述关系，其粘度随 τ和γ而改 变．
3.1 磁性液体的粘度
(1) 磁液的基本知识
在前面各节所述的磁性材料中，不论它 是单晶的还是多晶的，金属的还是氧化物的， 晶态的还是非晶态的，块状的还是薄膜状的都 属固体状态，而本节所论述的却是液态磁性材 料，以下简称为磁液。
2．2微粒的团聚
悬浮在溶液中的微粒普遍受到范德瓦耳斯力作 用很容易发生团聚，而由于吸附在小颗粒表面 形成的具有一定电位梯度的双电层又有克服范 德瓦耳斯力阻止颗粒团聚的作用．因此，悬浮 液中微粒是否团聚主要由这两个因素来决 定．当范德瓦耳斯力的吸引作用大于双电层之 间的排斥作用时粒子就发生团聚。在讨论团聚 时必须考虑悬浮液中电介质的浓度和溶液中离 子的化学价．