纳米材料和纳米结构
dna纳米结构结合纳米材料
dna纳米结构结合纳米材料
DNA纳米结构可以通过特定的设计和组装，与纳米材料相结合，从而创造出具有特定功能的新型复合材料。
这种结合可以带来许多潜在的应用，例如在生物医学领域用于药物输送、基因治疗和诊断，或者在纳米电子学领域用于制造更小、更高效的电子设备。
在构建DNA纳米结构时，科学家们利用了DNA的自我组装性质，通过设计特定的DNA序列，使其在分子尺度上自组装成具有预定结构和形态的纳米结构。
这种技术使得我们能够精确地控制纳米材料的形状和大小，从而实现对其性能的精细调控。
当DNA纳米结构与纳米材料相结合时，可以进一步增强这些材料的性能，或者赋予它们新的功能。
例如，通过将DNA纳米结构与金属纳米颗粒相结合，可以增强这些颗粒的生物相容性和稳定性，使其在生物医学应用中更加安全和有效。
同时，这种结合也可以提高这些材料的反应活性，使其在化学和生物传感等领域中具有更好的性能。
总的来说，DNA纳米结构与纳米材料的结合是一种非常有前途的技术，它能够创造出具有独特性质和功能的新型复合材料，为未来的科技发展带来新的机遇和挑战。
纳米结构与纳米材料基础词汇
纳米结构与纳米材料基础词汇纳米科学技术Nano-ST自上而下top down自下而上bottom up纳米物质Nanostructured materials国家纳米技术推进计划National Nanotechnology Initiative--NNI纳米科学nanoscience纳米技术狭义的nanotechnology纳米工程nanoengineering超薄膜ultrathin films体材料bulk materials纳米技术nano scale technology纳米科学nano scale science纳米材料nanostructure materials或nanomaterials纳米结构nanostructure1.纳米材料nanomaterial2. 纳米晶或纳米相nanocrystalline or nanophase3.纳米非晶态材料nano amorphous materials4. 纳米半导体材料nano semiconductors5.纳米陶瓷材料nano ceramic materials6.纳米复相材料nanomultiphase materials7.纳米结构nanostructural8. 纳米技术nanotechnology9.纳米组装体系nanostructured assembling system10. 胶体化学colloid chemistry11.人造超原子artificial superatoms12. 原子簇cluster13.超微粒子ultra-fine particle14. 人造原子artificial atoms15.扫描隧道显微镜scanning tunneling microscope, STM 16.化学气相沉积chemical vapor deposition CVD17.激光诱导化学气相沉积laser induced chemical vapor deposition LICVD18.性质property19. 力学性质mechanical property20.光学性质optics property21. 电学性质electronics property22.磁学性质magnetic property22. 纳米结构块体nanaostructureed bulk23.纳米复合材料nano-composite materials24. 纳米簿膜材料nanofllm materials25.溶胶—凝胶法Sol-Gel26. 碳纳米管carbon nano-tube27.同轴纳米电缆coaxial nanocable28. 抗折强度flexural strength29.微观形貌microstructure30. 透射电镜TEM tunneling electric microscope31.介观固体mesoscopy solid32.气体蒸发法gas evaporation method33.气体冷凝法gas-condensatin method34. 蓝移blue shift35.红移red shift36.磁性液体magnetic fluid37.纳米生物材料nano-biomaterials38.单晶single crystal39.多晶polycrystal40. 粘度viscosity41.抗拉强度tensile strength42.抗压强度compressive strength43.晶界crystal boundary44.纳米超导体nanosuperconductor45.半导体semiconductor46.介电性能dielectric performance47.纳米器件nano-device48.纳米机器人nanorobert49.微机电系统MEMS microelectric mechanics system50.化合物compound51.电子特性electronic character52.量子点quantum dot53纳米阵列nanoarray54.表面效应surface effect55.量子尺寸效应quantum size effect56.散射dispersion57.吸收absorb58.量子理论quantum theory59.能带理论energy bind theory60.催化catalysis61.纳米结构陶瓷nano-structural ceramics62.界面boundary63. 制备方法produced method64.液相法liquid-phase method65. 固相法solid-phase method66.共沉淀法co-precipitate method67. 纤维fiber68.超细粉末ultra-fine powder69. 团聚agglomerate70.量子芯片quantum chip77. 一维one dimension78.二维two dimension79. 三维three dimension80.强度strength81. 结构陶瓷structural ceramics 82.塑性形变plastic deformation83.脆性断裂brittle fracture84.量子quantum85.机理mechanism86.功能陶瓷functional ceramics87.功能玻璃functional glass88.金属Metal89.合金Alloy90.硬度hardness91分散disperse92.表面活性剂surface activity reagent93.表面修饰surface modify94. 纳米线nano-line95. 纳米丝nano-thread96.纳米棒nano-rod97. 氢键hydrogen valent98.纳米自组装nano-self- assembling99. 结构与性能composition structure performance100.多量子阱自组装self- assembling multi-quantum-well structure纳米尺度nanoscale纳米基元nano-unit纳米结构单元nanostructure unit纳米材料nanomaterial纳米技术nanotechnology纳米结构体系nanostructure system纳米组装体nanostructure assembling system 纳米器件nanodevice碳纳米管carbon nanotubes，CNTs原子团簇atom cluster单分散颗粒[系] monodispersed particle纳米颗粒nanoparticle团粒aggregate纳米粉体nano-powder纳米纤维nano-fibre纳米薄膜nano-film纳米块体nano-bulk纳米孔nano-pore纳米晶体材料nanocrystalline material 纳米非晶材料amorphous nanomaterial纳米准晶材料quasi-crystal nanomaterial金属纳米材料metallic nanomaterial无机非金属纳米材料inorganic non-metallic nanomaterial高分子纳米材料polymer nanomaterial纳米复合材料nanocomposites结构纳米材料structured nanomaterial功能纳米材料functional nanomaterial生物医用纳米材料biomedical nanomaterial 小尺寸效应small-size effect表面效应surface effect量子尺寸效应quantum size effect宏观量子隧道效应macroscopic quantum tunneling effect，MQT惰性气体沉积法inert gas deposition物理粉碎法physics grinding高能球磨法high energy ball mill溅射法sputtering物理粉碎法physics grinding 爆炸法explosion 喷雾法spraying冷冻干燥法freeze drying化学气相沉积法chemical vapor deposition，CVD沉淀法precipitation水热合成法hydrothermal synthesis溶胶-凝胶法sol－gel辐射化学合成法radiation chemical synthesis快速凝固法rapidly quenching强烈塑性变形法severe(intense) plastic deformation非晶晶化法amorphous solid crystallization 溅射法sputtering非晶晶化法crystallization of amorphous solid原位复合法in-situ composite插层复合法intercalation hybrids微乳液法micro emulsion模板合成法template synthesis自组装法self-assembly石墨电弧放电法graphite arc discharge快速凝固法rapidly quenching表面处理surface treatment表面修饰surface decoration稳定化处理passivating treatmentX射线衍射法X-ray diffractometry ，XRD扫描探针显微镜scanning probe microscopy, SPM扫描隧道显微镜scanning tunneling microscopy, STM扫描近场光学显微镜scanning near-field optical microscopy, SNOM原子力显微镜atomic force microscopy, AFM 扫描电容显微镜scanning capacitance microscopy, SCM磁力显微镜magnetic force microscopy, MFM扫描热显微镜scanning thermal microscopy, STHMX射线衍射法X-ray diffractometry ，XRDX射线衍射线宽化法X-ray diffractometry line broadening, XRD-LBX射线小角度散射法small angle X-ray scattering, SAXS透射电子显微镜法transmission electron microscopy ,TEM 透射电镜法TEM method扫描电子显微镜法scanning electron microscopy , SEM扫描电镜法SEM method拉曼光谱法raman spectrometry红外吸收光谱法infrared absorption spectroscopy穆斯堡尔谱法mossbauer spectrometry光子相关谱法photon correlation spectroscopyBET法BET压汞仪法mercury porosimetry纳米压痕仪nano impress,NI4.6.16扫描探针显微法scanning probe microscopy, SPM扫描隧道电子显微法scanning tunneling electron microscopy,STM扫描近场光学显微法scanning near-field optical microscopy，SNOM原子力显微法atomic force microscopy，AFM扫描电容显微法scanning capacitance microscopy, SCM扫描热显微法scanning thermal microscopy, STHM场离子显微法field ion microscopy, FIM磁力显微法magnetic force microscopy, MFM激光干涉仪laser interferometer激光衍射/散射法laser diffraction and scattering离心沉降法centrifugal sedimentation。
纳米材料和纳米结构
纳米材料和纳米结构1.纳米材料的概念：纳米材料是指至少在一维尺寸（长度、宽度或厚度）上具有纳米级尺寸的材料。
一般而言，纳米材料的尺寸在1到100纳米之间。
由于其尺寸处于纳米级别，纳米材料的物理、化学和生物学性质通常与宏观材料有显著的差异，具有更高的比表面积、改变了能带结构以及大量的界面等特殊性质。
2.纳米结构的概念：纳米结构是指由多个纳米尺寸的单元组成的结构。
一般而言，纳米结构的尺寸在1到100纳米之间。
与纳米材料相比，纳米结构更注重材料的组织和排列方式。
通过控制纳米材料的组织结构，可以调控纳米材料的性质和功能。
3.纳米材料的制备方法：纳米材料的制备方法非常多样，常见的方法有物理方法、化学方法和生物方法等。
物理方法包括溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法和机械法等。
这些方法主要是通过物理手段控制材料原子或分子的排列方式，从而获得纳米级尺寸的材料。
化学方法包括溶剂热法、水热法、水热合成法和溶胶-凝胶法等。
这些方法主要是通过化学反应调控材料的成核和生长过程，从而制备出具有纳米级尺寸的材料。
生物方法包括生物合成法和生物模板法等。
这些方法利用生物体或其产物作为模板，通过生物体内的生物酶或有机物质参与反应，可以制备出纳米级尺寸的材料。
4.纳米材料的性质：纳米材料由于其尺寸与宏观材料相比的差异，具备许多独特的性质。
首先，由于纳米材料的比表面积很大，表面原子和分子数目较多，使得纳米材料具有更高的催化活性，可以应用于催化剂和催化反应加速剂等领域。
其次，纳米材料的能带结构由于量子效应的影响而发生改变，出现了与宏观材料不同的能带分布和能带宽度，导致纳米材料的光学、电学和磁学性质产生变化。
这一特性使得纳米材料在光催化、光电子器件和磁性材料等领域有着广泛的应用。
另外，纳米材料中存在着大量的界面，这些界面可以提高材料的强度和硬度，改善材料的力学性能。
同时，纳米材料的特殊界面还可以实现对材料的精确控制，从而获得更多样的物理和化学性质。
纳米技术 第二讲 纳米材料及纳米结构
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零维（0D）纳米材料
silica nanoparticles
Pt nanoparticles
一维（1D）纳米材料
金纳米棒
碳纳米管
硅纳米线
ZnO纳米带
二维（2D）材料
“绽放在纳米世界的火红玫瑰” 磁控溅射法在单晶NaCl 衬底上制作Cu纳米薄膜 ，样品厚度约15nm 。
导电性能的转变
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。
■— 10nm; ▲— 12nm; X — 13nm; + — 22nm; ▼— 25nm; □ — 粗晶。
表面效应
表面效应（Surface Effect） 随着颗粒直径的变小，比表面积（表面积/体积）显著 地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原 子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样 的特性，这就是表面效应，又称界面效应。 超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会 迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有 意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致 密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超 微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料。
光谱线频移
纳米颗粒的吸收带通常发生蓝移。 SiC纳米颗粒的红外吸收峰为814cm-1，而块体SiC 固体为794cm-1。 CdS溶胶颗粒的吸收光谱随着尺寸的减小逐渐蓝移 （如下图所示）。 CdS溶胶颗粒 在不同尺寸下 的吸收光谱 谱线1：6nm; 谱线2：4nm; 谱线3：2.5nm; 谱线4：1nm
assembling system）、人工组装合成的纳米结构的材料体系或者 称为纳米尺度的图案材料（patterning materials on the nanometer scale）越来越受到重视。特点是强调按人们的意愿设计、组装、 创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性，这也 是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。
纳米材料和纳米结构
纳米材料和纳米结构1.纳米微粒尺寸的评估在进行纳米微粒尺寸的评估之前，首先说明如下几个基本概念:（1）关于颗粒及颗粒度的概念（i）晶粒：是指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界。
（ii）一次颗粒:是指含有低气孔率的一种独立的粒子，颗粒内部可以有界面,例如相界、晶界等。
（iii）团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒.团聚体内含有相互连接的气孔网络.团聚体可分为硬团聚体和软团聚体两种.团聚体的形成过程使体系能量下降。
（iv）二次颗粒：是指人为制造的粉料团聚粒子。
例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒。
纳米粒子一般指一次颗粒，它的结构可以是晶态、非晶态和准晶,可以是单相、多相结构。
只有一次颗粒为单晶时，微粒的粒径才与晶粒尺寸（晶粒度）相同。
（2)颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说，颗粒尺寸（粒径）是指其直径.对不规则颗粒，尺寸的定义常为等当直径，如体积等当直径、投影面积直径等.粒径评估的方法很多，这里仅介绍几种常用的方法。
A 透射电镜观察法用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布。
该方法是一种颗粒度观察测定的绝对方法，因而具有可靠性和直观性。
首先将那米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上,待悬浮液中的载液（例如乙醇）挥发后，放入电镜样品台,尽量多拍摄有代表性的电镜像，然后由这些照片来测量粒径。
测量方法有以下几种：（i）交叉法:用尺或金相显微镜中的标尺任意的测量约600颗粒的交叉长度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统一因子（1。
56）来获得平均粒径；(ii）测量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度,颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值.（iii)求出颗粒的粒径或等当半径，画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图，将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。
用这种方法往往测得的颗粒粒径是团聚体的粒径,这是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时，首先需用超声波分散法，使超微粉分散在载液中,有时候很难使它们全部分散成一次颗粒，特别是纳米粒子很难分散，结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体，在观察时容易把团聚体误认为是一次颗粒。
纳米材料的结构特征
2007物理诺贝尔奖介绍
瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会9号宣布，法国 科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因 1988年先后各自独立发现“巨磁电阻”效应而共同 获得2007年诺贝尔物理学奖。
阿尔贝·费尔
彼得·格林贝格尔
纳米材料的结构特征
纳米材料的机构特征
一、自然界中的纳米结构与纳米材料 二、纳米材料概论 三、纳米材料的分类
3.1、纳米微粒 3.2、纳米固体 3.3、纳米纤维 3.4、纳米薄膜
一、 自然界中的纳米结构与纳米材料
从纳米科技发展历史的角度来讲，1861年随着胶体化 学的建立，科学家们才开始对直径为1-100 nm的粒子 体系进行研究工作；真正有意识进行纳米粒子实验的 是20世纪30年代日本人为了军事目的进行的“沉烟实 验”,1959年著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼发 表了重要演讲，提出了纳米技术的设想，之后纳米材 料和纳米科技得到了蓬勃的发展。但是，“纳米”并 不是人类的专利，早在宇宙诞生之初，它们就存在了。
纳米材料的晶界组元
晶界组元：纳米材料中 晶界占有很大的体积分 数，因而，对纳米材料 来说，晶界不仅仅是一 种缺陷，更重要的是构 成纳米材料的一个组元， 即晶界组元，是评定纳 米材料的一个重要参数。
（1）纳米固体材料的结构组成 (A)纳米晶体材料的组成：晶粒组元(所有原子都位
于晶粒的格点上) ＋晶界组元； (B)纳米非晶材料的组成：非晶组元＋界面组元； (C)纳米准晶材料的组成：准晶组元＋界面组元。
纳米热电材料
纳米储能材料
3.1、纳米微粒 定义尺度
颗粒：指在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一 定一定尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾 滴、油珠等液体颗粒。 一般而言，在室温下，物理化学性质发生显著变化的颗粒尺寸，多数 处于0.1微米以下，因而从功能材料角度出发，可以将超细微颗粒尺 寸的上限定位0.1微米，即100纳米。 目前机械法粉碎获得颗粒的尺寸一般只能到1微米。超微颗粒是指超 越常规制粉手段所获得的微粒。因此1微米可作为超微颗粒的上限， 所以笼统的说超微颗粒尺寸在1到1000纳米之间（小于1微米）。大 于1微米就是通常的微粉，小于1纳米的粒子称为原子簇。 超细微颗粒也被称为纳米粒子，纳米颗粒、纳米微粒等。
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。
纳米材料的纯化与纳米结构的调控研究方法
纳米材料的纯化与纳米结构的调控研究方法纳米材料的纯化与纳米结构的调控是当今纳米科技领域的热门研究方向。
纳米材料的纯化是指通过去除杂质和非纳米组分，使得材料的纳米尺度特征得以突显和优化。
而纳米结构的调控则是指通过控制材料的原子、分子或纳米尺度组装方式和排列顺序，实现特定性能和应用需求的调整和控制。
本文将介绍一些常用的纳米材料纯化和纳米结构调控的研究方法。
一、纳米材料的纯化方法1. 溶剂萃取法溶剂萃取法是一种基于溶剂选择性溶解效应的纯化方法，通常适用于溶胶-胶体体系的纳米材料。
该方法利用溶剂的不同溶解度，将纳米材料从溶液中分离出来。
一般来说，溶剂萃取法要经历溶解、离解、沉淀等过程。
通过适当选择溶剂和调整操作条件，可以实现纳米材料的纯化和分离。
2. 电化学沉积法电化学沉积法是利用电化学方法在电极表面上沉积纳米材料的一种纯化方法。
通过在电极表面施加电位，使得溶液中的离子发生氧化还原反应，从而使纳米材料以可控的方式沉积到电极上。
这种方法可以控制纳米材料的尺寸和形貌，并且具有较高的纯化效率和选择性。
3. 凝胶过滤法凝胶过滤法是利用凝胶膜的选择性过滤作用对纳米材料进行纯化的一种方法。
凝胶膜通常可以根据纳米材料的大小选择合适的孔径大小，从而将纳米材料分离出来。
该方法简单易行，无需复杂设备，适用于大规模纳米材料的纯化。
二、纳米结构的调控方法1. 热处理法热处理法是一种常用的纳米结构调控方法，通过控制材料的热处理过程中的温度和时间，在原子尺度上调整材料结构排列方式和晶体结构。
该方法可以改变材料的晶体尺寸、宽度和晶格缺陷等结构特征。
2. 化学合成法化学合成法是一种通过控制反应物和反应条件来实现纳米材料纳米结构调控的方法。
通过在合成过程中添加特定的催化剂、模板或表面活性剂等，可以调控纳米材料的尺寸、形状和晶体结构。
化学合成法具有可扩展性强、反应条件易于调控的优点。
3. 生物模板法生物模板法利用生物体内的有机物质或生物体本身的生物结构作为模板，通过沉积或生长等方法制备纳米材料。
纳米材料与技术- 纳米结构单元
第一章纳米结构单元一、零维单元1．团簇（cluster）2．纳米微粒3．人造原子二、一维单元1．碳纳米管2．纳米棒、丝、线3．同轴纳米电缆4．纳米带5．纳米线研究进展一、零维单元1．团簇（cluster）（1）定义：是一类化学物种，指几到几百个原子的聚集体，粒径尺度小于1nm。
是介于单个原子与固态之间的原子集合体。
（2）组成：一元（含金属、非金属团簇），二元及多元原子团簇，原子团簇化合物（3）结构：以化学键紧密结合（除惰性气体外），球状、骨架状、四面体、葱状及线、管、层状等。
（4）物理性质：表面效应、量子尺寸、几何尺寸效应、掺杂物性等（5）研究：多学科交叉C60：寻找星际间分子而发现2．纳米微粒：超微粒子（ultra-fine particle）(1) 定义：尺寸在nm量级的超细微粒，尺度在1~100nm 之间，大于原子团簇，小于通常的微粒。
尺寸为红血球和细菌的几分之一，与病毒大小相当。
“要用TEM才能看到的微粒。
”(2) 性质：由微观到宏观世界的过渡区域，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
特殊的微观机制→影响宏观性质（生物活性由此产生）(3) 研究：制备、合成和应用。
3．人造原子（artificial atom, super-atom）(1) 定义：尺寸小于100nm的、由一定数量的实际原子组成的聚集体。
包括：准0维的量子点、准1维的量子棒、准2维的量子圆盘、及100nm左右的量子器件(2) 特性：（量子效应）i) 与原子相似之处：a. 离散的能级和电荷b. 电子填充服从洪德定律ii) 与原子的差别：a. 含有一定数量的原子b. 形状、对称性多种多样c. 电子间的相互作用复杂d. 电子在抛物线形的势阱中，上层电子束缚弱(3) 应用：体系的尺度与物理特征量相当量子效应→新原理、新结构二、一维单元1．碳纳米管（Bucky Tube巴基管）发现：1991年，日本电气公司（NEC）高级研究员、名城大学教授饭岛澄男（Sumio Iijima）利用透射电镜首次观察到碳纳米管。
纳米材料类别
纳米材料类别纳米材料是指至少在一维尺度上具有至少一个尺寸小于100纳米的材料。
纳米材料因其独特的物理、化学和生物学特性而备受关注，被广泛应用于材料科学、生物医学、能源储存等领域。
根据其结构和性质的不同，纳米材料可以分为多个类别。
一、纳米颗粒。
纳米颗粒是指尺寸在1-100纳米范围内的颗粒状材料，常见的有金纳米颗粒、银纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒等。
这些纳米颗粒具有较大的比表面积和特殊的光学、电学性质，因此在生物医学成像、光催化、传感器等领域有着广泛的应用。
二、纳米结构材料。
纳米结构材料是指在三维空间中具有纳米级结构的材料，如纳米线、纳米管、纳米片等。
这些材料具有优异的电子、光学、热学性能，被广泛应用于柔性电子器件、纳米传感器、纳米发电机等领域。
三、纳米复合材料。
纳米复合材料是指将纳米材料与宏观材料进行复合，以获得优异的性能。
常见的纳米复合材料包括纳米陶瓷复合材料、纳米聚合物复合材料等。
这些材料具有优异的力学性能、导热性能和电学性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、新能源等领域。
四、纳米生物材料。
纳米生物材料是指在生物医学领域中应用的纳米材料，如纳米药物载体、纳米生物传感器等。
这些材料具有良好的生物相容性和靶向性，被广泛应用于药物输送、肿瘤治疗、疾病诊断等领域。
五、纳米碳材料。
纳米碳材料是指由碳原子构成的纳米材料，如纳米碳管、石墨烯等。
这些材料具有优异的导电性、导热性和力学性能，被广泛应用于电子器件、超级电容器、储能材料等领域。
六、纳米氧化物材料。
纳米氧化物材料是指由金属与氧原子结合而成的纳米材料，如二氧化钛纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒等。
这些材料具有优异的光学、电学和催化性能，被广泛应用于环境治理、光催化、能源储存等领域。
七、纳米功能材料。
纳米功能材料是指具有特定功能的纳米材料，如磁性纳米材料、光学纳米材料等。
这些材料具有特殊的功能性能，被广泛应用于传感器、信息存储、光学器件等领域。
总结，纳米材料类别繁多，每种类别的纳米材料都具有独特的物理、化学和生物学特性，被广泛应用于各个领域。
纳米材料与纳米结构复习内容-答案
纳米材料与纳米结构复习题1．简单论述纳米材料的定义与分类。
答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。
现在广义: 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，或由他们作为基本单元构成的材料。
如果按维数，纳米材料可分为三大类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。
一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。
二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。
因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。
2．通过Raman光谱中如何鉴别单壁和多壁碳纳米管？如何计算单壁碳纳米管的直径？答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。
100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。
单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d = 224/wd：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-13．论述碳纳米管的生长机理。
答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。
原理：首先，过镀金属(Fe ,Co, Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体，随后碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。
各种生长模型：1、五元环－七元环缺陷沉积生长 2、层－层相互作用(lip-lip interaction)生长3、层流生长(step flow)4、顶端生长(tip growth)5、根部生长(base growth)6、喷塑模式生长(extrusion mode) 7、范守善院士：13C 同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke)的合理性；“帽”式生长机理：不是生长一内单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管。
dna纳米结构结合纳米材料
dna纳米结构结合纳米材料纳米材料与DNA纳米结构的结合是一项令人兴奋的研究领域。
通过将DNA纳米结构与纳米材料相结合，科学家们可以创造出一系列具有惊人性能和潜力的新材料。
DNA纳米结构是由DNA分子自组装形成的纳米尺度结构。
DNA分子拥有特殊的自组装能力，可以通过碱基对之间的互补配对形成稳定的结构。
这使得科学家们可以利用DNA分子的自组装能力来构建各种精确的结构，如纳米管、纳米片和纳米球等。
而纳米材料则是具有纳米尺度特征的材料，拥有特殊的物理、化学和光学性质。
将DNA纳米结构与纳米材料结合起来，可以获得许多优势。
首先，DNA纳米结构可以作为纳米材料的模板，用于控制纳米材料的形状和尺寸。
通过调控DNA分子的长度和序列，可以精确地控制纳米材料的形态和结构，从而调节其性能。
其次，DNA纳米结构可以作为纳米材料的载体，用于储存和释放分子药物。
通过将分子药物与DNA纳米结构结合，可以实现药物的稳定储存和定向释放，提高药物的疗效和减少副作用。
此外，DNA纳米结构还可以用作纳米材料的传感器，通过改变DNA结构的形态来检测环境中的分子和离子。
除了上述应用外，DNA纳米结构与纳米材料的结合还具有许多其他潜在应用。
例如，DNA纳米结构可以用于构建纳米电路，实现超快速的计算和信息处理。
此外，DNA纳米结构还可以用于制备高性能的光伏材料和催化剂，提高能源转换效率和化学反应速率。
此外，DNA纳米结构与纳米材料的结合还可以用于制备高效的电池材料和超级电容器，实现能量的高效存储和释放。
DNA纳米结构与纳米材料的结合具有广阔的应用前景。
通过充分发挥DNA分子的自组装能力和纳米材料的特殊性质，科学家们可以创造出一系列具有优异性能和多功能性的新材料。
这些新材料将为各个领域的科学研究和应用提供重要支持，推动人类社会的进步和发展。
纳米物理学
纳米物理学是研究纳米尺度下物质性质和行为的一门科学。
纳米物理学的研究范围非常广泛，包括纳米结构、纳米材料、纳米器件、纳米生物医学等。
在纳米物理学中，研究的一个重要方向是纳米结构。
纳米结构是指物质在纳米尺度下的排列和组合方式。
在纳米尺度下，物质的性质和行为与宏观尺度下有很大的不同，因此纳米结构的研究对于理解纳米尺度下的物质性质和行为非常重要。
另一个重要的研究方向是纳米材料。
纳米材料是指由纳米尺度的颗粒组成的材料。
这些颗粒可以是金属、半导体、绝缘体等不同的物质，也可以是不同物质组成的复合材料。
由于纳米材料具有很多独特的性质，如高强度、高韧性、高硬度、高耐磨性等，因此在很多领域都有广泛的应用前景。
纳米物理学的研究还涉及到纳米器件。
纳米器件是指利用纳米尺度的结构和材料制成的器件。
这些器件可以是电子器件、光电子器件、生物器件等。
由于纳米器件具有很多独特的性质，如高灵敏度、高分辨率、高速度等，因此在很多领域都有广泛的应用前景。
除了上述的研究方向，纳米物理学还涉及到很多其他领域，如纳米生物医学、纳米能源等。
在纳米生物医学中，纳米物理学可以用于研究生物分子的结构和功能，以及药物分子的传输和释放等。
在纳米能源中，纳米物理学可以用于研究太阳能电池、燃料电池等的能量转换效率和稳定性等。
总之，纳米物理学是一门非常重要的科学，对于理解纳米尺度下的物质性质和行为，以及开发新的技术和应用都具有非常重要的意义。
随着科学技术的不断发展，纳米物理学的研究将会更加深入和广泛，为人类带来更多的创新和进步。
《纳米材料与纳米结构》课程复习题
《纳米材料与纳米结构》课程复习题1.纳米颗粒有哪些基本的效应？久保理论;尺寸效应;表面与界面效应;体积效应;量子尺寸效应;宏观量子隧道效应2.什么是超顺磁性？讨论产生超顺磁性的原因。
磁性材料的磁性随温度的变化而变化，当温度低于居里点时，材料的磁性很难被改变；而当温度高于居里点时，材料将变成“顺磁体”（paramagnetic），其磁性很容易随周围的磁场改变而改变。
如果温度进一步提高，或者磁性颗粒的粒度很小时，即便在常温下，磁体的极性也呈现出随意性，难以保持稳定的磁性能，这种现象被就是所谓超顺磁效应。
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，易磁化方向做无规律的变化，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相同的3.用机械法来制备纳米颗粒有什么优点和缺点？优点：过程简单，大规模生产容易，花费少，不污染环境，没有后续过程的问题缺点：能源消耗高，难以控制粒子形貌，夹有杂质4.纳米颗粒材料与相同块体材料的光学性质有何差异？纳米固体的光吸收具有常规粗晶不具备的一些新特点。
金属纳米固体等离子共振吸收峰变得很弱，甚至消失。
半导体纳米固体中粒子半径小于或等于激子玻尔半径时，会出现激子（Wannier激子）光吸收带（例如，粒径为4.5 nm的CdSexS 1-x，在波长约450 nm处呈现一光吸收带）。
相对常规粗晶材料，纳米固体的光吸收带往往会出现蓝移或红移。
例如，纳米NiO块体的4个光吸收带（3.30，2.99，2.78，2.25 eV）发生蓝移，三个光吸收带（1.92，1.72，1.03 eV）发生红移，与纳米粉体相类似。
纳米结构材料由于颗粒很小，这样由于小尺寸会导致量子限域效应，界面结构的无序性使激子，特别是表面激子很容易形成；界面所占的体积很大，界面中存在大量缺陷，例如悬键，不饱和键和杂质等，这就可能在能隙中产生许多附加能隙；纳米结构材料中由于平移周期的破坏，在动量空间（k空间）常规材料中电子跃迁的选择定则对纳米材料很可能不适用，这些就会导致纳米结构材料的发光不同于常规材料，有自己新的特点。
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构单元
构成纳米材料的结构单元包括限定的团簇或人造原子团簇、纳米微粒、纳米 管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆、纳米单层膜及多层膜等 。
1 、原子团簇 指几个至几百个原子的聚集体，如Fen，CunSm， CnHm（n和m都是整数）和碳簇（C60，C70和富勒烯等）等。一元 原子团簇：包括金属团簇(如Nan,Nin等)和非金属团簇(如 C60,C70团簇)；二元原子团簇：包括InnPm, AgnSm；多元原子 团簇：Vn(C6H6)m，原子簇化合物：原子团簇与其他分子以配 位化学键结合形成的化合物。 原子团簇的奇异特性： 1. 具有硕大的表面积比而呈现出高的化学活性和催化活性； 2. 幻数效性； 3. 原子团尺寸小于临界值时的“库伦爆炸”； 4. 原子团逸出功的振荡行为等。 5. 光的量子尺寸效应和非线形效应，碳管的导电性等。
一、纳米科技简介
纳米科技是指研究尺寸在0.1-100nm之间的物质组成的 体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问 题的科学技术。纳米材料是纳米科学技术的一个重要的发展 方向。 纳米粒子又称超细微粒，属于胶体粒子大小的范畴。 它们处于原子簇和宏观物体之间的过度区，处于微观体系和 宏观体系之间，是由数目不多的原子或分子组成的集团，因 此它们是既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统的介观系 统。
合肥微尺度物质科学国家实验室 纳米材料与化学研究部俞书宏教 授领导的课题组在同轴微纳米电 缆合成的系列研究中成功制备了 结构优美的项链状铜/交联PVA核 壳微纳电缆，
三、纳米材料特性
由于极细的晶粒，大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心 原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面 效应和宏观量子隧道效应等。 1.小尺寸 效应 当超细微粒的尺寸与光波波长或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、 力学等特性呈现新的小尺寸效应。 这种体积效应为实际应用开拓了广泛的新领域。例如： 可利用纳米粒子的熔点低，采取粉末冶金的新工艺；又如 调节颗粒的尺寸，可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材 料，用于电磁波屏蔽 、隐形飞机等。
2.纳米微粒 纳米微粒(nanoparticles)是指颗粒尺寸为纳米量级的超 细微粒，它的尺度大于原子团簇(cluster)，小于通常的微粉 ，通常把仅包含几个到数百个原子或尺寸小于1nm 的粒子称 为簇，它是介于单个原子与固态之间的原子集合体。 3.人造原子：是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们 的尺寸小于100nm。研究人造原子特有的量子效应将为设计和 制造纳米结构器件奠定理论基础。 人造原子与真正原子的区别 （1） 人造原子含有一定数量的真正原子。 （2） 人造原子的形状和对称性是多种多样的，真正原子可以 用简单的球形和立方形来描述。 （3） 人造原子电子间强交互作用比实际原子复杂的多。 （4） 实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造原子 中的电子处于抛物线的势阱中，具有自由电子的特征。
主要内容
一、纳米科技简介
二、纳米结构单元 三、纳米材料特性
四、纳米材料制备
五、纳米微粒尺寸的评估 六、纳米结构和纳米材料的应用
美国著名物理学家，1965年诺贝尔物理奖获得者R.P Feynman在1959年曾经说过：“如果有一天能按人的意志安 排一个个原子分子将会产生什么样的奇迹”，纳米科学技术 的诞生将使这个美好的设想成为现实。
贝类——娴熟的粘合高手 普通的贝类就是与蔬菜一起烹饪、在饭店每天都可以吃到的那种，堪称纳米粘合 技术的高手。当它想把自己贴在一块岩石上时，就会打开贝壳，把触角贴到岩石 上，它将触角拱成一个吸盘，然后通过细管向低压区注射无数条黏液和胶束，释 放出强力水下胶粘剂。这些黏液和胶束瞬间形成泡沫，起到小垫子的作用。贝类 通过弹性足丝停泊在这个减震器上，这样，它们就可以随波起伏，而不至于受伤 。这种牢固的胶粘效果就来自黏液和岩石纳米尺度下分子之间的相互作用。
4.纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆
纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。它可以 耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能。纳米管既可以用作 金属导电体，比金的电高多得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。纳 米管在极低的温度下还具有超导性。 纳米棒、纳米丝
大 自 然 中 的 纳 米 高 手
洁身自好的莲花 一提到莲花，人们就会很自然地联想到荷叶上 滚动的露珠，即所谓的莲花效应。通过电子显 微镜，可以观察到莲叶表面覆盖着无数尺寸约 10个微米突包，而每个突包的表面又布满了直 径仅为几百纳米的更细的绒毛。这是自然界中 生物长期进化的结果，正是这种特殊的纳米结 构，使得荷叶表面不沾水滴。借助莲花效应， 莲花可保持叶子清洁。当荷叶上有水珠时，风 吹动水珠在叶面上滚动，水珠可以粘起叶面上 的灰尘，并从上面高速滑落，从而使得莲叶能 够更好地进行光合作用。
尺寸在纳米量级的晶粒构成的薄膜，或将纳米晶粒镶嵌 于某种薄膜中构成的复合膜，以及每层厚度在纳米量级的单 层或多层膜。
同轴同轴纳米电缆
同轴纳米电缆是指直径为纳米级电缆，芯部通常为半导体或导体的纳米丝， 外面包敷异质纳米壳体(导体、半导体或绝缘体)，外部的壳体和芯部的丝是共轴的 。 由于这类材料所具有的独特性能、丰富的科学内涵、广泛的应用前景以及在 未来纳米结构器件中占有战略地位。
飞檐走壁的壁虎 壁虎可以在任何墙面上爬行，反贴在天花板上，甚至用 一只脚在天花板上倒挂。它依靠的就是纳米技术。壁虎 脚上覆盖着十分纤细的茸毛，可以使壁虎以几纳米的距 离大面积地贴近墙面。尽管这些绒毛很纤弱，但足以使 所谓的范德华键发挥作用，为壁虎提供数百万个的附着 点，从而支撑其体重。这种附着力可通过“剥落”轻易 打破，就像撕开胶带一样，因此壁虎能够穿过天花板。