碳纳米材料及应用PPT

Part 4
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
Part 1 Part 2 Part 3
聚集体模板
相对于上面所述的硬模板(hard template) ,聚集
体模板也称作软模板(soft template) ,常用的有溶致 液晶、胶团、反胶团、囊泡等。 硬模板和软模板都能够提供纳米尺寸的反应空间, 所不同的是软模板的孔道是动态的,物质可以通过腔 壁扩散进出。
Part 4
Part 1 Part 2
性能优异的模板是模板合成的关键。
用于合成纳米材料的模板多种多样,大致可分为：
Part 3
纳米孔模板
Part 4
纳米结构模板
软模板
晶面台阶模板
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(1) 多孔阳极氧化铝膜
多孔阳极氧化铝膜
Part 4
Thank you
子链,该链可相互结合成直径2 —100nm的线束 (nanowire bundles) 。该链具有还原性,可直接还原
Part 4
沉积金属离子( 如AuCl4 、Ag+ 、PtCl42-、
PdCl42- ) ,而模板本身被氧化成Mo3Se3 而溶解。
-
Part 1 Part 2 Part 3
纳米结构模板
Part 4
目前，研究的重点已经转移到碳纳米管 的较大批量生产及其应用领域。
Part 1 Part 2 Part 3
引言：
20 世纪80 年代美国科罗拉多州立大学化学系Martin 教授领导的研究组首创性地将模板法应用于纳米材料的 合成。 纳米材料引起人们广泛的兴趣,模板法也因而发展成为 最重要的纳米材料合成方法。
然而在模板的孔道或表面合成纳米材料后, 如何去除模 板也是必须考虑的问题,溶剂溶解、化学溶解、煅烧等方 法往往很难保证在去除模板的同时不对所合成的纳米材 料的形貌和性质产生不良影响。
Part 1 Part 2 Part 3
解决方法之一就是寻找一种模板,在需要时可以以具有 规则形貌和有序结构的形式出现,不需要时可方便地转化 为小的容易去除的微粒。 Doyle 等人发现在均一、恒 定磁场作用下,超顺磁性粒子 ( super2paramagnetic particles) 可自组织为固定 的、准一维结构的柱状序列, 而一旦磁场关闭这些粒子会立 即恢复为液态悬浮体系,这为 实现上述设想提供了可能。
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
晶面台阶模板
采用晶面台阶合成纳米材料的方法主要用于合成
纳米带(nanobelts) 和纳米带阵列。 晶面台阶模板法的基本原理是金属或其它材料可 在单晶表面的原子台阶上进行选择性沉积。
Part 4
模板合成的未来发展
Part 1 Part 2 Part 3
Part 4
模板合成是公认的合成纳米材料及纳米 阵列(nanoarrays) 的最理想方法。
Part 1 Part 2 Part 3
模板合成(template synthesis) ：
将具有纳米结构、价廉易得、形状容易控制的物质作为模子 (template) ,通过物理或化学的方法将相关材料沉积到模板的孔中或表 面,而后移去模板,得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。
模板法的优点：
(1) 多数模板不仅可以方便地合成,而且其性质可在广泛范围内精确调 控； (2)合成过程相对简单,很多方法适合批量生产； (3) 可同时解决纳米材料的尺寸与形状控制及分散稳定性问题； (4) 特别适合一维纳米材料, 如纳米线(nanowires ,NW) 、纳米管 ( nanotubes , NT) 和纳米带(nanobelts) 的合成。
模板既是模板合成的物质基础又是控制合成
纳米材料形貌和性能的重要途径,因此开发性能
优良、适合批量生产 的新型模板 将是模板合
成重要的研究内容之一。
另外,由于模板合成的独特优势,其在纳电子
Part 4
线路制作 和纳电子学 研究领域必将发挥更大
的作用。
目前已开发的模板要满足大规模、均一性的要求还有 相当难度,特别是合成游离(free2standing) 、均一性、长的 纳米线 和制备纳米管的方法还十分匮乏。
Part 4
与AAO 模板相比,该模板底 部无阻挡层,可直接与底材电流 接触,便于采用电化学沉积法制 备纳米材料。
自组装双段共聚物模板的制备过程
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(4) 纳米孔玻璃 将经过酸刻蚀处理的玻璃丝堆积成束,经高温拉伸形成 纳米孔,即得纳米孔玻璃( nanochannel glass)。该
采用电化学刻蚀的方法在单晶硅表面形成多孔硅,其
孔径约3 nm。在该模板上沉积5 nm 铁层,然后采 用化学气相沉积可制备碳纳米管阵列。
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
纳米结构模板
(1) 生物模板 许多生物体结构单元在纳米范围,如DNA 分子是直 径约2 nm 的双螺旋体,且具有线型、环型等拓朴结
模板在纳米材料合成中的应用
邹芸珂
41070094 金融102
Part 1 Part 2 Part 3
引言：
自Krolo和Smalley于1985年发现碳纳米管,以及NEC 公司电镜专家用电弧法制作C60时生产出第一根碳纳米管 以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。 到目前，关于碳纳米管本身特性及生产方法的研究已取 得重大进展．开始进入到碳纳米管批量生产及碳纳米管 的广泛应用方面。
用核裂变碎片轰击6 — 10μm 厚的聚碳酸酯、聚 酯或聚乙烯醇等高分子膜, 使膜出现损伤,然后用化学 法使损伤痕迹腐蚀发展成 纳米孔道即得痕迹刻蚀聚 合物模板。
聚碳酸酯聚合物模板
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(3) 共聚物模板(copolymer templates) 将直径14 nm的六方柱形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 堆积于聚苯乙烯( PS) 母体中,放在导电基材上施加 30 —40 Vμm- 1 的直流电场,在165 ℃保温14h ,冷 却后用紫外光照射,草酸溶解,可得孔径14 nm、厚 1μm、孔密度119 ×1011 cm- 2的自组装双段共聚 物模板。
ParBiblioteka Baidu 4
模板孔道形状整齐,孔密度较高,孔径可从几十纳米到
几微米。
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(5) 多孔硅酸盐 (6) 纳米多孔单晶云母
Part 4
采用高能粒子轰击云母片产生一定深度的粒子痕
迹,而后用20 %的氢氟酸刻蚀即得多孔单晶云母 (nanoporous single crystal mica film) 模板。
Part 4
构；烟草花叶病毒是长300 nm、直径18nm 的棒
状体。这些具有纳米形貌的物质都可作为生物模板 (biological template) 。
Part 1 Part 2 Part 3
纳米结构模板
(2)MMo3 Se3 模板
将MMo3 Se3 溶于极性溶剂可形成长的[Mo3Se- ]n 分 3
超顺磁粒子悬浮体在磁场下形成的柱状结构
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
Part 4
传统的模板一般为绝缘体,有关金属纳米孔模板的研究和 报道还非常少见,实际上在金属孔道阵列中制备半导体纳米 点、纳米线阵列,有可能在显示、储存、催化、光电转换等 领域有重要的应用前景,因此有必要进一步开发新型金属模 板。 另外,模板合成中最具有挑战性的工作之一是如何复制模 板。采用模板法制备功能化纳米阵列,合成纳米功能模块在 用于电子工业时其完全相同的结构是进行规模化生产的前 提。 目前所有已知的孔道阵列模板都是独立合成 的,虽然自身 具有足够的规整性,但两个模板之间却毫无对应关系可言,更 达不到在原子或纳米级完全复制模板 的要求。
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(7) 光致刻蚀图形模板
用光致刻蚀的几何图形作模板,使聚合物胶粒流过
时被模板捕获,可合成具有复杂形状的聚集体 (complex2shaped aggregates) 。
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(8) 多孔硅模板
(AAO) 是通过电化学氧
化的方法在纯铝表面形 成的具有高度规整结构
的 氧 化 铝 薄 膜 。
在0. 3 mol dm- 3草酸溶液中制备的多 孔氧化铝模板
用AAO 模板采用电沉积法制备金纳米线阵列的过程
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
（2）痕迹刻蚀聚合物模板 （TEPM）
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
运用
模板制
备特殊 性质的
将模板合成与
分子自组装等技
术结合,制备具有
Conclusion
开发新型模板 必
将是纳米材料合
导电聚
合物 仍
是具有 挑战性 的工 作。
特殊结构和性质
的纳米材料将是 今后纳米材料制 备的另一个热 点。
成中长盛不衰的
主题之一。
(3) 碳纳米管
碳纳米管(carbon nanotubes) 是一层或若干层石墨碳原子卷
曲形成的笼状纤维,可由直流电弧放电、激光烧蚀、化学气 相沉积等方法合成,直径一般为014 —20 nm ,管间距0134 nm 左右,长度可从几十纳米到毫米级甚至厘米级,分为单壁碳纳 米管( single2walled carbon nanotubes) 和多壁碳纳米管 (multi2walled carbon nanotubes) 两种。