纳米材料的结构特征概述

化学起源说
生物纳米结构
荷
叶
壁
虎
水
黾
蝴 蜜 蜂
蝶
蜘
蛛
二、纳米材料概论
基本概念
什么是纳米？ 纳米(nanometer)是一个长度单位，1 纳米(nm) = 10-9 米(m)。l nm的长度约相当于10个氢原子紧密地排列在一 起所具有的长度。 什么是纳米结构？ 纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下(1-100 nm )的 微小结构。
纳米Cr微粒的外形
几种典型的纳米金属微粒的晶体惯态
3.2纳米固体
纳米固体材料是一类有广阔应用前景的新型材料,它是由纳米量级的 超细微粒压制烧结而成的人工凝聚态固体。这种材料具有新型的固 态结构,其性质与处于晶态或非晶态的同种材料大不一样,因此将它 称为纳米固体材料。1963年，日本名古屋大学教授田良二首先用蒸 发冷凝法获得了表面清洁的纳米粒子。1984 H.格莱特教 授领导的小组首先研制成第一批人工金属固体(Cu、Pa、Ag和Fe)。 同年美国阿贡实验室研制成TiO2纳米固体。 纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒 所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大 块材料高1014-1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。
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。
生命起源中的纳米尺度进程
三、纳米材料的分类
零维(0D)材料 【量子点】
一维(1D)材料 【量子线】 按空间维度 二维(2D)材料 【量子阱】
三维(3D)材料 【纳米块体】
纳米微粒
纳米固体 按结构
纳米纤维
纳米薄膜 纳米半导体 纳米电子材料
纳米磁性材料
按材料物性 纳米铁电体 按应用
纳米光电子材料
纳米生物医用材料
纳米超导材料
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。 颗粒组元：晶粒组元、非晶组元和准晶组元的统称。
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
什么是纳米材料？ 纳米材料是指三维空间尺度上至少有一维处于纳米量 级或由它们作为基本单元构成的材料。 什么是纳米科技？ 纳米科技(纳米科学技术)是指在纳米尺度上研究物质 的特性和相互作用以及利用这种特性开发新产品的一门 科学技术。
纳米结构单元 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。
由于制备方法不同，纳米微粒不仅粒径不同，而且形状也不同。例如，对于纳米Cr 微粒，当直径小于20纳米时，微粒基本是球形，并且成链条形状，如图（a）所示。 对于大于20纳米的 b）所示。 微粒，他的二维形态是正方形或矩形，如图（ Cr 而对于粒子大于20纳米的 c）所示。 微粒，他的截面呈六边形，如图（ Cr

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。
纳米热电材料
纳米敏感材料
纳米储能材料
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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。
纳米颗粒的尺度范围
纳米颗粒的形貌
纳米微粒的结晶形态多为球形或类球形，有分散的，也有链 条的。
纳米微粒的形貌与制备工艺密切相关
晶体结构和结晶性质与成分和温度有关。
由于诸多因素的影响，例如：温度、动力学、杂质和表面能 因素，粒子可以有特殊的结构、形状和尺寸分布。
纳米固体
纳米固体材料：一般称为纳米结构材料，简称为纳米材料，是由颗 粒或晶粒尺寸为1～100nm的粒子凝聚而成的三维块体，其结构可以 是晶体、非晶或准晶。 结构特点：小晶粒＋大界面 界面特点： （1）量大（对于5—10nm的固体结构，组成晶界的原子高达15—50 ％ ）； （2）原子排列具有变化性、多样性； （3）低能组态：晶界原子在压制时具有足够的移动性调整自己处于 低能状态。