纳米材料的制备表征及其应用(课堂PPT)

表面大 活性高
Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size
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（2）量子尺寸效应 当粒子尺寸极小时，费米能级附近的 电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。
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（3）小尺寸效应 当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导 态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对 于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子 其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁（强磁状 态向超顺磁状态转变）、光、声、热力学等性质的变化，这 称为小尺寸效应。
几种典型的粉碎技术： 球磨、振动球磨、振动 磨、搅拌磨、胶体磨、 纳米气流粉碎气流磨
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物理方法－构筑法
构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子
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物理构筑－流动液面上真空蒸度法
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***2*7
化学合成方法
化学法主要是“自下而上”的方法，即是通过适当 的化学反应（化学反应中物质之间的原子必然进行组排， 这种过程决定物质的存在状态），包括液相、气相和固 相反应，从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。化学法 包括气相反应法和液相反应法。
ZnO SCIENCE VOL 291 9 MARCH 2001
ZnO Materials Letters 59 (2005) 1696–117700
Nano peapod
high-resolution, low-temperature scanning tunneling microscope (STM)
气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气－固 反应法等 液相反应法可分为：沉淀法、溶剂热法、溶胶－凝胶法、 反相胶束法等
研究内容以Report形式于2005年8月5日发表在 Science上。文章发表后在国际上引起了强烈的 反响。Nanotechweb 和 ORF ON Science网 站当天就分别以“应变的微结构形成类植物花样” 和“微观世界的花朵”作了长篇介绍。
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纳米微粒的制备
• 纳米微粒的制备方法分类： • 根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分
气体冷凝法 氢电弧等离子体法
粒
子
纳
物理气相法
溅射法 真空沉积法
加热蒸发法
制
米
混合等离子体法
备
粒
共沉淀法 沉淀法 化合物沉淀法
方 法 分
子
水热法 水解沉淀法
制 液相法 溶胶－凝胶法
备
冷冻干燥法 喷雾法
方
类
法
干式粉碎 粉碎法 湿式粉碎
热分解法
固相法 固相反应法 23 其它方法
物理方法－粉碎法
一般的粉碎作用力 都是几种力的组合，大 物块被粉碎成纳米级颗 粒。
米
物理法
粒
子
纳
制
米
备
粒
方
子
构筑法
气体冷凝法 溅射法
氢电弧等离子体法
气相分解法
气相反应法气相合成法
气－固反应法
法 分 类
制
共沉淀法
备 化学法
沉淀法 均相沉淀法
方 法
水热法 水解沉淀法
液相反应法 溶胶－凝胶法
冷冻干燥法
喷雾法
其它方法(如球磨法)
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气相分解法
化学气相反应法气相合成法
Байду номын сангаас
纳
气－固反应法
米
气相法
二氧化钛纳米纤维的电子 显微镜照片
纳米纤维电镜照片
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纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒 粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密
膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。
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纳米块： 是将纳米粉末高压成型或控制金属液体 结晶而得到的纳米晶粒材料。
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纳米微粒的四大效应
（1）表面效应 （2）量子尺寸效应 （3）小尺寸效应 （4）宏观量子隧道效应
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（4）宏观量子隧道效应 微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。
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纳米科技的科学意义
（1）纳米科技将促使人类认知的革命; （2）纳米科技将引发一场新的工业革命; （3）纳米科技是一门综合性的交叉学科.
师昌绪院士为国家自然科学基金资助纳米科技研究成 果展览题词
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Nanofibres
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Nanobelt /nanoribbon
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（1）表面效应 是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而
急剧增大后引起的性质上的变化。
金属的纳米粒子在空气 中会燃烧
无机材料的纳米粒子暴 露在大气中会吸附气体并 与气体进行反应
尺寸小
表 100
面 原 80
子 数
比 例
60
相 对
%
（
40
总） 原 20
子 数
0
0 10 20 30 40 50
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纳米材料的分类
按 结 构
零维
一维
纳米纤维（管）
二维
纳米膜
纳米粉末
纳米块
三维
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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。
纳米铁粉
纳米铜粉
纳米铝粉
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纳米纤维： 指直径为纳米尺度而长度较大 的线状材料。
人高
针头
红血球
分子及DNA
100万 纳米 1千 纳米
20亿 纳米
1 纳米
氢原子
0.1 纳米
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原子 分子 原子团簇 纳米粒子 纳米材料 宏观 物体
微观
宏观
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什么是纳米材料
– 纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由 它们作为基本单元构成的材料，这大 约相当于10-100个原子紧密排列在一 起的尺度。
为两大类：物理方法和化学方法。 • 根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法可以分为
气相法、液相法和固相法等; • 按反应物状态分为干法和湿法。 • 大部分方法具有粒径均匀，粒度可控，操作简单等优
点；有的也存在可生产材料范围较窄，反应条件较苛 刻，如高温高压、真空等缺点。
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纳
粉碎法
干式粉碎 湿式粉碎
纳米材料的制备、表征及其应用
一、纳米材料的简介 二、纳米材料的制备 三、纳米材料的表征 四、纳米材料的应用 五、结束语
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Earth 1.2 x 107什m 么是纳米(nanometer)？
• In Greek, “nano” means dwarf
• 纳米是一个长度计量单位，1纳米 = 10-9 米。
(Science----1 February 2002)
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Nano rings
JACS 2005
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Nano-flowers
中科院物理所先进材料与结构分析实验室李 超荣副研究员、张晓娜、表面物理国家重点 实验室曹则贤研究员通过应力自组装在无机 体系Ag/SiOx微米级的内核/壳层结构上成功 地获得了三角格子铺排和斐波纳契数花样。