第三章几类常见的纳米微粒及其性质资料.

量子点
零维纳米材料由于具有量子性也叫量子点，是一种 直径在1～100 nm 之间，能够接受激发光产生荧光 的半导体纳米颗粒。
三维团簇——尺寸大小都在纳米量级1～100
量
nm 之间
子
人造原子——光、电性质与原子相似、类似
点
原子能级结构
库仑电荷效应——有电子(或空穴)的排斥作用
量子点
Ⅳ族 Si量子点 Ge量子点
Ⅲ-Ⅴ族 InAs量子点 GaSb量子点 GaN量子点
常见量子点
Ⅱ-Ⅵ族 ZnTe量子点 CdSe量子点 CdS量子点
ZnO量子点
CdSe量子点的光学特性
ZnS 包裹CdSe QDs 在近紫外灯激发下的十种颜色变化. 从左至右——由蓝变红 激发波长分别在 443, 473, 481, 500, 518, 543, 565, 587, 610, 655 nm.
自清洁涂层 在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、路灯等表 面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛在太阳光照射下产生 的强氧化能力和超亲水性，可以实现表面自清洁
有机污垢
无机污垢
CO2 H2O
TiO2薄膜
纳米氧化铝
氧化铝是白色晶状粉末，已经证实氧化铝有 α、β、γ、δ、η、θ、κ和χ等十一种晶体。 不同的制备方法及工艺条件可获得不同结构的纳米氧化铝： χ、β、η和γ型氧化铝，其特点是多孔性、高分散、高活性， 属活性氧化铝； 另外还有κ、δ、θ型氧化铝；
几类常见的纳米材料 及其性质
纳米材料及分类
以纳米来命名材料是在上世纪80年代它作为一种材料的 定义把纳米颗粒限制到1nm～100nm范围。 在纳米材料发展初期纳米材料是指纳米颗料和由它们构 成的纳米薄膜和固体。 现在纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺 度范围或由它们作为基本单元构成的材料。
它们的尺寸范围稍有区别。纳米材料的尺寸大于原子簇而小于通 常的微粉，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。
零维纳米材料
➢纳米粒子 ➢量子点 ➢纳米TiO2 ➢纳米Al2O3
纳米粒子
➢巨大的表面积和表面效应
特 性
➢体积效应，
➢尺寸诱导相变。
Kubo认为纳米粒子由于尺寸的减小,将产生两方面的效应: ①是表面效应(Surface effect) ②是体积效应(Volume effect) 因此,纳米粒子具有一系列不同于宏观块体的特性。
纳米氧化铝
• 用特种工艺制成的高纯纳米氧化铝是一种粒 径为～ 的超细粉体，由于纯度高、颗粒细小 且分布均匀，其表面电子结构和晶体结构发 生较大的变化，
• 使纳米化铝具有特殊的表面和界面效应，临 界尺寸效应、量子尺寸效应和量子遂道效应 等， 因而呈现出一系列独特的光、电、热、 力学等方面的性质，从而使其具有更优异的 特性和广泛的应用前景。
纳米材料及分类
分类方式
类别
纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、 按化学组成分类 纳米玻璃、纳米高分子、纳米复
合材料等
纳米半导体、纳米磁性材料、纳 按材料物性分类 米非线性材料、纳米铁电体、纳
米超导材料、纳米热电材料等
按用途分类
纳米电子材料、纳米生物医用材 料、纳米敏感材料、纳米光电子
材料、纳米储能材料等
纳米Al2O3的应用
分类 工程陶瓷
热功能 电子功能 磁学功能 光学功能
化学功能 吸声功能 生物功能 核工功能
特性 高强度 硬度、强度、韧性 高机械强度 耐高温性 导热性 绝缘体 离子导体 磁流体发电
透光性 透红外光性 透无线电波
传感 催化 吸声 生物骨替代 屏蔽射线
材料状态用途 致密烧结体 致密烧结体
纳米氧化铝
• α－Al2O3 ，其比表面低，具有耐高温的惰性，但 不属于活性氧化铝，几乎没有催化活性；
• β－Al2O3、γ－Al2O3 的比表面较大，孔隙率高、 耐热性强，成型性好，具有较强的表面酸性和一 定的表面碱性，被广泛应用作催化剂和催化剂载 体等新的绿色化学材料。
• α－Al2O3在自然界中以刚玉形式存在，其硬度约 为，仅次于金刚石和碳化硅，利用这个特性可制 做钻头砂轮、锉刀和轴承等。
Current Opinion in Biotechnology 2002, 13:40–46
纳米二氧化钛
形态
锐钛矿 金红石 板钛矿
晶格常数 相对密度 晶格类型
a
c
3.84 正方晶系 5.27 9.37
4.22 正方晶系 9.05 5.8
4.13 斜方晶系
Ti-O距离 禁带宽度 /nm /eV
0.1百度文库5 3.2
SO2, NOx等
室内环境净化
纳米TiO2的应用 使致癌细胞失活
卫生保健
灭杀细菌和病毒
可以用于生活用水的的 杀菌消毒；负载TiO2 光催化剂的玻璃、陶瓷 等是医院、宾馆、家庭 等各种卫生设施抗菌除 臭的理想材料
纳米TiO2的应用
防结雾
在紫外光照射下，水在氧化钛薄膜上完全浸润。因 此，在浴室镜面、汽车玻璃及后视镜等表面涂覆一 层氧化钛可以起到防结雾的作用
0.199 3
基本物性
纳米TiO2的应用
环保方面的应用
光 催 卫生保健方面的应用
化 防结雾和自清洁涂层
剂
光催化化学合成
纳米TiO2的应用
有机污染物的处理
环 无机污染物的处理
保
1. 光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金属子的污染问题 2. 光催化还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、
表1 纳米材料的分类
纳米材料及分类
零维
按 维 一维 数
二维
指在空间三维 尺度均在纳米 尺度
指在空间中有 二维尺度处于 纳米尺度
指在空间中有 一维处于纳米 尺度
纳米尺度颗粒、原子团簇 纳米丝、纳米棒、纳米管 超薄膜、多层膜，孔材料等
零维纳米材料
零维纳米材料
➢纳米粒子（nano－particle） ➢超微粒子（ultrafine particle） ➢超微粉（ultrafine powder） ➢烟粒子（smoke particle） ➢团簇（cluster） ➢纳米团簇（nano-cluster）
粉末 致密烧结体 高纯致密烧结体、薄片 高纯致密烧结体、薄片 β-氧化铝烧结体 致密烧结体
致密透明烧结体 热压烧结体 致密烧结体 烧结体
粉体或多孔烧结体 多孔烧结体 致密烧结体 致密烧结体
用途 叶片、转子、活塞、内衬、喷嘴
切削工具 研磨膏、模具材料、补强材料 锥体导弹窗口耐热结构材料、高温炉、高温用坩锅