纳米材料的制备和合成ppt.ppt

基本概念和内涵 纳米材料的结构与形貌 纳米材料的表征 纳米材料的特征 纳米材料的制备 什么是纳米(nanometer)？ 什么是纳米结构(nanostructure)？ 什么是纳米科学(nanoscience)？ 纳米技术是当前全球都在谈论的热门话题。所谓纳米技术，是指用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。牛津大学材料系目前研究的纳米技术项目有40多个，其中主要的有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量子点线等。 什么是纳米科技(Nano-ST)？ 纳米科技概念的提出与发展 人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器,而这较小的机器可以制作更小的机器, 这样一步步达到分子线度, 即逐级地缩小生产装置, 以至最后直接按意愿排列原子,制造产品.那时, 化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题。 当2000年人们回顾历史的时候, 他们会为直到1959年才有人想到直接用原子, 分子来制造机器而感到惊讶。 --- Richard P.Feynman,1959 纳米科技的发展 第一届国际纳米科学技术会议(International conference on nano science and technology) 1990年7月 美国巴尔的摩 纳米科技将引发一场新的工业革命 国家自然科学基金与纳米科技 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. 纳米科技的前景展望 材料和制备 微电子和 计算机技术 环境和能源 医学与健康 生物技术 航天和航空 国家安全 纳米微粒的结构与形貌 Nanofibres Nanobelt /nanoribbon Nano peapod Nano rings Nano-flowers 纳米粒子的表征 纳米微粒的四大效应 （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。 （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。 尺寸及形貌导致颜色不同 （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、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。 （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。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。 纳米微粒的一些奇异特性 纳米微粒的一些奇异特性 纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极强，是隐形技术的突破； 纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强。 催化活性增强 以粒径小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率提高到传统镍催化剂的10倍。 直径几十纳米的Si3N4纳米线的弯曲强度在103Mpa量级，比块体Si3N4材料高出一个数量级。 纳米科技的研究方法 自上而下(Top Down) 理查德?费曼的技术 通过微加工和固态技术,不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化. 自下而上(Bottom Up) 德瑞克斯勒的技术 以原子分子为基本单元,根据人们的意愿进行设计和组装,从而构筑成具有特定功能的产品. 减少原材料需求,降低环境污染. 第二节 纳米粒子合成概述 自然界中的纳米粒子——尘埃、烟 20世纪初人们已开始用蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子 20世纪中期人们探索机械粉碎法使物质粒子细化（极限为数微米） 近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右 多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发 近十年来各种高技术，如激光技术、等离子体技术等的应用，使得制备粒度均匀、高纯、超细、分散性好的纳米粒子成为可能，但问题是如何规模化 水热氧化： mM + nH2O → MmOn + H2 水热沉淀： KF + MnCl2 → KMnF2 水热合成： FeTiO3 + KOH → K2O.nTiO2 水热还原： M