纳米材料课件.ppt

1.什么是纳米材料 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成, 一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。 纳米材料可分为两个层次：纳米超微粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸为1-100nm的超微粒子，纳米固体是指由纳米超微粒子制成的固体材料。而人们习惯于把组成或晶粒结构控制在100纳米以下的长度尺寸称为纳米材料。 2、纳米材料的分类 纳米材料按其颗粒组成的尺寸和排练形状。可分为纳米晶体和纳米非晶体。前者指所包含的纳米微粒为晶态，后者由具有短程序的非晶态微粒组成，如纳米非晶态薄膜。 零维纳米材料：指空间三维尺度均在纳米尺度以内的材料，如 纳米粒子、原子团簇等 零维纳米材料： 一维纳米材料：有两维处于纳米尺度的材料，如纳米线 纳米管 二维纳米材料：在三维空间有一维在纳米尺度的材料，如超薄膜 三维纳米材料（纳米固体材料）：指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密性固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5 nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，从而使得纳米材料具有高韧性。 12.2 纳米材料特性 1、力学性质 2、热学性质 3、光学性质 4、磁性 12.2.2表面与界面效应 纳米微粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相当的比例。随着粒径减小，表面急剧变大，引起表面原子数迅速增加。这样高的比表面积，使处于表面的原子数越来越多，大大增加了纳米微粒活性。表面微粒的活性不仅引起微粒表面原子运输和构型的变化，而且也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。 当超微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸效应，称为量子尺寸效应。 (2)复合磁性材料 纳米复合磁性材料是指由不同磁性组分构成的复合磁性材料，因其各组分具有特征磁性获得优良的综合磁性，如纳米硬磁相加上软磁相可获得兼有高饱和磁化强度（Ms)和高矫顽力(Hc）的新型永磁材料。纳米复合磁性材料中含有大量软磁相，软磁晶粒与硬磁晶粒的磁化交互作用而互相结合，硬磁性晶粒的磁化阻止软磁性晶粒的磁化反转，如同没有软磁相存在一样。 特点：①高剩余磁化强度 ②高磁能积 ③ 剩磁对温度的依赖关系小 ④磁化性能好 (3)软磁体材料 (4)纳米磁性液体 纳米磁性液体具体应用 12.6纳米碳分子材料 12.6.1巴基球 1.巴基球结构 Kroto等人首先提出了C60的封闭环形结构设想。 而后经研究人员理论计算表明C60分子中的键包含了单键和双键。 C60的13C核磁共振谱、红外光谱和拉曼振动谱的研究证实了C60的球形结构模型。 1971年（辛亥年），大泽映二发表《芳香性》一书，其中描述了C60分子的设想。 1980年，饭岛澄男在分析碳膜的透射电子显微镜图时发现同心圆结构，就像切开的洋葱，这是C60的第一个电子显微镜图。 1983年，克罗托蒸发石墨棒产生的碳灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰，他们称之为“驼峰”，他们推断出这是富勒烯产生的。 1984年，富勒烯的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬等人发现的，但是他们不认为这是C60等团簇产生的。 1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60，并推测这个团簇是球状结构。 1990年，克利斯莫（Kriischmer）等人第一次报道了大量合成C60的方法，才使得C60的研究得以大量展开。 1991年，加州大学洛杉矶分校的霍金斯（Joel Hawkins）得到了富勒烯衍生物的第一个晶体结构，标志着富勒烯结构被准确测定。 1995年，伍德（Fred Wudl）制备出开孔富勒烯；而PCBM也被他首次制备。 1996年，罗伯特·科尔（美）哈罗德·沃特尔·克罗托（英）理查德·斯莫利（美）因富勒烯的发现获诺贝尔奖 电弧法制备巴基球工艺流程 用碱金属（如K、Rb、Cs）与C60化合，存在三个稳定相，当只有三个碱金属原子与一个C60化合，形成的具有面心立方结构的晶体才具有超导性能。C60固体超导性的BCS理论认为，超导转变温度随着晶胞体积的增加而升高。另外，C60还具有抗辐射、抗化学腐蚀、不与腐蚀化合物起反应的优良性能。 C60晶体既具有有序特征分子(C60按面心立方点阵排列)，又有无序特征(C60分子在格点土自由转动),使它成为继硅、锗和砷化镓之后的又一种新型半导体材料。实验表明，C60和C70也是一种非常好的非线性光学材料。另外,可通过化学或物理的