纳米材料2011.ppt

纳米材料 1、金属纳米粒子的催化作用 2、半导体纳米粒子的光催化作用 3、纳米金属、半导体纳米粒子的热催化 四、纳米材料在光学方面的应用 F117隐形轰炸机 B2隐形轰炸机 五、纳米材料在环境保护方面的作用 随着纳米技术的不断发展，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件。 六、纳米材料在生物工程方面的应用 七、纳米材料在其它方面的应用 纳米机器人 以光感应为开关，以葡萄糖和氧气为能量源 血管中的纳米机器人正在使用纳米切割机和真空吸尘器清除沉积物 检查体内疾病 重庆科研人员开发的“OMOM胶囊内窥系统”估计三年内可以上市。 把它吞进肚子里，消化道内的情景就可以像放电影一样在电脑屏幕上一目了然。 * * * 第二节 纳米材料的特性 纳米尺度的物质与宏观物质一样吗？ 传统化学的研究对象包含着天文数字的原子或分子，一克水中的分子数为3.346×1022个水分子。 通常所测得的体系的各种物理化学性质都是大量粒子的平均行为。常用的热力学规律成立的前提条件就是大量粒子组成的体系。 那么，当研究对象变成纳米尺度的物质，纳米尺度的微观世界，变成一个原子或分子时，是否还遵循我们所熟知的经典理论和规律呢？ 水是我们熟悉的物质 常识：油和水不相溶 可到了纳米尺度上，变得能够相溶，并且成为热力学的稳定相，不管温度变化、振动、添加其它化学原料，相溶的油与水都能稳定存在 纳米级这样的系统既非典型的微观系统，也非典型的宏观系统，是一种介观系统。 当人们将宏观物体细分为超微颗粒（纳米级）以后，它将显示出许多奇异的特性，比如它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比将会出现显著的不同。 纳米材料的特性 表面效应 小尺寸效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应 1、表面效应 表面效应是指纳米超微粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅增加，粒子的表面能以及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性能的变化。 纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多的悬空键，并具有不饱和性，因而极易同其它原子结合而趋于稳定，所以，具有很高的化学活性。 应用：高催化活性的催化剂 纳米颗粒的表面效应——活性 超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一旦遇到空气就会激烈燃烧，甚至发生爆炸。如要防止自燃，可采用表面包覆或控制氧化速度，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。 用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力，可以用作新型火箭的固体燃料，也可用作烈性炸药。 2、小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 特殊的光学性质 特殊的热学性质 特殊的磁学性质 特殊的力学性质 还有超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。 特殊的光学性质——颜色 特殊的光学性质：当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，便会失去原有的富贵光泽而呈黑色。 所有的的金属在超微颗粒状态时都呈现黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂变成了铂黑。 由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率的将太阳能转变为热能、电能。也有可能应用于红外敏感原件、红外隐身技术等。 超微纳米颗粒的不稳定性 超微颗粒的表面与大块物体的表面是有明显不同的。若用高倍率电子显微镜对金超微粒颗粒（直径2nm）进行观察，可以发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状。（如立方八面体、十面体、二十面体等），它既不同于一般的固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了沸腾状态，尺寸大于10nm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性。 纳米微粒的熔点降低 3、量子尺寸效应 微粒尺寸降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。 对于宏观物体，包含无限个原子，N趋近无穷大，于是δ趋近于0，也就是说宏观物体能级间距几乎为0；而纳米微粒包含的原子数有限，N值很小，能级间距将发生分裂，这就导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性不同，从而产生量子尺寸效应。 如，温度为1K时，直径小于14nm的银纳米颗粒会变成绝缘体。 4、宏观量子隧道效应 隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势