(纳米材料的制备、表征及其应用.pptVIP

原子 分子 原子团簇 纳米粒子 纳米材料 宏观物体 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。 （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。 （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。 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. Nanofibres Nanobelt /nanoribbon Nano peapod Nano rings Nano-flowers 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： MexOy + yH2 → xMe + yH2O 水热分解： ZrSiO4 + NaOH → ZrO2 + Na2SiO3 水热结晶： Al(OH)3 → Al2O3.H2O 纳米材料的表征 表征技术是指物质结构与性质及其应用的有关分析、测试方法，也包括测试、测量工具的研究与制造。 表征的内容包括材料的组成、结构和性质等。 组成：构成材料的化学元素及其相关关系 结构：材料的几何学、相组成和相形态等 性质：指材料的力学、热学、磁学、化学等 纳米材料表征手段 透射电子显微镜（TEM）的主要功能 扫描电子显微镜(SEM) SEM是一种多功能的电子显微镜分析仪器. 1935年卡奴提出了SEM的工作原理 1942年制造出了世界上第一台SEM 现代的SEM是剑桥大学欧特利与学生在1948-1965年间研究成果. SEM显示各种图象的依据是电子与物体的相互作用. SEM的主要功能 三维形貌的观察和分析 观察分析纳米材料的形貌 直接观察大样品的原始表面 STM在纳米材料中的应用 测量单分子、单个纳米颗粒、单根纳米线和纳米管等的电学、力学以及化学特性. 对表面进行纳米加工,构建新一代的纳米电子器件. STM的优点 它有原子量级的极高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达0.01nm),即能直接观察到单原子层表面的局部结构 。 比如表面缺陷、表面吸附体的形态和位置等. STM能够给出表面的三维图像 STM可在不同的环境条件下工作,包括真空、大气、低温,甚至样品可浸在水中或电解液中,所以适用于研究环境因素对样品表面的影响. 可研究纳米薄膜的分子结构. Images of NaCl obtained using STM 原子力显微镜AFM AFM的主要应用 纳米材料的形貌测定 生物材料研究 黏弹性材料的表面加工 X射线衍射法（XRD） XRD是鉴定物质晶相的有效手段。 利用XRD谱图可以推断出纳米材料的结晶度和层状结构的有序度。 利用XRD图结合Debye-scherrer公式，又衍射峰的半高宽计算对应晶面方向上的平均粒径 D=Rλ/βcosθ D为粒子直径，R为Scherrer常数（0.89）, λ为入射X光波长（0.15406 nm），θ为衍射角（°），β为衍射峰的半高峰宽（rad）。 XRD在纳米材料中的应用 物相结构的分析 介孔材料的分析 纳米薄膜的厚度以及界面结构的测定. 石墨烯的XRD图 Raman光谱可获得的信息 拉曼光谱是碳材料分析与表征的最好工具之一 。 石墨烯的Raman光谱 应用前景 它使人类在改造自然方面进入到原子、分子的纳米层次。纳米技术的核心是按人们的意志直接操纵单个原子、分子或原子团、分子团, 制造具有特定功能的产品。 由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用, 它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分, 是有利的作用,还是不利的作用更难以判断, 这不但给某一现象的解释带来困难, 同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。 如何控制这些效应对纳米材料性能的影响, 如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响, 这都是控制工程研究亟待解决的问题。 在纳米材料的研究中, 目前主要的工作有: 一是用纳米材料替代传统材料改善产品品质与性能; 另一方面是开发新材料。 纳米材料是21世纪的主导技术 航空航天 化工领域 微电子领域 医学领域 陶瓷领域 国家安全 其它领域…