第六章 纳米材料精要.ppt

6.1 纳米材料及应用进展 6.2 纳米材料的制备 6.3 纳米材料的结构与表征技术 6.4 纳米材料的应用 纳米（nanometer）是一个长度单位，简写为nm。 1nm=10-3μm=10-9m 1nm等于10个氢原子一个挨一个排起来的长度。纳米是一个极小达到尺寸，但它又代表人们认识上的一个新层次，从微米进入到纳米。 共沉淀法存在的问题： 胶状物沉淀，水洗、过滤困难；易引入杂质；组分偏析；水洗时再溶解等（需精确控制浓度、温度、pH 值等制备参数） 美国又研制了纳米磁性材料，在一定条件下产生光发散效应，改变光传播方向，达到扰乱敌人探测的目标。 a c d 200nm b 扫描电镜 透射电镜 透射电镜的成像是由一定强度的电子束透过标本而成像。 6.4 纳米材料的应用 生活中 磁性材料 陶瓷增韧 催化 光学 生物 生活中 磁性材料 巨磁电阻效应： 在巨磁电阻效应被发现的第六年，1994年，IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍，达5Gbit/in2，最近报道为11 5Gbit/in2 ，从而在与光盘竞争中磁盘重新处于领先地位。 新型的磁性液体 磁性液体：把表面活性剂包覆在超细的磁性颗粒上，并高度弥散在基液中，从而形成一种稳定的胶体体系，在磁场作用下，磁性颗粒带动着被表面活性剂包裹的液体一起运动，就好象整个液体具有磁性，因此，称为“磁性液体”。 主要应用：旋转轴的动态密封（如X射线衍射仪的转靶部分的真空密封；机器人的活动部位的密封）、润滑、增进扬声器功率、比重分离等。 陶瓷增韧(优点：降低烧结温度、改性) 德国的格莱特和美国的席格先后研究成功的纳米陶瓷CaF和TiO2，在室温下显示出良好的韧性，在180?C经受弯曲而不产生裂纹。 英国把纳米Al2O3与ZrO2混合，在实验室获得高韧性的陶瓷材料，烧结温度降低100 ℃。 德国将纳米SiC（小于20%）掺如粗晶?-SiC粉体中，当掺和量为20%时，制成的块体断裂韧性提高了25%。 催化优点：1.提高反应速度；2.对反应路径由优良的选择性；3.降低反应温度 利用纳米TiO2在可见光的照射下对碳氢化合物由催化作用，在玻璃、陶瓷表面涂上一层TiO2，在光的照射下，任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌在光的照射下由于纳米TiO2的催化作用，使这些碳氢化合物进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。?自洁玻璃和自洁瓷砖 汽车发动初期，燃烧的温度约400℃左右，如果氧气供应不足，汽油不能充分燃烧，便会形成大量废气排出，污染环境。纳米ZrO2氧敏传感器恰恰在这个温度范围十分灵敏。将这种传感器安装在汽车引擎上，在发动机工作的开始阶段，可以通过指令自动向引擎内输送氧，使汽油充分燃烧，防止废气排放。当引擎温度升高，又可以控制氧的排放。 优点：1.纳米固体材料具有庞大的界面，提供了大量气体的通道；2.工作温度可由原来的800℃降低到300℃，有利于设计高灵敏度的氧敏传感器。 纳米氧敏传感器 汽车尾气净化技术 汽车使用的汽油、柴油等燃料中如含有硫化物在燃烧时会产生SO2气体，污染环境。采用纳米钛酸钴基复合材料，可以进行脱硫处理。如果在燃烧时同时加入纳米级助烧催化剂，可以使燃烧充分。用纳米活性碳做载体，纳米复合氧化锆陶瓷做汽车尾气净化催化剂，由于其具有极强的电子得失能力和氧化-还原性，吸附能力强，可以有效吸附CO气体，并将其氧化变成无害的CO2气体，减少对空气的污染。 光学 红外反射 紫外吸收 隐身 红外反射 高压钠灯和各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强照明，但仅有69%的电能转化为红外线，相当多的电能热能使灯管发热，并影响了灯具的寿命。 20世纪80年代，人们用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成多层干涉膜，总厚度为微米级，衬在有灯丝的灯泡罩的内壁，结果不仅透光率好，而且有很强的红外反射能力。这种灯泡亮度与传统的卤素灯相同时，可节省约15%的电。 紫外吸收 防晒油、化妆品：在具有的纳米微粒（如纳米SiO2和纳米TiO2 ）表面包覆一层对人体无害的高聚物，将这种复合体加入到防晒油和化妆品中防止塑料老化：在塑料表面涂上一层含有强烈吸收紫外的纳米微粒的透明涂层 防止油漆老化：在面漆中加入能强烈吸收紫外线的纳米微粒 隐身材料 1991年海湾战争中，美国第一天出动的战斗机躲过伊拉克严密的雷达监视网，迅速到达首都巴格达的上空，直接摧毁电报大楼和其他军事目标，在历时42天的战斗中，执行任务的飞机达1270架次，使伊拉克军队95%的军事目标被毁，而美国战斗机却无一架受损。 美国战斗机F117A机身包覆了红外与微波隐身材料（多种超微粒子，对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力），它具有优异的宽频带微波吸收能力。 （纳米材料，Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2