第4章3绿色纳米(绿色化学原理与绿色产品设计-李群)案例.ppt

4.3.2 纳米材料的合成 5mL 0.02M AgNO3 和5mL 0.02M NaCl ，加入到30mL蒸馏水中，搅拌生成AgCl胶体，然后0.04g,0.2mmol的葡萄糖溶在上述胶体溶液中，移入内衬Teflon的50mL合成弹中，在加热炉中180°C下保持18小时，空气中冷却至室温，蒸馏水和酒精冲洗银灰色沉淀，真空60 °C干燥2小时。 水热法合成Ag纳米粒子 SEM image of samples obtained at 180°C after a reaction time of A)6h, B)9h, C)12h Chem. Eur. J. 2005, 11, 160-163. 4.3.2 纳米材料的合成 溶胶－凝胶法是一种制备玻璃、陶瓷等无机材料工艺，用此法制备纳米微粒的原理是使金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经干燥、焙烧等热处理而生成纳米粒子。 其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 (3) 溶胶－凝胶法 4.3.2 纳米材料的合成 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。 其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 (4) 微乳液法 4.3.2 纳米材料的合成 4.3.2.3 固相合成法 纳米材料固相合成法是从固相到固相的变化来实现制备纳米粉体。固相中，分子、原子的扩散很迟缓，集体状态多样化，利用此法制得的固相粉体和最初固相可是同一物质，也可是不同物质。 纳米微粒固相合成法的机理过程是将大块物质极细、微粒尺寸不断降低的过程以及将最小单位（分子或原子）组合构筑的过程。 4.3.2 纳米材料的合成 其中，尺寸降低过程是指物质无变化，采用机械粉碎（球磨法、喷射法等进行粉碎）、化学处理（溶出法）等；组合构筑过程是指物质发生变化，采用热分解法（大多为盐的分解）、固相反应法（大多为化合物）、火花放电法（如用金属铝生成氢氧化铝）等。 此法特点是一步经固相物质即可制备纳米粉体。 4.3.3 绿色纳米材料的主要性能 4.3.3.1 基本物理效应 由于纳米材料集中体现了小尺度、复杂结构、高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，于是呈现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广闹的应用前景，同时也将推动基础研究的发展。其具有的基本物理效应如下。 4.3.3 绿色纳米材料的主要性能 (1) 表面效应 纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。纳米微粒尺寸小，表面能高，仅次于表面的原子占相当大的比例，随着粒径的减小，表面原子数迅速增加，原子本位不足和高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。 例如：金属纳米粒子在空气中会燃烧；无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。 4.3.3 绿色纳米材料的主要性能 (2) 量子尺寸效应 当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。由于纳米粒子细化，晶界数量大幅度的增加，可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高。其结构颗粒对光，机械应力和电的反应完全不同于微米或毫米级结构颗粒， 4.3.3 绿色纳米材料的主要性能 使得纳米材料在宏观上显示出许多奇妙的特性。 例如：纳米相铜强度比普通铜高5倍；又例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移，磁有序态向无序态转变等。 4.3.3 绿色纳米材料的主要性能 (3) 纳米材料的体积效应 由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。 其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子。久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。 (4) 宏观量子隧道效应 指纳米颗粒具有贯穿势垒的能力 4.3.3 绿色纳米材料的主要性能 4.3.3.2 扩散及烧结性能 由于在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径，因此，纳米材料具有较高的扩散率。这种性能使一些通常在较高温度才能形成的稳定相或介稳相，在较低温度下就可以存