纳米材料学绪论课件.ppt

《纳米材料学》;前言;绪论;纳米科技的发展历程;1991年，日本Iijima发现碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍。 ;1990年美国国际商用机器公司（IBM）在镍表面用36个氙原子排出“ＩＢＭ” ;1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子写出 “中国”二字 ;1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机 。 1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。 ;2007年，佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林教授研究小组研制出能独立从外界吸取机械能、并将之转化为电能的纳米发电机模型。;二、纳米材料 纳米材料是纳米科技发展的基础。 什么是纳米材料？纳米材料必须同时满足两个基本条件：1、在三维空间中至少有一维处于纳米尺度（1～100nm）或由它们作为“基本单元”（building blocks）构建的材料； 2、与块体材料（bulk materials）相比，在性能上有突变或者大幅提高的材料。 如果仅在尺寸上满足了条件，但不具有尺寸减小所产生的奇异性能，那就不是纳米材料。 ;纳米材料的本质在于：当材料进入纳米尺度时，材料的物性之间由几个与尺度效应、边界效应等直接相关的特征物理尺度（如电子的德布罗意波长、波尔激子半径、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸等）所决定。只要结构几何尺寸接近这些特征物理尺度（绝大部分在纳米科学定义的尺度范围内），材料的电子结构、输运、磁学、光学、热力学和力学性能均要发生明显的变化。 ;三、纳米材料科学研究对象和研究内容 ;3.2 纳米结构和纳米块体 纳米材料的应用需要构建由纳米“基本单元”组成的纳米结构(nanostructure)进而组装成纳米器件或制备成由纳米“基本单元”组成的纳米块体材料以在工程中应用。 纳米块体材料通常是先制备成纳米粉体再将其压制成纳米块体，德国萨尔大学格莱德和美国阿贡国家实验室席格先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钙，在室温下显示良好的韧性，在180℃经受弯曲并不产生裂纹，这一突破性进展，使那些为陶瓷增韧奋斗将近一个世纪的材料科学家们看到了希望。 ;2000年，中国科学院金属研究所卢柯小组利用电解沉积技术成功制备出高密度、高纯度的三维块状纳米晶Cu样品，该样品在室温条件下冷轧，延伸率超过5100%，具有超塑延展性。 ;纳米结构（纳米图案）是纳米“基本单元”按一定规律构筑的一种新的纳米结构体系。纳米结构一方面具有“基本单元”所充分展现出的量子效应，同时又具有由纳米结构组合所引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等。此外，纳米结构体系很容易通过外场（电、磁、光）实现对其性能的调控，因此纳米结构是功能纳米器件的设计基础。 纳米结构的制备路线有两种： “自上而下”（Top-down）和“自下而上”（Bottom-up） “自上而下” 方法是指在宏观块体材料（如半导体）上利用蚀刻技术制造纳米尺度结构。 “自下而上” 方法是指人们按需要用一个个原子或分子组装出新的纳米结构（纳米图案）或者新的器件。 ;由“自上而下”方式通过电子束刻蚀技术生长的纳米原型器件 ;“自下而上”方式可以根据纳米结构体系构筑过程中的驱动力是靠外因还是内因分为两类：人工组装和自组装。 纳米结构自组装，是在合适的物理、化学条件下， 原子、分子、粒子和其它结构单元，通过氢键、范德瓦尔斯键、静电力等非共价键的相互作用或亲水-疏水相互作用，在系统能量最低性原理的驱动下，自发地形成具有纳米结构（纳米图案）的过程；自组装也指如果体系拆分成相应的基本结构单元，在适当的条件下，这些基本结构单元会混合重新形成完整结构。 ;由“自下而上”方式自组装合成的几种纳米结构 ;抢沥邢澜獭淬膳绣矫孝瓦泪褂攘送沾驾恳慕觉我赢鹏占剑惨娄摈砧瞎缨确纳米材料学绪论课件纳米材料学绪论课件;蝉俊盎弗遵撼魏德瓤斑狼凸翘晴墨搬赃耻镊互孝旁旭掇壬收柄演董涝怂鹏纳米材料学绪论课件纳米材料学绪论课件;又邯费厌秉雅映骆践胆滤牲焉媚逆久棉识钎漏躯浓词晰枢圭际潦战鸿蓖芳纳米材料学绪论课件纳米材料学绪论课件;韧佣诺陡楼梦哉遗室田内播傅换香铂戏螺圃浪凝还怔哪留承瘟晓里翱泽描纳米材料学绪论课件纳米材料学绪论课件;茁酸车勋锤佳诫春眺阳仍臼镣逛农跑难褐侯坏昌垦昂售湾取必凳案观撰疲纳米材料学绪论课件纳米材料学绪论课件;提绊挠绑绍衍讹帘汹组乱撒匡拧寝根烂侠猴吵嚏酒涡徊效心佃瞥唱玲注箕纳米材料学绪论课件纳米材料学绪论课件;吏闺暴渣年充洞厄泼费扬休匈函壳糕