纳米材料学124.ppt

纳米材料学 王治华，博士，副教授， 主要从事纳米材料和有机功能材料的制备及性能研究 zhwang@henu.edu.cn Tel. 课程学习要求 课程性质：纳米材料学是物理学、化学、材料学、生物学及电子学等多学科交叉的分支学科，也是目前材料科学领域中迅速发展的一门学科。 教学目标：本课程旨在使学生了解和掌握纳米材料的性能、制备、检测方法和生产工艺的基础理论与知识，并对纳米材料学科的必威体育精装版进展和研究成果有所了解，具备分析、设计、研究和应用纳米材料的基础知识、基本方法和实际能力。 考核方式：期末考试，占总成绩的70%，平时成绩占总成绩30%（包括考勤和作业）。 学习要求：ppt课件内容和授课顺序和教材有所不同，要求认真听课，做好课堂笔记，按时完成作业。 课程内容说明 绪论 团簇 纳米材料的基本概念与性质 4. 纳米微粒的制备方法 5. 纳米薄膜材料 6. 纳米固体（结构）材料 7. 纳米复合材料 8. 纳米一维材料 9. 纳米材料合成制备专题 本课程主要参考书目 1. 曹茂盛、关长斌、徐甲强，编著，纳米材料导论，哈尔滨工业大学出版社，2001年8月，第1版 2. 张立德、牟季美， 纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001年2月，第1版 3. 张立德， 超微粉体制备与应用技术，中国石化出版社，2001年4月， 第1版 4. 朱屯，王福明，王习东， 国外纳米材料技术进展与应用，化学工业出版社，2002年6月，第1版 1 纳米是什么 1.1 空间尺度的划分 宇观(Cosmoscopic) 遥观(Remote sensoscopic) 宏观(Macroscopic) 显微观(Optico-microscopic) 介观(Mesoscopic) 或纳米观(Nanoscopic): 1~100nm 微观(Microscopic) 皮米观(Picosopic) 飞米观(Fentoscopic) 亚飞米观(Subfentoscopic) 1.2 纳米 纳米是什么? 纳米nanometer是尺寸单 位。1纳米= 十亿分之一米(1nm=10-10m) =0.0000001毫米（1nm=10-7mm ） 常见的长度单位：千米（kilometer）； 米（meter）；厘米；毫米；微米（μm） 纳米；皮米；飞米…… 头发的直径（0.08mm） 1.2 纳米 地球直径约为12万7千公里，而十亿分之一约是12.7厘米，就大概是一颗弹珠的大小了。 ----《牛顿》杂志 将1nm的物体放在乒乓球上，就像乒乓球放在地球上一般 4.纳米技术进展 思考题： 1.了解纳米技术提出的背景与发展过程. 2.纳米世界的“眼”和“手”指什么？ 3.AFM和TEM在纳米技术中发挥着什么作用？ 4.与纳米技术相关的诺贝尔奖有几个？ 1.1纳米科技的提出和发展 1965年诺贝尔物理奖得主。 1965年预言”如果我们按自己的愿望一个一个得排列原子，将会出现什么呢？…”被认识是纳米技术最早的科学预测，费曼因此被誉为“纳米科技之父”。 纳米科技的发展 1974年，IBM公司的两位专家获得了第一个有关分子电子器件的专利。 1982年， IBM公司苏黎世研究所的Binnig和Rohrer发明了扫描隧道显微镜（STM),并因此取得了1985年诺贝尔物理奖， STM为我们揭示了一个可见的原子、分子世界，对纳米技术的发展起到了巨大的促进作用。 1985年，美国科学家在研究团簇时发现了C6O,它是足球式的中空形分子，直径为0.7nm, C6O的发展反映了自然界物质在纳米尺度下的有序排列的优异性能，轲尔等人因这一发明获得了1996年度诺贝尔化学奖。 1986年， Binnig，Quate和Gerber发明了原子力显微镜（AFM).AFM可以用于分辨包括绝缘体在内的各种材料表面，弥补了TEM只能分辨导电材料表面的不足，其应用范围无疑比TEM更加广阔。 在纳米科技研究领域中，要有“眼” 和“手”（STM和AFM），所谓“眼”， 即可利用STM直接观察原子、分子和纳米粒子的相互作用与特性，表征纳米器件。所谓“手”，是指AFM用于移动原子，分子，构造纳米结构，在纳米尺度研究他们的相互作用，为科学家提供在纳米尺度研究研究新现象，提出新理论的微小实验室，为微型器件的构筑提供了研究手段。 1990年，IBM公司苏黎世实验室的科学家利用针尖搬动35个氙原子排出“IBM”，这标志着人类已经具备了操纵单个原子的能力。 1991年，日本NEC实验室观察到碳纳米管。碳纳米管的密度只有钢的1/6，强度却是钢的100倍。 2000年，美国政府启动了“国家纳米行动计划（NNI)”， NNI的提出统一了对纳米技术的展望，并使这种展望得到了普遍接受