安徽大学 纳米材料科学 苏丽芬 课件 2纳米材料的结构和性能.ppt

* * (2)酯化反应法 金属氧化物与醇的反应称为酯化反应． 利用酯化反应对纳米微粒表面修饰改性最重要的是使原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面，这种表面功能的改性在实际应用中十分重要． 酯化反应采用的醇类最有效的是伯醇，其次是仲醇，叔醇是无效的． 酯化反应表面修饰法对于表面为弱酸性和中性的纳米粒最有效，如SiO2，Fe2O3，TiO2，ZnO等．此外，碳纳米粒子也可以用酯化法进行表面修饰． * * (3)表面接枝改性法 表面接技改性法是通过化学反应将高分子的链接到无机纳米粒子表面上的方法称为表面接枝法． 这种方法可分为三种类型： (i)聚合与表面接枝同步进行法．这种接枝的条件是无机纳米粒子表面有较强的自由基捕捉能力．单体在引发剂作用下完成聚合的同时，立即被无机纳米粒子表面强自由基捕获，使高分子的链与无机纳米粒子表面化学连接，实现了颗粒表面的接枝．这种边聚合边接技的修饰方法对碳黑等纳米粒子特别有效． * * (ⅱ) 颗粒表面聚合生长接枝法．这种方法是单体在引发剂作用下直接从无机粒子表面开始聚合，诱发生长，完成了颗粒表面高分子包敷，这种方法特点是接枝牢较高． (ⅲ) 偶连接枝法．这种方法是通过纳米粒子表面的官能团与高分子的直接反应实现接枝 * * 首先，表面接枝改性方法可以充分发挥无机纳米粒子与高分子各自的优点，实现优化设计，制备出具有新功能纳米微粒． 其次，纳米微粒经表面接枝后，大大地提高了它们在有机溶剂和高分子中的分散性，这就使人们有可能根据需要制备含有量大、分布均匀的无机纳米粒子添加的高分子复合材料． 表面接枝改性法优点 * * 纳米颗粒表面包覆 * * 纳米粒子的表面改性 * * 纳米粒子的表面改性 * * 4.3 纳米固体材料的力学性能 1. 超塑性 Δl/l几乎等于100%，Δl为伸长量，l为原始式样长度。 2. 强度与硬度 ? 纳米材料的断裂强度比一般材料提高有限，这是因为颗粒尺寸减小后材料的界面大大增加。例如： 纳米Fe多晶体的断裂强度比常规Fe高12倍；未经烧结的纳米陶瓷生坯强度和硬度都比常规陶瓷材料低的多。 ? 3. 塑性和韧性 ? 纳米材料的特殊构成及大的体积百分数的界面使它的塑性、冲击韧性和断裂韧性和断裂韧性与常规材料相比都有很大的改善。 * * 纳米金属铜的超塑性能 * * Superelasticity and Nanofracture Mechanics of ZnO Nanohelices Pu Xian Gao, Wenjie Mai, and Zhong Lin Wang， NANO LETTERS, 2006，Vol. 6, No. 11， 2536-2543 * * 陶 瓷 增 韧 * * 思考与练习 1．名词解释：团簇，一维纳米材料，量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应，宏观量子隧道效应，介电限域效应 2．影响纳米材料特异物理、化学性能的基本因素 3. 纳米微粒表面改性主要有那些方法。 * * * * 烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度． 纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。 * * 足够地减少组成相的尺寸的时候，由于在限制的原子系统中的各种弹性和热力学参数的变化，平衡相的关系将被改变。固体物质在粗晶粒尺寸时，有其固定的熔点，纳米化后，则熔点降低。 * * * * 4．1．2、磁性性能 * * 饱和磁化强度变化。纳米晶Fe的饱和磁化强度Ms比常规非晶态Fe和粗晶多晶α-Fe低。 ? 磁性转变。小尺寸纳米粒子的磁性比大块材料强许多倍，20nm的纯铁粒子的矫顽力是大块铁的1000倍，但当尺寸再减小时其矫顽力反而有下降到零，表现出超顺磁性。 * * (1)超顺磁性：纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态(矫顽力Hc→O)。 超顺磁状态的起源：在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。 不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同的。 * * * * * * (2)矫顽力:纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力Hc。 纳米微粒高矫顽力的起源有两种解释：一致转动模式和球链反转磁化模式。一致转动磁化模式基本内容是：当粒子尺寸小到某一尺寸时，每个粒子就是一个单磁畴，单磁畴的纳米微粒实际上成为一个永久