纳米技术复习题.doc

第一章 纳米在环境中的应用 环境修复方法 生物修复：植物修复 污染环境的物理修复：物理分离修复、蒸气浸提修复、固化／稳定化修复、电动力学修复、热力学修复 污染环境的化学修复：化学淋洗修复、化学固定修复、化学氧化修复、化学还原修复、原位可渗透反应墙修复 纳米材料的定义：至少在一个维度上是纳米范围（100nm）的固体物质 分子原子级0.1—0.5—1.0 纳米级1——1000 微米级1000——10000 纳米材料分类 0维 1维 2维 3维 纳米微粒的四大效应 （1）表面效应 是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。 （2）量子尺寸效应 当粒子尺寸降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级和纳米半导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。 量子尺寸效应可导致纳米颗粒的磁、光、声、电、热以及超导电性与同一物质原有性质有显著差异，即出现反常现象。例如金属都是导体，但纳米金属颗粒在低温时，由于量子尺寸效应会呈现绝缘性。美国贝尔实验室发现当半导体硒化镉颗粒随尺寸的减小能带间隙加宽，发光颜色由红色向蓝色转移。美国伯克利实验室控制硒化镉纳米颗粒尺寸，所制备的发光二极管可在红、绿和蓝光之间变化。 量子尺寸效应使纳米技术在微电子学和光电子学地位显赫。 （3）小尺寸效应 当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。 随着纳米颗粒尺寸的减小，与体积成比例的能量，如磁各向异性等亦相应降低，当体积能与热能相当或更小时，会发生强磁状态向超顺磁状态转变。当颗粒尺寸与光波的波长、传导电子德布罗意波长、超导体的相干长度或透射深度等物理特性尺度相当或更小时，其声、光、电、磁和热力学等特性均会呈现新的尺寸效应。将导致光的等离子共振频移、介电常数与超导性能发生变化。 （4）宏观量子隧道效应 微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。 电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。 量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。 例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。 纳米材料用于环境修复的优势 大的比表面积 易分散 易到达活性位进行反应 分层的孔道结构 合成方法 自上而下：刻印或机械方法 缺点：粒子表面会引入杂质 表面会发生损伤或瑕疵 粒径较大（10—1000nm） 粒子形状形态不均匀 自下而上：化学或电化学方法 热力学平衡方法（均相成核） generation of supersaturation,过度饱和（液气固） supersaturation temperature reduction温度降低 metal quantum dots in glass matrix by annealing低温退火 in situ chemical reactions (converting highly soluble chemicals into less soluble chemicals)溶解性的物质转变为不溶解的物质 b. nucleation,成核 c. subsequent growth.随后增长 实例:金属纳米粒子合成 双金属纳米粒子合成 功能性还原反应 Pt粒子的合成 前体物 K2PtCl4, H2PtCl6 稳定剂PVA 还原剂radiolysis（辐射）, hydrogen（氢）, sodium citrate（柠檬酸钠） 影响因素：还原剂形状、浓度、PH 导体合成（热分解） 纳米氧化物的合成：溶胶凝胶法（水解冷凝） 动力学方法 a. confining in a limited space限制在一个空间范围内 b. limiting the amount of precursors for the growth限制前体物增长 实例：（四种微团或是方法） liquid