《纳米金属粉末的制备》-毕业论文.docVIP

纳米金属粉末的制备 PAGE PAGE 1 1引言 1.1 背景 纳米材料和纳米技术是20世纪后期的新型材料和高新科技。纳米材料又称为超微颗粒材料, 由纳米粒子组成。 纳米粒子也叫超微颗粒， 一般是指尺寸在1～100nm 间的粒子, 处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。 纳米量级物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小, 此时,“量子效应”开始影响到物质的性能和结构。 从通常的关于微观和宏观的观点看, 这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统, 而是一种典型的介观系统。 它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。由于纳米材料的小尺寸效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，使其与常规材料相比具有独特的优异性能。当物质小到1~100nm时，由于其量子效应，物质的局域性和巨大的表面效应，物质的很多性能会发生质变，呈现出许多既不同于宏观物质，也不同于单个原子的奇异现象。纳米材料与纳米技术的研究得到世界各国，尤其是发达国家的重视。在过去的二三十年里纳米材料和纳米技术的研究发展迅猛，科学家预言，21世纪是纳米材料的世纪，他将在科学技术上带来一场新的革命。一些西方国家如美﹑日﹑德等 ，纷纷把纳米材料的研究利用及其应用作为新世纪本国科学研究中重要战略发展方向，试图抢占这一21世纪科技战略制高点。 随着纳米技术的迅速发展，各种类型大米材料不断涌现，如纳米陶瓷粉末﹑纳米金属材料﹑纳米金属﹑纳米化合物﹑纳米生物材料等。在这些材料中纳米技术金属材料是重要的部分，伴随纳米金属粉末的制备技术不断革新和发展，纳米金属粉末的研究不断深入，制备方法不断完备，应用也越来越广泛，在此就纳米金属粉末的基本效应﹑制备﹑应用等方面做一论述。 1.2 纳米金属粒子的基本效应 纳米粒子是尺寸为1~100nm的超细粒子。纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而急剧增大，显示出强烈的体积效应（即小尺寸效应）﹑量子尺寸效应﹑表面效应﹑和宏观量子隧道效应。 1.2.1 体积效应[1] 由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当粒子的尺寸与德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将破坏；非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小，导致声﹑光﹑电﹑磁﹑热力学等特性呈现新的体积效应。例如：光的吸收显著增加；磁有序态向无序态﹑超导相向正常相转变；声子谱发生改变；纳米粒子的熔点远远低于块状金属；等离子体共振频率随颗粒尺寸改变[2] 。 1.2.2 量子尺寸效应[3] 当离子尺寸达到纳米量级时，金属费米能及附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明：纳米金属离子所包含的原子数有限，能级间距发生分裂。当能级间隔大于热能﹑磁能﹑静电能﹑静磁能﹑光子能量或超导态的凝聚能时纳米粒子所含的电子数的奇偶性不同，低温下的热熔磁化率有极大差别；纳米粒子的光谱线频移﹑催化性质也与粒子所含的奇偶性有关。 1.2.3 表面效应[4] 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而增大后而引起的性质上的改变。随着粒径的减小，表面原子数迅速增加，粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足及高的表面能，使原子表面具有很高的化学活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米表面输运和构型的变化，也引起了表面原子的自旋构象和电子能谱的变化。例如：化学惰性的Pt 制成纳米微粒Pt成为活性极好的催化剂。 1.2.4 宏观量子隧道效应[5] 微观粒子具有的穿越势垒的能力称为隧道效应，人们发现一些宏观量,例如微粒的磁化强度﹑量子相干器件中心的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。量子隧道效应是未来电子器件的基础，他确定了现存微电子器件进一步微型化的极限。 1.3 纳米金属粉末的制备方法 纳米粒子的制备技术是纳米材料研究﹑开发和应用的关键，其主要要求是：粒子表面清洁；粒子形状﹑粒径以及粒度分布可以控制，粒子团聚倾向小；容易收集，有较好的热稳定性，易保存；生产效率高，产率﹑产量大等。纳米粒子制备的关键是如何控制颗粒的大小并获得较窄且均匀的粒度分布[6]从1963年日本上田良二首创气体冷凝法以来，科学家发明了各种各样制备纳米粒子的方法。铜及其合金的应用范围仅次于钢铁，在有色金属中，铜的产量和耗用量仅次于铝，居第二位[7]。纳米铜粉是采用新出现的纳米技术研制的铜及铜合金粉末,它不仅可以作为催化剂直接应用于化工行业(如乙炔聚合) ,而且还是高导电率、高强度的纳米铜材不可缺少的基础原料。1995 年IBM 的C.2K. Hu 等人[8]指出纳米铜由于其低电阻而可被用于电力连接后,其性质引起了电子界的很大兴趣。P. G. Sanders 等人[9]还得到了纳米铜材(晶粒尺寸1