第八章--纳米结构-模板合成2017.pptVIP

纳米结构的模板合成方法和技术要点 化学气相沉积法(CVD法) 一般的化学气相沉积法的沉积速度太快，往往将孔洞口堵塞，使得蒸气无法进入整个柱形孔洞，因此无法形成丝和管。 Martin等人用下面的CVD法成功地制备出碳纳米管的阵列，具体过程如下： 将A12O3模板放入700℃左右的高温炉中，并通以乙烯或丙烯气体，这类气体在通过模板孔洞的期间发生热解，结果在孔洞壁上形成碳膜(形成碳管)，碳管壁厚取决于总的反应时间和气体的压力． 纳米结构的模板合成方法和技术要点 化学气相沉积法(CVD法) 高温气相法合成GaN纳米丝阵列。 在管式炉中部放置一刚玉坩埚，在坩埚的底部均匀放置摩尔比为4：1的金属Ga细块体与Ca2O3粉末， 在其上平放孔洞贯通的Al2O3有序孔洞模板，在模板底部有一层In膜。用机械泵排除炉中的空气，然后通入NH3气体，经几次抽排NH3气，使得炉内保持纯净的NH3气. NH3气的流量保持在300ml／min，炉温升至1000℃，经2h后冷至室温，由此获得GaN纳米丝阵列体系． 纳米结构的模板合成方法和技术要点 模板法是一种非常简单的合成纳米结构阵列体系的方法 它既可合成阵列结构， 又可通过腐蚀移去模板获得纳米丝和管(包括单组分的和复合纳米材料的丝和管)， 材料可以为金属、高分子、碳、半导体及氧化物等． 这种纳米阵列体系不仅可用来进行基础研究，而且有着广阔的应用前景。 纳米结构介孔固体和介孔复合体 介孔固体和纳米颗粒/介孔固体的复合体系是90年代初纳米科学中引入注目的前沿领域。 孔径在2-50nm的孔称为为介孔 人工纳米材料最主要的特征是维数低、对称性差、几何特征显著。 材料的性质对颗粒尺度十分敏感，小尺寸效应、界面效应及量子尺寸效应表现得十分敏感，从而导致许多奇异的物理、化学特性出现． 多孔材料 微孔材料 (孔径2nm) 介孔材料 (孔径2-50nm) 大孔材料 (孔径50nm) 沸石(如：活性炭、ZSM-5、TS-1等) 硅胶、MCM-41、SBA-15等 珊瑚、蜂窝状独石等 介孔材料 较大的比表面积和孔容 均一且在纳米尺度上可调的孔径 从一维到三维有序孔道结构 可控的形貌 在大分子或离子的分离、 传感器、生物医学、化工催化、材料合成等领域具有无可比拟的优势和应用前景 纳米多孔材料分类 纳米颗粒与介孔固体的组装 不但使纳米微粒的许多特性得到充分地发挥，而且又产生了纳米微粒和介孔固体本身所不具备的特殊性质。 例如介孔荧光增强效应、光学非线性增强效应、磁性异常等， 同时，也为人们按照自己的意愿设计实现对某些性质进行调制。 介孔固体的表征 介孔固体的概念是1992年葡萄牙里斯本会议上正式提出。根据孔的分布可分为有序和无序介孔固体。 介孔固体是指孔径在2-50nm并且具有显著表面效应的多孔固体。 这里仅由孔尺寸大小来定义是不全面的。 介孔固体不但与孔平均尺寸有关，而且还与孔隙率有关，在一定的孔径下，只有当孔隙率足够大时才可能具有特殊性能． 介孔固体的表征 介孔固体与介孔是两种不同的概念 作为一种独立的固体材料，介孔固体应在性能上显著不同于微孔固体和无孔的体相材料。 只含少数介孔的固体，其性能与体相材料不会有何差别，不能称其为介孔固体。 介孔固体表征 表征介孔固体的参数 （1）平均孔径尺寸， （2）孔隙率， （3）介孔固体的孔径分布。 这三个参数决定了介孔固体的表面效应。 表面效应可通过比表面积S或表面原子分数Z来表示. 比表面积 多孔固体的孔径为单一时，其比表面积S满足 式中：ρ0为多孔固体的骨架密度；P为孔隙率；Dp为孔径；A为常数或形状因子。对于球形或圆锥形孔，A为6，而对于柱形孔，A为4。 尽管孔形的模型有许多种，但一般采取柱形近似(特别是对SiO2、A12O3、TiO2等多孔固体)， 通常取A=4。 表面原子分数Z 介孔固体的表面原子分数Z也可以用来表征介孔固体，它与孔径尺寸和孔隙率也有密切的关系。在单位重量的多孔固体中，总的表面原子数NS可表示为 单位重量多孔固体中总的原子数Nt为 因此表面原子分数Z为: 可见Z与S成正比，即Z和S均可作为表面效应的度量，二者具有等效关系。 孔径、孔径分布和孔隙率对表面效应的影响 比表面积或与表面积有关的性质将决定于平均孔径和孔隙的大小，而孔径分布宽度的影响可忽略。 S和Z与平均粒径DP成反比关系， 孔隙率P对S和Z影响要相对复杂一些。 孔径分布对比表面积的影响可以忽略 在给定孔径（50 nm）的情况下，当P80％时；孔隙率对Z或 S的贡献很小， 而当P大于80％，尤其是大于90％时，P的增大