纳米材料化学简明教程 教学课件 ppt 作者 汪信 刘孝恒 编著Part2 纳米材料物理化学.pptx

1.纳米材料物理化学 物理化学在纳米材料领域具有举足轻重的地位，是研究纳米材料所必备的基础知识。 本部分内容相当丰富，不仅涉及纳米材料的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应等重要性质，还介绍了纳米材料的表征、有关晶体学知识以及重要的性能等。主要内容1.1 纳米材料的重要特性1.2 纳米材料结构表征1.3 纳米材料晶体学1.4 纳米材料磁学1.5 纳米材料电子学与光电子学1.1 纳米材料的重要特性1.1.1 纳米材料与纳米结构 纳米材料：在纳米尺度(0.1~100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的材料。1.1.1.1 什么是纳米材料1.1 纳米材料的重要特性1.1.1 纳米材料与纳米结构1.1.1.2 纳米材料的微结构及品质评价1.1 纳米材料的重要特性 1.1.1 纳米材料与纳米结构1.1.1.2 纳米材料的微结构及品质评价 分散性好 分散性差1.1 纳米材料的重要特性 1.1.1 纳米材料与纳米结构1.1.1.2 纳米材料的微结构及品质评价 颗粒大小均匀 颗粒大小不均匀1.1 纳米材料的重要特性 1.1.1 纳米材料与纳米结构1.1.1.2 纳米材料的微结构及品质评价 球形 三角形 立方体1.1 纳米材料的重要特性 1.1.1 纳米材料与纳米结构1.1.1.2 纳米材料的微结构及品质评价 棒状 针叶状 核壳结构1.1 纳米材料的重要特性 1.1.1 纳米材料与纳米结构1.1.1.2 纳米材料的微结构及品质评价 片状 层状1.1 纳米材料的重要特性1.1.2 表面与界面效应 在人类长期的科技活动中，人们已经意识到，表面、界面科学所研究的是包括从宏观到微观的相界面问题。如今，无论是在科学研究中还是在工业应用上，表、界面现象均已有了极其广泛的应用，涉及到的材料或研究领域包括吸附与分离、催化、薄膜、泡沫乳状液、润湿功能等等。 随着纳米材料研究的快速发展，使之对材料表面与界面效应的关注又上升到一个新的高度，极大地丰富了表面与界面科学的内涵。1.1 纳米材料的重要特性 纳米粒子直径（nm）1.1.2 表面与界面效应纳米颗粒与表面原子1.1 纳米材料的重要特性1.1.2 表面与界面效应1.1 纳米材料的重要特性1.1.2 表面与界面效应纳米材料具有很大的表面积和高的表面能1.1 纳米材料的重要特性1.1.2 表面与界面效应 右图展示了纳米表面与界面效应的实质，很明显，该图中实心圆的原子近邻配位很不完全，所以具有很高的物理、化学活性。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应 小尺寸效应是，随着颗粒尺寸的量变最终引起颗粒性质发生质变而产生众多“异常”现象的统称。 当颗粒的尺寸迅速变小，小到大致等同于光波波长，磁交换长度，磁畴壁宽度，传导电子德布罗意波长，超导态相干长度等物理特征长度甚至更小时，原有晶体周期性边界条件被破坏，众多的物理性能也就极有可能产生质的变化，表现出新奇的效应，如从磁有序变为磁无序，磁矫顽力变化，金属等材料的熔点下降，陶瓷材料脆性消失等等，统称为小尺寸效应。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应 五颜六色的黄金(溶胶)1.1.3.1 特殊的光学性质 小尺寸效应可带来一些纳米材料光学性质的特殊变化，这将在后续内容中继续讨论。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应1.1.3.2特殊的热学性质 受小尺寸效应的影响，一些纳米微粒的熔点（右图）、烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。也有学者认为，图中的展示的实验规律是纳米材料多重效应造成的（类似的情况还有纳米材料的磁学性能等）。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应1.1.3.2特殊的热学性质 从表1-3中可以看出，有些材料纳米化后热学性质的变化是较为显著，乃至是惊人的。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应1.1.3.3 特殊的磁学性质 包括超顺磁性问题，各向异性能和高矫顽力等内容。纳米材料的磁性是纳米材料所具有的十分重要的性质之一，后续还将专门讨论。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应1.1.3.4 特殊的力学性质 一些纳米陶瓷材料具有可软化，韧性显著增加的性能。1.1 纳米材料的重要特性1.1.3 小尺寸效应1.1.3.5 其他 特殊的声学性质: 有研究表明，小尺寸效应可导致纳米材料声子谱发生改变。 特殊的超导性质:小尺寸效应可产生纳米材料超导相向正常相的转变。 复杂的微电子学问题: