《纳米材料与技术》期末复习资料.docx

一 纳米材料的概念 1、纳米材料 广义：在一维、二维、三维的空间中始终处于1～100nm范围的晶体或非晶体物质。其性质完全不同于常规材料，而具有特殊性。 狭义：具有纳米结构的材料。 纳米材料与传统材料的主要差别: 尺寸差异 性能差异强度、韧性、比热、导电率、扩散率等完全不同于或大大优于常规的体相材料。 2、纳米尺度 临界尺寸：当颗粒的大小减小到某一尺寸时，材料的性能突变，与同样组分构成的常规材料性质不同，这个尺寸就是临界尺寸。 同一种纳米材料具有的不同性质所发生突变的临界尺寸不同；而同一种性能的不同纳米材料其临界尺寸也有很大差异。 3、纳米结构基本单元 构成纳米结构块体、薄膜、多层膜以及纳米结构材料的基本单元有：团簇，纳米微粒、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带、纳米环、纳米螺旋和同轴纳米电缆等。 它们至少一维尺寸非常小。 ①团簇 原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于1nm)。如Fen，CunSm，CnHm(n和m都是整数)和碳簇(富勒烯C60，C70等)等。 它介于单个原子与固体之间。 形状多样化：线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。 原子团簇分类：A 一元原子团簇，如：Nan, Nin，C60, C70 B 二元团簇，如：InnPm, AgnSm C 多元团簇，如：Vn(C6H6)m D 原子簇化合物，是原子团簇与其它分子以配位键结合形成的化合（例如，某些含Fe-S团簇的蛋白质分子）。 ②纳米微粒 纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。 尺寸一般在1～100nm之间，纳米颗粒所含原子数范围在103～107个，也称它为超微粒子。 上田良二给纳米颗粒的定义是：用电子显微镜才能看到的颗粒称为纳米微粒。 通常，分散性好的纳米粒子在良溶剂中不会沉淀，而且有透光性。 ③纳米棒、纳米带和纳米线 纳米棒：长径比(长度与直径的比率)小，截面为圆形。一般小于20。 纳米线：长径比大，截面为圆形。 纳米带：其截面为长方形。 同轴纳米电缆：芯部为半导体或导体的纳米线，外包异质纳米壳体（半导体或导体），外部的壳体和芯部线是同轴的。 二 纳米材料的分类 1、依据属性分 = 1 \* roman i金属纳米材料 = 2 \* roman ii氧化物纳米材料 = 3 \* roman iii硫化物纳米材料 = 4 \* roman iv碳（硅）化合物纳米材料 = 5 \* roman v氮（磷）等化合物纳米材料 = 6 \* roman vi含氧酸盐纳米材料 = 7 \* roman vii复合纳米材料 2、依据功能分 = 1 \* GB3 ①半导体型纳米材料——非金属氧化物、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属化合物。 = 2 \* GB3 ②光敏型纳米材料——具有光敏特性如TiO2、W2O3，可作为光电化学催化剂、紫外线屏蔽剂。 = 3 \* GB3 ③增强型纳米材料——有机基体增强剂SiO2 、Al2O3 、CaCO3；陶瓷基体增强剂Si3N4、SiC、ZrO2；金属基体增强剂MgO、CaO。 = 4 \* GB3 ④磁性纳米材料——磁性纳米微晶材料、磁性纳米微粒材料、磁性纳米有序阵列、磁性纳米结构材料 3、依据维数分 (1) 0维纳米材料（纳米点）：原子团簇、纳米颗粒 (2) 1维纳米材料（纳米线）：纳米线、纳米棒 (3) 2维纳米材料（纳米面）：纳米薄膜、多层膜 (4) 3维纳米材料：体相纳米材料（由纳米材料组装而成） 纳米孔材料（孔径为纳米级） 4、依据来源分 天然纳米材料：骨骼（30%胶原纤维，70%纳米级磷酸钙晶体） 合成纳米材料 三 纳米材料的发展 1、纳米材料的发展 第一发展阶段（1990～2001）：在镀层、纳米粒子和块状纳米材料中被动的纳米结构； 第二发展阶段（2001 ～ 2005）：主动的纳米结构，如晶体管、传动操作机构、自适应结构等； 第三发展阶段（2005～2010）：纳米结构的多种人工组装技术； 第四阶段（2010以后）：原子、分子纳米系统。 2、纳米材料的发展趋势 探索和发现纳米材料的新现象、新性质。 根据需要设计纳米材料，研究新的合成和制备方法以及可行的工业化生产技术。 研究有关纳米材料的基本理论。 四 纳米材料的基本效应 纳米材料的量子尺寸效应 = 1 \* GB3 ①原子分立能级 各种元素都具有自己特定的光谱线，如氢原子和钠原子分立的光谱线。 作用: 原子光谱，可鉴别外来天体中的元素。 对于分子：分子轨道理论 共价键理论 = 2 \* GB3 ②固体的能级 当大量原子构成固体时，单