第一章-纳米材料的基本效应及其物理化学性质市公开课一等奖省赛课获奖课件.pptx

第一章纳米材料基本效应及其物理化学性质第1页

小尺寸效应表面效应量子尺寸效应库仑阻塞与量子隧穿效应介电限域效应四大基本效应第2页

小尺寸效应小尺寸效应：特殊光学性质AuAgPtCu特殊应用价值？黄色白色白色紫红全部金属在超微颗粒状态都展现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，金属超微颗粒对光反射率通常低于l％，大约几微米厚度就能完全消光。利用这个特征能够作为高效率光热、光电等转换材料，能够高效率地将太阳能转变为热能、电能。当颗粒尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子颗粒表面层附近原子密度降低，造成声、光、电、磁、热、力学等展现新物理性质改变第3页

小尺寸效应特殊热学性质金属单质熔点随尺寸改变常规10nm2nmAu1064℃1037℃327℃常规5~10nmAg670℃570℃固态物质为大尺寸时，其熔点是固定，超细微化后却发觉其熔点将显著降低，当颗粒小于10nm量级时改变尤为显著，这主要是因为有大量原子处于能量相对较高界面中，颗粒融化时所需增加内能比块体材料熔化时所需增加内能要小很多，从而使纳米固体熔点降低。第4页

小尺寸效应特殊应用价值？超细银粉制成导电浆料能够进行低温烧结，此时元件基片无须采取耐高温陶瓷材料，甚至可用塑料；采取超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。实例1：日本川崎制铁企业采取0.1～1μm铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降性质对粉末冶金工业含有一定吸引力。实例2：在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低温度下烧制成大功率半导体管基片。第5页

小尺寸效应特殊力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成纳米陶瓷材料却含有良好韧性。因为纳米材料含有大界面，界面原子排列是相当混乱，原子在外力变形条件下很轻易迁移，所以表现出甚佳韧性与一定延展性。实例1：德国萨尔大学格莱德和美国阿贡国家试验室席格先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛，在室温显示良好韧性，在180度经受弯曲并不产生裂纹。实例2：人牙齿之所以含有很高强度，是因为由纳米磷酸钙组成牙釉含有高强度和高硬度，其硬度仅次于金刚石。第6页

小尺寸效应特殊磁学性质美国科学家对东海岸佛罗里达海龟进行长久研究：海龟通常在佛罗里达海边上产卵，幼小海龟为了寻找食物通常要到大西洋另一侧靠近英国小岛附近海域生活，那么大海龟靠什么导航呢？人们发觉鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中趋磁细菌等生物体中存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能区分方向，含有回归本事。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中趋磁细菌依靠它游向营养丰富水底。第7页

小尺寸效应小尺寸超微颗粒磁性与块体材料有着显著不一样纳米微粒展现超顺磁临界尺寸比如大块纯铁矫顽力约为80A/m，而粒径20nm（大于单磁畴临界尺寸）铁颗粒矫顽力增加了1000倍，已用做高密度存放磁统计粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等；但假如深入降低粒径、小到6nm铁颗粒，其矫顽力反而降为零，展现出超顺磁性，据此可用来制备磁性液体，广泛应用于旋转密封、润滑等领域。α-FeFe3O4α-Fe2O35nm16nm20nm第8页

表面效应表面效应：粒径大小（nm）粒子中原子数表面原子百分比（%）2025000010103500020540004022508013090因为表面原子周围缺乏相邻原子：有许多悬空键，含有不饱和性，易与其它原子相结合而稳定下来，故表现出很高化学活性。又称界面效应，是指伴随颗粒直径变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子含有很高活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样特征，这就是表面效应。第9页

表面效应方法1：颗粒间团聚。这么能够减小总表面积、使能量降低。但同时也降低了其在催化等方面活性。原子位置稳定连接实际连接顶角63边上64面上65内部66方法2：表面吸附。如无机纳米颗粒暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应；因为纳米颗粒易快速氧化而燃烧、甚至爆炸。可经过采取表面包覆改性，或使其迟缓氧化生成一层极薄而致密氧化层。第10页

表面效应TiO2光催化降解苯酚图为不一样晶粒尺寸TiO2光催化降解苯酚剩下百分率关系。随粒径减小，光催化活性增高。光催化降解苯酚活性陡峭改变发生在粒径小于30nm范围。晶粒尺寸从30nm减小到10nm，TiO2光催化降解苯酚活性提升了近