《纳米材料基础知识》课件.pptVIP

*************************************纳米线结构特点纳米线是一种一维纳米结构，直径在1-100纳米范围，而长度可达微米甚至毫米量级，具有极高的长径比制备方法气-液-固（VLS）生长机制是制备半导体纳米线的主要方法，还有模板法、电化学沉积法等独特性能纳米线具有量子限域效应、显著的表面效应、优异的载流子传输能力和各向异性的光电特性传感应用半导体纳米线可用于制作高灵敏度的气体传感器、生物传感器和化学传感器，检测限可达分子水平半导体纳米线是一种重要的一维纳米结构，在横向尺寸上具有量子限域效应，而在轴向上允许载流子自由传输。常见的半导体纳米线材料包括Si、Ge、ZnO、GaN、InP等。通过调控合成参数，可以控制纳米线的直径、长度、掺杂水平和表面修饰，从而调控其电学、光学和力学性能。气-液-固（VLS）生长是制备高质量单晶半导体纳米线的主要方法。在这一过程中，金属催化剂（通常是Au）形成液态纳米液滴，气相前驱体在液滴中溶解并达到过饱和状态，随后在液-固界面析出形成纳米线。这种方法可以精确控制纳米线的生长方向、直径和组成，甚至可以实现异质结构和p-n结的制备。纳米薄膜定义特征纳米薄膜是厚度在1-100纳米范围内的二维材料，横向尺寸远大于厚度制备技术物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、溶液法等是常用的纳米薄膜制备方法结构控制可通过控制沉积条件获得多晶、单晶、非晶或外延生长的纳米薄膜太阳能应用薄膜太阳能电池利用纳米薄膜技术降低成本、提高灵活性和轻量化半导体纳米薄膜是一类厚度在纳米量级的二维材料，在垂直方向上表现出量子限域效应，而在平面方向上保持体相材料的特性。与传统厚膜相比，纳米薄膜具有显著的界面效应、表面效应和尺寸效应，表现出特殊的光电、磁学和力学性能。在太阳能电池领域，纳米薄膜技术已经取得重要进展。非晶硅、CdTe、CIGS等纳米薄膜太阳能电池具有材料消耗少、制造成本低、可制备大面积和柔性器件等优点。例如，CIGS薄膜太阳能电池的实验室效率已超过23%，接近于传统结晶硅太阳能电池。此外，钙钛矿纳米薄膜太阳能电池因其简单的制备工艺和快速提升的转换效率（已超过25%）成为研究热点。第八章：纳米复合材料金属基纳米复合材料金属基体中分散纳米增强相Al-CNT复合材料Cu-Al?O?纳米复合材料陶瓷基纳米复合材料陶瓷基体中分散纳米增强相Al?O?-SiC纳米复合材料ZrO?-CNT复合材料聚合物基纳米复合材料聚合物基体中分散纳米填料环氧树脂-石墨烯复合材料聚酰胺-纳米黏土复合材料混杂纳米复合材料含有多种纳米增强相的复合系统CNT-石墨烯-聚合物复合材料金属-陶瓷纳米复合涂层4纳米复合材料是指在基体材料中均匀分散纳米尺度增强相或填料的复合材料系统。与传统复合材料相比，纳米复合材料中填料尺寸更小、比表面积更大、界面作用更强，使得少量添加（通常5%）即可显著改善材料性能。根据基体材料的不同，纳米复合材料可分为金属基、陶瓷基和聚合物基三大类。纳米复合材料的特点在于利用纳米增强相与基体材料之间的强界面作用，实现性能的协同提升。例如，向聚合物中添加纳米黏土可同时提高材料的力学性能、阻燃性能和气体阻隔性能；向陶瓷中添加碳纳米管可显著提高材料的韧性和导电性；向金属中添加纳米氧化物颗粒可提高材料的高温强度和抗蠕变性能。纳米复合材料的定义和分类纳米复合材料的定义纳米复合材料是指至少一相具有纳米尺度（1-100nm）的复合材料系统，通常由基体相和分散相组成关键特征是纳米相的高比表面积和与基体的大界面面积，这导致显著的界面效应按基体材料分类金属基纳米复合材料：如Al/SiC、Cu/CNT陶瓷基纳米复合材料：如Al?O?/SiC、Si?N?/SiC聚合物基纳米复合材料：如环氧/CNT、尼龙/纳米黏土按纳米相形态分类颗粒增强型：如纳米SiO?增强聚合物纤维增强型：如碳纳米管增强复合材料片层增强型：如石墨烯或纳米黏土增强材料网络增强型：如纳米相形成三维连续网络纳米复合材料的核心概念是利用纳米相的特殊性质和纳米相/基体界面的强相互作用，实现材料性能的大幅提升。与传统微米级填料相比，纳米填料具有更高的比表面积，在相同体积分数下能形成更多的界面面积，因此对材料性能的影响更为显著。界面工程是纳米复合材料研究的关键。纳米相与基体之间的界面结合状态直接决定了载荷传递效率和材料性能。为获得良好的界面结合，常采用表面改性技术处理纳米相，如硅烷偶联剂处理无机纳米颗粒、官能团化处理碳纳米管、表面接枝处理石墨烯等，这些方法可显著改善纳米相在基体中的分散性和界面结合强度。纳米复