纳米科技概论(制备)..pptVIP

纳米科学技术概论-4 纳米材料与结构的制备 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质 一、纳米效应与纳米材料性质（10） 一、纳米效应与纳米材料性质（11） 一、纳米效应与纳米材料性质（12） 一、纳米效应与纳米材料性质（13） 一、纳米效应与纳米材料性质（15） 力学特性 韧性和延展性增大（陶瓷） 起因：界面原子处于高畸变、高能量状态，在外力作用下，更容易迁移，有利于材料的宏观变形和加工 应用：陶瓷材料的超塑性加工（与金属类似） 氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。 陶瓷在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷却具有良好的韧性 强度和硬度增大（金属） 维氏硬度：6纳米大小的铜粒子是50微米的粗颗粒的5倍左右 应用：军事（装甲），民用（抗摩擦） 人的牙齿具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的 呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍 润滑性能优越 耐磨损、减摩擦特性： 应用：作为抗磨减摩材料使用 10-20纳米铜粉、镍粉和铋粉添加到石蜡基油中，摩擦性能提高50% 碳化硼/钨多层纳米结构具有非常低的摩擦系数 磁学特性 高矫顽力 鸽子、蝴蝶、蜜蜂等生物体中有大量大小在20纳米左右的超微磁性颗粒 纯铁材料：20nm粒子磁性（矫顽力）是块体的1000倍 应用：高存储密度的磁记录粉体，磁性信用卡/钥匙/车票等 零矫顽力（或称超顺磁性） 尺寸进一步减小到临界尺寸以下、临界尺寸与材料有关 纯铁：小于6 nm粒子的矫顽力降到零 磁热效应 磁有序性：可逆的过程 应用：致冷剂。 绝热系统中磁有序?自旋熵减小?晶格熵增加?样品升温 热学特性 熔点降低 2nm的纳米金粒子熔点为327度（降低737度） 起因：纳米粒子比表面大，体系能量高，熔点降低 金的常规熔点为1064℃，当颗粒减小到10纳米时，则降低27℃ 银的常规熔点为960℃，超微银颗粒的熔点可低于100℃。 应用：低温烧结 高比热、高膨胀系数 比热比传统材料高出50%左右 膨胀系数高出一到两倍 低热导率 化学性质 高效催化剂： 纳米粒子表面原子具有高反应活性，可作为催化反应的活性点，开发石油化工用的“纳米催化剂” 纳米TiO2光催化剂：利用光能量，降解有机污染物，净化水体环境和空气 高反应特性： 表面氧化特性：金属纳米镍粒子的内层/过渡层/表面氧化层特殊结构，产生“界面磁性”现象； 表面反应特性：纳米粒子与生物体具有特异的结合/反应特性：开发“纳米生物材料” 储氢性质 纳米材料具有非常良好的储氢特性： 如超海绵状吸氢纳米碳纤维，可吸收40%重量比的氢气，比传统金属高将近10倍 幻数结构 粒径小于2nm的纳米粒子往往成为原子簇，当原子蔟含有某些原子数目时，就显得特别稳定，这个特别数目成为幻数。原子蔟的幻数与相应粒子的对称性，相互作用势有关。 二、纳米材料的分类（1） 二、纳米材料的分类（2） 二、纳米材料的分类 二、纳米材料的分类 (A) 超晶格结构的氧化锌纳米螺旋结构的扫描电子显微镜照片。 (B) 透射电子显微镜照片展现构成螺旋结构的纳米带是由周期性超晶格结构所构成的。 TiO2纳米薄膜 二、纳米材料的分类 二、纳米材料的分类 二、纳米材料的分类 二、纳米材料的分类 三、纳米材料制备概论 三、纳米材料制备概论 三、纳米材料制备概论（3） 三、纳米材料制备概论（4） 三、纳米材料制备概论（5） （气相合成法）成核-生长机制 （气相合成法的）成核-生长热力学 （气相合成法的）成核-生长动力学 三、纳米材料制备概论（6） 在气相体系中，原料质点在物理或化学力的作用下，经粒子成核、晶核长大、粒子表面凝聚等一系列过程，最终形成了所需要的纳米粒子 三、纳米材料制备概论（7） 三、纳米材料制备概论（8） 反应方程：aA(g) ?bB(g) ? cC(s) ? dD(g) P为蒸汽压，则过饱和比RS为： RS= ?(pAa.pBb/pDd)反应时 ? /? (pAa.pBb/pDd)平衡时 ? =K ? (pAa.pBb/pDd)反应时? 分析： a)：K一定，则RS ?（pAa.pBb/pDd ）反应时 b)：RS一定，则K ?（pDd/pAa.pBb）平衡时 结论：过饱和度或平衡常数K越大，越有利于纳米粒子（C）的合成。 三、纳米材料制备概论（9） 粒子形成反应： 反应