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功能纳米材料的制备、表征及应用; 纳米科技是世纪科技产业革命的重要内容之一，是可以与科技革命相比拟的，是高度交叉的综合性学科。它包括物理、化学、生物学、材料学和电子学，包括以测量、分析和研究为主线的技术科学。它主要包括以下部分：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学、纳米测量学。 1、纳米材料的基本内涵 广义上讲，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1～100 nm）或由它们作为基本单元构成的材料。 2、纳米材料的分类 如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为四类：（1）零维纳米材料，指空间三维尺度均在纳米尺度，存在的材料如纳米颗粒、原子团簇组成的纳米粉体等。这类纳米材料可用于高性能高温隔热材料、高密度磁性记录材料、隐形飞机的吸波材料、高效催化或助燃剂、精密器件抛光材料、微电子封装材料、先进的电池和电极材料、光电子或其他敏感功能材料、抗癌制剂等等。（2）一维纳米材料，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等。这类纳米材料可以用于高强度材料、微型导线、电子探针、微型光纤材料、场发射、储氢材料等等。; （3）二维纳米材料，指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格材料等。这类纳米材料可用于过滤膜材料、气体催化材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等等。 （4）三维纳米材料，指在三维空间中含有上述纳米材料的块体，存在的材料如纳米陶瓷等。因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维和二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之称。 ;3、纳米材料的特征 当物质粒子尺寸减小到纳米尺度时，将会显现出优于同组分晶粒结构或非晶态结构的性质。而这些特性的出现主要是由其表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应所引起的。从而导致纳米微粒热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规材料，这就使得它具有广阔应用前景。 （1）量子尺寸效应。当材料颗粒的几何尺寸小到纳米量级时，其原有准连???的金属费米能级附近的电子能级变为离散能级，吸收光谱阈值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。 （2）小尺寸效应。当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致磁性、光吸收、热化学活性等发生变化，呈现出“小尺寸效应”。 （3）表面效应。指纳米晶粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着纳米晶粒的减小，表面原子百分数迅速增加，例如当粒径为10 nm时，表面原子数为完整晶粒原子总数的20%；而粒径为1 nm时，其表面原子百分数增大到99%，此时组成该纳米晶粒的所有约30个原子几乎全部集中在其表面。 ; （4）宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，如微小颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称之为宏观的量子隧道效应。 （5）介电限域效应。这一效应主要是指纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现象，这种介电增强通常称为介电限域，主要来源于微粒表面和内部局域的增强。 ;一、纳米材料常用的制备方法 1、高温固相合成法 采用高温固相反应合成纳米材料也是目前最常用的方法。一般认为，固相化学反应过程经历4个阶段：扩散-反应-成核-生长。当产物成核速度大于生长速度时，有利于生成纳米微粒；如果生长速度大于成核速度，则形成块状晶体。因此，若有少量水存在，形成湿固相反应，则更有利于扩散和反应，从而更易于生成纳米微粒。反应物颗粒越细，其比表面积越大，反应物颗粒之间的接触面积也就越大，有利于固相反应的进行。 ;2、水热法和溶剂热法 水热与溶剂热合成是指在一定温度(100～1000℃)和压力(106～108 Pa) 条件下利用溶液中物质发生化学反应所进行的合成。两者不同之处在于，水热法采用水作反应介质，而溶剂热法采用有机溶剂代替水作介质。常用的有机溶剂有：苯、乙二胺、甲醇、乙醇、氨水、四氯化碳等。水热（溶剂热）与固相合成研究的差别在于“反应性”不同。这种“反应性”不同主要反映在反应机理上, 固相反应的机理主要以界面扩散为其特点, 而水热（溶剂热）反应主要为液相反应。通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无法得到的物相或物种。采用水热（溶剂热）法的优点是：一是制备温度较低；二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发和杂质的混入。 ;3、溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成材料的重要方法，广泛地用于制备纳米粒子。基本原理是：将金属结