纳米材料制成与应用.docxVIP

1. 試述奈米材料的特性？A.材料的特徵長度在100nm以下，此長度可以是粒子直徑、晶體尺寸、鍍層厚度，且具備和一般物質不一樣之性質的材料稱之奈米材料。以幾何形狀而言，在三維空間中，其中一維在100nm以下也可以稱之為奈米材料B.表面效應: 奈米粒子表面原子與總原子數的比例隨著粒子尺寸的減少而大幅的增加，引起材料性質變化。化學活性:奈米粒子的表面原子所處的環境與內部原子不同，表面存在許多未鍵結的懸空鍵，具有不飽和性質，極容易和外界的氣体、流体、甚至固体的原子發生反應、十分活潑，即具有很高的化學活性。小尺寸效應:顆粒尺寸不斷減少到一定限度，在一定條件下會引起材料在宏觀物理、化學、性質的改變。量子尺寸效應(quantum effect):奈米化，電子能階呈非連續化及能隙變寬的现象1). 奈米光學性質粒子奈米化後，光與微波的吸收度均顯著提升。例如：奈米化的金屬不反射可見光，故失去金屬光澤而呈現黑色。奈米粒子的量子效應使能隙變寬，使激發光譜與發光光譜，趨向短波長，產生藍移(blue shift)現象。2). 奈米力學性質奈米材料表面原子的配位不足，再加上具有極強的凡得瓦力的作用下，使得奈米複合材料的強度、耐磨性、韌性、耐壓性、緻密性與防水性等大為提昇。例如；陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由奈米微顆粒壓製成的奈米陶瓷卻貝有相當良好的韌性。因為奈米材料具有大的表面，表面的原子排列是相當混亂，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性。3). 奈米熱學性質奈米材料因裸露於表面的原子數增多，活性大，易氧化，因而溶化所須的能量低，以致熔點急遽下降。例如：金的熔點為1337k，當顆粒尺寸降低至10nm時熔點為1037k，低至2nm時熔點為600k。4).奈米電學性質奈米金屬中的自由電子的平均自由徑(自由移動範圍)會隨著粒徑變小而減少，電子能階由連續變成不連續。致使導電性下降，由導体變成非導体。?5).奈米磁學性質當材料達到奈米尺寸時，原來有序的磁區排列變成無序的狀態，磁性改變。6).奈米聲學性質奈米材料表面粒徑小，孔隙度大為減少，表面平滑光亮，訊號傳遞干擾較少，訊號雜訊比提高，聲譜改變。2. 敘述物理法合成奈米粉末？（物理粉碎与机械球磨）Physical making process：1.Mechanical pulverize and grinding（机械粉碎研磨）：利用机械力如剪切力、压缩力和冲击力,让粒子越来越小。Classify of grinding methods：1. Dry grinding process 干磨在干燥的条件通过使用陶瓷、玻璃和钢球当作媒介来研磨颗粒,这种方法容易导致颗粒粘附在磨球上污染到磨球。此种方法可以获得约8毫米的奈米颗粒。2. Wet grinding process 水磨跟干磨一样使用磨球作为媒介,不同之处在于水磨添加了溶剂、表面活性剂、帮助粒子分散和防止团聚。这个过程可得到纳米级别的微粒。一般步骤：1、考虑粒子硬度2、选择研磨介质，磨球硬度要大于所研磨颗粒，防止磨球磨损、污染，寿命减少。同时应具备较高的密度、摩擦系数，表面没有孔洞。3、粘度和泥浆的固含量为了让研磨介质运行平稳,粘度应该控制低于100 cps。泥浆中粉末含量不高于35%,防止比表面积增加导致粘度增加。4、研磨介质的大小通常研磨介质与最后得到研磨颗粒大小比是1/1000。5、粒子初始粒径为了粒子分散容易，研磨粒子与磨球大小比通常为1/10 6、控制泥浆温度防止粘度增加导致颗粒团聚，一般控制磨浆温度在40摄氏度。7、选择分散剂防止粒子再次团聚，分散剂可以是表面活性剂或含有两个官能团一个是亲水端另一个是疏水端的偶联剂。2.Physical gases synthesis （物理气相合成）粒子形成过程包括：1.Particle nucleation 粒子成核，取决于系统过饱和2. Particle growth 粒子成长—通过原子核碰撞3. Particle agglomeration 粒子聚集，颗粒碰撞及凡得瓦力的作用常用方法：evaporation and condensation（蒸发冷凝法）：利用真空蒸发（PVD:在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。）、加热、高频感应等使原料气化或形成等粒子体，粒子经过成核、成长、团聚等过程，沉积在温度较低的基板上形成奈米粉末。类似的方法有：Nozzle expansion (喷嘴扩张法)、laser ablation （镭射剥离法）、supercritical spraying（超临界喷涂法）、sputtering(溅镀)3.敘述化學法合成奈米