走进纳米材料的世界摘要.pptVIP

纳米花（2D） 阵列状纳米棒、线 纳米管 (3D) 纳米花（3D） 颗粒、线、块、花 奇妙的碳纳米管 这是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。 碳纳米管本身有非常完美的结构，意味着它有好的性能。它在一维方向上的强度可以超过钢丝强度，它还有其他材料所不具备的性能：非常好的导电性能、导热性能和电性能。 碳纳米管尺寸尽管只有头发丝的十万分之一，但它的导电率是铜的1万倍，它的强度是钢的100倍而重量只有钢的六分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。　　 单壁碳纳米管 多壁碳纳米管 纳米碳管和苯分子构成的齿轮 纳米碳管储氢 高质量的碳纳米管能储存大 量氢气，从而可以实现用氢 气为燃料驱动无污染汽车。 H2 H2原子和C纳米管 碳纳米管 转子纳米马达 纳米机器人在清理血管中的有害堆积物 纳米秤 能称量亿亿万分之 二百克的单个病毒 DNA纳米镊子 第二部分、纳米材料的结构 一、表面效应 二、小尺寸效应 三、量子尺寸效应 四、宏观量子隧道效应 一、表面效应 定义 固体表面原子和内部原子多处于不同环境下，当粒子直径比原子直径大时，表面能可以忽略，当粒子直径逐渐接近原子直径时，表面原子的数目及作用不能忽略，这时粒子的比表面积、表面能、表面结合能都发生很大的变化。由此引起的种种特殊效应称为表面效应。 特性 粒子小，比表面积急遽变化增大，表面原子数增多，表面能高，原子配位不足，使得表面原子具有高活性，不稳定，易结合。 粒子的大小与表面原子数的关系 直径/nm 1 5 10 100 原子总数 N 30 4000 30000 300000 表面原子百分比 99 40 20 2 表面效应 纳米颗粒的表面效应—活性 高活性 超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中有些金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。 应用 用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力，可以用作新型火箭的固体燃料，也可用作烈性炸药。 例 二、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将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的小尺寸效应。 条件 结果 现象 二、小尺寸效应的体现 特殊的光学性质—颜色加深 超微纳米颗粒的不稳定性 纳米微粒的熔点降低 三、量子尺寸效应 定义 当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。 粗晶下的难以发光的间隙半导体材料Si、Ge等，粒径减小到纳米级时表现出明显的发光现象，粒径越小光强越强. 细晶强化效应 材料硬度和强度随着晶粒尺寸的减小而增大，导电性改变。 例 四、宏观量子隧道效应 定义 宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。 经典理论和量子理论的差别 纳米材料的性能 一、力学性能 二、电学性能 三、磁学性能 四、热学性能 五、化学性能 一、力学性能 力学性能 （1）晶界结构缺陷、晶界滑移、位错运动 （2）杨氏模量减小，硬度提高 纳米材料晶界原子间隙的增加，使其杨氏模量减小，硬度提高 (杨氏模量是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量 ) 。 （3）强度和硬度高 晶粒减小到纳米级，材料的强度和硬度比粗晶材料提高4-5倍。 二、电学性能 晶界上原子体积分数增加，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料。 纳米材料在磁场中材料电阻减小的现象十分明显。磁场中粗晶电阻仅下降1%-2%,纳米材料可达50%-80%，这个性质很重要。 三、磁学性能 超顺磁状态 纳米粒子尺寸小到一定临界值时，进入超顺磁状态。 例如：20nm的纯铁粒子的矫顽力是大块铁的1000倍；但当尺寸再减小时，其矫顽力而有时下降到零，表现出