蒙脱石(沸石)、层状和纳米教程.pptVIP

第8章 沸石、层状和纳米材料 无机化学新材料领域中，孔道材料、层状材料也是具有理论和实际应用意义的一类材料。此外，纳米材料近年来成为广为关注的新材料，在国防、生产和生活多领域得到应用。本章简要介绍沸石材料、插层化学和纳米材料基本知识等。 多晶C60的粉末X-射线衍射图（见图8.22）显示，晶体是典型的面心立方晶胞，不过，由于球形分子的高度对称性，Miller指数为h00的衍射面强度为零，未发现其衍射线。由粉末衍射数据得到的晶格参数14.17?可知道，这些球之间的接触距离为14.17/或者为10.02?，而分子间的van der Walls距离为2.96?这样大小的van der Walls距离稍小于石墨的相应值。石墨中内层间距离为3.35 ?。 图8.21 固体C60的晶胞 图8.22 固体C60的粉末X-射线衍射图 C60的插层化合物 C60与钾或其它碱金属的蒸气反应形成化学计量式为AxC60型的化合物，产物的化学计量决定于反应物的参与量。由于碱金属过量，可以形成化学计量A6C60的化合物，其中A＝K，Rb，Cs。其结构中，C60分子占据晶胞顶点和体心位置，而钾原子则填充在靠近面心的位置。 除此以外，其它的最令人感兴趣的化合物的化学计量相有A3C60，已发现在一定高温时，它具有超导性。其结构的粉末X射线衍射图类似于母体C60，见图8.22。衍射峰向低2θ方向位移，说明C60面心立方晶格有一定扩展。化学计量相K3C60被观察到，钾原子填充在C60密堆晶格中的全部四面体和全部八面体孔隙位置，其结构如图8.23所示。 图8.23 K3C60的结构 8.3 纳米材料化学 8.3.1 概述 材料绝大多数是固体物质，若用一般方法将其分散，颗粒大小只能达到微米(10-6m)级。一个颗粒包含着无数的原子和分子，虽然随着微粒变小，比表面积加大，由于表面效应增大，物质的性质有所改善，但基本上还是显示大量分子的宏观性质。 20世纪80年代，德国科学家格莱特(Gleiter)提出纳米晶体材料的概念，并采用人工制备首次获得纳米晶体；1987年美国Argon实验室西格勒(Siegles)等采用惰性气体蒸发原位加压的方法，制备了纳米级TiO2陶瓷材料。到20世纪90年代，人们制备的纳米材料已达百种以上。纳米材料由于具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应引起的奇异力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等特征，使其在国防、电子、核技术、冶金、航空、轻工、医药等领域具有重要的应用价值，从而掀起了纳米材料制备和研究的高潮。 90年代是纳米科技正式诞生的年代。第一届国际纳米科学技术会议于1990年7月在美国巴尔的摩召开,《纳米技术》与《纳米生物学》两种专业性国际刊物分别于1990年7月和1991年3月创刊。此后,有关纳米科技的成果层出不穷。 人类社会进入了世纪之交,在这关键的转变年代,纳米科学技术作为一门崭新的学科在世界范围内悄然兴起、迅速发展。美国IBM公司首席科学家阿姆斯特朗认为:“正像70年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一个信息时代的核心”。我国著名科学家钱学森也认为“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的一个重点，是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命”。毋庸置疑,纳米科技是一项前景诱人的、跨世纪新型技术,已引起许多国家政府和科学家们的重视。 8.3.2 纳米材料的特性 一般把尺寸在0.1nm到100nm之间，处在原子簇和宏观物体交接区域内的粒子称为纳米材料或超微粒。纳米材料包括纳米材料粉末、纳米多空材料。纳米致密材料以及纳米复合材料等。 纳米材料为何具有奇异的特性，一般认为原因如下： 1. 小尺寸效应 当纳米粒子的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸相当或更小时,周期性的边界条件被破坏,声、光、电、磁、热力学特性等均会随着粒子尺寸的减小发生显著的变化.这种因尺寸的减小而导致的变化称为尺寸效应,也叫体积效应.它是其它效应的基础.如利用随纳米尺寸减小,光吸收显著增加,产生吸收峰等离子共振频移,由磁有序状态向磁无序状态,由超导相向正常相的转变和声子谱的改变等.利用纳米微粒的小尺寸效应可制备出具有一定频宽的微波吸收纳米材料,用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。 2. 表面效应 表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化.表面原子处于“裸露”状态,周围缺少相邻的原子,有许多