纳米氧化铜的制备论文-毕业论文（设计）.docVIP

1 引言 1.1 纳米材料与纳米技术 1.1.1 纳米材料 随着纳米科技的快速发展，纳米制备技术已日渐成熟，纳米材料的广泛应用使它逐渐走进了我们日常生活中的方方面面。 纳米材料是21世纪非常有前途的一种材料，它是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或以纳米结构作为基本单元构成的材料[1]，它是由粒径在1-100nm之间的纳米粒子组成的。纳米材料中，界面原子占有相对比较大的比例，纳米材料的这一特殊性质必将会导致它的性能与常规材料有极大不同[2,3]。事实上，纳米材料的表面界面原子排列互不相同，相邻晶格结构互不相关，构成了一种崭新的结构状态。因此，与传统常规材料相比，纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。纳米材料的这些特点就会使得它将会比一般材料具有更广泛的应用。目前，纳米材料已经在医药、食品、材料、燃料、能源、军事等各个方面得以应用。 (1) 纳米材料的发展 纳米材料起源于古代，大约在1000多年前，纳米材料的制造和使用就初见雏形。我国古代劳动人民用蜡烛燃烧的烟雾制成炭黑，以此作为颜料用来着色。在古代，人们对纳米材料的制造和使用处于无意识状态，在以后的很长一段时间内纳米材料的发展极为缓慢。十八世纪六十年代，科学家开始研究粒径在1-100nm之间的胶体溶液。 1929年，Kohlshuthe制得金属氧化物溶液。1984年，格兰特教授采用惰性气体凝聚法首次制备了纳米粒子，这是纳米材料发展的一个历史性的转折点。 1990年，第一届国际纳米科学技术会议在美国隆重召开，在这次会议上，纳米材料科学作为一个独立、崭新的学科正式立足于世。从此以后，人们对纳米材料的研究与日俱增，纳米材料与纳米技术迅速发展。 1991年，S.Iijima制备出了多壁纳米管。 1997年，清华大学范守善教授制备出了氮化镓纳米棒。 1998年，中国科技大学钱逸泰院士制备出了金刚石纳米粉。 2000年，马克斯-玻恩研究所制备出了薄壁纳米管，这是当时纳米发展史上制造出的最薄的纳米管，其直径仅为1nm。 2001年，王中林教授采用高温固体气相法合成出了形态无缺陷的半导体氧化物纳米带状结构，在纳米研究及纳米器件应用上产生重大影响。 2005年，George Barbastathis开发了“纳米折纸”技术。同年，清华大学李亚栋教授合成了单分散纳米晶。 2008年，萨耶德·莫哈达姆等科学家合成出了一种电池，这种电池是当今世界上最小的燃料电池，其直径仅有3mm。 同年9月，Timothy J·Deming研制出了一种纳米滴，它的粒径小于100nm。 纳米材料与技术作为21世纪的重大成果，就这样逐渐发展起来了。 (2) 纳米材料的特性[4-8] 与常规材料相比，纳米材料具有不同的理化特性。主要包括表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。引起这些奇异特性的原因主要有纳米颗粒的小尺寸、大比表面积、高表面能以及纳米颗粒中表面原子所占比例大。 ① 表面效应[9] 球形颗粒的表面积为s=4πr2，体积为v=4/3πr3，比表面积为a=6/d，因此，球形纳米颗粒的s与r2成正比，v与r3成正比，故其比表面积a与d成反比。因此，随着颗粒直径变小，球形纳米颗粒的a将会显著增大。从而，与之相关的表面原子所占的百分数也会发生变化。 由反函数曲线可知，随着纳米材料粒径d的减小，表面原子数会剧烈增加。例如当粒径d=10nm时，表面原子数占总原子数的20％；而粒径d=1nm时，其表面原子所占比例则可快速增大至99%。在纳米材料的表面，表面原子缺失相邻的原子，产生许多悬键，使得这些原子具有很高的不饱和性，极不稳定，很容易与其他原子结合，具有很高的化学活性。 ② 小尺寸效应 当超细微粒子尺寸与光波波长及传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏从而产生一系列新奇的性质，主要包括：特殊的光学性质、特殊的热学性质、特殊的磁学性质、特殊的力学性质。 纳米材料的光吸收性增强。实验表明，纳米粒子粒度越小，光反射率越低。倘若我们把黄金分散成很小颗粒，黄金呈现出的颜色将不会再是黄色，取而代之的是黑色，实验也同时表明所有的金属在很细小颗粒状态下都呈现黑色。 特殊的热学性质主要表现在固态物质的熔点上。一般情况下，常规固体物质的熔点都有一个固定的值。比如说，金的熔点为1064℃，银的熔点为670℃。当我们把这些固体物质进行超微细化后，它们的熔点会显著降低。例如，金的粒径为10nm时，熔点会降低约30℃；它的粒径进一步微细化至2nm时，熔点会降低几百度，在327℃环境下就可以使其融化。对于银而言，倘若我们对其足够微细化，它的熔点可能会低于100℃。 特殊的磁学性质主要体现在与常规材料具有不同的矫顽力上。在一定范围内，材料