纳米材料和纳米结构11.pptx

;主要内容;;飞檐走壁的壁虎 壁虎可以在任何墙面上爬行，反贴在天花板上，甚至用一只脚在天花板上倒挂。它依靠的就是纳米技术。壁虎脚上覆盖着十分纤细的茸毛，可以使壁虎以几纳米的距离大面积地贴近墙面。尽管这些绒毛很纤弱，但足以使所谓的范德华键发挥作用，为壁虎提供数百万个的附着点，从而支撑其体重。这种附着力可通过“剥落”轻易打破，就像撕开胶带一样，因此壁虎能够穿过天花板。;贝类——娴熟的粘合高手 普通的贝类就是与蔬菜一起烹饪、在饭店每天都可以吃到的那种，堪称纳米粘合技术的高手。当它想把自己贴在一块岩石上时，就会打开贝壳，把触角贴到岩石上，它将触角拱成一个吸盘，然后通过细管向低压区注射无数条黏液和胶束，释放出强力水下胶粘剂。这些黏液和胶束瞬间形成泡沫，起到小垫子的作用。贝类通过弹性足丝停泊在这个减震器上，这样，它们就可以随波起伏，而不至于受伤。这种牢固的胶粘效果就来自黏液和岩石纳米尺度下分子之间的相互作用。;细菌——世界上“跑”得最快的生物;二、纳米结构单元 ;2.纳米微粒;4.纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆;同轴同轴纳米电缆 　 同轴纳米电缆是指直径为纳米级电缆，芯部通常为半导体或导体的纳米丝，外面包敷异质纳米壳体(导体、半导体或绝缘体)，外部的壳体和芯部的丝是共轴的。　由于这类材料所具有的独特性能、丰富的科学内涵、广泛的应用前景以及在未来纳米结构器件中占有战略地位。; 由于极细的晶粒，大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。 1.小尺寸 效应 当超细微粒的尺寸与光波波长或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。 这种体积效应为实际应用开拓了广泛的新领域。例如：可利用纳米粒子的熔点低，采取粉末冶金的新工艺；又如调节颗粒的尺寸，可制造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 表面效应又称界面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数随粒径减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。因此，纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发的凝聚，对已经制备好的粒子需设法保护。 ;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，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。 ;四、纳米粒子的制备;五、纳米微粒尺寸的评估 ;2. X射线衍射线线宽法（谢乐公式） d-晶粒粒度， λ-入射X射线波长， B-晶粒度细化一引起的宽化度， θ-衍射角。颗粒为单晶时，测得的是颗粒度，颗粒为多晶时，测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。;4.X射线小角散射法 小角散射是指X射线中倒易点阵原点结点附近的相干散射现象。散射角大约为0.01~0.1rad数量级。 式中，a为常数，R与粒子的质量及它相对于重心的转动惯量I0的关系满足下式 如果得到InI-ε2直线，由直线斜率δ得到 并假设颗粒为球形，则R=0.77r，从而求得颗粒的半径。 ;6.光子相关谱法 　　悬浮于液体中的颗粒不停地作布朗运动，其运动的强度反映了颗粒的大小，相同条件下，大颗粒的布朗运动缓慢，而小颗粒的布朗运动剧烈；当光束照射到颗粒上时，产生散射光，散射光的强度随时间而波动，检测器记录这一系列随时间而波动的散射光强度，并传送至相关仪器，得到一个与时间相关的散射光的曲线，分析这个相关曲线就可以得到相关的粒度信息。;1． 纳米结构材料: 包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。 2． 纳米催化、敏感、储氢材料： 用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。 3． 纳米光学材料： 用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。 4． 纳米结构的巨磁电阻材料： 磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。这种材料还可以制作测量位移、角度的传感器，广泛应用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器中。 5． 纳米微晶软磁材料 用于制