《物理化学第五版 》_8-11 纳米材料.pptxVIP

贝类——娴熟的粘合高手普通的贝类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。五彩斑斓的蝴蝶眼观六路的蛇尾海星

细菌——世界上“跑”得最快的生物利用“罗盘”定位的蜜蜂水面上自由行走的水黾会吐丝的蜘蛛

一、纳米材料及其分类纳米又称为毫微米，1纳米等于10-9米，符号为nm。纳米材料：就是组成相或晶粒在任一维都处在纳米尺度范围（1~100nm）的材料。它包含原子团簇、纳米微粒、纳米薄膜、纳米管和纳米固体材料等，表现为粒子、晶体或晶界等显微构造能达到纳米尺寸的材料。纳米材料分类：纳米粉体：颗粒尺寸为1~100nm，并具有特异性能的材料；纳米固体：由纳米粒子构成的，或者在三维空间中至少有一维处于纳米量级的固体材料。

2、小尺寸效应当超细微粒的尺寸不断减小，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。二、纳米材料的特性1、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之比随纳米粒子尺寸的减小而大幅地增加，粒子的表面吉布斯函数及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。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。

3.量子尺寸效应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。这一现象的出现，导致纳米银与普通银的性质完全不同，普通银为导体，而粒径小于20nm的银却是绝缘体。4.宏观量子隧道效应指微观粒子具有贯穿势垒的能力。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。此外，还有库仑堵塞与量子隧穿效应、介电限域效应、量子限域效应。量子隧穿效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。宏观量子隧道效应与量子尺寸效应，是未来微电子器件的基础，确立了现有微电子器件进一步微型化的极限。总之，由于纳米材料具有的常规材料所不具备的特性，使得纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景，而成为材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。

三、纳米材料的制备纳米材料类别化学法物理法综合法纳米粉体沉淀法（共沉淀，均相沉淀）化学气相凝聚（CVC），水热法，相转移法，溶胶-凝胶法惰性气体沉积法，蒸发法，激光溅射法，真空蒸镀法，等离子蒸发法，球磨法，爆炸法，喷雾法，溶剂挥发法辐射化学合成法纳米膜材料溶胶-凝胶法，电沉积法，还原法惰性气体蒸发法，高速粒子沉积法，激光溅射法，超声沉积法纳米晶体和纳米块非晶晶化法球磨法，原位加压法，固相猝火法激光化学反应法无机-有机杂化纳米材料原位聚合法，差层法共混法辐射化学合成法纳米高分子材料乳液法，超微乳法，悬浮法天然高分子法，液中干燥法纳米微囊高分子包覆法，乳液法超声分散法，注入法，薄膜分散法，冷冻干燥法，逆向蒸发法高分子包覆-超声分散法，注入-超声分散法纳米组装材料纳米结构自组装合成，模板法合成，溶胶-凝胶法，化学气相沉积法电化学沉积

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