银纳米粒子的制备及光谱和电化学表征
实验指导
基础化学教学实验中心
吕桂琴
一．引言
1.1 银纳米粒子的特性及电化学应用前景
纳米粒子体积小、比表面大具有独特的电子、光学和催化特性，是表面纳米工程及功能性纳米结构制备的一种理想的选择和研究对象。纳米粒子在固体表面的二维和三维有序组装，可制备多种光学和电化学传感器件，成为目前纳米材料研究的热点。导电的纳米粒子单层和多层膜由于具有一定的孔状结构、高的比表面积，成为具有特殊效应的传感材料。将纳米粒子组装到有序多层薄膜上主要有诸如以下几方面的应用前景：(1)分子导线；(2)纳米粒子光学传感器；(3)纳米粒子有序膜的电化学和生物传感器等。银纳米粒子可广泛应用于催化材料、电池的电极材料、低温导热材料和导电材料等，成为近年来的研究热点。在电化学方面用纳米银制备化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极，可以增大电极与液体或气体之间的接触面积，提高电池效率，有利于电池的小型化。Nishimura 等人利用纳米银的这一特性，将纳米银粉沉积在石墨表面，制得具有优异循环特性的银石墨复合材料电极。纳米银的低温导热系数高而比表面积大，这使得纳米银成为优良的低温导热材料。
另外，由于单质银具有广谱杀菌的能力，它在医药卫生领域也有一定的应用。负载了银颗粒的活性炭纤维具有很强的杀菌能力。而将负载的银制备成纳米级的颗粒后，由于其比表面积大幅提高，表面原子占更大比例，材料的反应活性即杀菌活性也相应提高。
1.2 银纳米粒子制备方法
物理方法
制备纳米金属颗粒常用的蒸发凝聚法和离子溅射法很早就用于银纳米颗粒的制备。这两种方法不易引入杂质，获得的银颗粒平均粒径也较小。机械研磨也是一种较为简单常用的方法。一般说来，各种制备金属单质纳米颗粒的物理方法都适用于制备纳米银颗粒。物理方法原理简单，所得产品杂质少、质量高，但其缺点是对仪器设备要求较高，生产费用昂贵。
化学方法
化学法是目前纳米银材料最常用的制备方法，它是通过化学反应将Ag+还原，使其形成纳米级颗粒。根据所得产物是否负载在其他载体上，该制备法又可分为负载型和非负载型银纳米颗粒。
负载型纳米银的制备：将制得的纳米银颗粒分散在固相载体中，利用载体对银颗粒的作用，减少生成银颗粒的团聚，保持产品粒径。它主要用于催化剂制备等需要引入载体的过程。根据还原银离子方法的不同，负载型纳米银的制备又可分为高温分解法、化学镀法和活性炭纤维还原法等。
非负载型纳米银的制备：按还原银离子和防止银单质颗粒团聚的原理不同，非负载型纳米银的制备方法又可分为化学还原法、射线辐照法、微乳液法、超临界流体法、电化学法等。
化学还原法是最常用的纳米银的制备方法，其原理是将硝酸银、硫酸银等银盐与适当的还原剂如锌粉、水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钠等在液相中进行反应，使Ag+离子被还原Ag原子，并生长为单质颗粒。化学还原法制得的纳米银颗粒杂质含量相对较高，而且由于相互间表面作用能大，生成的银微粒之间易团聚，所以化学还原法制得的银粒径一般较大，分布很宽。降低生成的银单质颗粒的团聚作用，减小颗粒粒径，须加入分散剂，但增加了反应副产物，提高了生产成本。
相对于物理方法而言，化学方法较为灵活多样，易于操作，但也存在一定缺点。负载型纳米银的制备原理简单、原料银利用率高，但工艺较为复杂。高温分解法需要在高温条件下才能够进行；化学镀法和活性炭纤维还原法相对简单，但由于缺乏控制产物晶体生长的手段，所得产品的粒径较大。此外，制备负载型纳米银需要适当的固相载体，而载体的性质在一定程度上决定了产品的应用范围，这些都限制了制备负载型纳米银技术的发展。
对非负载型纳米银的制备而言，化学还原法、微乳液法和电化学法简便易行，但生成的颗粒尺寸难以控制，粒径分布范围较宽。同时这几种方法需要消耗大量的表面活性剂，不仅提高了生产成本，而且容易污染环境。
1.3 课程内容
(1) 电化学探针系统循环伏安测定
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极系统，测定电化学探针系统K3[Fe(CN)6]在不同扫描速率时的循环伏安图，通过实验了解循环伏安法研究电化学过程的测定原理、测试技术及数据处理；学会选择工作电极、参比电极、辅助电极构成三电极系统和CHI660电化学工作站的使用方法。
(2) 电化学探针系统的交流阻抗谱测定。
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极
系统，测定电化学探针系统K3[Fe(CN)6]的交流阻抗谱。学习交流阻抗谱研
究电化学过程的测定原理、测试技术及数据处理；巩固选择工作电极、参比
电极、辅助电极构成三电极系统和CHI660电化学工作站的使用方法。
(3) 银纳米溶胶的制备和紫外可见光谱表征
以AgNO3和NaBH4溶液控制条件制备银纳米粒子，通过温度、浓度、
加料次序和速率等反应条件的控制，制备出尺寸和粒度均匀的银纳米粒子，
用紫外可见光谱进行同步表征。通过实验，掌握紫外可见光谱测定原理，学
会使用TU-1901双光束紫外可见光谱仪进行光谱测量。
(4) 银纳米溶胶的稳定性研究
保留制备的银纳米粒溶胶，放置于室温环境，根据已测定的吸光度的值，每隔一定时间用紫外可见光谱进行连续测定，研究银纳米溶胶的稳定性。(5) 银纳米溶胶的循环伏安测定
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极系统，测定银纳米溶胶的循环伏安图。
(6) 银纳米溶胶的交流阻抗谱测定
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极系统，测定银纳米溶胶的交流阻抗谱。
二．实验原理
2.1 循环伏安法概述
循环伏安法(Cyclic Voltammetry)基本原理：循环伏安体系是由工作电极、参比电极、辅助电极构成的三电极系统，工作电极和参比电极组成电位测量，工作电极和辅助电极组成的回路测量电流。循环伏安测量时，首先根据研究体系的性质，选择电位扫描范围和扫描速率，从选定的起始电位开始扫描时，研究电极的电位按指定的方向和速率随时间线性变化，完成所确定的电位扫描范围到达终止
电位后，会自动以同样的扫描速率返回到起始电位。在电位进行扫描的同时，同步测量研究电极的电流响应，所获得的电流－电位曲线称为循环伏安曲线或循环伏安扫描图。通过对循环伏安扫描图进行定性和定量分析，可以确定电极上进行的电极过程的热力学可逆程度、得失电子数、是否伴随耦合化学反应及电极过程动力学参数，从而拟定或推断电极上所进行的电化学过程的机理。
构成三电极系统时，工作电极可选用固态或液态电极，如：金、玻璃石墨电极或悬汞、汞膜电极。常用的参比电极有：饱和甘汞电极(SCE)、银－氯化银电极，因此，循环伏安曲线中的电位值都是相对于参比电极而言。辅助电极可选用固态惰性电极，如：铂丝或铂片电极、玻碳电极等。电解池中的电解液包括：氧化还原体系（常用的浓度范围：mmol/L ）、支持电解质（浓度范围：mol/L ）。
循环伏安测定方法是：将CHI660电化学综合分析仪与研究体系连接，选定电位扫描范围和扫描速率v ，从起始电位开始扫描，电位选定的扫描速率呈线性变化呈现的是等腰三角波信号，如图2-1所示。
在扫描电位范围内，若在某一电位值时出现电流峰，说明在此电位时发生了电极反应。若在正向扫描时电极反应的产物是足够稳定的，且能在电极表面发生电极反应，那么在返回扫描时将出现与正向电流峰相对应的逆向电流峰。典型的循环伏安曲线如图2-2所示，ipc 和ipa 分别表示阴极峰值电流和阳极峰值电流，对应的阴极峰值电位与阳极峰值电位分别为Epc 和Epa 。（p 表示峰值，a 表示阳极，c 表示阴极。）
对研究体系的工作电极施加一个如图2-1所示的电势信号：电势E 随时间呈线性变化，E=Ei-vt, v=dE/dt 称为扫描速率。当电势从Ei 扫至Em 后，再反向回扫至Ei ，形成循环。
电流响应如图2-2，电流随电势的变化而逐渐增大，反应速率逐渐加快，当电极表面反应物的浓度由于浓度极化的影响，产生浓度差，电极表面反应物的浓度变为零，出现峰值电流ip ，所以，对于整个循环伏安图而言，循环一周出现阴极峰值电流ipc 和阳极峰值电流ipa
；与之对应的电势成为峰电势。这是循环伏安法测定最重要的参数。典型的循环伏安(cv)结果如图2-3所示。
图2-1 三角波电压 图2-2 循环伏安曲线
2.2 交流阻抗谱测定
电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy,缩写为EIS ）方法是用小幅度交流信号扰动电解池，观察体系在稳态时对扰动跟随的情况。交流阻抗法已成为研究电极过程动力学以及电极界面现象的重要手段。交流阻抗法以测得的很宽频率范围内的阻抗频谱来研究电极系统，比其他常规电化学方法得到更多的有关动力学和界面结构的信息。
交流阻抗法把电极体系用等效电路予以描述。在施加小振幅的正弦波激发
信号时，电极体系可以用一系列的复阻抗元件的串联和并联组合成该电极（或电池）的等效电路，如图2-4：
其中Rs 表示从参比电极到研究电极间的溶液电阻，并联电路的电容Cd 和阻抗Zf 表示电极与电解质溶液两相间的双电层电容和电极过程的法拉第阻抗（与电极反应时电极/溶液界面电荷相对应的阻抗）。为了研究Zf 与动力学参数间的关系，将法拉第阻抗分解为Rct 和Zw 的串联，Rct 是电荷传递电阻，表示电极过程中电荷穿过电极和电解质溶液两相界面转移的难易程度，所以，Rct 也可表示反应进行的快慢。Zw 被认为是与扩散有关的阻抗即离子由电解质向电极表面扩散的电阻，称为Warburg 阻抗。
根据图2-4所示的等效电路，电极总交流阻抗Z 的实部Z′和虚部Z 〞与等效电路各参数的关系，借助交流阻抗的复数表示，在复平面上进行分析。在低频极限即ω→0时，Z 〞对Z′图是一条幅角为π/4的直线。如图2-5所示。
图2-3 A.可逆 B.准可逆 C.不可逆
这个阻抗即为Warburg 阻抗Zw ，表明电极过程是受扩散控制的。在高频极限下，即ω→∞时，Z 〞与Z′的关系形成一个圆心在（Rs+1/2Rct,0）,半径为1/2Rct 的上半圆，如图2-6所示。
在实际电化学体系中，频率极低时扩散阻抗已不可忽略，交流阻抗已不可忽略，交流阻抗复平面图往往是上面两种情况的综合，如图2-7所示。在高频区为界面电荷转移动力学（Rct ）控制的半圆形，极低频率区为扩散（Zw ）控制的直线；介于两者之间的部分为混合控制区。
图2-5 低频区交流阻抗的复平面图 图2-6 无扩散阻抗时的交流阻抗的复平面图
图2-7 全频率范围交流阻抗谱图
三．实验内容
3.1 电化学探针系统的循环伏安曲线测定
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极系统，测定探针系统循环伏安图。
测定电化学探针系统K3[Fe(CN)6]在不同扫描速率时的循环伏安图，进行阴极扫描时，对应于还原过程：Fe(CN)63- + e- = Fe(CN)62-；进行阳极扫描时，对应于氧化过程：Fe(CN)62- - e- = Fe(CN)63- 。还原与氧化过程中电荷转移的速率很快，所以得到的循环伏安图中阴极波与阳极波基本对称。
注意问题：研究电极为金电极，反复使用多次后，继续进行循环伏安扫描时，不出现峰电流或峰电流很小，原因可能是在电极表面有沉积物或电极发生钝化，需对电极进行处理。处理方法是：将三电极用去离子水冲洗干净，在0.5-1.0mol/L 的H2SO4溶液中，进行循环电位扫描，调节到较大的电位范围：-0.2-1.5V，观察到电极上有较多气泡出现。处理后的电极，一定要冲洗干净，才能放入研究体系。
3.2 电化学探针系统的交流阻抗谱测定
进入CHI660软件操作系统，执行Setup菜单中Technique命令，选择impedance spectroscopy实验技术，进入Parameters设置扫描参数：Init E为0.248V，High Freq 为1e+5(Hz)，Low Freq为1(或0.05)Hz，Implitude为0.005V（微扰电压），Quiet Time(sec)为2。同时进入IMS测量技术，显示Z″对Z′的坐标图，点击→开始扫描，自动记录交流阻抗谱线。
对探针系统0.5mol/L K3[Fe(CN)6]/ 0.4mol/LKNO3进行交流阻抗测量，交流微扰电压5mV，频率范围为0.05Hz-100kHz，金电极的阻抗谱应为一条斜率为1的Warburg直线，之所以为直线而在高频部分没有出现半圆部分，因为[Fe(CN) 6]3-/2-非常容易到达电极表面发生反应，电化学反应较快，电极上不存在阻挡电子传递的物质；此时，反应是受扩散控制的，溶液中的氧化还原对可自由地扩散到电极表面发生电化学反应。
3.3 银纳米溶胶的制备及紫外可见光谱表征
取新鲜配制的NaBH4溶液（浓度范围：0.01mol/L），在冰浴中进行充分的电磁搅拌，缓慢滴入AgNO3溶液（浓度范围：1mmmol/L），制备的银纳米溶胶颜色应为亮黄色或紫红色。
用TU-1901双光束紫外可见光谱仪进行光谱测量，连续测定研究银纳米溶胶的稳定性。
3.4 银纳米溶胶的循环伏安曲线测定
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极系统，测定银纳米溶胶的循环伏安图。
3.5 银纳米溶胶的交流阻抗谱测定
运用CHI660电化学工作站，以金电极、甘汞电极、铂电极构成三电极系统，测定银纳米溶胶的交流阻抗谱。
参考文献：
[1] 郑传明，吕桂琴，物理化学实验，北京理工大学出版社，2005,8
[2] 姚爱丽，吕桂琴，胡长文，银纳米修饰电极的制备及电化学行为，无机化学
学报，2006,22(6):1109-1102
[3] 吕桂琴，姚爱丽，郑传明，MPA包覆的银纳米粒子修饰电极制备和电化学表
征，北京理工大学学报，2006,26(10): 925-928
前言 已故物理学家理查德·费曼在1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲时提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”这是纳米技术的灵感的来源。 纳米(nanometer)，是一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，大约是三四个原子排列起来的宽度。纳米材料又称超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子一般是指尺寸在1 - 100 nm间的粒子，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。纳米科学技术(nano - technology)，是指用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。它以现代科学技术为基础，是现代科学和现代技术相结合的产物。纳米科学技术将使人们迈入了一个奇妙的世界[1]。 纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在诸多领域将会得到日益广泛的应用，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有关广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。 金属纳米材料是纳米材料的一个重要分支，它以贵金属金、银、铜为代表，其中因为纳米银具有很高的表面活性、表面能催化性能和电导热性能，以及优良的抗菌杀菌活性，在无机抗菌剂、催化剂材料、电子陶瓷材料、低温导热材料、电导涂料等领域有广阔的应用前景而得到最多的关注，如在化纤中加入少量纳米银，可以改善化纤制品的某些性能，并使其具有很强的杀菌能力；在氧化硅薄膜中加加少量的纳米银，可以使得镀这种薄膜的玻璃有一定的光致发性。 纳米银团簇就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径大多在25 nm 左右，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。纳米银杀菌具有广谱抗菌、强效杀菌等一系列特点，能杀灭各种致病微生物，比抗菌素效果更好。10 nm大小的纳米银
电化学方法制备纳米材料 Mcc 引言：诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。1992年,《Nanostructured Materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的科学。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元,纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。而电化学方法制备纳米材料的研究，经历了早期的纳米薄膜、纳米微晶的制备，直至现在的电化学制备纳米金属线、金属氧化物等过程，为纳米材料的研究做出了极大的贡献。 摘要:纳米是指特征维度尺寸介于1-100 nm范围内的粒子微小粒子，又称作超微粒子。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。本文简单综述了纳米材料的合成与制备中常用的几种方法以及简单的一些应用，着重综述了
纳米材料的电化学制备方法并对其影响因素和发展情景做以简单探究。 关键词：纳米材料电化学制备特征应用 Electrochemical preparation of nano materials Mcc Introduction:Nobel Prize winner in the s Feyneman prophecy: if we tiny scale of objects arranged to some control of words, we can make the object have a lot of unusual characteristics, you will see the properties of materials have a wealth of change. What he said is the material of the nanometer material now. Nano materials and nanotechnology is widely thought to be the 21 st century the most important new materials and one of the areas of science and technology. In 1992, the Nanostructured Materials "the official publication, marked the nanometer material science into an independent scientific < https://www.doczj.com/doc/504330917.html,/gongxue/ >. Since 1991, the first time the Iijima preparation since carbon nanotubes, a one-dimensional nanomaterials due to the nature of the has many special and broad application prospects and caused the people's attention. Because the morphology of nanometer material and size of its performance has the important influence, therefore, the size
银纳米粒子的合成和表征 一、实验目的 1、学会还原法制备银纳米粒子的方法； 2、熟练掌握TU-1901紫外分光光度仪测量吸收光谱； 3、锻炼实验操作能力以及根据实验现象分析原理，独立思考能力。 二、实验原理 1、化学还原法制备纳米银： 2KBH4+2AgNO3+6H2O→2Ag+2KNO3+2H3BO3+7H2↑ (反应开始后BH4－由于水解而大量消耗：BH4－+H++2H2O→中间体→HBO2+4H2↑) 还原法制得的纳米银颗粒杂质含量相对较高，而且由于相互间表面作用能较大，生成的银微粒之间易团聚，所以制得的银粒径一般较大，分布很宽。 2、TU-1902双光束紫外可见分光光度仪 测量原理：由于银纳米粒子的粒度不同，对于不同波长的光有不同程度的吸收，根据其吸收特性，即最大吸收峰对应的波长，可以判断粒子的大小。 银纳米粒子平均粒径与λmax： 平均粒径/nm <10 15 19 60 λmax/nm 390 403 408 416 三、实验仪器与试剂 仪器：电子分析天平、磁力搅拌器、量筒（5mL）、烧杯（一大一小）、移液管（5mL）、容量瓶（50mL）、比色管（50mL）、TU-1902双光束紫外可见光谱仪、滴管、洗瓶、洗耳球、手套等。 药品试剂：1mmol/L AgNO 3溶液、KBH 4 (固体)、蒸馏水、冰块等。
四、实验步骤、实验现象及数据处理 1、配制1.5mmol/L KBH4溶液 （1）减量法称取0.04gKBH4固体于小烧杯中，少量蒸馏水溶解，转移至 50mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤并将洗液转移至容量瓶中（重复3次），用蒸馏水定容至刻度线，摇匀。得15mmol/L KBH4溶液。 （2）用移液管移取上述溶液5mL至50mL比色管，用蒸馏水定容至刻度线，摇匀。得1.5mmol/L KBH4溶液。 实验数据：m(KBH4)=22.6177g-22.5792g=0.0385g c1(KBH4)=m/(MV)=0.0385g/(53.94g/mol×50mL)=14.3mmol/L c(KBH4)=c1V1/V2=(14.3mmol/L×5mL)/50mL=1.43mmol/L 2、制备纳米银： 量筒移取15mL1.5mmol/L KBH4溶液于烧杯中，放入磁子，在冰浴、搅拌条 溶液,继续搅拌15min。 件下，逐滴加入2.5mL1mmol/LAgNO 3 现象：开始滴加AgNO 后溶液变黄，之后颜色逐渐加深，一段时间后变成黄 3 棕色。 3、银纳米粒子的表征 （1）测量银纳米粒子的吸收曲线： 光谱测量→设置测量参数→基线测量（蒸馏水）→样品测量→导出数据（得表1）： 波长(nm) 吸光度A 波长(nm) 吸光度A 波长(nm) 吸光度A 500 0.716 430 0.903 360 0.877 495 0.721 425 0.939 355 0.837 490 0.727 420 0.972 350 0.794 485 0.733 415 1.013 345 0.753 480 0.74 410 1.03 340 0.712
纳米材料的制备与表征方法摘录 作者姓名：彭家仁 单位：五邑大学广东江门 摘要:被誉为“21世纪最有前途的材料”的纳米材料同信息技术和生物技术一样已经成为21世纪社会经济发展的三大支柱之一和战略制高点。由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能,使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。本文就纳米材料的结构特性和性能、应用及制备方法与表征进行了综述。旨在为纳米材料的应用及其制备提供理论指导。 关键词:纳米材料;结构特性;特异效应；应用;制备方法 Methods of Preparation and Characterization of nano-materials Kevin Peng (WUYI University Jiangmen Guangdong) Abstract:The nano-materials known as“the most promising material in the21st century”along with the information technology and the biotechnology has become one of the three pillars of the socio-economic development and the strategic high ground in the21st century.Because of the special structure of the nano-materials,as well as its specific effects and performance,thenano-materials have the special purposes other than the conventional materials. In this paper,we search for the structural properties,specific effect and the performance and the Synthesis and Characterization of nano-materials.The purpose is to provide theoretical guidance for the application and preparation of nano-materials. Keywords:nano-materials;structural properties;specific effect;applications;preparation methods 0前言 从人类认识世界的精度来看,人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)。自20世纪80年代初,德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料”的概念,随后采用人工制备首次获得纳米晶体,并对其各种物性进行系统的研究以来,纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1～100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲,纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒),一维材料(直径为纳米量级的纤维),二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲,则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次,是交叉学科跨世纪的战略科技领域。
湖南工程学院 课程论文 学院化学化工学院班级化工1103 姓名吴飞学号201106010305 课程论文题目纳米银的制备及应用研究进展课程名称学科前沿讲座 评阅成绩 成绩评定老师签名 日期：2014 年10 月11 日
纳米银的制备及应用研究进展 吴飞 （湖南工程学院，湖南湘潭 411100） 摘要纳米银具有独特的热光、电磁、催化和敏感等特性,具有广阔的应用前景,是金属纳来材料研究的热点.阐述了制备纳米银的方法,包括化学还原法!光化学还原法!模板法!溶胶一凝胶法! 微乳液法激光烧蚀法等,列举了纳米银在化学反应!光学领域!杭菌领域和作为杭静电材料的主要应用,简述了纳米银制备过程中存在的不足,展望了纳米银合成研究的发展趋势. 关键词纳米银制备方法应用 Research Progress of Preparation and Application of Silver Nanomaterial Wu Fei (Hunan lnstitute of Engineering,Hunan Xiangtan 411100) Abstract Silver nanomaterial, one of the most active researeh fields in the metal nanometer materials, has a wide arnge of applications because of its unique heat , light , electricity and magnetism , catalysis and sensitive features .The prePartion methods of silver nanoparticles are discussed ,including chmeical reduction , photoehmeical reduction ,template , sol-gel method, microemulsion , laser ablation method and so on.Their main applications of nano-silver in chmeical reactions , optical field, anti-bacterial field and anti-static materials are introduced.The shortages in the fabrica -tion process of silver nanomaterial are also outlined. The developing trends of the synthetic technique in the Preparation of the silver nanomaterials are Prospected. Key words silver nanoparticle,preparation,application 前言 纳米银是指粒径为1~100 nm的金属银单质，是一种新兴的功能材料。纳米银独特的热、光、电、磁、催化和敏感等特性引起了化学、物理和材料学家的广泛兴趣，特别是一维、二维的纳米银材料，例如，单分散的纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米板材和纳米立方体等被认为在化学反应、抗菌和其它领域具有很大的潜在应用。 纳米银具有很高的比表面积和表面活性川，导电率比普通银至少高20倍，因此，广泛用作催化剂材料、防静电材料、低温超导材料和生物传感器材料等阅。另外，纳米银还具有抗菌功能，可应用于医药行业。因此，研究纳米银的制备方法具有重要意义。本文就近年来应用较多的纳米银的合成方法进行了评述，并对其应用作了简要的总结。 1纳米银的应用 纳米银粉基于其粉体粒径小，而具有比表面积大、表面活性点多、催化活性高、熔点低、烧结性能好等优点，此外，它还保留了金属银的导电性好、抗菌性能好，电铸银颜色光亮的优点，使得纳米银粉在热、电、光、声、磁和催化方面具有广阔的应用前景。 1.1纳米银应用于催化领域 纳米银粉由于粒径小、比表面积和表面能高、表面活性点多、表面原子的配位情况与颗粒内部原子有很大差异，具有优良的催化活性和反应选择性，可提高反应效率，因而其催化活性和选
第26卷 第8期2005年8月 半 导 体 学 报 CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORS Vol.26 No.8 Aug.,2005 3教育部博士点基金资助项目(批准号:20040532014) 裴立宅 男,1977年出生,博士研究生,从事硅及相关纳米材料的研究.Email :lzpei1977@https://www.doczj.com/doc/504330917.html, 唐元洪 通信联系人,男,1965年出生,教授,博士生导师,从事纳米信息材料的研究.Email :yhtang @https://www.doczj.com/doc/504330917.html, 2004212214收到,2005201224定稿 Ζ2005中国电子学会 硅纳米管的水热法合成与表征 3 裴立宅 唐元洪 陈扬文 郭 池 张 勇 (湖南大学材料科学与工程学院,长沙 410082) 摘要:采用水热法成功合成了新型的硅纳米管一维纳米材料,并采用透射电子显微镜、选区电子衍射分析、能量色散光谱及高分辨透射电子显微镜对合成的硅纳米管进行了表征.研究表明硅纳米管是一种多壁纳米管,为立方金刚石结构,生长顶端呈半圆形的闭合结构,由内部为数纳米的中空结构,中部为晶面间距约0131nm 的晶体硅壁层,最外层为低于2nm 的无定形二氧化硅等三部分组成.关键词:硅纳米管;水热法;结构;表征 PACC :6146;8160C 中图分类号:TN30411 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)0821562205 1 引言 自从碳纳米管[1]及硅纳米线[2,3]等一维纳米材 料被成功合成后,立刻引起了诸多领域科学家的极大关注与浓厚兴趣,一维纳米材料的研究成为了当今基础和应用研究的热点.碳纳米管能否具有金属或半导体特性取决于纳米管的石墨面碳原子排列的螺旋化方向[4,5],然而到目前为止,还没有人成功制备出金属或半导体碳纳米管,因此虽然碳纳米管作为场效应晶体管(FET )及纳米电子集成电路的研究已有报道[6,7],但是碳纳米管在应用上还有很大的局限性.同时由于硅纳米一维材料与现有硅技术极好的兼容性,使其具有代替碳纳米管的潜力.目前已经采用物理及化学方法成功合成了硅的实心一维纳米材料———硅纳米线[8,9],但是由于元素硅的硅键为sp 3杂化,而不是易于形成管状具有石墨结构的sp 2杂化,所以硅的中空一维纳米材料,硅纳米管难于合成.因此,目前在硅纳米管,尤其是自组生长的硅纳米管的合成方面仍是一个极具挑战性的难题.对硅纳米管模型进行理论研究表明硅纳米管可以稳定存在,同时也发现稳定的硅纳米管结构总是具有 半导体性能[10,11].最近Sha 等人[12]以纳米氧化铝沟道(NCA )为衬底模板,以硅烷为硅源、金属Au 为催化剂,于620℃,1450Pa 时通过化学气相沉积催化生长了直径小于100nm 的硅纳米管;J eong 等人[13]在617×10-8Pa 的真空分子束外延生长(MB E )室中于400℃在氧化铝模板上溅射硅原子或硅团簇,并于600或750℃氧化处理后制备了直径小于100nm 的硅纳米管.虽然目前模板法可以制得硅纳米管,但是此法制备过程较复杂,需要模板及金属催化剂,同时实质上所得硅纳米管是硅原子在模板内壁无序堆积形成的. 水热法是制备纳米粉末的常用方法,对于制备具有一维结构的纳米材料鲜有报道.水热法成功合成了碳纳米丝及碳纳米管[14,15]表明,此法在制备一维纳米材料方面也有极大的应用潜力.水热法具有成本低廉、容易操作控制及可重复性好等特点.本文报道在没有使用催化剂及模板的前提下,采用高压反应釜,在超临界水热条件下合成了自组生长的一维纳米硅管,并用TEM ,EDS ,SA ED 和HR TEM 对其结构及成分进行了表征.这是一种真正意义上的硅纳米管,对于组装纳米器件具有重大的应用与研究意义.
电化学在制备纳米材料方面的应用 摘要：应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类，着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法，并对其应用前景做了展望。 关键词：电化学纳米材料电沉积 1 前言 纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当材料的粒子尺寸小至纳米级时，材料就具有普通材料所不具备的三大效应：(1)小尺寸效应，指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应；(2)表面效应，指纳米微粒表面原子与总原子数之比。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。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加，原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有高的活性，极不稳定，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；(3)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。研究发现，一些宏观量，如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应，才使它表现出：(1)高强度和高韧性；(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点；(3)异常的导电率和磁化率；(4)极强的吸波性；(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。 自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”，我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。 由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，因此，纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。 目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中，机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高，生产成本高；化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域，同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂，具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质，但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。 应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比，电化学制备方法主要具有以下优点：1、适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多；2、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控，在技术上困难较小、工艺灵活，易于实验室向工业现场转变；3、常温常压操作，避免了高温在材料内部引入的热应力；4、电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长，可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。 电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理，并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法 与传统的纳米晶体材料制备相比，电沉积法具有以下优点：(1)晶粒尺寸在1~100 nm内；(2)
水热法制备银纳米立方体及紫外光谱性能研究 一、 实验目的 1掌握水热法合成单分散银纳米立方体的制备方法 2熟悉纳米银立方体的表征方法 二、实验原理 纳米银（Nano Silver ）就是将粒径做到纳米级的金属银单质。由于颗粒尺寸微细化，使得纳米银表现出体相材料不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子效应等性质。纳米银形貌和大小会影响其性质，所以可控形貌合成纳米银引起了广泛关注。纳米银对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性，广泛应用于环境保护、纺织服饰、水果保鲜、食品卫生等领域。 本实验首先以[Ag(NH 3)2]OH 、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB ）为原料，采用人们熟知的银镜反应，水热条件下合成银纳米立方体。 反应方程式如下： [Ag(NH 3)2]+ (aq)+ Br - (aq)错误！未找到引用源。AgBr(s) +2NH 3 (aq) (1) [Ag(NH 3)2]+ (aq) +RCHO (glucose) (aq)错误！未找到引用源。Ag (NPs)+ RCOO - (aq) +2NH 4 + (aq) (2) 反应流程如下： 三、仪器与试剂 试剂：硝酸银、氨水、去离子水、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵、抗坏血酸。 仪器：烧杯、容量瓶、电子天平、搅拌器、反应釜（25 mL ）、紫外可见分光光度计、X 射线衍射仪、扫描电镜、离心机、离心管。 四、实验步骤 1、溶液配制 配制[Ag(NH3)2]OH 30ml :将0.51g ，0.003mol 硝酸银溶解于50ml 的蒸馏水中，向所配置的硝酸银溶液中低价1mol/L 的氨水溶液并剧烈搅拌，直至澄清，想所
第11卷 第2期2005年5月 电化学 ELECTROCHE M ISTRY V o.l 11 N o .2M ay 2005 文章编号:1006-3471(2005)02-0152-05 收稿日期:2004-11-02,*通讯联系人T el :(86-592)2185905,E -m a il :qfdong @x m u .edu .cn 973项目(2002CB211800),国家自然科学基金(20373058),福建省科技项目(2003H 044)资助 碳纳米管复合材料的制备、表征和电化学性能 董全峰* ,郑明森,黄镇财,金明钢,詹亚丁,林祖赓 (厦门大学化学系,厦大宝龙电池研究所,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005) 摘要: 作为锂离子电池负极材料,碳纳米管和金属锡或其氧化物都曾引起过人们浓厚的兴趣,但由于其自 身的缺陷,这些材料均未能得到进一步的发展.本文以不同方法合成了碳纳米管和金属锡或其氧化物的复合材料,对其结构、形貌进行表征,并考察它的电化学性能. 关键词: 碳纳米管; 复合材料;制备;电化学性能中图分类号: O 646;T M 911 文献标识码: A 碳纳米管(CNT )是一种新型的碳材料[1,2] .碳纳米管在结构上与其它的碳材料有很大的不同,它不仅具有典型石墨层状结构(管壁),同时又具有无序碳的结构(内外表面的碳层及所附着的无序碳微粒),还具有与MC MB 类似的内腔结构,而且表面及边缘又存在结构缺陷,管与管之间为纳米间隙,管中还存在部分的H 原子掺杂.在制备上,碳纳米管可以通过控制一定的反应条件来调控它的几何结构参数,如管的管壁,外径、内径大小,及管的长度.基于其特殊的结构和高的导电率,吸引了众多研究者开展了大量研究工作,希望它能成为新一代锂离子电池“理想”的负极材料[3,4] . 由于碳纳米管的高比表面及其结构缺陷,锂不仅能嵌入管中的石墨层,还能嵌入它的孔隙及边缘缺陷中,使得它尽管具有高的嵌锂容量,但由于比表面积较大而表现出很大的不可逆容量.又因为在碳纳米管的结构中含有氢原子以及管壁层间和管 腔之内有间隙碳原子的存在[5] ,故其嵌锂容量出现较大的滞后现象.这些都限制了C NT 作为电极活性材料在实际中的应用,所见者只是被用作电极添加剂的报道.本文综合了碳纳米管和锡基材料的优点,规避其本身固有的缺陷,在碳纳米管的表面沉积/包覆锡或氧化锡形成CNT 复合材料,这样不仅可减少碳纳米管的比表面积,同时直接采用金属锡取代锡基氧化物,不存在氧化物的还原过程,从 而大大降低初次充电不可逆容量损失;通过控制反应条件在表面沉积过程中包覆纳米级的锡,使表面沉积/包覆锡的碳纳米管能在保持高容量的同时,也具有良好的循环寿命.此外,还提高了它的体积能量密度. 1 实 验 1.1 碳纳米管的制备 应用Sol -ge l 法制备N i -M g -O 催化剂,方法见文献[6],所用试剂N i (NO 3)2 6H 2O 、M g (NO 3)2 6H 2O 和柠檬酸均为分析纯(上海化学试剂有限公司).将制备好的催化剂称取一定量置于陶瓷舟内,放在反应器的恒温区内,于氢气氛下缓慢升温至700℃,还原一段时间后,降温到600℃稳定10m in ,然后以20m L /m i n 的流量导入C H 4气体,经反应一定时间后自然冷却至室温(冷却过程中继续通气体).用分析纯硝酸(上海化学试剂有限公司,AR 65%)处理反应后的样品,洗涤、烘干后即得到碳纳米管.反应装置是在一个水平放置的管式电炉内放一内径为5c m 的石英管(长140c m ),其恒温区为20c m ,电炉为SK -2-4-12型管式电阻炉(上海实验电炉厂),额定功率4k W ,额定温度1200℃,控温装置为A1-708P A 型程序控温仪(厦门宇光电子技术研究所),流量计为D08-4C /Z M 质量流量控制仪(北京建中机器厂).
纳米材料的制备以及表征 纳米科技作为21世纪的主导科学技术，将会给人类带来一场前所未有的新的工业革命。纳米科技使我们人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米材料是目前材料科学研究的一个热点，纳米材料是纳米技术应用的基础。科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的控制，以制备符合各种预期功能的纳米材料。 低维纳米材料因其具有独特的物理化学特性以及在各个同领域的广泛应用 而受到国内外许多科研小组的广泛关注。钒氧化物纳米材料因为具有良好的催化性能、传感特性及电子传导特性而成为研究低维纳米材料物理化学现象的理想体系。尤其是对钒氧化合物纳米线、纳米带、纳米管的结构与性能的研究日益深入。另外，稀土正硼酸盐纳米材料因其独特的发光性能、电磁性能引起了广大科研小组的浓厚兴趣，是低维纳米材料领域研究的一个热点内容。 1.绪论 1.1纳米材料的发展概况 早在60年代，东京大学的久保良吾(Kubo)就提出了有名的“Kubo效应”， 认为金属超微粒子中的电子数较少，而不遵守Femri统计，并证实当结构单元变得比与其特性有关的临界长度还小时，其特性就会发生相应的变化。70年代末80年代初，随着干净的超微粒子的制取及研究，“Kubo效应”理论日趋完善， 为日后纳米技术理论研究打下了基础。人们对纳米颗粒的结构、形态和特性进行了比较系统的研究，描述金属微粒费密面附近电子能级状态的久保理论日趋完善，并且用量子尺寸效应成功地解释了超微粒子的某些特性[3]。最早使用纳米颗粒 制备三维块体试样的是德国萨尔兰大学教授H.Gletier，他于1984年用惰性气体蒸发、原位加压法制备了具有清洁表面的纳米晶Pd、cu、Fe等[4]，并从理论及性能上全面研究了相关材料的试样，提出了纳米晶材料的概念，成为纳米材料的创始者。1987年美国Argon实验室sigeel博士课题组用相同方法制备了纳米陶 瓷TIOZ多晶体。纳米技术在80年代末和90年代初得到了长足发展，并逐步成为一个纳米技术体系。1990年7月，第一届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩 召开，标志着纳米科学技术的正式诞生;正式提出了纳米材料学、纳米生物学、
电化学方法在制备纳米材料中的应用 纳米材料，一般是指具有纳米量级(1-100 nm)的晶态或非晶态超微粒构成的固体物质或由它们作为基本单位构成的材料。其广义是指在三维空间中的微观结构，至少有一维方向上处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1]。纳米材料的制备技术实际上可以追溯到古代陶瓷制备技术，各种陶瓷的超精细粉末就是一种我们今天所谓的纳米材料。古代绘画所用的碳墨就是利用化学燃烧方法制备的，可以说是最早的简单实用的纳米制备方法。今天，人们充分发挥自己的聪明才智、深入认识客观世界、科学地利用自然界的各种资源，研究了各种各样的纳米材料的制备方法[2]。电化学制备纳米材料就是一种新型的制备纳米材料的方法，电化学方法是利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，制备出纳米材料的前驱体，在不同温度下煅烧得到不同晶型的纳米材料[4]。电化学方法（特别是电化学沉积法）因其自身的特点如可选择性地调节和控制电位或电流、实施电位或电流阶跃、外加交流微扰信号等，为制备粒径和形状可控的纳米微粒提供了一种方便可行的实验方法。 电化学方法制备纳米材料的研究，经历了早期的纳米薄膜、纳米微晶的制备，直至现在电化学制备纳米金属线、金属氧化物已有几十年的研究时间。直至1963年，运用电沉积技术制备叠层膜的方法不断改进，Brenner提出了单一电解液中沉积Co-Bi多层膜的设想，由原来的多槽电沉积转变成今天的单槽电沉积，这便是当今电沉积制备纳米金属多层膜的开端。电沉积法制备纳米叠层膜逐渐成为一个比较成熟的获得纳米晶体的方法。 在电沉积领域，人们也认识到超细微粒加人镀层可以增强原金属镀层的耐磨、耐高温等性能，并且在过去的30年里它也得到了长足的发展。对于纳米微粒作为复合镀微粒在电沉积过程中影响金属沉积以及晶粒生长的文献直到近十年才出现。许多研究表明纳米微粒的加人可以抑制晶体的长大并且促进电沉积纳米晶体的形成。 生物传感器作为一门涉及化学、生物学、物理学以及电子学等领域的交叉学科，在临床医药、发酵生产、食品检验和环境保护等诸多领域有着广阔的应用前景。结合电分析技术与生物传感技术的电化学生物传感器是其中非常重要的一类。它是由生物材料作为敏感元件，电极作为转换元件．以电势、电流或电导等作为特征检测信号的传感器。理想的生物分子的固定方法要求既能促进有效的电子转移．又能保持被固定生物分子的活性。近年来，纳米技术逐步进入电分析和生物传感器领域．引发了突破性的进展。通过将新型纳米材料修饰到电极表面，可以有效地固定生物分子．并促进其氧化还原中心与电极之间的直接电子转移．从而研制新一代的生物传感器及其它生物器件。 2.纳米材料的制备 纳米材料的制备理论基础，简单地说就是如何控制粒子生长，使其在所要求的阶段停止。目前国内外纳米粒子的制备方法大体可以分为物理法、化学法、物理化学法3种[2]。 （1）物理方法有物理粉碎法，采用介质和物料间相互研磨和冲击，并辅以助剂加以粉碎达到微粒微细化；物理气相沉积法（PVD），在惰性气体气体下气化后再冷凝成纳米粒子，此外还有真空蒸发法、放电爆炸法、真空溅射法等。 （2）化学方法包括气相沉积法（CVD），采用加热热源将物质气化后，通过化学反应，成核生长得到纳米粒子；水热合成法，高温高压下在溶液或气体等流体中合成；化学沉淀法，将沉淀剂加入到金属盐溶液中，沉淀后进行热处理得到纳米材料。 （3）物理化学方法包括溶胶-溶胶法，将将金属有机醇盐或无机盐溶液经水解，使溶质聚合成溶胶再凝胶，在低温下干燥，研细后烧结得到纳米粒子；微乳液和反胶束法，微乳液
报告 课程名称纳米科学与技术专业班级电气1241 姓名张伟 学号32 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
纳米材料的测试与表征 摘要：介绍了纳米材料的特性及测试与表征。综合使用各种不同的分析和表征方法，可对纳米材料的结构和性能进行有效研究。 关键词：测试技术；表征方法；纳米材料 引言 纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米材料的化学组成及其结构是决定其性能和应用的关键因素，而要探讨纳米材料的结构与性能之间的关系，就必须对其在原子尺度和纳米尺度上进行表征。其重要的微观特征包括：晶粒尺寸及其分布和形貌、晶界及相界面的本质和形貌、晶体的完整性和晶间缺陷的性质、跨晶粒和跨晶界的成分分布、微晶及晶界中杂质的剖析等。如果是层状纳米结构，则要表征的重要特征还有：界面的厚度和凝聚力、跨面的成分分布、缺陷的性质等。总之，通过对纳米材料的结构特性的研究，可为解释材料结构与性能的关系提供实验依据。 纳米材料尺度的测量包括：纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构的测量；纳米线、纳米管的直径、长度以及端面结构的测量和纳米薄膜厚度、纳米尺度的多层膜的层厚度的测量等。适合纳米材料尺度测量与性能表征的仪器主要有：电子显微镜、场离子显微镜、扫描探测显微镜Χ光衍射仪和激光粒径仪等。 紫外和可见光谱是纳米材料谱学分析的基本手段，分为吸收光谱、发射光谱和荧光光谱。吸收光谱主要用于监测胶体纳米微粒形成过程；发射光谱主要用于对纳米半导体发光性质的表征，荧光光谱则主要用来对纳米材料特别是纳米发光材料的荧光性质进行表征。红外和喇曼光谱的强度分别依赖于振动分子的偶极矩变化和极化率的变化，因而，可用于揭示纳米材料中的空位、间隙原子、位错、晶界和相界等方面的信息。纳米材料中的晶界结构比较复杂，与材料的成分、键合类型、制备方法、成型条件以及热处理过程等因素均有密切的关系。喇曼频移与物质分子的转动和振动能级有关，不同的物质产生不同的喇曼频移。喇曼频率特征可提供有价值的结构信息，利用喇曼光谱可以对纳米材料进行分子结构、键态特征分析和定性鉴定等。喇曼光谱具有灵敏度高、不破坏样品、方便快速等优点，是研究纳米材料，特别是低维纳米材料的首选方法。 目前对纳米微观结构的分析表征手段主要有扫描探针显微技术，它包括扫描隧道电子显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等。利用探针与样品的不同相互作用，在纳米级至原子级水平上研究物质表面的原子和分子的几何结构及与电子行为有关的物理、化学性质。例如用STM不仅可以观察到纳米材料表面的原子或电子结构，还可以观察表面存在的原子台阶、平台、坑、丘等结构缺陷。高分辨电子显微镜用来观察位错、孪晶、晶界、位错网络等缺陷，核磁共振技术可以用来研究氧缺位的分布、原子的配位情况、运动过程以及电子密度的变化；用核磁共振技术可以研究未成键电子数、悬挂键的类型、数量以及键的结构特征等。 测试技术的发展 纳米测试技术的研究大致分为三个方面：一是创造新的纳米测量技术，建立新理论、新方法；二是对现有纳米测量技术进行改造、升级、完善，使它们能适应纳米测量的需要；三是多种不同的纳米测量技术有机结合、取长补短，使之能适应纳米科学技术研究的需要。纳米测试技术是多种技术的综合，如何将测试技术与控制技术相融合，将探测、定位、测量、控制、信号处理等系统结合在一起构成一个大系统，开发、设计、制造出实用新型的纳米测量系统，是亟待解决的问题，也是今后发展的方向。随着纳米材料科学的发展和纳米制备技术的进步，将需要更新的测试技术和手段来表征、评价纳米粒子的粒径、形貌、分散和团聚
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao ) Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2007,23(2)：145-151 Received:August 9,2006;Revised:November 7,2006.English edition available online at https://www.doczj.com/doc/504330917.html, ? Corresponding author.Email:qingchen@https://www.doczj.com/doc/504330917.html,;Fax:+8610?62757555.国家自然科学基金委国际合作项目(60440420450)、高等学校博士学科点专项科研基金(20050001055)和新世纪优秀人才支持计划资助 ?Editorial office of Acta Physico ?Chimica Sinica [Article] https://www.doczj.com/doc/504330917.html, February 碳纳米管/ZnO 纳米复合体的制备和表征 杨闵昊 梁涛彭宇才陈 清? (北京大学电子学系,纳米器件物理与化学教育部重点实验室,北京 100871) 摘要： 通过将不同直径的ZnO 纳米颗粒与碳纳米管连接制备了碳纳米管/ZnO 纳米复合体.将团聚的ZnO 纳 米颗粒分散并用表面活性剂CTAB 使纳米颗粒带正电.化学氧化碳纳米管使其带负电.ZnO/CTAB 微团通过碳管表面羧基与CTAB 的静电作用与碳纳米管连接形成纳米复合体.研究了复合体形成的不同实验条件,表征了碳纳米管/ZnO 纳米复合体的结构并研究了纳米复合体的光学特性.研究表明,与碳纳米管连接的ZnO 纳米颗粒是互不连接的并保持量子点的特性.光致发光研究表明ZnO 纳米颗粒的激发在纳米复合体中有淬灭.关键词：ZnO ；碳纳米管；纳米复合体中图分类号：O648 Synthesis and Characterization of a Nanocomplex of ZnO Nanoparticles Attached to Carbon Nanotubes YANG Min ?Hao LIANG Tao PENG Yu ?Cai CHEN Qing ? (Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices of the Ministry of Education,Department of Electronics, Peking University,Beijing 100871,P.R.China )Abstract ：A CNT/ZnO nanocomplex was fabricated by attaching ZnO nanoparticles with various diameters to carbon nanotubes (CNTs).The as ?prepared agglomerate ZnO nanoparticles were dispersed and positively charged by utilizing a cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB).ZnO/CTAB micelles were subsequently anchored to the surface of CNTs by electrostatic interaction between carboxyl groups on the chemically oxidized nanotubes ′sidewalls and CTAB molecules.Different experimental conditions for the attachment were studied.The CNT/ZnO nanocomplex was characterized using structural and optical analysis methods.ZnO nanoparticles attached to the carbon nanotubes were found to be separated from each other maintaining characteristics of quantum dots Photoluminescence study showed that the emission of ZnO nanoparticles was quenched in the nanocomplex.Key Words ：ZnO ；Carbon nanotube ；Nanocomplex Due to their unique physical and chemical properties,car-bon nanotubes (CNTs)have broad applications in nanoelectron-ics [1-6],catalysis [7],sensors [8,9],and biosensors [10].Attaching nanopar-ticles to nanotube sidewalls is expected to enhance the CNT ap-plications as in catalysis,fuel cells,or sensors.Various ap-proaches for CNT/nanoparticle complexes have been suggested,such as physical evaporation [9],chemical reaction with functional ized CNTs [11-16].Materials that have been attached to CNTs in-clude gold [12-14,17,18],platinum [7,14],and palladium [9,19]nanoparticles [15,16],proteins and small biomolecules [20],polymers [21],CdSe ?ZnS core ? shell nanocrystals [22],and ZnO clusters [23,24]. ZnO is a wide band gap (3.37eV)semiconductor having broad applications in room temperature ultraviolet lasing,chem-ical sensors,photovoltaics,piezoelectric transducers,and single electron transistors [25-28].ZnO nanoparticles have been extensive-ly studied over the past years because of their size ?dependent electronic and optical properties [25,26].Combining ZnO nanoparti-cles with CNTs is expected to produce materials with enhanced electronic and optical properties.A couple of groups have start-ed to explore this direction very recently.ZnO nanoparticles 145