一维纳米材料在热传导性能中的研究
学生姓名：贺红磊学号：20085040005
学院：物理电子工程学院专业：物理学
指导教师：贾永雷职称：副教授
摘要：本文主要介绍什么是纳米材料，纳米材料的性能，以及一维纳米材料中碳纳米管在热传导性能中的研究及应用，最后介绍对一维纳米材料热传导性能研究的意义以及发展前景。
关键词：纳米材料；性能；碳纳米管;热传导;应用研究
One dimensional nano materials in thermal conductivity of
studies
Abstract：This paper mainly introduces what is nano materials, nanometer material performance, as well as a one-dimensional nanomaterials in carbon nanotubes, carbon nanotubes in heat conduction performance such as line of research and application, and finally introduced to a d nanometer materials heat conduction performance the implications of the research and development prospects.
Key words：Nano materials；Performance；Carbon nanotubes；Heat conduction；Application research
前言
随着微电子技术的迅速发展，电子元器件的的特征尺寸已缩小至纳米量级，同时系统能量密度不断增大，因此器件的热管理问题变得相当重要。为保证电子器件稳定工作，须将器件工作过程中产生的热量迅速排出，因此需要寻找具有高导热能力并适合用于微纳米尺寸电子元器件制备的材料。纳米管作为一种准一维纳米材料具有导热性能高、热导热可控等优点，这与传统的通过选择不同材料对器件的传热性能进行控制的方式相比有了革命性的突破[1]，因此备受关注。本文将重点介绍一维纳米材料在热传导性能方面的研究。
1 纳米材料
1.1纳米材料的定义
纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
1.2 纳米材料的分类
纳米材料按尺度在空间的表达特征，可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料，一维纳米材料，如纳米线、棒、丝、管和纤维等，二维纳米材料，如纳米膜、纳米盘和超晶格，纳米结构材料即纳米空间结构材料，如介孔材料。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性。下面将着重介绍一种常见的一维纳米材料——碳纳米管。
2 碳纳米管
2.1 碳纳米管的定义
碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成，管直径一般为几纳米到几十纳米，管壁厚度仅为几纳米，长度可达数微米。重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
2.2 碳纳米管的性能
碳纳米管具有许多特殊性能，尤其是在力学、电学、储氢性能、热学等方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
2.2.1力学性能
由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。
碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善[2]。
2.2.2导电性能
碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。
碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能[3]。对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。
2.2.3储氢性能
碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0．335nm)略大的层间距(0．343nm)，是具有更加优良的储氢性能，也成为科学家关注的焦点。清华大学吴德海教授所领导的碳纳米材料研究小组，近日发现将碳纳米管制成电极，进行恒流充放电电化学实验，结果表明,混铜粉定向多壁碳纳米管电极的储氢量是石墨电极的10倍，是非定向多壁碳纳米管电极的13倍,比电容量高1625 mAh/g,单位体积储氢密度为39.8kg/m3,具有优异的电化学储氢性能[4]。
2.2.4传热性能
碳纳米管具有良好的传热性能，具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善[5]。本文将重点来讲解一下碳纳米管在热传导性能中的研究及其应用。
3 碳纳米管在热传导性能中的研究
3.1 碳纳米管热传导率简介
碳纳米管是目前世界上最好的导热材料之一，而且具有优异的一维导热性能，利用这一性能可望成为今后计算机芯片的导热板、发动机、火箭等各种高温部件的防护材料。自从碳纳米管被发现以后，人们借助各种理论方法来计算它的热输运性质。但直到2000年左右，人们才对碳纳米管的热输运性质进行较为系统和定量的计算。由于碳纳米管内部的碳原子大都是SP2杂化，这比SP3杂化键的键能更大，就导致了碳纳米管拥有着比金刚石更高的热导率[6]。计算表明，在常温下单壁碳纳米管的热导率约为6600Wm，这是迄今为止人们发现的自然界中热导率最高的材料。随后，碳纳米管的热传导性质引起了广泛的关注，人们通过各种方法、从多个角度系统的研究了碳纳米管的热导率，并给出准确的计算值。对碳纳米管的热导率进行计算的工作中，有很大一部分是基于分子动力学模拟。以下，我们介绍计算碳纳米管热导率常用的三种方法：Green-Kubo方法、直接法和和声子谱法[7]。
3.2 热传导率计算方法
(1)Green-Kubo 分子动力学模拟法
普通的Green-Kubo 方法是通过线性响应的涨落－耗散理论，利用热流平衡态的涨落来计算材料的传输系数，是典型的平衡态MDS 。热导率的Green-Kubo 计算公式为： ()()dt J J T VK B ?∞?=020131κ （1）
式中，V 是体积，J 为热流，T 为体系温度。在体系满足线性响应的范围内， Green-Kubo 方法可以用来计算材料的传输系数，近十年来也被人们用于计算碳纳米管的热导率[8]。但是这种方法也有自身的一些不足：一是收敛慢，需要很多的步长才能收敛，因此计算时间很长；二是只适用于线性响应体系，在非线性响应体系中将不再适用；三是它只能用来计算经典的体系，未考虑到由于尺寸缩小而出现的量子效应。于是人们开发出了一种非平衡态的Green-Kubo 分子动力学模拟法。即在平衡的体系中引入热虚力（Fictitious Thermal Force ）来计算材料的热导率，在最后使热虚力趋于零。这种方法需要的步长少，计算时间也会缩短。Berber 和Zhang 等人就利用了这种方法来计算碳纳米管的热导率。
(2)直接法（Direct method ）
直接法是一种非平衡态分子动力学模拟法。直接法通过模拟真实实验中热导率的测量过程，即在体系中引入热源，并计算热端和冷端之间的温度梯度，借助傅立叶定律来计算热导率[9]。在模拟过程中，会把系统分成很多平行的小块来模拟温度梯度，通过MDS 进行弛豫，计算热流J 和各小块温度并求出热导率。
由于这种计算方法是模拟真实的热导率测量过程，因此可以用来计算材料之间的界面热阻。在直接法中，人们通常会利用Tersoff-Brenner 势来描述碳原子之间的相互作用力，并计算碳纳米管的热导率。
(3)声子谱法（Phonon Spectra Method ）
Rosenblum 等人在1998年报道了利用态密度（由声子谱导出）计算介电材料热学性质的方法，这是一种有别于分子动力学模拟的计算方法。声子谱法是通过在晶格动力学中得到材料的声子色散关系后，导出声子态密度，并根据热导率的计算公式
(1)，直接计算材料的热导率。这种方法最早被用来计算金刚石的热导率，计算结果与利用MDS 方法计算的结果很相近。后来Cao,Yan 和Chantrenne 等人利用这种方法
计算了碳纳米管的热导率，并讨论了结构因素（长度、手性、直径等）的变化对碳管热导率的影响[10]。
以上，我们介绍了计算碳纳米管热导率的三种常用方法。人们通过不同的理论方法不仅计算了碳纳米管的热导率，还讨论了热导率随各种因素的变化关系。接下来，我们简要的综述一下各种外在环境因素（温度）、内在结构因素（碳管长度、手性和直径、空位和缺陷）对碳纳米管热导率的影响。
3.3 碳纳米管的热传导率与外在因素和内在因素的关系
3.3.1 碳纳米管热导率随温度的变化关系
碳纳米管的热导率随着温度的升高都是先增大后减小[11]。产生此现象的原因是：随温度升高而增大的热容、与随温度升高而减小的声子平均自由程，互相竞争并共同影响着热导率的变化。
3.3.2 碳纳米管热导率与碳管长度的关系
研究发现，当碳纳米管较短时，其热导率是随着其长度的增加而变大；当长度继续增加，热导率增长的速度会逐渐放缓；在达到某一个长度之后，热导率就不再增大并收敛于一个定值[12]。产生这种显现的原因是：较短碳纳米管的尺度效应会增加声子在边界的散射，即“模拟边界”会限制声子平均自由程对热导率的贡献；而当碳管的长度增加时，这种限制效果就会变弱；如果碳管长度远大于声子平均自由程时，声子平均自由程就仅受限于声子间的散射，此时热导率与碳管长度无关，并收敛于一个定值。
3.3.3 碳纳米管热导率与直径和手性的关系
由研究结果基本可以得出碳纳米管的热导率是随着碳管直径的增大而减小的；而手性对碳管热导率影响的大小，以及直径相近手性不同的碳纳米管热导率的大小顺序目前还不太明确[13]。
3.3.4 缺陷和化学吸附对碳纳米管热导率的影响
不论是碳纳米管本身的空位、缺陷，还是外在的化学吸附和化学修饰，都会使碳纳米管本身的热导率大大降低[14]。产生的原因是：内在结构的不规则或化学吸附会使碳管的声子平均自由程缩短，从而使碳管的热导率降低。
3.4 碳纳米管热学研究的意义
虽然测量单根碳纳米管的热导率十分困难，而且测量结果会受到多方面因素的影响，但是这样的实验研究还是非常有意义的[15]。
电子显微学报980514 电子显微学报 科技期刊 Journal of Chinese Electron Microscopy Society 1998年 第十七卷 第五期（总第79期） 准一维纳米结构的电子显微学研究 白志刚 张洪洲 丁 杭青岭 俞大鹏 冯孙齐 (北京大学电子光学及电子显微镜实验室，北京 100871) (北京大学物理系介观物理国家重点实验室，北京 100871) 自从1991年，Iijima发现纳米碳管［1］以来，一系列准一维纳米材料被相继用不同 方法合成出来。由于其独特的结构特性和因此而具有的不同于体材料的新颖的物理性 质，这些准一维纳米材料有着很大的基础研究价值和潜在的应用价值，因而受到人们 的广泛研究和关注。 最近，我们利用脉冲激光沉积及物理蒸发的方法，合成出了硅纳米线(SiNW)［2， 3］及GeO-2纳米线(GeONW)，并利用X射线衍射、透射电镜(包括EDS)等手段对这些材 料的化学组成、形态、显微结构、缺陷和生长机理等进行了研究。 将Si粉(纯度99%)和Fe粉按重量比95∶5混合，热压成靶，放在一根由高温管式电炉 加热，可抽负压的石英管内，在流动的Ar气氛下(压力2.67×104Pa)，1200℃高温下蒸 发，得到了一种暗黄色海绵状产物，该产物即为硅纳米线。我们发现，用激光蒸发或 简单的物理升华法，都能得到硅纳米线，两种情况下产物的形态、结构完全相同；而 且，这种方法具有很好的可重复性。图1为典型的硅纳米线低倍透射电子显微像。由图 中可见，硅纳米线为表面光滑的准一维结构，且纯度极高(～99%)，直径分布均匀 (15nm±3nm)，长度从几十到几百微米。图1左上角插图为硅纳米线的选区电子衍射(SAED)花样，为典型的多晶硅衍射环，其中前三个环分别对应于｛111｝、｛220｝和 ｛311｝平面族的衍射，相应的晶面间距分别为0.31nm,0^19nm和0.16nm。X射线衍射结 果显示，硅纳米线的全部衍射峰与多晶硅粉末不仅位置完全相同，相对强度也完全一 致。这进一步说明硅纳米线与大块硅结构相同。根据X射线衍射最强峰计算，硅纳米 线的晶格常数较大块硅有些轻微膨胀(～0.4%)。 高分辨透射电镜分析(HREM)给出硅纳米线更多的结构细节。图2为单根硅纳米线 的HREM像。图中可见一维和二维的{111}晶格条纹，对应晶面间距为0.31nm。从图中 可以看出，在硅纳米线的外面有一层厚2—3nm的非晶层，估计来源于因暴露空气而导 致的表面氧化，这层非晶可用稀HF溶液溶掉。对大量硅纳米线的HREM观察结果的统 计表明，硅纳米线的一般生长方向为〈112〉方向。这与传统的VLS(vapor-liquid-solids) 晶体生长模型［5］中硅的〈111〉生长方向有所不同。另外，HREM分析还显示，在硅 纳米线中存在大量的层错、微孪晶和小角晶界等结构缺陷。这些结构缺陷被认为与硅 纳米线的成核、生长及其形貌有密切的关系［4］。以上这些证据使我们认为，硅纳米 线是按一种不同于VLS模型的机制生长；在这种机制中，结构缺陷及原子气团的定向 运动对硅纳米线的一维择优生长起重要作用。 利用同样的物理蒸发的方法，我们还制备出了GeO-2纳米线。靶材料由高纯Ge粉 file:///E|/qk/dzxwxb/980514.htm（第 1／3 页）2010-3-22 18:37:28
学年论文 ` 题目：一维纳米材料的制备方法概述 学院：化学学院 专业年级：材料化学2011级 学生姓名：龚佩斯学号：20110513457 指导教师：周晴职称：助教
2015年3月26日 成绩 一维纳米材料制备方法概述 --气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料 材料化学专业2011级龚佩斯 指导教师周晴 摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。 关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法 Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on. Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method 纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。自80年代以来，零维纳米材料不论在理论上和实践中均取得了很大的进展；二维纳米材料在微型传感器中也早有应用。[1]一维纳米材料因其特殊的结构效应在介观物理、纳米级结构方面具有广阔的应用前景，它的制备研究为器件的微型化提供了材料基础。本文主要概述了近年来文献关于一维纳米材料的制备方法。 1 一维纳米材料的制备方法 近几年来，文献报导了制备一维纳米材料的多种方法，如溶胶-凝胶法、气相-溶液-固相法、声波降解法、溶剂热法、模板法、化学气相沉积法等。然而不同制备方法的纳米晶体生长机制各异。本文按不同生长机制分类概述，主要介绍气相法、液相法、模板法三大类制备方法。 1.1 气相法 在合成一维纳米结构时,气相合成可能是用得最多的方法。气相法中的主要机
纳米材料习题答案 1、简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。 2、什么是原子团簇谈谈它的分类。 3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管如何计算单壁碳纳米管直径 答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。 100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d = 224/w d：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-1
4、论述碳纳米管的生长机理（图）。 答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。 （1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。 ①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移； ②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端； （2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。 ①表面扩散机理：用苯环坐原料来生长碳纳米管，如果苯环进入催化剂内部，会被分解而产生碳氢化合物和氢气同时副产物的检测结果为只有氢气而没有碳氢化化物。说明苯环没有进入催化剂液滴内部，而只是在催化剂表面脱氢生长，也符合“帽式”生长机理。 5、论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 （1）气相法反应机理包括：V-L-S机理、V-S机理、碳纳米管模板法、金属原位生长。 ①V-L-S机理：反应物在高温下蒸发，在温度降低时与催化剂形成低共熔液滴，小液滴相互聚合形成大液滴，并且共熔体液滴在端部不断吸收粒子和小的液滴，最后由于微粒的过饱和而凝固形成纳米线。 ②V-S机理：首先沉底经过处理，在其表面形成许多纳米尺度的凹坑蚀丘，这些凹坑蚀丘为纳米丝提供了成核位置，并且它的尺寸限定了纳米丝的临界成核直径，从而使生长的丝为纳米级。 ③碳纳米管模板法：采用碳纳米管作为模板，在一定温度和气氛下，与氧化物反应，碳纳米管一方面提供碳源，同时消耗自身；另一方面提供了纳米线生长的场所，同时也限制了生成物的生长方向。 ④金属原位生长： （2）溶液法反应机理包括溶液液相固相、选择性吸附。 ①S-L-S机理：SLS 法和 VLS 法很相似，二者的主要差别在于 SLS 法纳米线成长的 液态团簇来源于溶液相，而 VLS 法则来自蒸气相。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能……碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料 由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。 碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。 碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。 碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。 碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善 ( 氢气被很多人视为未来的清洁能源。但是氢气本身密度低，压缩成液体储存又十分不方便。碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，可以作为储存氢气的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还高。适当加热，氢气就可以慢慢释放出来。研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带式的储氢容器。 在碳纳米管的内部可以填充金属、氧化物等物质，这样碳纳米管可以作为模具，首先用金属等物质灌满碳纳米管，再把碳层腐蚀掉，就可以制备出最细的纳米尺度的导线，或者全新的一维材料，在未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中得到应用。有些碳纳米管本身还可以作为纳米尺度的导线。这样利用碳纳米管或者相关技术制备的微型导线可以置于硅芯片上，用来生产更加复杂的电路。 利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。
《功能金属材料》课程作业 一维氧化锌纳米材料应用与发展前景及课程感悟 班级：0610104 学号：061010418 姓名：刘广通
一、一维ZnO 纳米材料性能 ZnO 纳米材料以形态和尺度划分，包括零维ZnO纳米材料（ZnO 纳米颗粒）、一维ZnO 纳米材料（ZnO 纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维ZnO 纳米材料（ZnO 纳米薄膜）等。按成分划分，包括纯ZnO 纳米材料和掺杂ZnO 纳米材料，如In、Ga、Sn、Mn、Co等各种元素掺杂的n型掺杂纳米材料，P、N、Li等元素掺杂的p型掺杂纳米材料及多元素复合掺杂的掺杂ZnO 纳米材料。 一维ZnO 纳米材料在光学、电输运、光电、压电、力电、场发射、稀磁、光催化、吸波等性能上具有显著特点，在传感、光学、电子、场发射、压电、能源、催化等领域已经显示出良好的应用前景。目前，在一维ZnO 纳米材料研究领域，关注的重点包括一维ZnO 纳米材料的可控及高产率设备、结构与性能调控、纳米器件组装、纳米材料及器件的性能测试与评价、纳米效应及耦合效应、理论计算与模拟、安全服役与损伤等方面。[1] 目前来说，我们都希望电子器件能越小型越好，也就是通过不断缩小器件的尺寸来达到提高速度、减少功耗的目的，这种方法在过去几十年一直被运用而随着我们周围的生活电子产品的不断微型化而发展。所以要利用薄膜生长和光刻技术（电子束光刻、X射线光刻等）制备材料和器件。我们希望纳米线作为基本功能单位来组成电子电路。一维纳米材料的原理器件的研制可以完成这一使命。而ZnO 是一种具有压电和光电特性的半导体材料，它是典型的直接带隙宽禁带半导体，同时它的激子结合能高达60meV。因此ZnO 材料在紫外光电器件方面有巨大的应用潜力。ZnO有很高的导电、导热性能，化学性质非常稳定，作为短波长发光器件具有高的稳定性和较低的价格，有极大的应用价值。而在一维纳米材料中， ZnO 有三个主要的优点：首先，它既是半导体又有压电效应，这是做电动机械耦合传感器和变频器的基础;其次，ZnO 的生物安全性与相容性相对高，可以用在医学方面；最后，ZnO 的种类最丰富，如纳米线，纳米带，纳米螺旋结构等。因而有一系列的一维ZnO 纳米材料的新器件被不断地开发研制，如室温激光器、发光二极管、传感器、晶体管、场发射器等。 二、一维ZnO 纳米材料的应用及发展前景 一维ZnO纳米材料被用于光学器件。因为ZnO是一种宽禁带半导体，而且在室温下具有很高的激子束缚能，因此ZnO被认为是一种优异的蓝光到紫外波段发射的发光材料。在325nm的He-Cd激光激发下，ZnO纳米材料的室温发光谱中存在两个发射峰，分别是380nm左右的近带边的自由激子复合引起的紫外发射峰[2]和540nm左右的氧空位引起的绿光发射峰[3]。ZnO纳米材料的发光效率远高于块体材料，这主要是因为ZnO纳米线的单晶形态和小尺寸效应。小尺寸效应的影响是由于纳米材料非常微小，其尺寸与光波波长、传到电子的得布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等具有物理特征的尺寸相当或更小时，它的周期性边界将被破坏，使它原本所具有的声，光，电，磁，热力学等特性呈现出“另类”的现象。ZnO纳米的发光机制有以下几种：1)带间跃迁发光。即适当的光照射时，半导体的价带电子发生带间跃迁，也就是电子从价带跃迁到导带，而产生光生电子和空穴。而对纳米材料，器能带将会展宽，改变其性能。2）激子辐射复合发光。纳米结构ZnO有宽的禁带隙、大的比表面积、
纳米材料微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1nm--100nm）调制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团蔟（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米微粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米相材料。 纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、长程有序的"气体状"固体结构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的"第三态晶体材料"。 正是由于纳米材料这种特殊的结构，使之产生四大效应，即表面效应和界面效应、小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应），从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性。 （1）表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸
附气体等等。 （2）小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。 （3）量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。 （4）宏观量子隧道效应
【文献综述】 一维无机纳米材料的制备方法 一．气相法制备 ①汽-液-固（VLS）机理生长 方法一（VLS生长法）： 1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。 2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。 3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构 备注： 液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。 方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）： 1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶 2.以氩气作为保护气 3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线 备注： 激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法 催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂 温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度 在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒 应用： VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。但不能制备一维金属纳米材料。同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。 ②氧化物辅助生长 方法： 1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶， 2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线 备注： 1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用 2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。 应用： 除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。 ③气-固（VS）生长 方法： 1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽 2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳
纳米材料与纳米结构复习题 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：广义上讲：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度围，或由他们作为基本单元构成的材料。 按维数，纳米材料可分为三类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类。 答：原子团簇: 指几个至几百个原子的聚集体（粒径一般等于或小于1nm） 例如: C n H m（n与m都是整数）；碳簇（C60、C70和富勒烯等） 原子团簇的分类： a 一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。 b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如Zn n P m, Ag n S m等。 c 多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如V n(C6H6)m等 d原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例如(Ag)n(NH3)m等。3.通过Raman 光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管特有谱线，这是鉴定单壁纳米管非常灵敏的方法。100-400cm-1围出现单壁纳米管特征峰，单壁纳米管特有的呼吸振动模式；1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w。式中的d单壁管的直径，nm；w为特征拉曼峰的波数cm-1 4.论述碳纳米管的生长机理。 答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金属(Fe,Co,Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体；随后，碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出；最后，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。 各种生长模型 1、五元环－七元环缺陷沉积生长 2、层－层相互作用生长 3、层流生长 4、顶端生长 5、根部生长 6、喷塑模式生长 7、守善院士：13C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke)的合理性 生长机理 表面扩散生长机理：不是生长一单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管
低维纳米材料的制备与性能研究 创新实践课 徐成彦 材料科学与工程学院 微系统与微结构制造教育部重点实验室 课时安排 共32学时，授课及讨论20学时，实践教学12学时2-9周 授课：周四、周六，A513 实践课：微纳米中心(科学园B1栋314) 联系方式 办公室：材料楼502房间 电话：86412133 E-mail: cy_xu@https://www.doczj.com/doc/b6277405.html, Homepage: https://www.doczj.com/doc/b6277405.html,/pages/cyxu 一.纳米材料导论 1.纳米：长度计量单位，1nm=10-9 m。 2.纳米结构：通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。 3.纳米技术：在纳米尺度上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。 4.团簇：Clusters denotes small, multiatom particles. As a rule of thumb, any particle of somewhere between 3 and 3x107 atoms is considered a cluster. (a few ? ~ a few hundreds ?) 5.量子点：A quantum dot is a portion of matter (e.g., semiconductor) whose excitons are confined in all three spatial dimensions. Consequently, such materials have electronic properties intermediate between those of bulk semiconductors and those of discrete molecules. (typically, 5 ~ 50 nm)
1，什么是纳米？ 纳米是一个长度单位，简写为nm。1 nm=10(-9) m=10 埃。 2．纳米材料的定义和分类？ 即三维空间中至少有一维尺寸在1-100纳米范围的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。 0维材料, 1维材料, 2维材料, 体相纳米材料,纳米孔材料 3,纳米科技从研究可以分为哪几类？ 1. 纳米材料 2. 纳米器件 3. 纳米尺度的检测和表征 4，制造纳米材料的路线 1、无意识的方面 2、有意识的制作 3、自觉地研究 4、系统研究 5，常见纳米结构单元 原子团簇，纳米微粒、人造原子、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带、纳米环、纳米螺旋和同轴纳米电缆 6，量子点 是指载流子在三个方向上的运动都要受到约束的材料体系，即电子在三个维度上的能量都是量子化的。也叫零维量子点。量子点是指尺寸小于体材料玻尔激子尺寸的半导体纳米晶。7，原子团簇，纳米微粒、微米颗粒的区别 原子团簇粒径小于或等于l nm，其许多性质既不同于单个原子分子，也不同于固体和液体。微米材料半径大于或等于1um。纳米颗粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒，它的尺度大于原子团簇，小于通常的微分，一般在1-100nm。 8，多壁碳纳米管一般由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成，可以有直形、弯形、螺旋等不同外形。管间距为0.34nm左右，相当于石墨的[0002]面间距。直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级。 单壁碳纳米管:根据螺旋角θ的不同存在三种类型的结构：分别称为单臂碳纳米管armchair、锯齿形碳纳米管zigzag和手性形碳纳米管chiral。 石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，同时也是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。 透射电子显微镜TEM 扫描电子显微镜SEM 扫描隧道显微镜STM 原子力显微镜AFM XRD RAMAN 9，1926年，物理学家布施利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用，可以实现电子波聚焦，为电镜的发明奠定了基础。 10，1932年，德国的Ruska和Knoll等在柏林制成了第一台电子显微镜。其加速电压为70 kV，放大率只有l3倍，表明电子波可以用于显微镜。1986诺贝尔奖见图。采用双透镜可达1714倍。 11，TEM法测纳米样品的优缺点 优点；分辨率高，1-3? ，放大倍数可达几百万倍，亮度高，可靠性和直观性强，是颗粒度测定的绝对方法。缺点：缺乏统计性，立体感差，制样难，不能观察活体，可观察范围小，从几个微米到几个埃。[1] 取样时样品少，可能不具代表性。[2] 铜网捞取的样品少。 [3] 观察范围小，铜网几平方毫米就是1012平方纳米。[4] 粒子团聚严重时，观察不到粒子真实尺寸。检测到电信号。 ? ? ?
一维纳米材料的制备方法和性质应用 纳米材料（nano materalS是指尺寸处于1-110nm之间的材料，或者更广泛的说至少有一个维度处于纳米尺寸范围的材料。一维纳米材料，指材料的空间尺寸在三维方向上有两维处于纳米尺度范围内，主要形貌包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带等。一维纳米材料具有广阔的潜在应用前景,如高密度存储记忆元件、超微型纳米阵列激光器、新型电子器件带等;制备出的一维纳米材料对基础研究和应用研究具有重要意义；一维纳米材料的制备方法以及其在能量转化、激光器和传感器等方面的应用研究情况。 一维纳米材料的制备方法 目前制备一维纳米材料包括纳米电缆的方法很多，比较有代表性的有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光溅射法、模板法。 （ 1 ）电弧放电法 电弧放电法是制备纳米碳管最原始的方法,该方法也用于制备其它一维纳 米材料。在一个充有一定压力的惰性气体反应室中,装有一大一小两根石墨棒, 其中面积大的为阴极，小的为阳极,两极间距为1 mm。EbbesenT W在直流电流为100 A,电压18 V, Ar气压66650 Pa （500 Torr 的条件下进行实验。在放电产物中获得了大量的纳米碳管。 （2）化学气相沉积法化学气相沉积法通常是指反应物经过化学反应和凝结过程,生产特定产物的方法。Yang等将MgO与碳粉作为原材料，放入管式炉中部的石墨舟内，在高纯流动Ar气保护下将混合粉末加热到约1200C ,则生成的MgO蒸气被流动Ar气传输到远离混合粉末的纳米丝生长区，制备了定向排列的MgO纳米丝。Zhang等将经过8h 热压的靶95%Si、5%Fe 置于石英管内,石英管的一端通入Ar
一、选择题 1、纳米（nm）是一个长度单位，它等于B。 A.10-6 米 B.10-9 米 C.10-10 米 D.10-3米 2、一般而言，光学显微镜由于受到光学衍射的限制，其分辨率约为200 nm。 ①200纳米(nm)②1毫米(mm)③10微米 (μm)④3～5纳米(nm). 3、准一维纳米材料是指在两个维度上为纳米尺度，长度约为微米级、毫米级的新型纳米材料。下列各选项中，属于准一维纳米材料的是碳纳米管。 A.纳米粒子 B.纳米结构薄膜 C.碳纳米管 D.储氢合金粉末 4、1981年美国IBM公司的科学家们发明了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，极大地推动了纳米科技的发展。这两种微观表征和操纵技术的英文缩写为ＳＴＭ和ＡＦＭ。 A.SEM和STM B.SPM和AFM C.SEM和SPM D.STM和AFM 5、原子的直径在0.1～0.3nm之间，原子核的大小约几个费米（1fm=10-15m）。人类的遗传物质DNA是纳米科学技术的重要研究对象，DNA螺旋结构的横向尺寸约为1-3nm 。 ①1-3nm②3～5μm③100μm④200μm 6、研究表明，纳米粒子粒径从100nm减小至1nm，其表面原子占粒子中原子总数的比例将增大。 ①减小②不变③尚无定论④增大 7、固体物质随着晶粒尺寸的细化，其熔点将表现出明显变化。差热分析(DTA)实验表明，平均粒径为40nm的纳米铜粒子的熔点与同一种固体材料的熔点相比，（由3000℃左右降到1000℃）。 ①降低了300℃左右②无明显变化③升高了300oС左右④由3000℃左右降到1000℃。 8、科学研究发现，从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在纳米尺度范围，即纳米结构也是生命现象中基本的东西，例如DNA的直径约2nm左右，SARS病毒约60--120nm，艾滋(AIDS)病毒约100nm 。 ①100埃②100nm ③100μm ④1～3μm 9、下述所列纳米材料制备技术或方法中，属于液相制备方法的是溶胶—凝胶法（Sol-gel ）。 ①激光诱导化学气相反应法②电子束加热法③高能球磨法④溶胶－凝胶法（Sol-gel） 10、1985年英国科学家克罗托（H.W.Kroto）和美国科学家柯尔（R.F.Curl）和斯莫利（R.E.Smalley）合作研究，共同发现了以C60为代表的富勒烯家族。一个C60分子的结构类似于一个足球，它是由12个五边形和20个六边形组成的球体。 A.12个五边形和20个六边形组成的球体； B.20个五边形和12个六边形组成的球体； C.32个六边形组成的球体； D.32个五边形组成的球体。
一维氧化锌纳米材料 摘要： 一维氧化锌纳米材料是纳米尺寸低于100nm并且空间有两维为纳米尺度的ZnO纳米材料，一维ZnO纳米材料包括纳米棒，纳米线，纳米管，纳米颗粒等，制备一维ZnO纳米材料有多种方法。根据制备相的状态分类可分为气相法，液相法，固相法。本文主要从液相法来制备纳米棒和纳米颗粒。 关键词：一维氧化锌纳米颗粒，纳米棒，溶液沉淀法，水热分解法，模板法 前言： 纳米通常是按照物质尺寸的大小来说，当细小微粒的尺寸在0.1微米（100纳米）以下通常会产生物理与化学性质显著变化的。纳米技术是在0.1~100纳米尺度范围内研究物质(原子、分子)的特性和相互作用，纳米技术表明其研究对象将由宏观向微观，大尺寸向小尺寸，微米向纳米层次的发展。现研究结果表明当物质的尺寸达到纳米层次时，物质将表现出许多特殊的物理、化学和生物等性质，这些性质不同于物质在宏观状态时所体现出来的性质，这些纳米级的特殊性质将用运于新兴的高科技产业。 近年来随着纳米技术的发展，一维半导体材料如纳米线、纳米棒、纳米环等由于其独特的物理、化学和生物特性而受到广泛的关注。在国外，Kong和wang 用vs机理制得ZnO纳米带，纯的Zno粉末在1350oC下蒸发3Omin，通入流量为25secm的Ar，25OTorr的气压。在400一500oC的氧化铝衬底上收集到ZnO纳米带。国内的张立德小组制得多晶ZnO纳米线。黄运华等报道了一种低温无催化剂制备ZnO纳米带的新方法，该法在600℃时蒸发纯金属锌粉，在硅基片上沉积可得到ZnO纳米带和齿状纳米带。俞大鹏小组制备出具有单一晶体结构的ZnO纳米线，发现其具有较好的室温紫外发光性能。李琳所作硕士学位论文溶液法生长氧化锌纳米线的机制研究对于种子法制备氧化锌薄膜有着很好的研究。目前"已通过各种方法制备出了多种形貌的ZnO纳米结构(其中"一维ZnO纳米棒具有独特的光学，电学和声学等性质"使其在太阳能电池，表面声波，压电材料，紫外线掩码，气体传感器，生物传感器等领域拥有广阔的应用前景. 一，液相反应法 1 溶液沉淀法 沉淀法（precipitation）是目前液相合成ZnONM最普遍的方法，反应过程简单，成本低。它利用各种在水中溶解的物质，经反应生成不溶性氢氧化物，碳酸盐，草酸盐等沉淀物，通过加热分解等方法，得到最终产物。根据沉淀机理的不同，又可分为直接沉淀法，均匀沉淀法和配位均匀沉淀法。 直接沉淀法是在可溶性锌盐溶液中缓慢加入沉淀剂，当溶液离子的溶度积超过沉淀化合物的溶度积时沉淀从溶液中析出。沉淀经过滤除阴离子，干燥，灼烧 得到氧化锌纳米粒子。常见的沉淀剂为氨水，碳酸铵，草酸铵[（NH4)2C2O4].使用
一维纳米材料，由于其具有沿一定方向的取向特性使其被认定为定向电子传输的理想材料，是可用于电子及光激子有效传输的最小维度结构，如场效应晶体管、共振隧道二极管、等纳米电子器件。此外，一维纳米材料所具有的独特结构也使其在陶瓷增韧技术、微机电系统等领域发挥出独特优势。一维纳米结构因集成了良好的电学、光学和化学性能而成为研究热点，并被广泛应用于各个领域。 纳米微粒由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。最近，关于纳米微粒表面形态的研究指出，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。有人预计超微粒子催化剂在下一世纪很可能成为催化反应的主要角色。尽管纳米级的催化剂还主要处于实验室阶段，尚未在工业上得到广泛的应用，但是它的应用前途方兴未艾。 催化剂的作用主要可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性，例如只进行氢化、脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应；三是降低反应温度。纳米粒子作为催化剂必须满足上述的条件。近年来科学工作者在纳米微粒催化剂的研究方面已取得一些结果，显示了纳米粒子催化剂的优越性。高镀酸饺粉可以作为炸药的有效催化剂，以粒径小于0.3mm 的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率是传统镰催化剂的10倍，超细Pt粉、WC粉是高效的氢化催化剂。超细的Fe，Ni与γ-Fe2O3混合轻烧结体可以代替贵金属而作为汽车尾气净化剂；超细Ag粉，可以作为乙烯氧化的催化剂；超细Fe粉，可在QH6气相热分解(1000-11000C)中起成核的作用而生成碳纤维。Au超微粒子固载在Fe2O3，C03O4，NiO中，在70℃时就具有较高的催化氧化活性。 近年来发现一系列金属超微颗粒沉积在冷冻的饶腔基质上，特殊处理后将具有断裂C-C键或加成到C-H键之间的能力。例如Fe和Ni微颗粒可生成Mx-CyHz 组成的准金属有机粉末，该粉末对催化氢化具有极高的活性。纳米Ti在可见光的照射下对碳氢化合物也有催化作用，利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层有很好的保洁作用，日本东京已有人在实验室研制成功自洁玻璃和自洁瓷砖。这种新产品的表面有一薄层纳米Tiq，在光的照射下任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌在光的照射下由纳米TiO2的催化作用，使这些碳氢化合物物质进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。
纳米材料：指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度（1nm——100nm）范围或由它们作为基本单位构成的材料 纳米科学技术的三大支柱是：纳米材料，纳米加工技术，纳米测试技术 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 表面效应：是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大，而表面原子由于配位数不足和高的表面能使这些原子有很高的活性，从而引起的性质上的变化。 原子分子团簇（团簇）：是由几个乃至上千个原子，分子或离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚集体，其物理和化学性质随着所含原子数目的不同而变化。 团簇的分类：一元原子团簇，二元原子团簇，多元原子团簇，原子簇化合物 幻数：在团簇质谱分析中，含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定，所含的原子数称为“幻数” 团簇的基本研究问题：1，揭示团簇产生机理，即团簇如何由原子分子逐步发展而成的，以及随着这种发展，团簇的结构和性质的变化规律。包括团簇发展成宏观固体的临界尺寸和过程变化规律。 2，固体的电子能带是如何形成和发展的。 团簇的研究意义：1，构成物理学和化学的学科交汇点，是材料科学一个新的生长点。 2，团簇是有限粒子构成的集合，其所含的粒子数可多可少，这就为量子和经典理论研究多体问题提供了合适的体系。 3，团簇的微观结构特点和奇异的物理化学性能为制造和发展特殊性能的新材料开辟了全新的技术途径。 团簇的制备方法：真空合成法，气相合成，凝聚相合成法 模拟计算理论方法：从头计算法，密度泛函方法，分子动力学模拟方法， 第四章纳米颗粒 纳米颗粒:通常是指颗粒尺寸介于原子与物质之间的一类粉末，它的尺寸大于原子簇，小于通常的微粉，一般在1~100nm之间。 纳米颗粒与微细颗粒和原子团簇的区别：1尺寸方面的区别，一般烟尘颗粒尺寸为数微米，纳米颗粒的尺寸比可见光波长还短，与细菌的尺寸相当。 2，物理与化学方面，微细颗粒一般不具有量子效应，而纳米颗粒具有量子效应;团簇具有量子尺寸效应和幻数效应，而纳米颗粒不具有幻数效应。
论文题目：准一维纳米结构中的电子输运研究 作者简介：：廖志敏，男，1981年6月出生，2002年9月师从于北京大学俞大鹏教授，于2007年1月获博士学位。 中文摘要 当物质的尺寸降到纳米量级时，量子尺寸效应、量子干涉效应、库仑阻塞效应以及多体关联效应都会表现得越来越明显，纳米体系将会呈现出许多不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。由于纳米结构的多样性以及电子相互作用的复杂性，纳米系统中新的物理效应不断被发现，人们对纳米材料的电子输运特性远未达到一个清楚认识的地步，在这个领域还有广阔的研究空间。 本论文介绍了作者对几种纳米结构中的电子输运特性研究，主要内容包括：(1) 利用电子束、离子束微/纳加工技术制备了各种纳米结构，分析了实验参数对纳米结构与器件加工的影响；(2) 从实验测量和理论分析两个方面研究了无序纳米系统中的量子干涉效应、逾渗纳米系统中的量子干涉效应、强局域化系统中的跳跃电导和库仑充电效应、磁性纳米结构中自旋极化的电子输运、以及光激发下半导体纳米线中的电子输运；(3) 制备出基于单根Fe3O4纳米线的自旋过滤器件，基于单根ZnO纳米线的气敏器件、整流二极管和光伏器件。取得了以下主要研究成果： 1. 详细研究了聚焦离子束沉积金属纳米结构过程中的刻蚀效应，讨论各工艺参数对金属沉积的影响，用聚焦离子束制作基于单个ZnO纳米梳子的整流器件。 2. 研究了聚焦离子束沉积的Pt(Ga)/C纳米线中的量子干涉效应。从四电极测量的电阻——温度依赖关系清楚地观察到起源于系统无序的弱局域化效应。更为有趣的是，我们测量到不同于常规弱局域化体系的正磁电阻效应，根据我们样品的成分和显微结构特征，能很好地用弱局域化框架下的自旋——轨道散射和电子之间的库仑相互作用来解释上述现象。 3. 详细地研究了退火对Pt(Ga)/C纳米线复合系统的表面形貌、显微结构和电子输运的影响。观察到随着退火温度的升高，Pt颗粒发生迁移并凝聚成更大的颗粒。退火样品的电阻随温度变化曲线显示出两个金属－绝缘体转变，低温下由于弱局域化效应和电子－电子相互作用，系统电阻随着温度的下降又增大。我们用磁阻实验进一步揭示退火后的Pt(Ga)/C纳米线逾渗系统的量子干涉效应。经过900o C退火后，样品完全表现为金属的行为，由于电子的平均自由程和样品的直径相当，实验结果显示出表面
准一维纳米材料 准一维纳米结构是指在三维空间内有两维尺寸处于纳米量级的纳米结构,长度上为宏观尺度的新型材料,是纳米科学研究中较为活跃的前沿领域之一。一维纳米材料包括纳米管、纳米棒、金属及半导体纳米线、同轴纳米电缆、纳米带等。下面简单介绍一下概念[1 ] : 纳米纤维(nanofiber) :细长形状,其长径比≥10 ,包括纳米丝( nanofilament ) , 纳米线( nanowire ) 和纳米晶须(nanowhisker) ;纳米晶须(nanowhisker) :特指单晶纳米纤维;纳米线(nanowire) :意义及用法类似于纳米纤维,但实际上有指电输运的意味; 纳米电缆( nanocable) 以及同轴纳米线(coaxial nanowire P core2shell nanowire) :纳米线外包覆有一层或多层不同结构物质的纳米结构;纳米棒(nanorod) :细棒状结构,一般长径比≤10 ;纳米管(nanotube) :细长形状并具有空心结构,即细管状结构;纳米带(nanobelt P nanoribbon) :细长条带状纳米结构,长宽比≥10 ,一般宽厚比≥3。已兼有两维特征,即在宽度方向已有一定的尺度。[ 1 ] H. Hofmeister , Twinning and multiple twin formation in the growth ofmetal and semiconductor nanorods [ R] . A academic report , Hefei ,China , Oct. 2003. 准一维纳米材料是研究电子传输行为、光学特性和力学机械性能等物理性质的尺寸和维度效应的理想系统。它们将在构筑纳米电子和光电子器件等集成电路和功能性元件的进程中充当非常重要的角色。在过去的几年里,有关准一维纳米结构合成方面的论文在纳米结构合成中占据了绝对的多数,人们正在努力将大多数固态物质都生长成准一维