二氧化钛与金属纳米颗粒复合体系研究
随着纳米技术的不断发展与完善, 其中的一个分支-纳米薄膜也正逐渐拓宽自己
应用领域。纳米薄膜按照用途能够分为两大类即纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。前者主要是利用纳米粒子的所具有的光、电、磁特性, 经过复合使新材料具有基体所不具备的特殊物理功能; 后者主要是经过纳米粒子的复合, 提高材料在机械方面的性能。由于纳米粒子的组成、性能、工艺条件等的变化都对复合薄膜的特性有显著的影响, 因此能够在较多自由度的情况下人为的控制纳米复合薄膜的特性, 以获得满足实际需要的薄膜材料。因此功能性的薄膜材料一直是人们研究的热点, 其中纳米
TiO
2
薄膜因其在可见光区透射率高, 折射率大, 化学稳定性高、强度大、硬度高, 已被广泛的应用于光电转换、电致变色窗、太阳能电池、薄膜光波导、光催化、干涉滤波片和抗反射涂层等领域。
人类当前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭三种。根据国家能源机构的统计, 地球上这三种能源供人类开采的年限分别只有40年、 50年和240年。因此, 开发新能源, 特别是用洁净能源替代传统能源, 迅速地逐年降低它们的消耗量、保护环境、改进城市空气质量早已成为关乎社会可持续发展的重大课题。太阳能作为清洁干净, 而且供应充分的新能源, 正日益受到关注。光伏电池可直接将太阳能转换成电能, 不但能达到绿色环保的目的, 而且会逐步改变传统能源的结构, 对缓解日常生活中的能源紧张, 改进生态环境具有重大意义。硅基太阳能电池是最终发展起来, 而且也是当前发展最成熟的太阳能电池。经过数十年的努力, 太阳能电池单晶硅的效率已经超过了25%, 在航天工业中起着举足轻重的作用, 但在民用方面还不能和传统能源相竞争。
为了适应太阳能电池高效率、低成本、大规模生产发展的要求, 当前, 世界各地的研究人员不断的对低成本、高效率的硅类和非硅类薄膜太阳能电池技术进行大规模的研究工作, 利用不同的制备方法研制出来的太阳能电池的效率正在不断提高其中的染料敏化电池具有原材料来源广泛、成本低、理论转换效率高等诸多优点[3],
其电极材料是TiO
2薄膜, 因此研究出高性能的TiO
2
薄膜对于染料敏化电池的发展与
应用具有深远意义。
自然界中的TiO
2
有金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型[4]。与金红石相比, 锐钛矿
和板钛矿颗粒的稳定性较低在加热的情况下可看到锐钛矿和板钛矿向金红石相的转变。板钛矿相在自然界中很稀有, 属斜方晶系, 早期研究认为板钛矿几乎不具备催化活性, 是不稳定的晶型在650℃左右即转化为金红石相, 因而投入的研究力量不多, 大多认为其没有工业价值, 可是在近五年, 有关板钛矿的制备和催化活性的研究有
了突破性进展。与金红石相比, 一般认为, 锐钛矿型TiO
2
表现出更高的催化活性, 这
与它们的晶体结构、电子结构和表面状态有关。金红石和锐钛矿型TiO
2
的结构能够
用TiO
6
的八面体来描述,如图1。两种结构之间的差别在于每一个八面体的分布和组装不同。
图1( a) 、 ( b) 分别TiO
2
的晶体结构锐钛矿和金红石型
图1.1中a、 b分别说明了锐钛矿和金红石型TiO
2的晶体结构。在TiO
6
的八面
体中每一个Ti4+离子由六个O
2
-离子以八面体形式包围, 其中一个钛原子与六个氧原子、一个氧原子与三个钛原子相连。金红石型晶体中八面体是不规则的稍有些斜方
晶型的分布。锐钛矿型晶体中的八面体有较大弯曲, 对称性低于金红石型。TiO
2
晶体
结构的差异是两种不同的TiO
2
之间具有不同的质量密度和能带结构, 这些都直接影响着其表面结构、表面吸附特性和表面光化学行为。使得金红石的活化性能比锐钛矿高, 但锐钛矿的催化活性比金红石高, 导致锐钛矿的表面吸附有机物的能力比金
红石强, 因此其产生的光生电子和空穴不易复合。
对不同晶型的TiO
2
晶体表面上的缺陷类型、活性位点、不同结构分子在不同
晶型TiO
2
表面的吸附方式及环境因素, 现今都以作出相关报导, 比如金红石型的
TiO
2
晶体, 在其( 110) 面存在三种缺陷, 分别为晶格氧缺陷、单桥氧缺陷和双桥氧缺陷。在晶体表面也存在着大量配位不饱和的Ti和O的离子。这些离子由吸附额外
分子或基团以达到配位饱和的趋势, 使TiO
2
表面的不同区域表现出不同的酸碱性。
另外分子和离子在TiO
2晶体表面吸附方式的不同还会导致TiO
2
光催化活性的差异。
TiO
2
具有稳定的化学性能, 熔点高达1830℃, 能够抵御酸或碱的腐蚀, 具有最
佳的不透明性、最佳白度和光亮度, 无毒无味, 热稳定性好, 在光的照射下不发生
分解, 而且资源相当的丰富。在TiO
2
薄膜中一般只有两种结构: 金红石和锐钛矿相。
金红石在高温稳定, 二锐钛矿则易在低温生成。TiO
2
薄膜具有良好的化学稳定性电学性能和优异的光学性能, 因而在电子材料、光学材料以及生物材料等方面有着很广泛的应用。
一般把粒径小于100nm的TiO2称为纳米TiO2, 在二十世纪八十年代才逐渐发展起来。随着粒径尺寸的超细微化, 其表面结构和晶体结构发生了独特改变, 导致产生了量子尺寸效应及表面效应等, 从而使纳米TiO2与常规的TiO2相比具有优异的催化性能、光学性能、热学性能、电学性能等。因此, 纳米TiO2薄膜的制备、应用研究已经成为众多研究领域的重要研究方向之一。
随着工农业的快速发展和社会的不断进步, 人类赖以生存的环境也遭到不同程度的污染破坏, 最主要包括水体污染和空气污染。不容置疑, 水体和空气的净化保护己成为人类社会实现可持续发展与待解决的重要问题。其中, 经过各种途径进入水体、大气中的化学合成有机物的种类及数量急剧增加, 对环境造成严重的污染, 直接威胁着人类的健康和社会的可持续发展。很多有机污染物性质稳定, 难于被常见的氧化剂完全氧化或被微生物降解, 其稳定的化学性质及生物毒性给污水处理带来了很大的障碍。特别是印染厂排放出来的有机染料废水, 它具有有机物含量高、成分复杂、色度深、难降解等特点, 当前还没有比较有效的方法来处理此类废水。传统的处理方法如沉淀、吸附、生物处理、膜技术等工艺对于染料污染物的氧化能力
差, 不能完全降解有机物, 而且容易引起二次污染, 如何经过深度净化来处理有机污染废水己经是当前水处理研究领域所面临的挑战之一。
最近研究发现, TiO2在光照的情况下能够降解环境中的有机物, 经过不断的研究, 已经作为一种新兴的污染治理技术受到了越来越多的关注。作为一种具有潜力的高级氧化技术, TiO2光催化降解有机污染物具有如下独特的优点:
第一、氧化能力强, 能够在紫外光照射的情况下将有机物完全转化为水、二氧化碳等无机小分子, 降低了有机物对环境的危害。
第二、没有选择性, 能够用于处理一些难处理的有机物, 如氯代烷烃、芳香烃、及其衍生物等, 在石油废水、染料废水等难降解有机物处理方面有很大的应用背景。
第三、反应只需常温常压, 设备简单, 操作易于控制。
第四、催化剂本身成本相对较低, 且化学性质稳定、无毒、无二次污染, 对环境不会造成污染等。
第五、能够与其它处理技术联用, 如生物、物理等方法, 处理效率高。
TiO2光催化降解的研究最早能够追溯到1972年, 自日本的Fujishlin等发现TiO2单晶电极光分解水以来, 多相光催化反应引起人们的浓厚的兴趣。科学家们对此进行大量的研究, 探索该过程的原理, 并致力于提高光催化效率。
当前, 提高TiO2光催化性能大致从以下几方面入手: ( 1) 增大TiO2的比表面积, 可经过合成方法的改变得到颗粒更细纳米颗粒或纳米管; ( 2) 合成锐钛矿晶型的TiO2, 由于禁带宽度较宽, 光催化性能好; ( 3) 用掺杂的方法改变禁带宽度和减少电子-空穴的复合。
半导体光催化包含以下两个过程: 一、光激发带间跃迁过程, 价电子从价带跃迁到导带形成了光生电子－空穴对; 二、光生电子和光生空穴同表面吸附态离子相互作用。与金属相比, 半导体的能带是不连续的, 价带和导带之间存在一个禁带。用做光催化剂的半导体大多数为金属的氧化物和硫化物, 一般具有较大的禁带宽度, 有时称为宽带隙半导体。如被经常研究的TiO2, 在PH=l时的带隙为3.2eV。当光子能量大于半导体吸收阐值的光照射半导体时, 价电子受到激发将发生跃迁, 即从价带跃迁到导带, 从而产生光生电子和空穴, 这是光催化的最根本的原因。光激发产生
光生空穴和电子后, 空穴和电子经历多个变化途径(主要为复合、输运/俘获二个相互竞争的过程), 价电子从价带出发最后又回到价带。对光催化过程来说, 只有俘获/输运过程才是有效的, 即光生电子和空穴必须和催化剂表面吸附态的物质相互作用才能体现光催化效果。一般用量子产率来衡量光催化剂对光的实际利用率, 实际常见载流子输运/俘获速率KCT, 复合速率KRT来表示如1.1式:
禁带宽度是半导体光催化剂的一个重要光学参数, 经过禁带宽度可知光催化剂对于光源的利用率, 就能判断该光催化剂的实用性。一般来说, 材料的禁带宽度和很多的因素有关, 其中比较重要的是量子尺寸效应。另外, 杂质态的多少也影响着禁带宽度的大小, 即B-M漂移效应、能带重整化和带尾效应, 量子尺寸和B-M漂移效应能够增大禁带宽度, 而能带重整化和带尾效应能够减小禁带宽度。因此可经过改变外部制作条件去改变材料的结构进而改变材料带隙, 以提高其对光源的利用率。
对于半导体光催化剂, 仅有光生电子和光生空穴并不能产生光催化效应, 它们必须和表面态吸附的离子相互作用, 才能体现她们的价值, 产生光催化效应。一般光生空穴和光生电子主要位于催化剂的表面处, 它们能够同吸附在催化剂表面上的离子或其它粒子相互作用来实现氧化－还原效果。对TiO2来说, 光生空穴具有强的氧化性能, 能够氧化绝大多数有机和无机污染物。TiO2光生电子具有较强的还原能力, 它能够把一些金属离子还原, 如可用TiO2来还原Fe3+、 Ce4+、 Hg2+等。经过顺磁共振( EPR) 谱和X光电子能谱( XPS) 的测试可知, 在光照以前, 吸附在TiO2催化剂表面的离子主要是化学吸附水, 基本是以羟基的形式存在。在光照以后, TiO2催化剂表面不但存在大量的化学吸附水, 而且还有大量的离子氧, 表面有部分钛元素以三价的形式存在。这时吸附氧分子可作为电子受体, 而化学吸附水则主要作为空穴受体。光催化的主要过程可描述如下:
然后过氧基离子在溶液中经过一系列的反应生成羟基自由基, 而羟基自由基又有很强的氧化能力。因而光催化氧化过程主要是经过羟基自由基来实现的。
光催化剂具有光活性是光催化反应能够进行的内部条件。当前, 研究最多的是n-型硫族化合物半导体材料, 包括TiO2、 ZnO、 CdS、 WO3、 SnO2等。光催化剂具有活性的先决条件是带隙能Eg区间内包含有H2O/·OH和O2/HOO·电正确氧化还原电位。一般来说, 价带空穴的电位越正, 导带电子的电位越负, 则越易生成自由基, 也越易催化氧化有机物。影响光催化反应的因素很多, 其中主要有催化剂的组成、晶体结构、粒径大小、比表面积大小、热处理温度等, 为了提高光催化剂的光催化效率, 许多研究者都围绕着这些影响因素展开了研究, 并获得了一定的研究成果。
金属-半导体结构有利于促进光催化性能, 金属颗粒与半导体的耦合提供了电子在电解质界面分离的一个途径, 因此在光催化过程中金属颗粒表面能产生H
。光解谁
2
是当前研究的比较热门的话题, 不但能够解决环境污染的问题, 还能解决能源问题。
经过半导体与金属颗粒( 例如Pt、 Au、 Ag) 的复合体系, 一方面金属颗粒具有储存电荷的特性; 另一方面还有利于在紫外光照射下产生的电子-空穴正确分离。电子从半导体向金属颗粒迁移的过程很快, 然而金属Au与TiO2之间形成欧姆接触, 即金属与半导体能带之间没有势垒, 只要TiO2在紫外光照射下产生电子空穴对, 金属就能够捕获电子。这种电子的捕获引起了费米能级的改变, 早期的研究表明每储存一个电荷, 费米能级能提高0.1V, 金属的储存电子的性有利于提高纳米结构和半导体薄膜的光电化学特性。其物理过程如图2所示。
第28卷 第4期 2010年12月 广西师范大学学报:自然科学版Jour nal of Guangx i N or mal U niv ersity :N atur al Science Editio n V ol.28 N o.4 Dec.2010 收稿日期:2010-05-20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20927007)通讯联系人:肖丹(1961—),男,广西桂林人,四川大学教授,博士。E-mail:x ia odan@https://www.doczj.com/doc/f14248944.html, 光化学还原制备IgG 包裹的银纳米颗粒 庄贞静1,2,肖 丹1 (1.四川大学化工学院,四川成都610064;2.华侨大学分子药物研究所,福建泉州362021) 摘 要:采用光化学还原方法合成人免疫球蛋白(Ig G)包裹的银纳米颗粒胶体溶液,用X 射线衍射仪(XR D) 和透射电子显微镜(T EM )等技术对合成的Ig G 包裹的银纳米颗粒组分和形态进行表征。结果表明,采用光化 学还原方法合成IgG 包裹的银纳米颗粒,粒径在10nm 左右。得到的胶体溶液为黄色混浊液体,通过白光观 察时,该胶体溶液呈透明状,其颜色随着制备条件的不同而发生变化。本文对产生这种特殊光学透光现象的 原因进行了初步分析。 关键词:银纳米颗粒;人免疫球蛋白;光化学还原 中图分类号:T B 321 文献标识码:A 文章编号:1001-6600(2010)04-0081-05 银纳米颗粒以其易于合成,具有极高的电导率、热导率、强烈的表面等离子体激发特性和拉曼增强特性引起科研工作者的关注。目前有多种方法用来制备银纳米颗粒,主要可分为化学方法和物理方法2种类型。化学方法主要有化学氧化还原法[1-3]、电化学方法[4-5]和微乳液法[6-7]等。然而这些方法大多是在水相完成制备过程,制备的银纳米颗粒表面能大、反应活性高,因此必须采取保护措施避免银纳米颗粒的团聚。物理方法主要有气相蒸发凝聚法和激光蒸发法[8]等。物理方法制备银纳米颗粒的缺点在于所用设备昂贵、制备成本高而产率低。本文采用光化学还原方法在人免疫球蛋白(IgG)的水溶液中,还原银离子制备银纳米颗粒。 光化学还原法制备银纳米颗粒时,整个反应在均相中进行,先产生较少的银作为晶核,后续还原的银沉积到银晶核上而使银晶核不断长大形成银纳米颗粒。用该方法制备的纳米颗粒具有高度的分散性,可以获得不同粒径、颜色各异、稳定性好的银胶体溶液[9]。该方法克服了加热法制备银纳米颗粒的不稳定以及出现黑色大颗粒沉淀物的缺陷,并且所获得的纳米粒子纯净,无过量还原剂或还原产物的污染。邹凯等人用光化学还原的方法在聚乙烯吡咯烷酮存在下合成了银纳米线,并讨论了银纳米线在该体系的形成机理,认为聚乙烯吡咯烷酮在形成银纳米线的过程中主要是作为一维线状模板促进纳米颗粒在一维方向上聚集[10]。此外,聚乙烯吡咯烷酮可在银纳米颗粒的制备中作保护剂,然而在只含有聚乙烯吡咯烷酮的水溶液 体系中银的还原反应缓慢[11],若加入光引发剂或光敏剂则可以加快银纳米颗粒的形成[12]。Khanna 等人在 银离子与苯胺的溶液中用光还原的方法制备了银/聚苯胺的纳米复合颗粒[13]。最近,各种二氧化硅、碳纳米管及二氧化钛纳米材料也被作载体用于光还原制备各种基于银纳米颗粒的纳米复合材料[14-16]。 采用环境友好的生物材料作为介质制备金属纳米颗粒已引起人们的关注。例如,利用DNA 与银离子之间强烈的相互作用,Petty 等人以DNA 为介质,用化学还原方法合成了DNA 包裹的银纳米簇[17]。Slocik 等人用化学还原方法还原组装在氨基功能化多肽上的金属离子(如金离子或银离子等),得到了多肽包裹的金属纳米颗粒[18]。Shankar 等人用天竺葵叶汁快速还原银离子而形成稳定且具有很好晶形的银纳米颗粒,粒径在16～40nm,并且认为用天竺葵叶汁可以快速还原银离子形成银纳米颗粒,可能是由于天竺葵叶汁内的某种蛋白对银离子的还原作用[19],该蛋白具有类似于氨基酸及蚕丝蛋白所具有的还原金离子为金的功能[20]。此外,牛血清白蛋白[21]和氨基酸[22]也被用于生物辅助组装纳米材料,以使得这些纳米材料具有生物兼容性,并提高材料的稳定性。
《金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂》总结 一：金属纳米材料具有表面效应（比表面积大，表面原子多，表面原子可与其他原子结合稳定下来，使材料化学活性提高。）和量子尺寸效应，因而有不同于体相材料的光学、电磁学、化学特性。 目前制备方法为液相合成（操作简便、成本低、产量高、颗粒单分散性好）。——以金属盐或金属化合物为原料将其还原得到金属原子后聚集成金属纳米粒子。而金属纳米粒子比表面积大、物化活性高、易氧化、易团聚，所以需要引入修饰剂来控制形貌、稳定或分散纳米颗粒。 液相还原法按照溶剂不同可分为有机溶剂合成法（结晶性好、单分散性好、形貌易控、不能直接用于生物体系、环境不友好）和水溶液合成法（水溶性、制备方法简单环保、成本低、颗粒大小不均一）。按照还原手段不同可分为化学试剂还原法、辐射还原法、电化学还原法。 二：化学试剂还原法中常用的还原剂及其还原机理 还原能力不同：1）强还原剂（硼氢化物、水合肼、氢气、四丁基硼氢化物），还原能力强、反应速率快、纳米颗粒多为球形或类球形、尺寸小。2）弱还原剂（柠檬酸钠、酒石酸钾、胺类化合物、葡萄糖、抗坏血酸、次亚磷酸钠、亚磷酸钠、醇类化合物、醛类化合物、双氧水、DMF），反应体系一般需要加热。例如多元羟基类化合物可做溶剂和还原剂，通过控制反应条件可制备多种形貌的材料。柠檬酸钠、抗坏血酸做还原剂的同时可做保护剂。（一）无机类还原剂 1，硼氢化物（硼氢化钠钾、硼氢化四丁基铵TBAB），硼氢化钠化学性质活波与水反应放出 氢气，与金属盐反应时所需浓度低。 2，氢化铝锂，还原性极强，应用不及硼氢化钠。 3，水合肼N2H4·H2O，应用广泛。在碱性介质中为强还原剂。 4，双氧水。 5,有机金属化合物，二茂铁还原制备银纳米线。 6，氢气，（可以合成相当稳定无保护的可进一步修饰的银纳米颗粒。），控制反应时间可以得到相当大尺寸跨度的纳米颗粒，进一步处理如过滤离心可以得到尺寸分布窄的颗粒。 7，次亚磷酸盐，弱还原剂，因为容易与氧气反应所以一般用3-4倍。酸性条件下反应速度加快，认为酸性条件下利于次亚磷酸像活泼型转变。
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。）原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物，则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中，使预聚物吸附在层状硅酸盐上，然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物，如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀，然后单体在层间引发聚合，引发可以采
金属基纳米复合材料 摘要：本论文主要介绍了纳米复合材料的设计（包括结构设计和功能设计），讨论了金属基复合材料的制备方法以及对所制备的金属基纳米复合材料的性能进行了分析，最后对金属基纳米复合材料的发展进行了展望 。 关键词：纳米复合材料简介金属基复合材料特性金属基复合材料制备方法碳纳米管金属基纳米复合材料展望 引言：金属基纳米复合材料是以金属及合金为基体，与一种或几种金属或非金属纳米级增强相相结合的复合材料。金属基纳米复合材料具有力学性能好、剪切强度高、工作温度较高、耐磨损、导电导热好、耐湿性好、不吸气、尺寸稳定、不老化等优点，故以其优异的性能应用于自动化、航天、航空等高技术领域。各种复合新工艺，如压铸、半固态复合铸造，喷射沉积和直接氧化法、反应生成法等的应用，促进了纳米颗粒、纳米晶片、纳米晶须增强金属基复合材料的快速发展，使成本不断降低，从而使金属基纳米复合材料的应用由自动化、航空、航天工业扩展到汽车工业，而使其应用越来越广泛，进入到生产生活的各个方面。 纳米复合材料简介 纳米材料是由纳米量级(1—100nm)的纳米粒子组成的固体材料。纳米微粒有4个基本效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。因此，纳米材料表现出一些特殊性能，如高热膨胀系数、高比热容、低熔点、奇特的磁性、极强的吸波性能等。纳米微粒尺寸很小，纳米粒子的表面原子数与其总原子数的比值随着粒径尺寸的减小而急剧增大，所以纳米材料有高密度缺陷、高的过剩能、大的比表面积和界面过剩体积。纳米材料也因此具有许多特殊的性能，如高的弹性模量、较强的韧性、高强度、超强的耐磨性、自润滑性和超塑性等。由于纳米材料的特异性能，纳米材料有着广泛的应用。 根据纳米复合材料的功能特性和使用时的侧重点，可将其粗略地分为结构纳米复合材料和功能纳米复合材料两大类。前者主要用在产品或工程的结构部件上，着重在材料的结构强度、刚性、韧性、耐热性能等机械、物理、力学性质和耐化学腐蚀与耐恶劣环境能力上的赋予；后者侧重在利用材料的特殊光、电、声、热、磁敏感应、信息贮存与传输、能量贮存与释放等性能及效应来实现某种功能。根据纳米复合材料的复合途径可分为：纳米相—纳米相复合材料，纳米相—常规块体复合材料及复合纳米薄膜。根据复合材料组分的性质可分为无机—无机纳米、有机—有机纳米以及无机—有机纳米复合材料。 金属基纳米复合材料的特性 金属基纳米复合材料的力学性能主要具有如下的特点：高强度和高韧性，高比强度和高比模量，抗蠕变和抗疲劳性好，高温性能好，断裂安全性高等。 1.微观结构 研究人员用超声波气态原子化法和热挤压锻造制备纳米复合材料，研究其微观结构演化、热稳定性和ɑ-Al纳米相生长动力学，发现：原子化粉末的微观结构受基体中溶质过饱和度、隐含微应力、溶质大小、分布状态和沉积纳米相的体 （Ni，Fe）纳米相积分数等因素影响；在热的结晶过程中，ɑ-Al相的沉积和Al 3
纳米复合材料的探讨 摘要：综述了纳米复合材料的性能、特点、制备技术以及应用领域的现状,指出了纳米复合材料作为一种新型的纳米材料进行研究和开发的重要意义。 关键词:纳米复合材料；特性；制备技术；应用 1 引言 “纳米复合材料”的提出是在20 世纪80 年代末期,由于纳米复合材料种类繁多以及纳米相复合粒子具有独特的性能,使其一出现即为世界各国科研工作者所关注,并看好它的应用前景。根据国际标准化组织的定义,复合材料就是由2种或2种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固态材料。在复合材料中,通常有一种为连续相的基体和分散相的增强材料。由于纳米复合材料各组分间性能“取长补短”,充分弥补了单一材料的缺点和不足,产生了单一材料所不具备的新性能,开创了材料设计方面的新局面,因此研究纳米复合粒子的制备技术有着重要的意义。 纳米复合材料由2种或2种以上的固相[其中至少有一维为纳米级大小(1 nm～100 nm) ]复合而成。纳米复合材料也可以是指分散相尺寸有一维小于100 nm的复合材料,分散相的组成可以是有机化合物,也可以是无机化合物。本文在文献的基础上,针对纳米复合材料的主要性能与特点、制备技术、主要应用及应用前景等作了比较详细的介绍和展望。 2纳米复合材料的性能与特点 2. 1纳米复合材料的基本性能 纳米复合材料在基本性能上具有普通复合材料所具有的共同特点: 1) 可综合发挥各组分间协同效能。这是其中任何一种材料都不具备的功能,是复合材料的协同效应所赋予的。纳米材料的协同效应更加明显。 2) 性能的可设计性。当强调紫外线光屏蔽时,可选用TiO2 纳米材料进行复合;当强调经济效益时,可选用CaCO3 纳米材料进行复合。 2. 2纳米复合材料的特殊性质 由无机纳米材料与有机聚合物复合而成的纳米复合材料具有独特的性能: 1) 同步增韧、增强效应。纳米材料对有机聚合物的复合改性则可在发挥无机材料增强效果的同时起到增韧的效果,这是纳米材料对有机聚合物复合改性最
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f14248944.html, 氧化石墨烯与金属纳米粒子复合材料的制备与应用进展研究 作者：韩春淼李冰王蕙尧 来源：《科学与信息化》2018年第21期 摘要论文对氧化石墨烯与金属纳米粒子复合材料的制备及其性质和应用进行了详细的综述。 关键词氧化石墨烯；金属纳米粒子；性质和应用 前言 石墨烯材料优异的电学，力学（极好的柔性）性质已经使其在柔性透明导电材料领域崭露头角，成为新一代最有潜力的透明电极的候选材料。目前机械剥离法制备的石墨烯电子迁移率高达40，000 cm2 V-1 s-1，远远高于TCO薄膜材料的迁移率（10-40 cm2 V-1 s-1），它的一个优点就是，在具有同样电导率的情况下石墨烯薄膜的载流子浓度较低，可以摆脱传统的TCO 薄膜由于高载流子浓度所引起的问题，提高其在可见区尤其是红外区域的透过率。理想的石墨烯薄膜在可见区以及红外区域的透过率高达97.7%。同时，石墨烯具有较好的热稳定性、化学稳定性，P型导电以及低温稳定的电导率。另外，石墨烯在紫外区也有较高的透过率。以上的诸多优点使得石墨烯有望成为ITO的替代品，应用于柔性电子学领域。 由于氧化石墨烯具有较好的水溶性、高比表面积、表面含有大量的亲水氧化官能团等特点，使其在制备复合材料方面具有巨大的优势。因氧化石墨烯和金属纳米粒子的复合，在光催化、电化学、生物检测、热敏材料、透明导电等领域具有广泛应用而受到关注。本文将针对氧化石墨烯与金属复合材料的制备方法及其性质与应用展开一系列的综述。 1 氧化石墨烯与金属复合材料的制备方法 1.1 水相法 在氧化石墨烯与金属粒子复合材料的制备过程中，水相法是最常见的方法。工作组在利用GO的碱溶液制备其与Li粒子的复合材料时就采用了这种方法。水相法不仅可以将钯纳米粒子复合至氧化石墨烯上，金、银、铂等，也可以在水相环境下修饰到其片层结构上[1]。 1.2 有机相法 有机相法同样也是制备氧化石墨烯与金属纳米粒子复合材料的常用方法。在混合有机体系中，可以采用微波辐照的方法将银、铜的纳米粒子沉积到氧化石墨烯的片层结构上。
卟啉—磁性四氧化三铁纳米粒子复合物研究进展 摘要：卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物是一种新型多功能材料，同时具有卟啉的生物功能特性和四氧化三铁纳米粒子的磁特性，如利用磁分离方便地解决纳米催化剂难以分离和回收的问题，提高催化剂寿命。合成了众多卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物，它们在诸多领域有着潜在的应用前景。结合文献，综述了近年来该类复合物的研究成果，概述了合成方法，及其在非均相催化氧化、光动力治疗及磁热疗等多个领域的进展，并展望了此类复合物的发展方向。 关键词：卟啉；Fe3O4纳米粒子；催化；光动力疗法；磁热疗；吸附剂 卟啉是卟吩外环带有取代基的同系物和衍生物的总称，是一类特殊的大环共轭芳香体系，因其特定的π共轭体系和配位功能，可应用于有机反应催化剂、治疗剂、光储存器件以及超分子化学等诸多领域。单纯的卟啉化合物应用于催化体系时，存在催化剂不易分离、回收困难、稳定性差等问题；应用于光动力治疗时，也存在靶向性不高、输运效率低等缺陷。解决上述问题的有效途径是将金属卟啉同载在有机或无机载体上，一方面载体的配位或吸附作用可延长催化剂寿命，另一方面病变细胞可能对某些载体产生选择性吸收，可提高了卟啉作为治疗剂的靶向性。 纳米粒子指尺寸在1～100nm之间的粒子，它所具有的独特的光、电、热、磁和化学性质，使其在新能源材料、生态环境材料、功能涂层材料以及高性能电子材料等领域发挥着不可替代的作用。磁性纳米粒子在无外加磁场时，对外不显示宏观磁性；在有外加磁场时，显示出一定的宏观磁化强度，这种特性使其在磁记录材料、磁性液体、催化以及生物医用领域有着广泛的应用前景。四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子是一种常见的磁性纳米粒子，含有该粒子的纳米磁性液体已在栓塞磁热疗、磁靶向药物输运、磁性免疫细胞的分离等方面广泛应用。 卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物是将金属卟啉固载到四氧化三铁纳米粒子上的一类复合物，一方面，此类复合物仍具有卟啉化合物特定的π共轭体系和配位功能；另一方面，复合后的化合物具有优良的磁分离和靶向药物等性能，提高了催化剂的使用寿命，增强了药物治疗准确性。多年来，我们一直致力于磁性纳米粒子及铁卟啉复合物的制备及性质研究，在此，作者就该研究领域的研究成果及此类复合物的发展方向做一概述。 1 卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的制备方法 磁性Fe3O4纳米粒子制备的基本原理是二价铁盐和三价铁盐的化学共沉淀。在氮气保护下，将氨水滴入二价和三价铁盐混合溶液中，使其同时沉淀出来，形成Fe3O4纳米粒子。一般而言，纯的Fe3O4纳米粒子容易形成坚硬的聚集体，结构的变化会导致磁性质的改变。因此，通常需要对磁性Fe3O4纳米粒子进行保护。根据卟啉与磁性Fe3O4纳米粒子不同的连接方式，本文将卟啉一磁性Fe3O4纳米粒子复合物的制备方法归纳为以下几种：
纳米技术知识材料 一、纳米（nano meter,nm）： 一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度。 二、纳米科学技术（nanotechnology）： 纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学等。纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。 三、纳米材料（nano material）与纳米粒子（nano particle）： 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，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。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，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 四、几种典型的纳米材料： a) 纳米颗粒型材料： 应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒材料。被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂，利用甚高的比表面与活性可以显著得提高催化效率，例如，以微径小于微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。 录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性粒子作为磁记录介质。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20）纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达4’106～4’107位/厘米（107～108位/英寸），即每厘米可记录4百万至4千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密度、低噪音和高信噪比等优点。
运城学院应用化学系 文献综述 Ag/ZnO纳米复合材料的制备 学生姓名王新光 学号2010080412 专业班级应用化学1004班 批阅教师 成绩 2013年06月
Ag/ZnO纳米复合材料的制备 1. 研究背景 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。 2.制备方法 2.1采用沉淀法制备 周广、邓建成、王升文[1]采用配位均匀共沉淀法制备了平均粒径约为20 nm的Ag/ZnO纳米复合材料。利用XRD、TEM及UV-Vis等技术对样品进行了表征,并将其与用浸渍光分解法和光还原沉积法制备的样品在形貌结构及催化降解甲基橙溶液和工业废水性能方面进行了比较。结果表明,采用配位均匀共沉淀法制备的样品,表现出更加优异的催化降解性能。 庹度[2]采用沉淀法制备了纳米氧化锌,并以它为前驱物,采用高温分解法对纳米氧化锌进行了载银改性处理,制备了载银氧化锌复合纳米粒子,考察了载银前后纳米粒子的粒径与结构。研究发现,采用沉淀法制备的纳米氧化锌尺寸较为均匀,粒径约为170nm,分散性也较好;载银后的复合纳米粒子粒径略有增加,这来源于银在纳米氧化锌粒子外的成功包覆。 斯琴高娃、照日格图、姚红霞、嘎日迪[3]以ZnCl2.2H2O和无水(NH4)2CO3为原料,采用直接沉淀法制备了纳米氧化锌.TG-DTG-DTA、IR分析结果表明,前驱体为碱式碳酸锌[Zn5(OH)6(CO3)2].前驱体经300℃煅烧1 h、2 h、3 h后分别得到粒径不
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
SHANGHAI UNIVERSITY 课程论文 COURSE PAPER 简述纳米复合材料 学院：材料科学与工程学院 专业： 电子科学与技术 学号： 1 2 1 2 1 7 6 5 姓名： 陆 申 阳 课程： 材料科学导论C 日期： 2014年5月10日
简述纳米复合材料 12121765 陆申阳 摘要：纳米复合材料日新月异的发展为我们的生活带来了诸多方法便。本文简要的介绍了纳米复合材料的名称来源、种类、结构组成、功能特点及其在现代生活中的应用情况。纳米复合材料作为新兴材料，在材料中占有较大的比例，在各方面的应用也十分广泛。 1引言 由于复合材料的力学性能比较突出，综合性能优良，使得复合材料广泛应用于航空航天、国防、交通、体育、工业设备等领域。其中纳米复合材料是最具有吸引力的部分，世界发达国家的新材料发展战略都把纳米复合材料放在重要位置。纳米复合材料作为一类新材料，它拥有自己引人注目的一系列特点。而现代生活与纳米复合材料的练习也越来越紧密。 2总论 2.1复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。 复合材料各组分之间“取长补短”、“协同作用”，极大地弥补了单一材料的缺点，产生单一材料不具备的新性能。复合材料具有较强的可设计性。可以根据对产品形状的需求，将复合材料设计成不同的形状，避免多次加工，减少工序；也可以根据需要的产品性能对其性能进行设计，通过改变基体的性能、含量，增强材料的性能、含量、分布情况，以及他们之间的界面结合情况，来实现对复合材料性能的设计。
高等物理化学 学生姓名：聂荣健 学号：…………….. 学院：化工学院 专业：应用化学 指导教师：………….
金属氧化物纳米材料研究进展 应用化学专业聂荣健学号：……指导老师：…… 摘要:综述了近年来金属氧化物纳米材料水热合成方法的研究进展，简要阐述了金属氧化物纳米材料的应用，对其今后的研究发展方向进行了展望。 关键词: 纳米材料水热合成金属氧化物
Research progress of metal oxide nanomaterials Name Rongjian Nie Abstract: This article reviews the recent progress in hydrothermal synthesis of metal oxide nanomaterials. The application progress of metal oxide nanomaterials is briefly describrd．The future research directions are prospected. Keywords: nanomaterials; hydrothermal; metal oxides ;
引言 纳米材料是纳米科学中的一个重要的研究发展方向，近年来已在许多科学领域引起了广泛的重视，成为材料科学研究的热点。作为纳米材料的一个方面，金属氧化物纳米材料在现代工业、国防和高技术发展中充当着重要的角色。 1.纳米材料简介 1.1 纳米材料概述 纳米是长度的度量单位，1纳米=10-9米，1纳米大约为10个氢原子并排起来的长度，仅仅相当于一根头发丝直径的0.1%。纳米材料则是在纳米量级（lnm-100nm)内调控物质结构所制成的具有特殊功能的新材料，其三维尺寸中至少有一维小于100nm，且性质不同于一般的块体材料。 纳米材料是指在三维尺度上至少存在一维处于纳米量级或者由它们作为基本单元所构成的材料，一般将纳米材料分为零维、一维以及二维纳米材料: (1)零维纳米材料，是指在空间三维尺度上都处于纳米量级的纳米材料，如纳米球，纳米颗粒等； (2)一维纳米材料，是指在空间三维尺度上只有两维处于纳米量级，而第三维处于宏观量级的纳米材料，比如纳米棒、纳米管、纳米线/丝等； (3)二维纳米材料，是指在空间三维尺度上只有一维处于纳米量级，而其他两维处于宏观量级的纳米材料，比如纳米片，纳米薄膜等。 1.2纳米粒子基本效应的研究 纳米粒子是尺寸为1-100nm的超细粒子。纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而急剧增大，显示出强烈的体积效应(即小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。 1.2.1 量子尺寸效应[1] 当粒子尺寸达到纳米量级时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明:金属纳米粒子所包含的原子数有限，能级间距发生分裂。当此能级间隔大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量或超导态的凝聚能时，纳米粒子的磁、光、声、热、电及超导电性与宏观物体有显著的不同。 1.2.2 体积效应[2] 由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当纳米粒子的尺寸与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；非晶态纳米粒子的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体积效应。例如：磁有序态向磁无序态、超导相向正常相的转变；光吸收显著增加；声子谱发生改变；强磁性纳米粒子(Fe-Co合金，氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时具有很高的矫顽力；纳米粒子的熔点远远低于块状金属；等离子体共振频率随颗粒尺寸改变[3]。 1.2.3 表面效应[4] 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而急剧增大后引起的性质上改变。随着粒径减小，表面原子数迅速增加，粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足以及高的表面能使原子表面有很高的化学活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米粒子表面输运和构型的变化，也引起了表面原子自旋构象和电子能谱的变化。
纳米复合材料的制备及其应用 分析化学饶海英20114209033 摘要：聚合物基复合材料目前已经成为复合材料发展的一个重要方向，它涉及了材料物理、材料化学、有机材料、高分子化学与物理等众多学科的知识。本文主要针对纳米复合材料的制备方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国航、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分。80年代初Roy等提出的纳米复合材料[1-3]，为复合材料研究应用开辟了崭新的领域。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。由于纳米微粒独特的效应，使其物理和化学性能方面呈现出不同的性能。将纳米材料与复合材料结合起来，所构成的纳米复合材料兼有纳米材料和复合材料的优点，因而引起科学家的广泛关注和深入的研究[4-5,44,45]。纳米复合材料的基体不同，所构成的复合材料类型也不同，如：金属基纳米材料[9-11,43]。陶瓷基纳米材料[12]、聚合物基纳米材料。 近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。 1纳米聚合物基复合材料 1.1 纳米聚合物基复合材料的合成进展 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。较早发展起来的几种聚合物纳米复合材料的制备方法[13-14]有共混法、溶胶-凝胶法(sol-ge1)、插层复合技术(interaction)，可分为插层和剥离(exfoliate)两种技术、原位(in-situ)法、母料法、模定向合成法(template directed)包括化学方法和电化学方法。 声化学合成(sonochemical synthesis)是制备具有独特性能的新材料的有效方法。
金属基纳米复合材料的研究现状与发展前景 摘要：本文综述了金属基纳米复合材料的制备方法和金属基纳米复合材料的特性，分析了金属基纳米复合材料的微观结构，介绍了国内外相关研究现状及应用的最新进展。文中指出了金属基纳米复合材料现阶段研究中存在的几个重要问题，展望了金属基纳米复合材料的未来发展趋势。 关键词：纳米材料；金属基纳米复合材料；机械合金化；微观结构；塑性流动；断裂行为；碳纳米管 1.发展历史 1.1概述 纳米材料是由纳米量级（1-100nm）的纳米粒子组成的固体材料。纳米微粒有4个基本效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。因此，纳米材料表现出一些特殊性能，如高热膨胀系数、高比热容、低熔点、奇特的磁性、极强的吸波性能等。纳米微粒尺寸很小，纳米粒子的表面原子数与其总原子数之比随粒径尺寸的减小而急剧增大，所以纳米材料有高密度缺陷、高的过剩能、大的比表面积和界面过剩体积。纳米材料也因此具有许多特殊的性能，如高的弹性模量、较强的韧性、高强度、超强的耐磨性、自润滑性和超塑性等。 []3-1。 由于纳米材料的特异性能，纳米材料有着广泛的应用 金属基纳米复合材料用颗粒、晶须、纤维增强金属基体，具有原组分不具有的特殊性能或功能，为设计和制备高性能的功能材料提供了新的机遇[]4。所以，金属基纳米复合材料已成为纳米材料工程的重要分支，世界上各发达国家已经把纳米复合材料的研究放在重要地位。 1.2分类
纳米复合材料按基体材料类型可以分为金属基纳米复合材料、陶瓷基纳米复合材料、聚合物基纳米复合材料。金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，在韧性、耐磨性、热膨胀、导电性等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。金属基纳米复合材料是由纳米级的金属或非金属粒子均匀地弥散在金属及合金基体中而成，较之传统的金属基复合材料，其比强度、比模量、耐磨性、导电、导热性能等均有大幅度的提高。因此，金属基纳米复合材料在航空航天、汽车，电子等高科技领域有极大的应用前景。如碳化硅纤维与颗粒增强钛合金用于大推力飞机压气机部件，颗粒增强铝基复合材料广泛用于航空、航天及汽车、电子领域。 2.制备工艺 2.1机械合金化法 制备金属基纳米材料的MA 法：将按合金粉末金属元素配比配制的试料放入立滚、行星或转子高能球磨机中进行高能球磨，制得纳米晶的预合金混合粉末，为防止粉末氧化，球磨过程中采用惰性气体保护；球磨制得的纳米晶混合粉经烧结致密化形成金属基纳米复合材料。在球磨过程中，大量的碰撞现象发生在球粉末与磨球之间，被捕获的粉末在碰撞作用下发生严重的塑性变形，使粉末反复的焊合和断裂。经过“微型锻造”作用，元素粉末混合均匀，晶粒尺度达到纳米级，层状结构达到 m 1μ 以下，比表面积大大增加。由于增加了反应的接触面积，缩短了扩散距离，元素粉末间能充分进行扩散，扩散速率对反应动力的限制减小[]5 ，而且晶粒产生高密度缺陷，储备了大量的畸变能，使反应驱动力大大增加。实验研究表明，在球磨阶段元素粉末晶粒度达到20-50nm 左右，甚至几个纳米，球磨温升在30-40K 左右[]6 可使互不相溶的W ，Cu 等合金元素、或溶解度较低的合金粉末如W ，Ni ，Fe 等发生互扩散，形成具有一定溶解度或较大溶解度的 W-Cu ，E-Ni-Fe 超饱和固溶体和Ni 非晶相。 最近，黄等[]7用行星式高能球磨机制备了）（30-20Fe Cu Al 20-80=χχχ三元非晶纳米合金粉末，发现成分为204040Fe Cu Al 的粉末球磨时逐步非晶化，球磨33h 后，非晶化程度最大，最小颗粒尺寸达到5.6进一步球磨，非晶晶化，颗粒尺寸
金属基纳米复合材料 摘要：综述了复合材料的重要作用和金属基纳米复合材料作为复合材料材料中的一种，它的力学和磁学性能，分析了金属基纳米复合材料的微观结构，介绍了国内外相关研究现状及应用的最新进展。主要指出了金属基纳米复合材料的制备方法，在此基础上提出了研究中存在的几个重要问题，展望了金属基纳米复合材料的未来发展趋势。 关键字：复合材料;金属基纳米复合材料;微观结构;性能;应用。 1. 引言 现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展，同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求，高温、高压、高强度、低密度、耐磨、柔韧性……。当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。复合材料特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先进材料〔1〕。复合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的材料。 复合材料是两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。而金属基纳米复合材料是复合材料中的一种。纳米材料是由纳米量级的纳米粒子组成的固体材料。纳米微粒有基本效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应〔2〕。因此，纳米材料表现出一些特殊性能，如高热膨胀系数、高比热容、低熔点、奇特的磁性、极强的吸波性能等。纳米微粒尺寸很小，纳米粒子的表面原子数与其总原子数之比随粒径尺寸的减小而急剧增大，所以纳米材料有高密度缺陷、高的过剩能、大的比表面积和界面过剩体积。纳米材料也因此具有许多特殊的性能，如高的弹性模量、较强的韧性、高强度、超强的耐磨性、自润滑和超塑性等。金属基纳米复合材料是以金属及合金为基体，与一种或几种金属或非金属纳米级增强相相结合的复合材料。金属基纳米复合材料具有力学性能好、剪切强度高、工作温度较高、耐磨损、导电导热好、不吸湿、不吸气、尺寸稳定、不老化等优点，故以其优异的性能应用于自动化、航天、航空等高技术领域。各种复合新工艺，如压铸、半固态复合铸造，喷射沉和直接氧化法、反应生成法等的应用，促进了纳米颗粒、纳米晶片、纳米晶须增强金属基复合材料的快速发展，使成本不断降低，从而使金属基纳米复合材料的应用由自动化、航空、航天工业扩展到汽车工业。 2. 复合材料的历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。近代，水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用。现在，先进复合材料包括有树脂基复合材料、CC复合材料陶瓷和金属基复合材料和纳米复合材料，在各个领域有广泛的应用。现
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。