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纳米材料的分类
如果按维数,
纳米材料的基本单元可以分为3 类:
(1)0维,指在空间3维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒,原子团簇等; (2)1维,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等 (3)2维,指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜多层膜,超晶格等。
按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。
按材料物性可分为:纳米半导体、纳米磁性材料、纳米
线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。
按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。
纳米材料大部分都是用人工制备的,属于人工材料,
但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。
例如天体
的陨石碎片,人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的
, 而浩瀚的海洋就是一个庞大超微粒的聚集场所.
按照材质，可分为金属纳米材料、无机纳米材料、有机纳米材料等; 按照几何结构，可分为零维纳米材料(颗粒)、一维纳米材料(纳米管或纤维)、二维纳米材料(薄膜)、三维纳米材料(纳米块体);
按照用途，可分为功能纳米材料和结构纳米材料;
按照特殊性能，又可分为纳米润滑剂、纳米光电材料、纳米半透膜等。
绪论1、纳米科技的提出：源自于费曼大师1959年在美国物理学会年会上的一次演讲。
Richard Feynman：世界上首位提出纳米科技构想的科学家。
2、纳米材料（1）纳米材料的定义：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成且具有特殊性质的材料（也是以维数划分纳米材料的原因）（2）纳米尺度：1-100 nm范围的几何尺；纳米的单位:1 nm = 10^-9 m，即千分之一微米(μm)。
（3）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括纳米团簇、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片等（4）纳米材料的维度：○1零维：纳米团簇、纳米颗粒、量子点（三维尺度均为纳米级，没有明显的取向性，近等轴状）○2一维：纳米线、纳米棒、纳米管（单向延伸、二维尺度为纳米级、第三维尺度不限，、直径大于100 nm，具有纳米结构）○3二维：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜（一维尺度为纳米级，面状分布，，厚度大于100 nm，具有纳米结构）○4三维：纳米花、四脚针等（包含纳米结构单元，三维尺寸均超过纳米尺度，由不同型低维纳米结构单元复合形成）（5）纳米材料的分类○1具有纳米尺度外形的材料○2以纳米结构单元作为主要结构组分所构成的材料3、久保理论：即金属的超微粒子将出现量子限域效应，显示出与块体金属显著不同的性能；金属纳米粒子，量子限域效应。
4、扫描隧道电子显微镜(STM)：将探针靠近导电材料表面进行扫描，获得表面图像。
分辨率达0.1~0.2 nm，可以直接观察和移动原子。
5、原子力显微镜(AFM)：利用针尖和材料原子间的相互微弱作用力来获得材料表面的形貌图像。
可用于研究半导体、导体和绝缘体。
AFM三大特点：原子级高分辨率、观察活生命样品和加工样品的力行为成就。
6、纳米科技的研究内容：纳米科学、纳米技术与纳米工程分支学科：纳米力学：研究物体在纳米尺度的力学性质纳米物理学：研究物质在纳米尺度上的物理现象及表征纳米化学：研究纳米尺度范围的化学过程及反应纳米生物学：利用纳米的手段解决生物学问题，在分子水平揭示细胞内外的物质、能量与信息交换机制；纳米医学：利用纳米科技解决医学问题的边缘交叉学科纳米材料学：包括纳米材料的成分、结构、性能与使用效能四个方面。
0维纳米材料0维纳米材料是指在一维、二维和三维纳米材料的基础上，将纳米材料的尺寸进一步缩小至纳米级别的新型材料。
与传统的一维、二维和三维纳米材料相比，0维纳米材料具有更小的尺寸和更高的比表面积，因此在材料的物理、化学和生物学性质上表现出独特的特点。
本文将从0维纳米材料的定义、制备方法、性质和应用等方面进行介绍。
首先，0维纳米材料的定义。
0维纳米材料是指在三个空间维度上尺寸均在纳米级别的材料，也就是说，其长度、宽度和高度均小于100纳米。
由于其尺寸极小，因此0维纳米材料通常具有量子尺寸效应，表现出与宏观材料完全不同的物理和化学性质。
其次，0维纳米材料的制备方法。
目前，制备0维纳米材料的方法主要包括化学合成法、物理气相法、生物制备法等。
化学合成法是通过化学反应在溶液中合成纳米材料，物理气相法是利用物理气相沉积技术在高温高压条件下制备纳米材料，生物制备法则是利用生物体或生物体提取物作为模板合成纳米材料。
这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的方法。
接下来，是0维纳米材料的性质。
由于其极小的尺寸，0维纳米材料通常具有较大的比表面积和量子尺寸效应。
这使得0维纳米材料在光电、磁电、热电、力学等性质上表现出与传统材料完全不同的特点。
例如，量子点是一种典型的0维纳米材料，具有较大的光学吸收截面和较高的荧光量子效率，因此在光电器件、生物成像等领域有着广泛的应用前景。
最后，是0维纳米材料的应用。
由于其独特的性质，0维纳米材料在光电器件、催化剂、生物医学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
例如，量子点被广泛应用于LED显示屏、生物成像、太阳能电池等领域，纳米金刚石颗粒被用作高效的催化剂，纳米药物载体被用于肿瘤治疗等。
综上所述，0维纳米材料是一类具有独特物理、化学和生物学性质的纳米材料，其制备方法多样，性质独特，应用广泛。
随着纳米技术的不断发展，相信0维纳米材料在未来会有更广阔的应用前景。
零维纳米材料
零维纳米材料是一种新型材料，其特殊的结构和性质使其在材料科学和纳米技
术领域备受关注。
零维纳米材料是指在三个维度上均小于100纳米的纳米材料，通常具有独特的电子、光学、磁性和力学性质，因此被广泛应用于电子器件、传感器、催化剂等领域。
首先，零维纳米材料的特殊结构赋予其独特的性能。
由于其尺寸在纳米级别，
其电子在量子尺寸效应的影响下表现出不同于宏观材料的行为。
例如，零维纳米材料的能带结构和能级分布会发生改变，从而影响其电子传输性能。
此外，由于零维纳米材料的表面积大大增加，使得其在催化剂和传感器等领域具有更高的活性和灵敏度。
其次，零维纳米材料在电子器件方面具有巨大的潜力。
由于其尺寸小、电子迁
移率高和能带结构可调节等特点，零维纳米材料被广泛应用于新型纳米电子器件的制备中。
例如，零维纳米材料可以作为场效应晶体管的通道材料，具有优异的电子传输性能；此外，零维纳米材料还可以作为新型存储器件的介质层，实现高密度、低能耗的数据存储。
此外，零维纳米材料在光学和光电器件领域也有重要应用。
由于其尺寸接近光
波长的数量级，零维纳米材料表现出与光子的强耦合效应，可以用于制备纳米激光器、纳米光学器件等。
同时，零维纳米材料还具有优异的光电转换性能，可以应用于太阳能电池、光电探测器等领域。
总的来说，零维纳米材料由于其独特的结构和性能，在电子、光学、催化等领
域具有广阔的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信零维纳米材料将会在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。
1.什么是纳米材料：纳米是尺寸或大小的度量单位,是一米的十亿分之一（千米→米→厘米→毫米→微米→纳米）, 4倍原子大小，万分之一头发粗细。
纳米技术是是指制造体积不超过数百个纳米的物体，其宽度相当于几十个原子聚集在一起。
2.纳米材料结构：零维：也就是有三个维度都是处于纳米尺寸：量子点；一维：就是有两个维度处于纳米尺寸：纳米线二维：有一个维度处于纳米尺寸：纳米薄膜三维：没有三维纳米材料，这应该是块体材料了3.纳米材料的四个特征：1.表面效应；2.量子尺寸效应；3.小尺寸效应；4.宏观量子隧道效应。
4.尺寸效应是指小到一定程度所引起的光电效应，表面能等的变化通过控制量子点的形状、结构和尺寸，就可以方便地调节其能隙宽度、激子束缚能的大小以及激子的能量蓝移等电子状态。
随着量子点尺寸的逐渐减小，量子点的光吸收谱出现蓝移现象。
尺寸越小，则谱蓝移现象也越显著，这就是人所共知的量子尺寸效应5.纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。
这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
6.量子点限域：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。
7.SEM：扫描电子显微镜STM：扫描隧道显微镜AFM：原子力显微镜8.激子：绝缘体或半导体中电子和空穴由其间库仑相互作用而结合成的一个束缚态系统9.量子点太阳电池的种类：量子点敏化太阳电池中间能带量子点太阳电池肖特基量子点太阳电池体异质结量子点太阳电池吸收层量子点太阳电池10.可再生能源：可以再生的水能、太阳能、生物能、风能、地热能和海洋能等资源的统称11.不可再生能源：泛指人类开发利用后，在现阶段不可能再生的能源资源12.传统能源：指在现阶段科学技术水平条件下，人们已经广泛使用、技术上比较成熟的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、木材等。
零维纳米陶瓷材料
之纳米陶瓷粉体的制备机理分析关键词:零维纳米制备机理固相合成液相合成
摘要: 一般而言，物质的存在形式有固体、液体、气体三种。
构成物质的原子在固体中几乎不改变其位置，但在液体中能够比较自由地移动，而在气体中能相当自由地到处移动，这与物质内的原子密度有关。
固体内的原子密度高，间距小，原子间相互作用强，并且在长程范围内起作用；气体内原子密度很小，间距很大，原子间的相互作用弱，能够快速地到处运动，当然，发生相互碰撞而改变运动方向是难以避免的；液体则介于气体和固体之间。
这样，原子的易动度影响微粒的制备方法和生成颗粒的形貌。
纳米陶瓷粉体的制备可以分为固—固、液—液、气—气、固—液、固—气、液呷气、固—液—气几类化学反应，但是从反应物传质的速度上看，其原子或分子在液相中的扩散速度明显比在固相中快，在气相中的扩散速度又明显比在液相中快，所以固—液、固—气、固—液—气反应中的化学反应速度明显受制于物质在固相中的扩散速度，我们可以把它们统统归类到固相反应；同理，液—气反应可以归类到液相反应中；气相反应仅包括气—气反应。
正文:
3．1粉体的固相合成
固相合成工艺主要指：①反应物中至少有一种是固态，所有的固—固、固—液、固—气、固—液—气都属于其研究范围；②产物颗粒是在固相表面生成而不是在气相或液相中成核长大，但同时不排除固相合成工艺中有气相原料及气相反应存在。
应该指出，机械粉碎法是一种常见的固相制粉工艺，尤其是在制备粒度在微米级以上的陶瓷粉体时，这种方法既方便快捷，成本也比较低廉。
但到目前为止，用机械粉碎的方法还无法得到纳米颗粒，
3．1．1粉体固相合成的基本原理
3．1．1．1固相合成的分类方法按参加合成反应的反应物情况，粉体固相合成反应基本可分成下述五类
式中：S，C和L分别表示固态、气态和液态，当然还有更复杂的合成反应，比如具有两种以上固态反应物并包括气态反应物等，但这些可视为上述几种反应的组合了。
从微观机制上看，这五类反应是有明显区别的：(1)类反应即是热分解反应，它在一定的温度、压力条件下即可发生。
其中不存在反应物的扩散问题，但产物气体的扩散则是必然发生的。
由于气体的聚集和释放，结果使固体颗粒变得疏松多子乙而进一步粉化，容易得到纳米颗粒。
(2)、(3)和(4)类反应情况较为复杂，它们涉及两种分子参加的反应，只有两种分子通过扩散而相互紧密接触，合成反应才能发生。
(3)类反应中涉及的是气体在固体中(或表面)的扩散。
(4)类反应中涉及的是液体在固体中的扩散。
(5)类反应最复杂，涉及三相反应。
按固相合成产物情况又可分为两种情况，一种情况下，产物固体会在反应物颗粒表面形成一个外壳而成为扩散阻挡层。
只有当反应物气体(或液体)分子穿过这一阻挡层时，反应才会继续进行。
这样随着反应的持续进行，产物壳不断增厚，反应物颗粒的核就不断缩小，这一过程可称之为核心收缩型。
显然，这类反应若不能控制好反应条件，会有未反应的残留物。
第二种情况则是反应产物从表面成片剥离。
其原因在于反应物和产物的摩尔体积差别较大。
由于反应产物的不断剥离，导致反应物颗粒的不断变小直至消失，可以称之为颗粒收缩型。
显然，颗粒收缩型有利于反应的彻底完成。
至于(2)、(3)、(4)类反应则涉及到固态扩散和化学反应问题。
就陶瓷固体来说，其中的扩散本质上是离子型的，且与缺陷及孔隙的扩散以及电子传导紧密相关，并且只有当反应物紧密接触时化学反应才能发生。
3．1．1．2合成反应热力学问题判断化学反应进行方向，当然是计算反应过程中体系的自由能变化情况，可利用Gibbs-Helmhohz方程：
式中：T为反应温度；AG，AH及AS分别为反应前后体系自由能，焓及熵的变化。
由于焓和熵都是温度的函数，所以严格计算AH和／kS都应该考虑温度的影响。
但由于反应的熵变和焓变随温度的变化很小(至少在25~C以上)，几乎可以忽略，而这里所讨论的固相合成粉体过程又基本都是在常压下进行的，因此，我们可以借助于一般理化手册中给出的热力学数据，对反应进行初步估算。
3．1．1．3合成反应动力学问题
热力学只能告诉我们反应能否发生，要想知道反应的快慢，则必须考虑合成反应的动力学。
动力学计算的关键是要找到其反应过程中的控制步骤，这就需要分析整个过程中每一个步骤的传热和传质过程并计算其反应速度。
由于其推导和计算比较繁复，这里只以气—固反应为例分析其可能的反应过程。
对于一个通式为aA(g)+6B(s)一rR(g)+sS(s)的合成反应，从动力学角度我们可将其考虑为由下述几个步骤组成：
(1)气相反应物A与固体颗粒B碰撞黏附到其表面；
(2)表面发生反应；
(3)围绕固态颗粒界面层内的质量传输；
(4)产物层内的质量传输；
(5)围绕颗粒界面层内的热量传输；
(6)产物层内的热量传输。
这些步骤中究竟哪一个是控制步骤，按不同反应类型会有所不同。
对于核心收缩型，其速率控制步骤可能是界面层内及产物层内的质量传输。
某些单一矿物热分解反应也可能纳入核心
收缩型。
虽然它们生成的产物层经常是疏松的，但是无论是在其中进行的热传导还是质量扩散都比界面层内慢，结果往往是它们成了控制步骤。
生长两个阶段得以完成的。
存在于溶液中的阴离子和阳离子，当它们的离子浓度积超过其溶度积时，他们之间就开始结合，进而形成晶核，发生长大，形成沉淀物。
这种方法尤其适合于制备多组分原料粉末，化学液相法制备超微粉的特点是：
(1)可在原子、分子水平上达到比较均匀的溶液混合；
(2)容易控制成核和组分的均匀性；
(3)能制得高纯的复合氧化物粉末；
(4)绝大多数化学法工艺可以采用成熟的化工设备而无需价格昂贵的专门设备；
(5)易于实现规模化生产；
(6)适合于制备氧化物陶瓷粉。
从需添加微量成分和多组分化合物合成的角度与气相法相比，化学液相法更简便且适用范围更广。
但是与气相法相比，液相法生成的微细粉末之间容易产生团聚。
如何减少粉末团聚始终是液相法是的一个重要课题。
3．2．1．1液相中生成固相微粒的机理分析
液相中生成固相微粒要经过成核、生长、凝结、团聚等过程。
为了在液相中析出大小均匀一致的固相颗粒，必须把成核和长大两个过程分开，以便使已形成的晶核同步地长大，并在生长过程中不再有新核形成。
如图3—4所示，在阶段工，浓度尚未达到成核所需要的最低过饱和浓度c二，此时没有晶核生成。
当溶液的溶质浓度超过c二后即进入成核阶段Ⅱ。
阶段Ⅲ是生长阶段。
晶体的生长是在生成的晶核上吸附原子或分子而使其长大。
晶体生长的过程是液相的原子或分子扩散到晶体表面附着并进入晶格
为了使成核与生长尽可能分开，必须使成核速率尽可能快而生长速率适当地慢，这样便可尽量压缩阶段Ⅱ。
若阶段Ⅱ过宽，则在该阶段不仅成核，同时伴随生长。
另外，在阶段m必须使浓度始终低于《in，以免引起新的核生成，同时又必须
使浓度保持在饱和浓度c。
之上直至生长过程结束。
在液相中析出固相微粒的经典理论只考虑成核和生长。
但一些研究者发现，伴随成核和生长过程另有聚结过程同时发生，即核与微粒或微粒与微粒相互合并形成较大的粒子。
如果微粒通过聚结生长的速率随微粒半径增大而减小，则最终也可形成粒度均匀一致的颗粒集合体。
小粒子聚结到了大粒子上之后可能通过表面反应、表面扩散或体积扩散而“溶合”到大粒子之中，形成一个更大的整体粒子，但也可能只在粒子间相互接触处局部“溶合”，形成一个大的多孔粒子。
若“溶合”速度足够快，即“溶合”所需时间小于微粒相邻两次有效碰撞的间隔时间，则通过聚结可以形成一个较大的整体粒子；反之则形成多孔粒子聚结体。
后一种情况也可看作下面所讨论的团聚过程。
在液相中生成固相微粒后，布朗运动使微粒互相接近，若微粒具有足够的动能克服阻碍，微粒发生碰撞克服形成团聚体的势垒，则两个微粒能聚在一起成为团聚体。
微粒在液相中的团聚一般来讲是个可逆过程，即团聚和离散两个过程处在一种动态平衡状态。
通过改变环境条件可以从一种状态转变为另一种状态。
形成团聚结构的第二个过程是在固液分离过程中发生的。
在液相中沉淀出固相微粒后，需要进行固、液分离，将绝大部分的水在离心力、静压力或重力的作用下排除掉，随后进行干燥，将剩余、吸附在颗粒之间的液相排除，在表面张力的作用下固相颗粒相互不断靠近，最后紧紧地聚集在一起。
如果液相为水，最终残留在颗粒间的微量水通过氢键将颗粒紧密地连接在一起。
如果液相中含有微量盐类杂质(如氯化物、氢氧化物)，则会形成“盐桥”，把颗粒相互连接得更牢固。
这样的团聚过程是不可逆的，一旦生成团聚体就很难将它们彻底分离开。
团聚的第三个过程发生在煅烧阶段，高温煅烧可使已形成的团聚体发生局部烧结而结合得进一步牢固。
颗粒间局部烧结会大大恶化粉料的成型、烧结性能，这是制备超微细陶瓷粉料时要尽力避免的。
参考资料：戴遐明艾德生李庆丰邓长生董利民编著《纳米陶瓷材料及其应用》。
国防工业出版社,2005年06月第1版.。
