纳米材料导论
- 格式:ppt
- 大小:1.71 MB
- 文档页数:55
1、纳米粒子表面原子的排列,其活性高的原因是什么?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.表面原子数增多、原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。
例如:金属的纳米粒子在空气中会燃烧,无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体,并与气体进行反应。
如图,近邻配位的“A“原子,像“A”这样的表面原子极不稳定,很快跑到“B”位置上,这些表面原子一遇见其他原子,很快结合,使其稳定化,这就是活性高的原因。
2、冷冻干燥法冷冻干燥法为溶剂挥发分解法的一种冷冻干燥法的基本原理是:先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻,然后在低温低压下真空干燥,将溶剂升华除去,就可以得到相应物质的纳米粒子。
如果从水溶液出发制备纳米粒子,冻结后将冰升华除去,直接可获得纳米粒子。
如果从熔融盐出发,冻结后需要进行热分解,最后得到相应纳米粒子。
主要特点是:(i)生产批量大,适用于大型工厂制造超微粒子(ⅱ)设备简单、成本低;(ⅲ)粒子成分均匀冻结干燥法分冻结、干燥、焙烧三个过程3、纳米颗粒的分散和团聚的解决方法为了解决这一问题,无论是用物理方法还是用化学方法制备纳米粒子经常采用分散在溶液中进行收集.即使在这种情况下,由于小微粒之间库仑力或范德瓦耳斯力团聚现象仍可能发生.如果团聚一旦发生,通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。
为了防止小颗粒的团聚可采用下面几种措施:(1) 加入反絮凝剂形成双电层(2) 加表(界)面活性剂包裹微粒4、纳米材料性能的解释①超顺磁性超顺磁性是指当磁性粒子的粒径小于某一临界尺寸(如Fe3O4<30nm)后,在有外加磁场存在时,表现出较强的磁性。
但当外磁场撤消时,无剩磁,不再表现出磁性❖超顺磁状态的原因:在小尺寸下,当各向异性能减小到与热运动能可相比拟的时候,磁化方向就不再固定在一个易磁化的方向,易磁化方向作无规律的变化,结果导致超顺磁性的出现。
不同种类的纳米磁性微粒呈现超顺磁的临界尺寸是不相同的。
材料科学1、纳米材料导论(选修课)绪论0.1纳米科技的兴起1959年,美国著名物理学家(1965年诺贝尔物理学奖获得者)费因曼教授(R.P.Feynman)曾指出:“如果有一天人类能够按人的意志安排一个原子和分子,那将会产生什么奇迹?”今天,这个美好的愿望已经开始走向现实.目前,人类已经能够制备出包括有几十个到几万个原子的纳米颗粒,并把它们作为基本单元构造一维量子线、二维量子面和三维纳米固体,创造出相同物质传统材料完全不具备的奇特性能。
这就是面向21世纪的纳米科学技术。
0.2纳米材料的研究历史人类对物质的认识分为宏观和微观两个层次。
宏观是指研究的对象尺寸很大,并且下限有限,上限无限(肉眼可见的是最小宏观,而上限是天体、星系)。
到目前为止,人类对宏观物质结构及运动规律已经有相当的了解,一些学科领域都已建立,如力学、地球物理学、天体物理学、空间科学等。
微观指原子、分子,以及原子内部的原子核和电子,微观有上限而无法定义下限。
19世纪末到20世纪初,人类对微观世界的认识已延伸到一定层次,时间上达到纳秒、皮秒和飞秒数量级。
建立了相应的理论,例如原子核物理、粒子物理、量子力学等。
相对而言,在原子、分子与宏观物质的中间领域,人类的认识还相当肤浅,被誉为有待开拓的“处女地".近20年以来,人类已经发现,在微观到宏观的中间物质出现了许多既不同于宏观物质,也不同于微观体系的奇异现象。
下面对纳米材料的研究历史作简要介绍。
1 000年以前。
当时,中国人利用燃烧的蜡烛形成的烟雾制成碳黑,作为墨的原料或着色染料,科学家们将其誉为最早的纳米材料。
中国古代的铜镜表面防锈层是由Sn02颗粒构成的薄膜,遗憾的是当时人们并不知道这些材料是由肉眼根本无法看到的纳米尺度小颗粒构成.1861年,随着胶体化学(colloidchemistry)的建立,科学家们开始对1—lOOnm的粒子系统进行研究。
但限于当时的科学技术水平,化学家们并没有意识到在这样一个尺寸范围是人类认识世界的一个崭新层次,而仅仅是从化学角度作为宏观体系的中间环节进行研究。
纳⽶材料导论复习材料纳⽶材料导论复习⼤纲第⼀章纳⽶和纳⽶材料1、掌握基本概念纳⽶科学技术:纳⽶科技(英⽂:Nanotechnology)是⼀门应⽤科学,其⽬的在于研究纳⽶尺⼨时,物质和设备的设计⽅法、组成、特性以及应⽤。
纳⽶材料:纳⽶材料是指在材料三维空间中⾄少有⼀维处于纳⽶尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。
2、纳⽶材料的分类,并举例说明。
纳⽶材料⼤致可分为纳⽶粉末、纳⽶纤维、纳⽶膜、纳⽶块体等四类。
第⼆章纳⽶材料制备⽅法1、纳⽶材料制备研究发展的三个阶段及纳⽶材料制备技术的分类。
三个阶段:第⼀阶段(1990年以前)主要是在实验室探索各种⼿段制备纳⽶颗粒粉体,合成纳⽶块体(包括薄膜),研究评估表征的⽅法,探索纳⽶材料的特殊性能。
研究对象⼀般局限于纳⽶晶或纳⽶相材料。
第⼆阶段:(1990-1994年)关注的热点是设计纳⽶复合材料。
纳⽶微粒与纳⽶微粒复合,纳⽶微粒与常规块体复合、纳⽶复合薄膜。
第三阶段(从1994年到现在)纳⽶组装体系研究。
以纳⽶颗粒以及纳⽶丝、管等为基本单元在⼀维、⼆维和三维空间组装排列成具有纳⽶结构的体系。
纳⽶材料制备⽅法的分类:1 按学科分类:物理⽅法、化学⽅法和综合法。
2 根据制备状态的不同,分为:⽓相法、液相法和固相法。
3 按反应物状态分为⼲法和湿法。
2、物料的基本粉碎⽅式⽅法:机械粉碎、⾼压⽓流粉碎、电⽕花爆炸;包括破碎和粉磨3、蒸发凝聚法、⾼能球磨法、物理⽓相沉积法、化学⽓相沉积法、⽔热法、溶剂热法、溶胶凝胶法、微乳液法、模板法、⾃组装法的定义。
蒸发凝聚法:是将纳⽶粒⼦的原料加热、蒸发,使之成为原⼦或分⼦;再使许多原⼦或分⼦凝聚,⽣成极微细的纳⽶粒⼦。
⾼能球磨法:机械⼒化学(mechanochemistry ,⼜称⾼能球磨high - energy ball milling)。
制备超细材料的⼀种重要途径。
机械化学法的基本原理是利⽤机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化, 以此来制备新材料。