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纳米粒子的特性ppt课件

（i）纳米金属和合金与常规材料金属与合金电
导（电阻）行为是否相同?
（ii）纳米材料电导（电阻）与温度的关系有什
么差别?
（iii）电子在纳米结构体系中的运动和散射有什
么新的特点?
精选ppt
27
纳米金属与合金的电阻
Gleiter等对纳米金属Cu，Pd，Fe块体的电阻与温度关系，电阻温度系数与颗粒尺寸的关系进行了系统的研究表明：随颗粒尺寸减小，电阻温度系数下降，与常规粗晶基本相似．其差别在于纳米材料的电阻高于常规材料，电阻温度系数强烈依赖于晶粒尺寸．当颗粒小于某一临界尺寸（电子平均自由程）时，电阻温度系数可能由正变负。
第四节纳米粒子的特性．
1．热学性质
• 与粗晶材料相比，纳米材料比热较大。 • 纳米材料的热膨胀数，近乎是单晶的2倍
精选ppt
1
• 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。
• 例如，平均粒径为40nm的纳米铜粒子的熔点由l 053℃降到750℃，降低了300℃左右；
• 块状的金的熔点l 064℃，当颗粒尺度减到 10nm时，则降低为1037℃，降低了27℃， 2nm时变为327℃；
•
1988年法国科学家Fert小组在[Fe/Cr]周期性多层
膜中，观察到当施加外磁场时，其电阻下降，变化
率高达50％。因此称之为巨磁电阻效应
(giant magnetoresistance, GMR)。
❖ 1995年，人们以绝缘层Al2O3代替导体Cr，观察到很大的隧道磁电阻(TMR)现象。基于GMR和TMR的发现，一个新的学科分支— —磁电子学的概念被提出了。从那时起，科技人员一直坚持不懈地努力，将上述创新性发现转化为信息技术(IT)产业化。

纳米颗粒(课堂PPT)

27
白蛋白纳米球
28
(2)明胶纳米球
将W/ O 型乳状液中的明胶乳滴冷却至胶凝点以下用甲醛交联固化可用于对热敏感的药物
29
明胶纳米球
将300 g/ L 的明胶溶液3 ml (含有1. 8mg 丝裂霉素) 在3 ml 芝麻油中乳化。
将形成的乳状液在冰浴中冷却,使明胶乳滴完全胶凝,再用丙酮稀释,用50 nm 孔径的滤膜滤过,弃去粒径较大的颗粒。
21
PACA纳米球
22
(2)聚甲基丙烯酸甲酯纳米球(囊)
聚合反应引发：γ射线辐射或化学引发剂(如过硫酸钾)。聚合物的平均分子量及纳米囊或纳米球的粒径均随单体浓度的增大、引发剂浓度的降低及温度的降低而增大。制备PMMA纳米球时一般不加乳化剂，但加入高分子保护胶体，如蛋白质可使粒径分布变窄。
(1)聚氰基丙烯酸烷基酯纳米球(囊)
聚合引发剂：水中OH-离子。通常制得的聚合物平均分子量较低，纳米球软且易粘连，需应用稳定剂，如右旋糖酐。影响粒径的重要因素：溶液的pH值和单体的浓度。本法制得的纳米囊或纳米球中药物的收率在 15%~90%范围内，亲脂性药物收率较高。
16
PACA聚合反应
纳米球或纳米囊的粒径取决于溶剂蒸发之前形成的乳滴的粒径
通过搅拌速率、分散剂的种类和用量、有机相及水相的比例、粘度、容器及搅拌器的形状和温度等因素可以调节纳米球或纳米囊的粒径。
39
曲安奈德聚乳酸(PLA) 纳米粒
曲安奈德（皮肤抗炎用药）20 mg 与PLA 400 mg 溶于2 ml 氯仿中为油相,
30
明胶纳米球
用丙酮洗去纳米球( ≤50 nm) 上的油加10 %甲醛的丙酮溶液30 ml 使纳米球交联10 min 丙酮洗涤,干燥,即得单颗粒纳米球

纳米微粒的特性-

非牛顿流体：包括假塑性流体、塑性流体和胀流体。假塑性
流体和塑性流体都属于剪切变稀的流体，但塑性流体具有屈服值。胀流体属于剪切变稠的流体。黏度η：是流体内部抵抗流动的阻力，用对流体的剪切应力与剪切速率之比表示。
ηred为胶乳浓度(体积分数) ，Φ为粒子的形状因子，等于2.5，Ｋ为静电引力常数(约1.35)。随胶乳粒径减小黏度的增加是由于粒径愈小，胶乳比表面增大，胶乳间静电引力增大， Mooney式中的Ｋ变大所致。
三、流变学
流体
牛顿流体
非牛顿流体
假塑性流体
塑性流体
胀流体
1.基本概念
流体：流体是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位
置的分子构成的,它的基本特征是没有一定的形状和具有流动性。流体都有一定的可压缩性,液体可压缩性很小,而气体的可压缩性较大。流体的流变形态分为牛顿流体和非牛顿流体。牛顿流体：剪切应力τ与剪切速率成正比的流体。
② 作新的润滑剂。
通常润滑剂易损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性
颗粒尺寸仅为10单位，因此，不会损坏轴承，而基液亦可用润滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位。
③ 增进扬声器功率。
在音圈与磁铁间隙处滴入磁性液体，由于液体的导热系数比空气高5~6倍，从而使得在相同条件下功率可以增加1倍。磁性液体的添加对频响曲线的低频部分影响较大，通常根据扬声器的结构，选用合适粘滞性的磁性液体，可使扬声器具有较佳的频响曲线。
例如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱或碱土类金属的电解液中的吸附（这是一种物理吸附过程，它是有层次）。吸附层的电学性质也有很大的差别．紧密层：靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微粒子表面的电性分散层：离超微粒子稍远的离子形成较弱吸附层，称为分散层。

纳米粒子PowerPoint 幻灯片 (2)

液晶显示材料
纳米材料的应用——储氢材料
• 氢能是人类未来最理想的能源，其热值高，资源丰富，无毒无污染，并可再生。氢-氧燃料电池可做汽车发动机的动力，达到零排放。纳米材料可以作为储氢材料，反复循环使用。研究表明许多合金可作为储氢材料，如 LaNi5,FeTi的纳米颗粒可作为储氢材料，若包覆V，Pd后，其储氢性能将更大提高。
纳米复合膜陶瓷过滤机图
纳米材料的应用——光学材料
液晶显示材料
• 从光学角度来说，石墨烯是一种 “透明”的导体，可以用来替代现在的液晶显示材料。目前的液晶显示器利用的是以铟为基础的金属氧化物薄膜，而铟这种金属十分稀有，预计在未来十年内就可能出现供应短缺。另外，与目前电脑、手机等电子产品的重要原材料硅相比，石墨烯也具有诸多优势，因此它将来有望取代硅，在电子产品生产中得到广泛应用。
•
1959年，美国著名理论物理学R.Feynma曾说过： “我深信，当人们能操纵细微物体排列时，将可获得极其丰富的新的物质的质”。如今，这一梦想终于能在纳米材料得以实现。人们对纳米粒子的物理化学性质的研究逐步深入，到了20世纪90年代，人工制备的纳米材料已达百种以上。1990年7月在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议，标志着这一全新的技术— —纳米科技正式诞生。
氧化锌纳米粒子
纳米材料制备方法分类纳米材料的类别
纳米粉体
化学法
沉淀法（共沉淀、均相沉淀）化学气相凝聚（CVC ),水热法相转移法溶胶-凝胶法溶胶--凝胶法电沉淀பைடு நூலகம் 还原法非晶晶化法原位聚合法抽层法乳液法超微乳法悬浮法高分子包覆法乳液法
物理法
综合法
惰性气体沉淀法蒸发法激光辐射化学合成法溅射法真空蒸镀法球磨法爆炸法喷雾法溶剂挥发法惰性气体蒸发法高速粒子沉淀法激光溅射法超声沉淀法

纳米粒子PPT资料(正式版)

但是没有规矩就不成方圆。毕竟1~100nm的粒子是介于原子、分子的微观体系与肉眼可见的宏观体系之间的介观体系的固体颗粒，大多物质的这类粒子的物理、化学性质不同于宏观物体和微观世界的
三、纳米粒子的制备
1、纳米粒子制备方法的分类
纳米粒子的制备方法早期分为物理方法和化学方法两大类，这是由于当时只有物理学家和化学家才对纳米粒子感兴趣。这种分类法基本与溶胶制备是一致的。
常用的液相法有沉淀法、水解法、水热合成法、氧化还原法、乳状液法、微乳液法、溶胶-凝胶法、螯合物分解法、模板法等。
（三）固相法
将块状固体通过机械粉碎、固-固相间的化学反应、热分解等方法形成粉体的方法称为固相法。固相法所得粒子可能与原块状固体化学组成相同，也可能不相同。
多数固相法所得粒子较粗。在气相法和液相法中常先得到的前驱体都要经过后处理才能获得纳米级粉体，这一过程实际上也是固相法的范畴。
物理方法主要包括粉碎法和凝聚法两类，物理方法不涉及物质的化学变化。
近年来，将纳米粒子的制备方法分为气相法、液相法和固相法。
Hale Waihona Puke （一）气相法主要包括物理气相沉积与凝聚法(PVD法)和化学气相沉积与凝聚法(CVD法)。
PVD法在制备过程中无化学变化，仅用物理手段使块状物体分散成气态并凝聚成纳米尺度粒子。主要用于制造金属、金属合金、个别金属氧化物的纳米粒子。
CVD法用发生化学反应的方法形成纳米粒子，此方法中是在一定条件下使化合物分解或同其他物质反应形成构成纳米粒子原料的原子、分子或离子，再经化学反应成核并长大成纳米粒子。
（二）液相法
液相法制备纳米粒子的基本原则是使均相溶液中的某种或几种组分用物理方法或化学方法以固体小粒子的形式析出，并能与溶剂分离，这些作为前驱体的固体粒子经过后处理可得纳米粒子。

纳米粒子的特性 ppt课件

2．磁学姓质
(1).超顺磁性
居里－外斯定律：＝ C
T Tc
超顺磁性：矫顽力H c
0，对于 H
kBT
1时：
磁化强度：M P
2 H ，为粒子磁距
3k BT
起源：在小尺寸下，当各向异性能减少到与热运动能可想
比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化
方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。
• 美国政府大幅度追加纳米科技研究经费，其原因之一是磁电于器件巨大的市场与高科技所带来的高利润，其中巨磁电阻效应高密度读出磁头的市场估计为10亿美元，目前己进入大规模的工业生产，磁随机存储器的市场估计为1千亿美元。磁电子传感器件的应用市场亦十分宽广
纳米磁极
6极
8极
4极
磁性液体
• 纳米粒子粒径小于临界半径(一般为5～10ｎｍ) 时变得有超顺磁性,如把此强磁性纳米粒子包裹一层表面活性剂后均匀地分散到溶液中,可制得一类新型液态胶状磁流体材料--磁性液体。
• 1999年以GMR多层膜为磁头的硬盘驱动器(HDD) 进入市场，其存储密度达到11Gbits/in2，而1990年仅为0.1Gbits/in2，10年中提高了100倍。
• 目前GMR的研究开发工作正方兴未艾，而将
上述隧道磁电阻(TMR)多层膜应用于新型随机存储器 (MRAM)的研究又已经展开。
• 大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒熔点降低为288K；
• 纳米Ag微粒在低于373K时开始熔化，常规 Ag的熔点为1173K左右。
• 这一特点使低温下将纳米金属烧结成合金产品成为现实，且为不溶解的金属冶炼成合金创造了条件。
纳米金属铜的超延展性
•纳米ZrO2的烧结温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了400℃

纳米材料学(二)——纳米微粒的特性

纳米粒子的光催化活性优于相应的体相材料，原因有如下几方面：粒径小，量子形为明显，价带电位更正，导带电位更负；光生载流子的从体内扩散到表面变得更容易，光生电荷分离效果更好；表面积大，吸附能力变强，相应的催化能力变强。
纳米微粒的物理特性
热学性能磁学性能光学性能电学性能
热学性能
纳米微粒熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低很多。由于颗粒小、表面能高、比表面原子数多、表面原子近邻配位不全、活性大，纳米粒子熔化时所需增加的内能小得多，这就使得纳米微粒熔点急剧下降；纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
蓝移和红移现象：与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。对纳米微粒吸收带“蓝移”的一种解释是基于纳米微粒的量子尺寸效应。由于颗粒的尺寸减小、能隙变宽，即已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因。
宽频带强吸收：Au的颜色是金黄色的， Ag是银白色，但当以纳米微粒形式存在时，它们都呈现相同的深灰色，这是由于纳米微粒的光吸收系数大，而光反射系数小的缘故；纳米Si3N4、SiC及Al2O3 粉在红外有一个宽频带强吸收谱；许多纳米微粒，如ZnO、Fe2O3和TiO2等在紫外光有强吸收作用，而亚微米级TiO2对紫外光几乎不吸收。
磁学性能
超顺磁性和其他超磁性：当稀释磁材料中的磁团体积和序磁材料中的磁畴体积小到可受热扰动影响而呈现混乱排列时，其磁性与具有磁矩的原子系统的顺磁性相似，一旦受到外加磁场磁化时，其磁化曲线表现出可逆的顺磁和矫顽力为零的特点，并呈现普适磁化曲线，其磁化率也远高于一般顺磁物质的磁化率。这种磁性称为超顺磁性。其起因为：在小尺寸下，当各向异性能减少到与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规则的变化，结果导致超顺磁性的出现。不同的纳米微粒进入超顺磁状态时的临界尺寸各不相同。

纳米粒子的特性52页PPT

纳米粒子的特性
11、战争满足了，或曾经满足过人的好斗的本能，但它同时还满足了人对掠夺，破坏以及残酷的纪律和专制力的欲望。 ——查·埃利奥特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段。纪律是教育过程的结果，首先是学生集体表现在一切生活领域—— 生产、日常生活、学校、文化等领域中努力的结果。— —马卡连柯(名言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领导者本身在这方面以身作则才能收到成效。—— 马卡连柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅精神以及同全世界劳动者的团结一致，是取得最后胜利的保证。—— 列宁摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知ห้องสมุดไป่ตู้。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

纳米微粒的化学特性

B方法通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体
打碎。
C原理其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体中小微粒之间
的库仑力或范德瓦耳斯力，从而使小颗粒分散于分散剂中。
第13页，共46页。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
2防止小颗粒团聚采用的方法：
A、加入反絮凝剂形成双电层反絮凝剂的选择可依纳米微粒的性质、带电类型等来定。即：选择适当的电解质作分散剂，使纳米粒子表面吸引异电离子形成双电层，通过双电层之间库仑排斥作用使粒子之间发生团聚的引力大大降低，实现纳米微粒分散的目的。
例子如，纳米氧化物SiO2，Al2O3和TiO2等在水中的 pH高低不同(带正电或负电)，因此可选Na+，NH4+或Cl-
，NO3-异电离子作反絮凝剂，使微粒表面形成双电层，从而达到分散的目的。
第14页，共46页。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
B、加表(界)面活性剂包裹微粒为了防止分散的纳米粒子团聚也
第17页，共46页。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
图中：VR为立体障碍所致的排斥电位；VA为范德瓦耳
斯力所致引力；VN为磁引力
由图看出，粒子之间存在位垒，粒
子间若要发生团聚，必须有足够大的引力才可能使粒子越过势垒，由于磁引力和范德瓦耳斯引力很难使粒子越过势垒，因此磁性粒子不会团聚。
第27页，共46页。
§4.3流变学
4.3.2纳米Al2O3悬浮液的黏度
下图所示为不同粒径下，不同浓度Ａl２Ｏ３微粒水悬浮液的黏度随剪切速率变化曲线。可以看出，该种悬浮液呈现出黏度随剪切速度增加而减小的剪切减薄行为。
图4.7 不同浓度Al2O3微粒的悬浮液的黏度与剪切速度的关系

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12
其它磁性材料
• 软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米做晶金属软磁材料具有十分优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化强度，己应用于开关电源、变压器。传感器等，可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化，近年来发展十分迅速。
• 磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、 MRAM、磁传感器外，全金属晶体管等新型器件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇受青睐的新学科。
(2).矫顽力纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力每个粒子是一个单磁畴.
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4
(3).居里温度（铁磁体与顺磁体的转变温度）居里温度Tc与交换积分J成正比，并与原子构形和间距有
关纳米粒子的Tc比固体相应的低。纳米粒子中原子间距随着颗粒尺寸减少而减小。原子间距
小将会导致J的减小，因而Tc下降。 5nm Ni:点阵参数缩小2.4%
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3
2．磁学姓质
(1).超顺磁性
居里－外斯定律：＝ C
T Tc
超顺磁性：矫顽力H c
0，对于 H
kBT
1时：
磁化强度：M P
2 H ，为粒子磁距
3k BT
起源：在小尺寸下，当各向异性能减少到与热易磁化方向，易磁化
方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。
8
• 以Cr中电子为中介的铁层间的耦合，随着Cr层厚度增加而振荡衰减。其平均作用范围为1~3nm，这是对Cr层厚度的一个限制。在金属中，特别是在磁性金属中，电子平均自由程(10~20nm)和自旋扩散长度(30~60nm)很短。这是对多层膜各个亚层厚度的又一限制。
•
基于上述原因，可以说GMR和TMR现象的研
•
在Fe/Cr/Fe系统中，相邻铁层间存在着耦合，
它随铬层厚度的增加而呈正负交替的振荡衰减形
式。使得相邻铁层磁矩从彼此反平行取向到平行
取向交替变化。外磁场也可使多层膜中铁磁层的
反平行磁化状态发生变化。当通以电流时，这种
磁化状态的变化就以电阻变化的形式反映出来。
这就是GMR现象的物理机制。
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11
磁性液体
• 纳米粒子粒径小于临界半径(一般为5～10ｎｍ) 时变得有超顺磁性,如把此强磁性纳米粒子包裹一层表面活性剂后均匀地分散到溶液中,可制得一类新型液态胶状磁流体材料--磁性液体。
• 磁性液体最先用于宇航工业，后应用于民用工业，这是十分典型的纳米颗粒的应用，它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥散在基液中而构成。目前美、英、日、俄等国都有磁性液体公司，磁性液体广泛地应用于旋转密封，如磁盘驱动器的防尘密封、高真空旋转密封等，以及扬声器、阻尼器件、磁印刷等应用。
• 美国政府大幅度追加纳米科技研究经费，其原因之一是磁电于器件巨大的市场与高科技所带来的高利润，其中巨磁电阻效应高密度读出磁头的市场估计为10亿美元，目前己进入大规模的工业生产，磁随机存储器的市场估计为1千亿美元。磁电子传感器件的应用市场亦十分宽广
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纳米磁极
6极
4极
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8极
•
1988年法国科学家Fert小组在[Fe/Cr]周期性多层
膜中，观察到当施加外磁场时，其电阻下降，变化
率高达50％。因此称之为巨磁电阻效应
(giant magnetoresistance, GMR)。
❖ 1995年，人们以绝缘层Al2O3代替导体Cr，观察到很大的隧道磁电阻(TMR)现象。基于GMR和TMR的发现，一个新的学科分支— —磁电子学的概念被提出了。从那时起，科技人员一直坚持不懈地努力，将上述创新性发现转化为信息技术(IT)产业化。
(4).磁化率纳米粒子的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关。
电子数为奇数的磁化率服从：居里－外斯定律：＝ C
T Tc
量子尺寸效应使磁化率遵从d-3规律(d平均颗粒直径)
电子数为偶数的磁化率服从： kBT
磁化率遵从d2规律
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5
• 在纳米材料中，当粒径小于某一临界值时，
每个晶粒都呈现单磁畴结构，其磁化过程完全由旋转磁化进行,即使不磁化也是永久性磁体。
• 大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒熔点降低为288K；
• 纳米Ag微粒在低于373K时开始熔化，常规 Ag的熔点为1173K左右。
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2
• 这一特点使低温下将纳米金属烧结成合金产品成为现实，且为不溶解的金属冶炼成合金创造了条件。
纳米金属铜的超延展性
•纳米ZrO2的烧结温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了400℃
• 矫顽力显著增长。
• 粗晶状态下为铁磁性的材料，当粒径小于某一临界值时可以转变为超顺磁状态。
• 鸽子、蝴蝶、蜜蜂等生物体中存在超微磁性颗粒，小尺寸超微粒子的磁性比大块材料强许多倍，20nm的纯铁粒子的矫顽力是大块铁的l000倍
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6
纳米多层中的巨磁电阻效应
• 1986年德国科学家Grunberg小组有一重要的发现，就是在Fe/Cr/Fe三层膜中观察到两个铁层之间通过铬层产生耦合。
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7
• 1999年以GMR多层膜为磁头的硬盘驱动器(HDD) 进入市场，其存储密度达到11Gbits/in2，而1990年仅为0.1Gbits/in2，10年中提高了100倍。
• 目前GMR的研究开发工作正方兴未艾，而将
上述隧道磁电阻(TMR)多层膜应用于新型随机存储器 (MRAM)的研究又已经展开。
第四节纳米粒子的特性．
1．热学性质
• 与粗晶材料相比，纳米材料比热较大。 • 纳米材料的热膨胀数，近乎是单晶的2倍
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1
• 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。
• 例如，平均粒径为40nm的纳米铜粒子的熔点由l 053℃降到750℃，降低了300℃左右；
• 块状的金的熔点l 064℃，当颗粒尺度减到 10nm时，则降低为1037℃，降低了27℃， 2nm时变为327℃；
究完全取决于纳米材料科学的进步。任何创新或
转化都以此为基础。但是，纳米尺度是如此之微小，
这给多层膜的制备和微结构表征带来了挑战。
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9
纳米磁性材料
• 磁性是物质的基本属性，磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料，纳米磁性材料是20世纪70年代后逐步产生、发展、壮大而成为最富有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。