第一章_纳米材料绪论

⑧浙江大学博十学位论文第一章绪论纳米是一种长度度量单位，即米的十亿分之一。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（１一１００ｍ）或者由它们作为基本单元构成的材料。

广义地说，纳米材料是泛指含有纳米微粒或纳米结构的材料。

１．１．１纳米材料的诞生及其发展早在】８世纪６０年代，随着胶体化学的建立，科学家们就开始了对纳米微粒体系（胶体）的研究。

到２０世纪５０年代末，著名物理学家，诺贝尔奖获得者理查德·费曼首先提出了纳米技术基本概念的设想。

他在１９５９年１２月美国加州理工学院的美国物理年会上做了一个富有远畿鬈０意黑２＝：盏：篙翼盎：见性的报告，并做出了美妙的设想：如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，那将会产生怎样的奇迹？理查德·费曼先生被称为“纳米科技的预言人”。

随后，１９７７年美国麻省理工学院的学者认为上述设想可以从模拟活细胞中生物分子的研究开始，并定义为纳米技术（ｎａｎｏｔｃｃｈｎｏｌｏｇｙ）。

１９８２年Ｂｉｎｉｎｉｎｇ和Ｒｏｈｒｅｒ研制成功了扫描隧道显微镜（ｓ１Ｍ），从而为在纳米尺度上对表面进行改性和排布原子提供了观察工具。

１９９０年美国ＩＢＭ公司两位科学家在绝对温度４Ｋ的超真空环境中用ｓＴＭ将Ｎｉ（１１０）表面吸附的ｘｅ原子在针尖电场作用下逐一搬迁，⑧浙江大学博士学位论文电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。

近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。

量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。

例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在Ｏ．２５ｕｍ。

目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。

纳米材料在抑制细菌感染中的应用第一章：绪论随着时代的发展，人类对健康的注重程度也越来越高。

而细菌感染是不可忽视的一种疾病。

许多化学品和药品可以用于控制和治疗细菌感染，但是这些方法的副作用越来越严重，所以对于细菌感染的治疗需要一种更为优秀的方法。

纳米技术就是一种新兴的方法。

纳米技术的应用已经在许多领域证明了自己的优势，对于控制和治疗细菌感染也是一种很有希望的方法。

纳米技术可以通过改变纳米材料结构的大小，表面和材料的化学性质，从而影响纳米材料对细菌的识别和杀死。

那么，本文将介绍纳米材料在抑制细菌感染中的应用。

第二章：纳米材料的种类纳米材料不是一种单一的材料，而是一种泛指具有纳米尺寸的材料的集合。

这些材料可以来自许多不同的范畴，包括但不限于金属，陶瓷，高分子复合材料和碳纳米管。

这些材料拥有特殊的结构和特性，使得它们在细菌感染的控制和治疗中具有独特的优势。

例如，纳米银和纳米金材料的表面具有许多锋利的棱角，可以切割细菌的细胞壁。

碳纳米管具有较高的比表面积和独特的物理和化学性质，可以用于制备细胞膜直接打孔技术。

纳米人工核糖核酸（nanotised polynucleotides）是一种可用于治疗病毒感染的纳米材料。

因此，选择不同的纳米材料对于细菌感染的治疗十分关键。

第三章：纳米材料的制备纳米材料的制备是纳米技术的核心。

制备方法十分多样化，技术不断更新迭代。

制备纳米材料的过程中，需要在三个方面考虑，即制备材料工艺，材料的性质和应用方式。

在制备纳米材料时，需要考虑尺寸和表面组成等方面的控制。

通过选择特定的化学方法，纳米材料的尺寸可以得到微米级别的控制。

通过改变化学操作，在合成过程中可以加入附加的功能基团，使纳米材料具有目标应用所需的物理，化学和生物学性质。

第三章将更详细地介绍制备方法的原理、优势和限制。

第四章：纳米材料在抑制细菌感染中的应用目前，许多纳米材料已被证明可以用于控制和预防病菌感染。

本章将更加详细地介绍纳米材料在预防和控制感染中的应用。

中国科学技术大学博士学位论文纳米材料的自下而上与自上而下的对应构建方法及其物性研究姓名：***申请学位级别：博士专业：无机化学指导教师：***20100420摘要本论文旨在探索利用晶体结构来控制性的构建一些具有特殊尺寸、特殊形貌和图案的高度规则的无机多级微纳结构材料，结合“自上而下”（Top-Down）和“自下而上”（Bottom-Up）的方法，通过反应物和目标产物的结构分析来设计性的可控合成特定纳米材料的特定形貌，这种路线不仅对我们了解纳米材料合成提供了另外一个途径,同时也给理论分析纳米材料的形成本质原因提供了可能的理想指导。

本论文的主要研究内容如下：1. 作者通过利用了晶体结构的自范性和刻蚀机理结合的方法，也就是所谓的“自上而下”（Top-Down）的方法来构建分级制结构的PbSe纳米晶体。

该PbSe 分级制结构形成是碱性诱导下的刻蚀与刚性分子1,10-phen吸附保护竞争的结果。

通过大量的实验优化了反应的动力学因素，使得该结构具有良好的重复性、较高的产率和可操控性，为以后的性质研究提供了保证。

采用“自上而下”（Top-Down）的方法来构建分级制结构的方法，也为其他材料分级制结构的构建提供了思路。

2. 作者首次采用维生素C热解的方法来构筑肾结石成份之一的四方相的水合草酸钙，整个过程中不需要利用机添加剂来调节晶体的生长，该微晶具有规则的四方棱柱形貌，且结晶性好。

并采用“自上而下”（Top-Down）固相制备方法来获得相应四方棱柱状的多孔碳酸钙，并研究了多孔碳酸钙对无机水合盐类相变材料的限域效应。

合成的多孔碳酸钙是无毒且环境友好的，将其应用到无机盐相变领域能够成功地解决无机水合盐相变过程中遇到的常见难题，如相分离和过冷现象.这也表明多孔碳酸钙有可能应用于未来的“智能屋”中。

3. 作者利用晶体生长的各向异性，在外加表面活性剂的条件下，通过“自下而上”（Bottom-Up）的方法实现了一维纳米结构在三维空间的自组装，实现了晶体生长的各向异性和Ostwald熟化机理的完美结合。

河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1.1 引言自从进入90 年代以来，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽，基础研究和应用研究取得了重要进展。

人们通过不懈的努力，以纳米材料为开端逐步衍生出纳米化学、纳米物理学、纳米电子学，纳米生物学等学科；派生出纳米技术、纳米工艺等新的技术，进一步推动了纳米材料的发展。

1.2 纳米材料综述1.2.1纳米材料的概念所谓纳米材料就是指在一维、二维或者三维的空间中始终处于1～100 nm 范围内的晶体或非晶体物质。

从材料的结构单元层次来说，纳米材料粒子既不同于微观原子或分子，又不同于宏观体相材料，它是介于宏观物质和微观原子、分子之间的特殊状态，具有宏观体相的元胞键合结构，同时具备块体所没有的崭新的物理化学性能。

纳米材料广义来说，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度(1~100 nm) 限制的各种固体超细材料，故此按其维数可以划分为三类，即：（1）零维纳米材料：指空间中三维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米尺度颗粒、原子团簇、纳米点等。

（2）一维纳米材料：指空间中有二维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米线、纳米棒等。

（3）二维纳米材料：指空间中有一维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米薄膜等。

除此之外，还发现一种兼具一维和二维特征的新型准一维纳米结构-纳米带，为研究电子运输现象提供了理想的平台。

1.2.2 纳米材料的性质当粒子尺寸进入纳米量级(1~100 nm) 时，其本身具有表面效应、小尺寸效应、量子效应及宏观量子隧道效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。

主要表现在具有极佳的力学性能, 如高强、高硬和良好的塑性及韧性；另外1二氧化锆纳米管的表面处理及性能研究纳米材料的表面积与体积比值很大，因此它具有相当高的化学活性，在催化、敏感和响应等性能方面显得尤为突出。

(1) 纳米材料的表面效应表面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质上变化的现象。

银纳米材料在光电催化中的应用研究第一章：绪论近年来，随着环境污染的日益加重，寻求一种环保、高效的治理污染的方法变得越来越迫切。

太阳能光催化技术，是一种可以有效去除污染物的方法，具有不产生二次污染、使用方便、经济实惠等优点。

然而，由于传统光催化材料的光吸收强度不高，催化剂的光电转化效率不高，限制了光催化技术的大规模应用。

银纳米材料作为一种具有较强的光吸收能力和光电转化效率的催化剂，不仅可以增强光合成效率，还可以通过种种实验策略来提高催化剂本身的光吸收强度，从而实现更高效的光催化效果。

本文将详细介绍银纳米材料在光电催化中的应用研究。

第二章：银纳米材料的制备方法目前，制备银纳米材料的方法包括化学合成法、生物还原法、物理气相法、等离子体法、微波法、光还原法等多种方法。

其中，化学合成法和生物还原法是目前应用广泛的制备方法。

化学合成法主要包括溶液还原法、辅助还原法和微乳液法等几种方法，生物还原法主要包括微生物酶还原法、植物提取物还原法和真菌还原法。

化学合成法制备的银纳米材料容易得到尺寸分布较窄，粒径较小的颗粒，而生物还原法制备的银纳米材料具有优异的生物相容性。

因此，在实际应用中应根据具体情况选择合适的合成方法。

第三章：银纳米材料在光电催化中的应用3.1 银纳米材料作为催化吸收体银纳米材料具有宽广的光谱吸收特性和高的光谱吸收系数，能够有效吸收可见光和近红外光，提高催化剂的光吸收率，进而增强催化剂的光电转化效率。

此外，银纳米材料超出了基于金属导体的催化剂，并且具有比传统的量子点催化剂更好的性能。

Liu等人在2012年发现，银纳米材料催化松木素和硫酸铜二水溶液温和还原生成多孔碳基光催化剂，这是一种较为有效的制备银纳米材料的方法。

由于其良好的光吸收和催化活性，银纳米材料受到广泛关注，并应用于大量光电催化反应中，如可见光光催化水分解、光还原CO2、有机污染物光催化降解等。

3.2 银纳米材料作为载体银纳米材料的表面积较大，可以促进催化剂与污染物的接触，提高光催化的效率。

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场走向现实。

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，并把它们作为根本单元构造一维量子线、二维量子面和三维纳米固体，创造出一样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，人类对宏观物质构造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，时间上到达纳秒、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，人类的认识还相当浅薄，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。

中国古代的铜镜外表防锈层是由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，科学家们开场对1—lOOnm的粒子系统进展研究。

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展研究。

工程材料学习题绪论、第一章一．填空题1.纳米材料是指尺寸在0.1-100nm 之间的超细微粒，与传统固体材料具有一些特殊的效应，例如表面与界面效应、尺寸效应和量子尺寸效应。

（体积效应、宏观量子隧道效应）2.固体物质按其原子(离子、分子)聚集的组态来讲，可以分为晶体和非晶体两大类。

3.工程材料上常用的硬度表示有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）以及显微硬度等。

4.在工程材料上按照材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料等几大类。

5.结合键是指在晶体中使原子稳定结合在一起的力及其结合方式 .6.材料的性能主要包括力学性能、物理化学性能和工艺性能三个方面。

7.金属晶体比离子晶体具有较强的导电能力。

8.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个阶段。

9.金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。

二．选择题1.金属键的特点是B：A．具有饱和性 B. 没有饱和性 C. 具有各向异性 D. 具有方向性2.共价晶体具有 A ：A. 高强度B. 低熔点C. 不稳定结构D. 高导电性3.决定晶体结构和性能最本质的因素是 A ：A. 原子间的结合力B. 原子间的距离C. 原子的大小D. 原子的电负性4.在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：BA. 最高B. 最低C. 居中D. 不确定5.稀土金属属于 B ：A. 黑色金属B. 有色金属C. 易熔金属D. 难熔金属6.洛氏硬度的符号是 B ：A．HB B. HR C. HV D.HS7. 表示金属材料屈服强度的符号是 B 。

A. σeB. σsC. σB.D. σ-18.下列不属于材料的物理性能的是 D ：A. 热膨胀性B. 电性能C. 磁性能D. 抗氧化性三．判断题1. 物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和他们的热运动。

《纳米材料科学导论》课程教学大纲课程代码：ABCL0409课程中文名称：纳米材料科学导论课程英文名称：Introduction to nanomaterials science课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：材料化学专业本课程的前导课程：大学物理、物理化学、材料科学基础等一、课程简介纳米材料学科是近年来兴起并受到普遍关注的一个新的科学领域，它涉及到凝聚态物理、化学、材料、生物等多种学科的知识，对凝聚态物理和材料学科产生了深远的影响。

纳米材料科学导论以化学、化工、材料化学、高分子、应用化学、新能源材料与器件等专业对纳米材料感兴趣的高年级本科生为讲授对象，介绍纳米材料科学的基本知识体系。

二、教学基本内容和要求本课程主要讲授纳米材料的基本概念与性质、制备纳米粒子的物理和化学方法、纳米薄膜材料、纳米固体材料、纳米复合材料等，其目的是使学生掌握各种纳米材料的性能和制备工艺，为正确选择各种纳米材料的制备工艺提供依据，同时也为研究新材料、新性能、新工艺打下理论基础。

第零章绪论课程教学内容：纳米科技、纳米材料的概念与发展历史。

课程的重点、难点：纳米材料的概念是重点，难点是纳米材料的发展及纳米功能器件的制备。

课程教学要求：了解纳米科技的兴起、纳米材料的研究历史、纳米材料的主要研究内容、本课程的特点和学习方法。

第一章纳米材料的基本概念与性质课程教学内容：纳米材料的基本概念，纳米微粒的基本性质，电子能级的不连续性，量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应，宏观量子隧道效应。

纳米微粒的基本性质，纳米微粒的物理特性，纳米微粒的结构与形貌，纳米微粒的热学性质，纳米微粒的磁学性质，纳米微粒的光学性质。

课程的重点、难点：重点：物质层次可以分为微观、介观和宏观三个层次。

纳米科技的诞生是以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为先导的。

微观粒子具有二象性，既具有粒子性，又具有波动性。

量子效应：原子和分子中的电子等粒子的能量量子化是电子受到原子核和其它电子所产生的力场的束缚而产生的，这些粒子可以存在多种运动状态，粒子分布呈现波动性。