梯度纳米结构材料

关于纳米材料和纳米结构的研究

发表时间：2019-07-18T12:27:02.667Z 来源：《科技尚品》2018年第11期 作者： 于涵

[导读] 纳米材料问世后，各国科学家都开始对这种物质进行研究，国家关于纳米材料和纳米结构的研究也始终没有停止，现如今，中国在纳米材料和纳米结构方面的研究水平已经进入了国际先进行列。本文基于纳米材料和纳米结构，针对纳米材料在催化科学、分析分离科

学、光电材料科学的应用展开了全面的分析。

宣化一中

引言：近年来，国际上关于纳米材料和纳米结构的研究不断发展，出现了很多新的研究热点，包括：半导体芯片、癌症诊断、光学材料等。随着研究的深入，未来将会有更多的纳米产品问世。将纳米材料和纳米结构和其他技术相结合，开拓新的思路，可以让纳米材料和

纳米结构的适用性得到进一步提高。

一、纳米材料和纳米结构

纳米中主要包括两个部分，分别为：纳米晶粒和晶粒界面，晶界原子的比例极大是纳米最为突出的结构特征，此外，纳米晶界原子结构较为复杂，所以纳米中的晶界结构一直都是研究的重点，很多学者都提出了不同的模型学说，但纳米材料中的境界微观结构一直都没有

形成一个统一的模型。不仅是因为晶界结构较为复杂，也是因为晶界结构会受到多种因素的影响，导致同一块材料中也会有不同的差异

性。由于纳米结构上的特殊性和不稳定性，让纳米材料形成了很多的特殊性能。不仅如此，纳米材料的物理化学性能和绝大部分物体的物

理化学特性都不同，其中最为典型的就是催化性能和光学性能这两个性能。比如，纳米材料在作为光催化剂使用时，因为纳米本身的粒径

较小，所以可以到达表面的纳米粒子数量较多，光催化效率也就相对提高。随着时间的发展，科学技术的不断提升，对纳米的研究也就进

一步深入，现如今，纳米材料中的线性光学性质以及晶体材料的光伏特性、发光效应也是纳米光学性质的研究热点问题。

二、纳米材料在不同科学行业中的应用

（一）纳米材料在催化科学中的应用

由上文可知，纳米材料的催化性能较优，因此在催化科学中得到了广泛的应用。近年来，含银催化剂在电催化水裂解、海水电解产氯气等方面都有着良好的应用，而采用海水电解产氯气的方式可以更好的减低能耗，这其中最为关键的环节就是制作合成出高效的含银催化

ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｂｒｉｅｒｉｎｇ　动态　

ＰＲＯＦ　Ｉ　ＢＵＳ成为现场总线技术　国家标准首例　据来自中国国家标准化管理委员　会的消息，１Ｏ月１６日该委员会审查通　过了由全国工业过程测量和控制标准　化技术委员会（ＴＣ１２４）组织的由机械　工业仪器仪表综合技术经济研究所　（ＩＴＥＩ）等多家单位共同转化制定的　ＩＥＣ　６１　１５８　ＴＹＰＥ　３　ＰＲＯＦＩＢＵＳ规范为　中华人民共和国国家标准一一ＧＢ／Ｔ　２０５４０－２００６，同时审查通过了由ＴＣ１２４　上报的根据上述标准转化的《测量和控　制数字数据通信工业控制系统用现场　总线类型１０：ＰＲＯＦＩＮＥＴ规范》作为国　家标准化指导性技术文件（ＧＢ／Ｚ　２０５４１－２００６）。至此，ＰＲＯＦＩＢＵＳ成为　中国唯一批准的现场总线国家标准。　ＰＲＯＦＩＢＵＳ能够以标准方式应用于　几乎所有领域并贯穿整个过程链的现　场总线，进入中国已十年，广泛应用于　过程工业、工厂自动化、安全、物流、　交通等领域，目前已在中国设立有一个　ＰＲＯＦＩＢＵＳ资质认证中心，第二个资质　认证中心和一个ＰＲＯＦＩＢＵＳ　ＰＡ测试中心　正在筹建中。２００１年，ＰＲＯＦＩＢＵＳ成为　我国机械行业行业标准（ＪＢ／Ｔ　１０３０８．３－２００１）。现在ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场　总线凭借其在国内的广泛应用、国内企　业在技术上的支持、测试技术本地化、　以及国内相关产品的广泛开发，得到了　ＴＣ１２４委员的认同，成为目前唯一的现　场总线国家标准，　２００５年，ＰＲＯＦＩＢＵＳ全球节点安装　总数达已到１５４０万并一直处于稳定增　长中，其国际组织ＰＩ（ＰＲＯＦＩＢＵＳ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１）在全球共有１２００多个　会员，并设有包括中国在内的２５个地　区协会，３Ｏ个资质认证中心和７个实　验室，有超过２００家厂商提供的２５００　多种设备。　读者服务卡编号０２１１３　◆　抗磨耐蚀梯度纳米合金镀层　研究取得新进展　在国家自然科学基金项目支持下，　中国科学院兰州化学物理研究所同体　润滑国家重点实验室薛群基院士和“百　人计划”获得者张俊彦研究员领导的研　究小组，通过纳米电沉积和循环热氧化　的方法，制备出了具有优异润滑抗磨与　耐蚀性能的功能梯度Ｎｉ－Ｃｏ／ＣｏＯ纳米　合金镀层（简称ＦＧＤｓ）。近期，研究工　作的进展结果发表于国际纳米科技领　域的著名期刊《纳米技术》上。　摩擦磨损、腐蚀与疲劳过程主要发　生在材料的表面。利用表面镀层或涂层　技术可以有效地降低材料的磨损与腐　蚀，延长使用寿命。由于纳米晶金属和　合金镀层具有较高的硬度和优异的耐　磨性能，使其在材料的功能防护领域具　有广阔的应用前景。然而，纳米晶材料　由于大量晶界的存在形成了大量腐蚀　微电池，从而加剧了腐蚀的发生，制约　了纳米晶镀层的实际应用　因而，如何　制备具有抗磨、减摩以及耐蚀性能的多　功能纳米镀层或涂层是近年来表面＿ｒ　稃研究的热点和难点之一。　该研究工作创新性地将功能梯度　材料（ＦＧＭｓ）的设计理念应用于润滑抗　磨镀层的设计与制各，通过有效控制电　沉积过程中合金成分，晶粒尺寸及晶体　相结构，成功制备了Ｎｉ　ｃｏ基纳米结构　梯度合金镀层。与普通的Ｎｉ以及Ｎｉ－Ｃｏ　合金相比，该纳米梯度材料具　有优良的润滑抗磨特性，在酸　性和碱性介质中表面出良好的　耐蚀性能，有望作为　‘种先进　的纳米表面技术应用于材料表　面功能防护。同时该设计途径　为纳米镀层或涂层在苛刻环境　和条件下的使用提供了研究思　路和理论依据　读者服务卡编号０２２［］　美国精量微熔应变片技术解　决医疗产品难题　今年上半年，美国ＦＤＡ批准了　Ｚｏｎａ　Ｈｅａｌｔｈ公司的Ｚｏｎａ　Ｐｌｕｓ产品正　式上市。这款电子设备主要是采用静力　锻炼法通过等量的手臂握力训练来降　低血压　据该公司介绍，该产品能够大　量推向市场，主要得益于美国　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ公司的微熔应　变片技术。　Ｚｏｎａ　Ｈｅａｌｔｈ公司对于静力锻炼产　品的研究已经很多年，但是由于成本的　原因，一直无法真正普及，而自采用美　国　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ　公司　（ＭＥＡＳ）应变片技术后，最终克服了　其产品成本上的障碍。　静力锻炼和降低血压之间的关系　发现于在１９６０年后期，最早用于飞行　员的抗高ｇ值训练。极端的静力练习，　不仅可以提升抗高ｇ能力，而且长时间　锻炼还可以降低血压。　图中所示类似于一个带显示屏的　手柄就是Ｚｏｎａ提供的手臂训练器，通　过文本指令，指导用户交替紧握和松开　手柄　全部过程大概ｌ２分钟／天。对于　降低心脏收缩及舒张压，几乎是ｌ　０ｏ％　的功效。　据ＭＥＡＳ传感器产品经理Ｊｉｍ　Ｐｉｅｒｓｏｎ介绍，ＭＥＡＳ传感器用于这款　产品当中的微熔应变技术，完美地结合　

纳米结构材料及其技术在太阳能电池中的应用和

发展现状

王二垒，张秀霞，杨小聪，张绍慧

（北方民族大学电信学院，宁夏银川750021）

摘要：太阳能电池的发展和利用离不开太阳能电池材料和技术的发展，文中对纳米结构材料及其技术在太阳能电池

和太阳能光电转化技术中的应用和发展现状做了简要综述。介绍了多元化合物太阳电池纳米材料、染料敏化太阳电

池纳米材料和有机聚合物太阳电池结构纳米材料的研究现状和技术创新，并指出其发展趋势。

关键词：太阳能电池；阳能电池材料；纳米结构材料；光电转化

中图分类号：O484.4文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）24-0184-04

ApplicationanddevelopmentofNANO-structuredmaterialsand

technologiesforsolarcells

WANGEr-lei，ZHANGXiu-xia，YANGXiao-cong，ZHANGShao-hui

（SchoolofElectronicsandInformationEngineering，NorthNationalUniversity，Yinchuan750021，China）

Abstract:Thedevelopmentanduseofsolarcellscannotbeseparatedfromthedevelopmentofsolarmaterialsand

technologies，thispapersummarizedtheapplicationanddevelopmentofNANO-structuredmaterialandtechnologiesforsolar

cellsandsolarphotoelectricconversion.Thestudystatusandtechnologyinnovationformulti-elementcompoundssolarcellsof

1

1.什么是纳米材料？其内涵是什么？（从零、一、二、三维考虑）

2.纳米材料的四大效应是什么？对每一效应举例说明。

3.纳米材料的常用的表征方法有哪些？

4.用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求？从它们的图像中能够得到哪些基本信息？

5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点？如何利用？

6.在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节？气相合成大致可分为哪四种？气相成核理论的机制有哪两种？

7.溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的？

8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理，可获得密度不同的碳纳米管阵列（也叫纳米森林），简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度？

9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛，下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。请用Scherrer方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸（XRD测试时所用的 = 1.5406Å，锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3）（默写出公式并根据图中的数据来计算）。

10.氧化物或者氮化物纳米材料具有许多特殊的功能，请以一种氧化物或者氮化物为例，举出其三种主要的制备方法（用到的原料、反应介质、主要的表征手段）、主要用途（与纳米效应有关的用途）、并介绍这种物质的至少两种晶相。

11.举出五种碳的纳米材料，阐述其一维材料与二维材料的结构特点、用途。

12.简述纳米材料的力学性能、热学性能与光学性能有怎样的变化？

13.什么叫化学气相沉积法，它与外场结合又可衍生出哪些方法？简述VLS机制。

14. 纳米半导体颗粒具有光催化性能的主要原因是什么？光催化有哪些具体应用

15. 利用机械球磨法制备纳米颗粒的主要机制是什么？有何优、缺点？

16 何为“自催化VLS生长”？怎样利用自催化VLS生长实现纳米线的掺杂？

17. 液相合成金属纳米线，加入包络剂(capping reagent)的作用是什么？