一维纳米材料

一维纳米材料的制备、表征及应用赵婷婷【摘要】一维纳米材料是指仅长度为宏观尺度，其他方向为纳米尺度的新型材料，在光电子、生物医用、纳米传感、纳米储能等诸多领域具有潜在的应用前景，已成为21世纪化学、物理学、材料学及生命科学等科技领域的研究热点。

本文介绍了一维纳米材料的制备方法，阐述了一维纳米材料各种生长机理，总结了一维纳米材料的表征方法，及在物理、化学、机械、材料等领域的应用。

%One-dimensional nanomaterials , which was a new special structure of substances on nanomerter size at only one dimension , had potential applications such as potoelectron , biological and medical , nano -sensing and nano?energy storage and so on.It became a hot investigation point and was very important to explore and development new synthetic technologies of 1-D nanometer materials for fundmental and application.Most kinds of synthesis techniques , growth mechanism , characterization methods and applications in physics , chemistry , mechanics , energy , etc.were summarized.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】3页(P24-26)【关键词】一维纳米材料;制备;表征;应用【作者】赵婷婷【作者单位】绵阳职业技术学院，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】O799纳米技术是近几年崛起的一门崭新的高科技技术.它是研究现代技术与科学的一门重要学科，也是当前物理、化学和材料科学的一个活跃的研究领域，随着科技的发展，纳米科技越来越受到人们的关注。

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能……碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。

管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。

是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。

碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。

对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。

碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。

碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。

若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。

碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。

碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。

理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。

当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。

有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。

碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。

一维纳米材料
一维纳米材料是指至少有一个尺寸在纳米尺度（10^-9米）范围内的材料，但
其它两个维度的尺寸可以远远大于纳米尺度。

一维纳米材料包括纳米线、纳米棒、纳米管等，这些材料在纳米尺度下呈现出特殊的物理和化学性质，因此被广泛应用于各种领域。

一维纳米材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积、溶液法合成、电化学
沉积等。

其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过在高温下将气态前驱体转化为固态纳米材料，可以制备出高质量、高纯度的一维纳米材料。

溶液法合成则是通过在溶液中加入适当的前驱体，利用溶剂的挥发或化学反应来制备一维纳米材料，这种方法简单易行，适用于大规模生产。

一维纳米材料具有许多独特的性质，例如，纳米线的电学性质优异，可以用于
制备高性能的电子器件；纳米管具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于纳米材料复合材料的制备；而纳米棒则具有优异的光学性能，可用于制备高效的光电器件。

这些特殊的性质使得一维纳米材料在电子、光电、传感、催化等领域有着广泛的应用前景。

除了应用领域的广泛性外，一维纳米材料还具有很强的研究价值。

通过对一维
纳米材料的研究，可以深入了解纳米尺度下的物理和化学性质，为纳米材料的设计与制备提供理论基础。

同时，一维纳米材料还可以作为纳米材料复合材料的增强相，提高复合材料的力学性能和热学性能。

总的来说，一维纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有广泛的应用前景和
研究价值。

随着纳米技术的不断发展，一维纳米材料必将在各个领域发挥重要作用，推动科技的进步。

【文献综述】一维无机纳米材料的制备方法一．气相法制备①汽-液-固（VLS）机理生长方法一（VLS生长法）：1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。

2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。

3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构备注：液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。

方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）：1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶2.以氩气作为保护气3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线备注：激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒应用：VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。

但不能制备一维金属纳米材料。

同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。

②氧化物辅助生长方法：1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶，2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线备注：1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。

应用：除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。

③气-固（VS）生长方法：1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳米材料备注：1.可分为固体粉末物理蒸发法和化学气相沉积法。

前者属于物理过程，后者在形成蒸汽后发生了化学反应。

且此方法不需加入金属催化剂。

2.纳米线外部包围氧化物层3.所需制备温度较高4.制备得到的纳米材料质量较高应用：氧化铝纳米带、氧化锌、氧化锡、氧化铟纳米带，氧化铝、氧化镁及氧化锌纳米棒，氮化镓和硫化镉钠米线。

一维纳米材料一维纳米材料是指在空间维度上为一维的纳米结构，通常具有纳米尺度的横截面尺寸和微观尺寸的长度。

它们具有特殊的物理、化学和电学性质，常常表现出与其宏观对应物质不同的特性。

以下是几种常见的一维纳米材料：1.纳米线（Nanowires）：纳米线是一种具有纳米尺寸横截面和微观尺寸长度的一维纳米结构，可以由金属、半导体或者绝缘体等材料构成。

它们具有高比表面积和优异的电学、光学和力学性质，广泛应用于纳米电子器件、传感器、光电器件等领域。

2.纳米管（Nanotubes）：纳米管是由碳、硼氮化物等材料构成的中空管状结构，具有特殊的电学、光学和力学性质。

碳纳米管是最常见的一种，具有优异的导电性、导热性和力学强度，被广泛应用于纳米材料、纳米器件和生物医学等领域。

3.纳米棒（Nanorods）：纳米棒是一种具有纳米尺寸横截面和微观尺寸长度的棒状结构，可以由金属、半导体或者绝缘体等材料构成。

它们具有可调控的形状、尺寸和结构，广泛应用于催化、传感、光学和生物医学等领域。

4.纳米线束（NanowireBundles）：纳米线束是由多个纳米线束在一起形成的束状结构，具有优异的电子输运性质和光学特性。

它们可以用于柔性电子器件、纳米传感器、纳米发电机等领域。

5.纳米纤维（Nanofibers）：纳米纤维是一种具有纳米尺寸横截面和微观尺寸长度的纤维状结构，可以由聚合物、金属、氧化物等材料构成。

它们具有高比表面积和优异的力学性能，广泛应用于纳米复合材料、组织工程、过滤材料等领域。

这些一维纳米材料具有独特的结构和性质，对于纳米科技的发展和应用具有重要意义。

通过精确控制其尺寸、形状、结构和表面性质等参数，可以实现对其性质和功能的调控，拓展其在材料科学、纳米电子学、纳米医学等领域的应用。

学年论文`题目：一维纳米材料的制备方法概述学院：化学学院专业年级：材料化学2011级学生姓名：龚佩斯学号：20110513457指导教师：周晴职称：助教2015年3月26日成绩一维纳米材料制备方法概述--气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料材料化学专业2011级龚佩斯指导教师周晴摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。

然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。

本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。

关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on.Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。

准一维纳米材料准一维纳米结构是指在三维空间内有两维尺寸处于纳米量级的纳米结构,长度上为宏观尺度的新型材料，是纳米科学研究中较为活跃的前沿领域之一。

一维纳米材料包括纳米管、纳米棒、金属及半导体纳米线、同轴纳米电缆、纳米带等。

下面简单介绍一下概念[1 ]:纳米纤维(nanofiber):细长形状,其长径比》10 ,包括纳米丝(nano filame nt ),纟纳米线(nano wire )禾口纳米晶须(nano whisker);纳米晶须(nanowhisker):特指单晶纳米纤维；纳米线(nanowire):意义及用法类似于纳米纤维，但实际上有指电输运的意味；纳米电缆(nanocable)以及同轴纳米线(coaxial nano wire Pcore2shell nano wire):纳米线外包覆有一层或多层不同结构物质的纳米结构；纳米棒(nan orod):细棒状结构，一般长径比w 10 ;纳米管(nanotube):细长形状并具有空心结构，即细管状结构；纳米带(nanobelt Pnanoribbon):细长条带状纳米结构，长宽比》10, —般宽厚比》3。

已兼有两维特征，即在宽度方向已有一定的尺度。

[1 ] H. Hofmeister , Twinning and multiple twin formation in the growth ofmetal and semic on ductor nano rods [ R] . A academic report , Hefei ,Chi na , Oct. 2003.准一维纳米材料是研究电子传输行为、光学特性和力学机械性能等物理性质的尺寸和维度效应的理想系统。

它们将在构筑纳米电子和光电子器件等集成电路和功能性元件的进程中充当非常重要的角色。

在过去的几年里，有关准一维纳米结构合成方面的论文在纳米结构合成中占据了绝对的多数，人们正在努力将大多数固态物质都生长成准一维纳米结构早在1970年法国科学家就首次研制出直径为7 nm的碳纤维。

纳米材料分类纳米材料是一种具有纳米尺度特征的新型材料，其尺寸在纳米尺度范围内，通常是指直径小于100纳米的材料。

纳米材料因其特殊的尺寸效应、表面效应和量子效应等特性，在材料科学、物理学、化学等领域具有广泛的应用前景。

根据其不同的结构和性质，纳米材料可以被分为多种不同的分类。

一、纳米材料的基本分类。

1. 纳米颗粒材料。

纳米颗粒材料是一种由纳米颗粒组成的材料，其尺寸通常在1-100纳米之间。

纳米颗粒材料可以是金属、半导体、陶瓷等材料，具有独特的光学、电子、磁学等性质，广泛应用于生物医学、光电子器件、传感器等领域。

2. 纳米复合材料。

纳米复合材料是由两种或两种以上的材料组成的复合材料，其中至少一种材料的尺寸在纳米尺度范围内。

纳米复合材料具有优异的力学性能、导电性能、热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料等领域。

3. 纳米多孔材料。

纳米多孔材料是一种具有纳米尺度孔隙结构的材料，其孔隙尺寸通常在1-100纳米之间。

纳米多孔材料具有高比表面积、可控的孔隙结构、优异的吸附性能等特点，被广泛应用于气体分离、催化剂、吸附材料等领域。

二、纳米材料的特殊分类。

1. 一维纳米材料。

一维纳米材料是指其在至少一个维度上具有纳米尺度特征的材料，如纳米线、纳米管等。

一维纳米材料具有高比表面积、优异的导电性能和力学性能，被广泛应用于纳米电子器件、纳米传感器、纳米机械等领域。

2. 二维纳米材料。

二维纳米材料是指其在两个维度上具有纳米尺度特征的材料，如石墨烯、硼氮化物等。

二维纳米材料具有独特的光学、电子、热学等性质，被广泛应用于柔性电子器件、光电子器件、能源存储等领域。

3. 三维纳米材料。

三维纳米材料是指其在三个维度上均具有纳米尺度特征的材料，如纳米多孔材料、纳米泡沫材料等。

三维纳米材料具有高比表面积、可控的孔隙结构、优异的力学性能等特点，被广泛应用于催化剂、吸附材料、生物医学材料等领域。

三、纳米材料的应用领域。

随着纳米技术的不断发展，纳米材料在许多领域都得到了广泛的应用，包括但不限于电子器件、光电子器件、传感器、催化剂、吸附材料、生物医学材料等。