1_概论 - 2013年华中科技大学《纳米材料制备技术》 课件

纳米材料制备技术纳米材料制备技术华中科技大学材料学院张晓东2013 年 9 月 11日提要 教师自我介绍 课程介绍 （教学目的、方法、内容、考核） 概述纳米材料（定义、特性、应用）任课教师介绍张晓东 副教授 华中科技大学材料科学与工程系电子邮件： 电话 :究方向 ：无机功能与结构材料。- 先进陶瓷的结构与电化学性能；- 薄膜材料的相变与力学性能；- 尖端仪器设备与实验技术的开发。工作经历2012/12 ，华中科技大学，材料科学与工程系，副教授2008/12 2012/05 ，美国哈佛大学，工程与应用科学学院，博士后2007/09 2008/10 ，美国杜克大学，机械工程与材料科学系，博士后教育经历2004/01 2007/09 ，美国杜克大学，机械工程与材料科学系，博士2001/09 2003/08 ，美国路易斯安那州立大学，机械工程系，硕士1997/09 2001/07 ，北京航空航天大学，材料科学与工程系，学士 SiO2 nanowires are several microns in length while maintaining a roughly 10-nanometer diameter; CVD方法制得 SiO2 纳米线，借助于 Au 颗粒的催化Image by Prof. S.K. Hark, Chinese University of Hong KongHuman hair fragment and a network of single-walled carbon nanotubes (Image: Jirka Cech) 单壁碳纳米管 （纳米材料） vs.人的毛发 （微米材料） Human hair 10um in diameter; Carbon nanotubes have diameter approximately 1-2 nm.Prepared by CVD using Co nanoparticles as a catalyst, and Alcohol as a Carbon Source.纳米材料制备技术课程介绍教学目的 知识的铺垫与视野的扩展- 纳米材料制备中的 基本原理 与 主要方法- 纳米材料 研究前沿 启发科研工作- 激发兴趣与灵感教学性质与方法 概论性质的选修课（概念性强，专题变换快） 自主学习 与思考 系统归纳主要涵盖的内容- 具体讨论纳米材料制备所涉及到的 基本原理 ；- 具体介绍针对不同类型纳米材料的较成熟的主要制备 方法 ；- 简要介绍 尺寸效应 对物理性能的影响；- 简要介绍纳米材料与结构的一些 应用 ；- 简要介绍纳米材料与结构的 表征 。纳米材料制备技术课程介绍基本原理；主要方法具体内容 纳米材料概念、特性 固体表面物理化学（与表面能相关的基础知识；纳米材料与结构的稳定性） 零维纳米材料（纳米颗粒）：气相法、液相法、固相法 一维纳米材料 （管、线、带） 二维纳米材料（薄膜） 三维纳米材料（由纳米颗粒为主体形成的块体材料） 纳米材料与结构的表征讲座序号 时间 内容 备注1 Sept 11, 3:55pm 课程介绍，纳米材料概述2 Sept 12, 2:00pm 专题：自然界中的纳米材料与碳纳米材料3 Sept 18, 3:55pm 固体表面的物理化学4 Sept 22, 2:00pm 固体表面的物理化学 补 9月 19日的课5 Sept 25, 3:55pm 纳米薄膜的制备 （原理，设备）6 Sept 26, 2:00pm 纳米薄膜的制备（蒸发，溅射，外延等具体方法）7 Sept 29, 3:55pm 一维纳米材料的制备 （原理，设备） 补 10月 2号的课8 Oct 9, 3:55pm 一维纳米材料的制备 （具体方法）9 Oct 10, 2:00pm 纳米颗粒的制备 （原理）10 Oct 12, 2:00pm 纳米颗粒的制备 （气相法） 补 10月 3号的课11 Oct 16, 3:55pm 纳米颗粒的制备 （液相法）12 Oct 17, 2:00pm 纳米颗粒的制备 （液相法）13 Oct 23, 3:55pm 纳米颗粒的制备 （液相法）14 Oct 24, 2:00pm 三维纳米材料与特殊纳米材料的制备（多孔，复合，核壳结构，等等）15 Oct 30, 3:55pm 刻蚀法制备纳米结构（自上而下）16 Nov 6, 3:55pm 纳米材料与结构的表征预定课程安排主要参考资料l 纳米结构和纳米材料：合成、性能及应用，Guozhong Cao and Ying Wang, 高等教育出版社， 2012年l 纳米材料制备技术， 王世敏编著， 化学工业出版社， 2002年l 纳米材料和纳米结构， 张立德、牟季美著， 科学出版社， 2000年检索关键词：合成、纳米、纳米材料；synthesis, nano, nanomaterials, nanocomposites, nano-structured materials考核：书面报告 结合自己的科研项目，选取某一纳米材料系统（化学组成，结构，形貌，性能）； 侧重于该材料系统的制备； 文献调研； 综述性质的书面报告。第一讲：纳米材料概述1. “纳米材料 ”的概念（定义、分类）2. 纳米技术的发展 （自学）3. 基本效应4. 物理化学性质及应用 纳米技术 无所不在GMR 硬盘食品、水和环境医药与健康 信息技术能量产生 /存储材料仪器装备药物输运氢燃料电池轻质高强补救措施隧道显微镜 什么是纳米（ nanometer)？- In Greek, “nano” means dwarf- 纳米 (nm)是一个长度计量单位， 1nm = 10-9m- Si原子的尺寸 0.1nm。 纳米尺度 通常指 1 100nm 的尺度范围 纳米技术 通常指在纳米尺度上对物质进行研究处理的技术。纳米材料的定义 ：三维空间尺寸中至少有一维处于纳米尺度（ 1-100nm）范围内、或由此作为基本单元的材料。1. 纳米材料的概念从空间尺度上看纳米材料纳米材料与其它学科的关系人工纳米材料的分类 按材料学科体系：纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料、纳米复合材料； 按应用： 纳米电子材料、纳米磁性材料、纳米生物材料、纳米隐身材料、纳米催化剂材料 按几何形貌特征：零维纳米材料 ： 指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米微粒或团簇（量子点）。Ni, Cu纳米粒子 纳米金属镍In2O3CeO2氧化物纳米颗粒2007年最佳纳米级显微图像揭晓： 量子森林托斯藤 -兹欧姆巴在德国实验室中捕获，它展示了锗硅量子点（ SiGe quantum dot)： 高 15nm，直径 70nm。一维纳米材料： 指空间二维处于纳米尺度，如纳米量子线、丝、棒、管（量子线）。纳米线纳米阵列具有超延展能力的纳米晶铜带庆典礼花 用物理气相沉积（ PVD）法制备的 ZnO纳米棒的 SEM图象ZnO纳米棒森林 直立在 Au薄膜上的单壁碳纳米管的 STM图像碳纳米管使用静电力显微镜获取直径为 18nm的碳纳米管 发出的电荷。图中明亮的光晕是由纳米管帽发射出的电荷所产生的，放电时，纳米管则变暗 。 二维纳米材料： 指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格（量子阱）。纳米单层与多层薄膜15层超晶格三维纳米固体材料： 指由纳米基本单元构成的块体材料，如纳米晶块体材料（纳米陶瓷、纳米结构材料）、纳米复合材料、纳米多孔材料（多孔碳，分子筛） 纳米陶瓷纳米固体单元纳米晶结构材料的剖面示意图（实心球表示体相原子，空心球表示界面原子）650 750 800 晶化后晶化前纳米晶结构材料沸石的笼结构 沸石的笼中相嵌成多纳米孔结构SiO2纳米多孔材料纳米多孔材料 纳米材料是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（ l 100nm）调制的各种固体材料。 它的存在形式包括零维的原子团簇和纳米微粒，一维调制的纳米多