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第一章纳米科技：纳米科学（nanoscience）、纳米技术（狭义的nanotechnology）以及纳米工程（nanoengineering）的统称，是研究、开发、利用纳米尺度物质的一门新型的应用型学科，具有多学科交叉的特征。n （1）纳米科学：探索与发现物质在纳米尺度上所表现出来的各种物理、化学与生物学现象及其内在规律，尤其是原子、分子以及电子在纳米尺度范围的运动规律，为纳米科技产品的研发提供理论指导。n （2）纳米技术：主要包括纳米尺度物质的制备、复合、加工、组装以及测试与表征，实现纳米材料、纳米器件与纳米系统在原子、分子尺度上的可控制备，为纳米科技的应用奠定基础。n （3）纳米工程：包括纳米材料、纳米器件、纳米系统以及纳米技术设备等纳米科技产品的设计、工艺、制造、装配、修饰、控制、操纵与应用，推动纳米科技产品走向市场、有效地服务于经济社会。n 纳米材料的定义n （1）纳米尺度：1nm到100nm范围的几何尺度；n （2）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括稳定的团簇或人造原子团簇、纳米晶、纳米粒子、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米单层膜及纳米孔等；n （3）纳米材料：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成的且具有特殊性质的材料。 纳米材料按几何特征-维数可分为n 1.零维一维二维三维 纳米材料的主要特征在于其外观尺度，从三维外观尺度上对纳米材料进行分类是目前流行的纳米材料分类方法，可分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料和三维纳米材料（表1.1）。其中零维纳米材料、一维纳米材料和二维纳米材料可作为纳米结构单元组成纳米固体材料、纳米复合材料以及纳米有序结构。 第二章v 久保理论两点主要假设：u （1）简并费米液体假设 u （2）超微粒子电中性假设 1量子尺寸效应:当粒子的尺寸下降到某一纳米值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒中最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道的能级间隙变宽的现象。2小尺寸效应:当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等物性发生变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应，又称体积效应。3表面效应:又称界面效应，是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。4. 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观物理量在量子相干器件中的隧道效应称为宏观量子隧道效应。介电限域是纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现象，这种介电增强通常称为介电限域，主要来源于微粒表面和内部局域场的增强。当介质的折射率与微粒的折射率相差很大时，产生了折射率边界，这就导致微粒表面和内部的场强比入射场强明显增加，这种局域场的增强称为介电限域效应。u 纳米微粒的热学性能对于纳米微粒，由于颗粒小使得纳米微粒的熔点急剧下降。除了极低温度（低于几个K）以外，高温和低温下纳米材料的比热容都比传统材料有所增大。由于在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。因此，与单晶材料相比，纳米结构材料具有较高的扩散率。u 纳米微粒的光学性能宽频带强吸收所有的金属超微粒子均为黑色，尺寸越小，色泽越黑。粒子对可见光低反射率、强吸收率，导致粒子变黑。纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的、择优的键振动模式，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布，这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。蓝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，即吸收带向短波方向移动。纳米微粒的发光随粒径减小，发射带强度增强并移向短波方向。当粒径大于6nm时，这种光发射现象消失。纳米微粒分散物系的光学性质u 纳米微粒的电学性能纳米金属块体材料的电导随晶粒尺寸的减小而减小而且具有负的电阻温度系数，己被实验所证实。纳米材料的介电性能纳米介电材料具有量子尺寸效应和界面效应，将较强烈地影响其介电性能主要表现在1)空间电荷引起的界面极化。2)介电常数或介电损耗具有强烈的尺寸效应。3)纳米介电材料的交流电导常远大于常规电介质的电导。u 纳米微粒的磁学性能对于大致球形的晶粒，矫顽力随晶粒尺寸的减小而增加，达到一最大值后，随着晶粒的进一步减小矫顽力反而下降。但是当尺寸降到20nm或以下时，由于位于表面或界面的原子占据相当大的比例，而表面原子的原子结构和对称性不同于内部的原子，因而将强烈地降低饱和磁化强度Ms。纳米材料通常具有较低的居里温度。由Fe、Cr交替沉积而形成的纳米多层膜中，发现了超过50的MR，且为各向同性、负效应，这种现象被称为巨磁电阻 (Giant Magntoresistance，GMR)效应。超顺磁性是当微粒体积足够小时，热运动能对微粒自发磁化方向的影响而引起的磁性。处于超顺磁状态的材料具有两个特点：无磁滞回线；矫顽力等于零。u 纳米微粒的力学性能纳米材料的弹性模量低于常规晶粒材料的弹性模量；纳米纯金属的硬度或强度是大晶粒(1 )金属硬度或强度的27倍；纳米材料可随着晶粒尺寸的减小，强度降低；在较低的温度下，如室温附近脆性的陶瓷或金属间化合物在具有纳米晶时，由于扩散相变机制而具有塑性或超塑性。纳米微粒的化学特性吸附可分成两类：一类是物理吸附，即吸附剂与吸附相之间是以范德华力之类较弱的物理力来结合；另一类是化学吸附，即吸附剂与吸附相之间是以化学键强结合。非电解质是指电中性的分子，它们可通过氢键、范德瓦尔斯力、偶极子的弱静电力吸附在粒子表面上。其中以形成氢键而吸附在其它相上为主。电解质在溶液中以离子形式存在，其吸附能力大小由库仑力来决定。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。半导体纳米粒子光催化活性的三个原因：(1)当半导体粒子的粒径小于某一临界值(一般约为10nm)时，量子尺寸效应变得显著，电荷载体就会显示出量子行为，能隙变宽，价带电位变得更正，导带电位变得更负，这实际上增加了光生电子和空穴的氧化还原能力，提高了半导体光催化氧化有机物的活性。(2)光生载流子从体内扩散到表面所需的时间越短，光生电荷分离效果就越高，电子和空穴的复合概率就越小，从而导致光催化活性的提高。(3)纳米半导体粒子的尺寸很小，处于表面的原子很多，比表面积很大，这大大增强了半导体光催化吸附有机污染物的能力，从而提高了光催化降解有机污染物的能力 第三章纳米微粒制备方法分类1 按反应所处的介质环境分类 固相法、气相法、液相法；2 按是否发生化学反应分类物理法，化学法；3按原材料的尺寸分类，自上而下，自下而上固相法是指制备纳米微粒的原材料，中间产物以及最终产物都是固态的。据其工艺特点可分为机械法和固相反应法两类。气相法是指制备纳米微粒的原料为气态物质，或者在制备过程中存在气态的中间产物。气相法主要有物理气相沉积（PVD）法和化学气相沉积（CVD）法两大类。液相法是指在溶液中制备纳米微粒，是目前实验室和工业上经常采用的制备纳米粉体材料的方法。 固相制备法原理v 纳米化机理可分为两类：n 1、将大块物质极细地分割、微粒尺寸不断降低的过程。n 2、 将最小单位(分子或原子)组合构筑的过程。典型气相制备方法低压气体中蒸发法、低真空溅射法、流动液面上真空蒸镀法 、爆炸丝法、化学气相沉积法、气相中纳米颗粒的生成及粒径控制 低压气体中蒸发法是在低压惰性气体（或活泼性气体）气氛中将金属、合金、氧化物等蒸发气化，气化分子与惰性气体分子发生碰撞（或与活泼性气体分子发生反应），然后冷却、凝结而形成纳米微粒。低压气体中蒸发法中加热方式1电阻加热 2等离子体加热2000K以上 3高频感应加热4电弧放电约4000K5电子束加热6激光加热过程：在超高真空室内进行,通过分子涡轮泵使其达到0.1Pa以上的真空度，然后充入低压(约2kPa)的纯净惰性气体(He或Ar，纯度为99996)。在蒸发过程中，由原物质发出的原子与惰性气体原子碰撞而迅速损失能量而冷却，这种有效的冷却过程在原物质蒸气中造成很高的局域过饱和，这将导致均匀的成核低真空溅射法原理、制备过程：用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40-250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.31.5kV由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成纳米粒子，并在附着面上沉积下来。粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流、气体压力靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，纳米粒的获得量愈多低真空溅射法制备纳米微粒的优点 （1）不需熔融用坩埚，可避免污染。（2）溅射靶材可为各种材料。（3）能通入反应性气体合成化合物纳米微粒。（4）特别适于合金纳米材料的制备。（5）可用于制备纳米薄膜。（6）靶材的表面积越大，原料原子的蒸发速度越高，纳米微粒的产量越高。 流动液面上真空蒸度法基本原理：在高真空中蒸发的金属原子在流动的油面内形成纳米粒子，纳米粒子悬浮在高沸点的油中，需要较复杂的分离才能得到纳米微粉。 特点：(1)可制备Ag，Au，Pd，Cu，Fe，Ni， Co，Al，In等超细纳米微粒，平均粒径约 3nm；用隋性气体蒸发法是难获得这样小的微粒；(2)粒径均匀，分布窄；(3)纳米粒子分散地分布在油中，化学稳定性好；(4)粒径的尺寸可控性好； 爆炸丝法原理：基本原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5x106 Pa)的反应室中(见图)，丝两端的卡头为两个电极，它们与一个大电容相连接形成回路，加15kV的高压，金属丝在500800 KA电流下进行加热，融断后在电流中断的瞬间，卡头上的高压在融断处放电，使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成蒸气，在惰性气体碰撞下形成纳米金属或合金粒子沉降在容器的底部，金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间，从而使上述过程重复进行。 化学气相沉积法化学气相沉积法的原理：化学气相沉积法制备纳米微粒是利用挥发性的金属化合物的蒸气，在远高于临界反应温度的条件下通过化学反应，使反应产物形成很高的过饱和蒸气，再经自动凝聚形成大量的临界核，临界核不断长大，聚集成微粒并随着气流进入低温区快速冷凝，最终在收集室内得到纳米微粒。反应体系需要符合一些基本要求：（1）反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液态或固态物质；（2）反应易于生成所需要的沉积物而其它副产物保留在气相排出或易于分离；（3）整个操作较易控制。化学气相反应法制备的优点，粒子尺寸分布均匀，粒度小，纯度高，分散性好、化学反应性与活性高等。根据反应类型可将气相化学反应法分为两类气相分解法、气相合成法活化反应物系的方式主要有加热、射线辐照溶胶凝胶法(胶体化学法)基本原理是以液态的化学试剂配制金属无机盐或金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物形成稳定的溶胶体系，经过长时间放置或干燥处理溶胶会转化为凝胶，再经热处理即可得到产物。 溶胶凝胶法包括以下3个过程：(1)溶胶的制备 (2)溶胶凝胶转化 (3)凝胶干燥有两种方法制备溶胶， 先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。因这种原始颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核的大小范围，因而可制得溶胶 由同样的盐溶液出发，通过对沉淀过程的仔细控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒而沉淀，从而直接得到胶体溶胶溶胶中含大量的水，凝胶化过程中，使体系失去流动性，形成一种开放的骨架结构。实现胶凝作用的途径有两个： 化学法，通过控制溶胶中的电解质浓度； 物理法，迫使胶粒间相互靠近，克服斥力，实现胶凝化凝胶干燥 一定条件下(如加热)使溶剂蒸发，得到粉料干燥过程中凝胶结构变化很大。干燥途径有3个： 减压加热干燥，减压加热使溶剂挥发，得到体积收缩的干凝胶。 真空冷冻干燥，在真空系统中，用冷凝器捕捉溶剂使凝胶干燥，得到体积收缩较小的干凝胶。 超临界干燥，加压加热至超临界状态，使溶剂直接移去，得到体积几乎不变的气凝胶。微乳液法 微乳液是指热力学稳定分散的互不相溶的液体组成宏观上均一而微观上不均一的液体混合物。微乳液制备纳米粒子的基本原理微乳液中不溶于有机相的“水滴”被表面活性剂和助表面活性剂所组成的单分子层包围形成微乳颗粒，其大小可控制在几到几十个nm之间。如果取两个完全相同的WO型微乳液，并将试剂A和B分别溶解在两个微乳液的水相中，则在混合时，由于水滴的碰撞和聚结，试剂A和B穿过微乳液界面膜相互接触并形成AB沉淀。这种沉淀局限在微乳液滴水核的内部，并且形成的颗粒大小和形状反映液滴的内部情况，这就是用微乳制备纳米粒子的原理。基本过程：将两种反应物分别溶于组成完全相同的两份微乳液中，然后在一定条件下混合两种反应物。通过微乳液进行物质交换彼此相遇发生反应生成纳米微粒，通过超速离心使纳米微粒与微乳液分离，再用有机溶剂除去附着在纳米微粒表面的油和表面活性剂，最后经干燥处理即可得到目标产物。此法得到的纳米颗粒粒径小，分布均一，可精确控制化学计量比，易实现高纯化。 水热法水热反应是高温高压下在水(水溶液)或水蒸气等流体中进行有关化学反应的总称纳米微粒的表面修饰与改性所谓纳米微粒的表面工程就是用物理、化学方法改变纳米微粒表面的结构和状态，实现人们对纳米微粒表面的控制 u 通过对纳米微粒表面的修饰，可以达到以下4个方面的目的包括：改善或改变纳米颗粒的分散性；改善纳米颗粒的表面活性或相容性；改善纳米颗粒的耐光、耐紫外线、耐热、耐候等性能；使颗粒表面产生新的物理、化学和力学性能以及其他新的功能。按其修饰改性基本原理 分为：表面物理修饰、表面化学修饰纳米微粒的表面物理修饰1表面活性剂法 通过范德华力、氢键等分子间作用力将表面活性剂吸附到作为包覆核的纳米微粒的表面，并在核的表面形成包覆层，以此来降低纳米微粒原有的表面张力，阻止粒子间的团聚，达到均匀稳定分散的目的。 2表面沉积法采用化学镀法、热分解还原法、共沉法、均相沉淀、溶胶凝胶、水热合成等方法，通过沉积反应在纳米微粒表面形成表面包覆，再经过其他的处理手段，使包覆物固定在颗粒表面，从而达到改善或改变纳米微粒表面性质的目的。 通过纳米微粒表面与修饰剂之间进行化学反应，改变纳米微粒表面结构和状态，达到表面改性的目的，称为纳米微粒的表面化学修饰。 化学修饰方法目前主要有以下几种: 酯化反应法、偶联剂法、磷酸酯法、高分子表面接枝改性法以及原位修饰法等第四章透射电镜其适用的分析范围在1nm300 nm 之间SEM扫描范围很大，原则上从1 nm 到1 mm 量级的微粒均可以用扫描电镜进行分析，谢乐公式测定晶粒大小的X射线衍射线宽化法，晶粒尺寸适宜范围为3 nm100 nm。在10 nm50 nm间，测量值与实际值接近，大于50 nm时，测量值略小于实际值。动态光散射法适于测定亚微米级以下颗粒，测量范围为1nm5。纳米微粒振动光谱分析纳米材料的红外光谱通常表现出吸收峰的宽化以及蓝移或红移变化。这是多种因素综合作用的结果。通常概括为3个方面： 量子尺寸效应导致蓝移。因为当晶粒减小到某一值时，会使费米能级附近的能级间隙变宽，从而引起吸收峰蓝移。 晶格畸变导致的变化。随着颗粒粒度的减小，界面所引起的对晶粒组元的负压强使晶粒微结构发生变化从而引起晶格畸变。畸变有两种情况，一是当晶粒减小到纳米级时，发生晶格膨胀，使平均键长增大，化学键力常数减小，键的振动频率减小，红外吸收峰红移。二是相反的情况，晶格畸变，晶格常数变小，键长的缩短会导致化学键力常数增大，从而引起红外吸收峰的蓝移。 表面效应导致的变化。纳米颗粒尤其是粒径小于10nm的纳米颗粒的拉曼光谱的特点主要表现在：拉曼峰向低频方向移动或出现新的拉曼峰；拉曼峰的半高宽明显宽化。第五章一维纳米材料概念：指在径向上尺寸在1 nm100 nm这个范围内，长度方向上的尺寸远高于径向尺寸，长径比可以从十几到上千上万，空心或者实心的一类材料。 一维纳米材料可以根据其空心或实心，以及形貌不同，分为：纳米管、纳米棒或纳米线、纳米带以及纳米同轴电缆等。热稳定性：熔点会大大降低，熔化成球形微粒 力学性能单晶一维纳米材料的强度明显要比其同类较大尺度材料的强度大很多。多晶材料的强度随着晶粒尺寸减小先增大再减小，达最高强度时，材料在此有一定的特征长度。纳米铜和纳米钯材料随着结晶的尺寸的减小，其质地将会变得柔软。电子传送特性 ：随着尺寸不断降低至某一尺寸之下时, 有些金属纳米线会由导体转变为半导体。 声子传送特性 ：当一维纳米材料直径减小到声子平均自由程范围时，边界散射作用致使导热性降低。 光学特性 ：和量子点一样, 当纳米线的直径减小到一定值(玻尔半径) 以下时, 量子尺寸效应对其能级的影响就显得非常重要。 场发射特性：具有尖端的纳米管和纳米线是应用于冷极管电子场发射的优良材料。 一维纳米材料的制备方法有热蒸发沉积、脉冲激光沉积、化学气相沉积 、水热合成、电化学沉积、电泳、模板合成等方法。一维纳米材料制备过程的状态将制备方法分为1）气相法；2）液相法；3）模板法。气相法、液相法见练习题VLS法是以液态金属团簇催化剂作为气相反应物的活性点，将所要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸气，待蒸气扩散到液态金属团簇催化剂表面形成过饱和团簇后，在催化剂表面生长形成一维纳米结构。 气相-固相（VS）法：一种或几种原料在高温下形成蒸气或者本身就是气态，在低温时，使气相分子快速降温凝聚，达到临界尺寸后，形核并生长。这种制备方法的优点是不需要催化剂，不足之处是所需温度较高。不同晶体结构的材料都可以在一定条件下形成一维纳米结构。温度和过饱和度是两个重要因素。高温和高过饱和度利于二维形核，导致形成片状结构，相反，低温和低过饱和度对一维纳米结构的生长有促进作用。气相-固相法生长一维纳米材料需要满足两个条件：轴向螺旋位错防止侧面成核模板法模板法可以分为硬模板法、软模板法和无模板法。 按硬模板材料可以分为：多孔氧化铝膜模板法、聚合物膜模板法、碳纳米管模板法、生命分子模板法等。 第六章1、纳米薄膜的电学性能n 纳米薄膜的电学特性不仅与纳米薄膜的厚度有关，而且还与纳米薄膜中的颗粒的尺寸有关。金属，当尺寸减小到纳米数量级时，电阻不但不减小，反而急剧增加。2、纳米薄膜的光学性能n 纳米薄膜两个突出的特性 吸收光谱的移动与宽化：由于量子尺寸效应以及界面效应，当膜厚度减小时，大多数纳米薄膜能隙将有所增大，会出现吸收光谱的蓝移与宽化现象。 光学非线性：当纳米薄膜的厚度与激子波尔半径相比拟或小于激子波尔半径a0时，在光的照射下，薄膜的吸收谱上会出现激子吸收峰。这种激子效应将连同纳米薄膜的小尺寸效应、量子尺寸效应、量子限域效应一起使得强光场中介质的极化强度与外加电磁场的关系出现附加的2次、3次乃至高次项。 3、纳米薄膜的磁学性能n 纳米磁性颗粒膜是由强磁性的颗粒嵌在互不相固溶的另一种材料中形成的。n 纳米薄膜的巨磁电阻效应（GMR）：指的是纳米磁性薄膜的电阻率受材料磁化状态的变化而呈现显著改变的现象。n 巨磁电阻的三个基本特征与普通金属的恰好相反。 负的磁电阻（MR20%） 各向同性：纳米薄膜材料的制备气相法1. 真空蒸发 法 2. 真空溅射法3. 化学气相沉积， 金属有机物化学气相沉积(MOCVD) ,热解化学气相沉积(热解CVD),离子体增强化学气相沉积(PECVD),激光诱导化学气相沉积(LCVD),波等离子体化学气相沉积(MWCVD)液相法4.自组装法 5 溶胶-凝胶(sol-gel法6. 电化学沉积法镀7 LB膜法n 薄膜的气相生长机理（三步）气相物质的产生 气相输运沉积成固相薄膜(1)气相物质的产生一种方法是使沉积物加热蒸发，这种方法称为蒸发镀膜；另一种方法是用具有一定能量的粒子轰击靶材料，从靶材上击出沉积物原子，称为溅射镀膜。(2)气相物质的输运n 气相物质的输运要求在真空中进行，这主要是为了避免气体碰撞妨碍沉积物到达基片。在高真空度的情况下(真空度10-2Pa)，沉积物与残余气体分子很少碰撞，基本上是从源物质直线到达基片，沉积速率较快；若真空度过低，沉积物原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，使薄膜沉积过程无法进行，或薄膜质量太差。(3)气相物质的沉积n 气相物质在基片上的沉积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。若在沉积过程中，沉积物原子之间发生化学反应形成化合物膜，称为反应镀。若用具有一定能量的离子轰击靶材，以求改变膜层结构与性能的沉积过程称离子镀。薄膜的形成包括如下过程： (1)单体的吸附； (2)大小不同的各种小原子团(或称胚芽)的形成； (3)形成临界核(开始成核)； (4)由于捕获其周围的单体，临界核长大； (6)在临界核长大的同时，在非捕获区，由单体逐渐形成临界核； (6)稳定核长大到相互接触，彼此结合后形成新的小岛 由于新岛所占面积小于结合前的两岛，所以在基片上暴露出新的面积； (7)在这些新暴露的面积上吸附单体，发生“二次”成核； (8)小岛长大，结合成为大岛，大岛长大、相互结合在新暴露的面积发生“二次”或“三次”成核； (9)形成带有沟道和孔洞的薄膜； (10)在沟道和孔洞处“二次”或“三次”成核，逐渐形成连续薄膜薄膜的形成的四个阶段1. 成核阶段2结合阶段3沟道阶段4连续薄膜n 物理气相沉积法（PVD）在高真空中用加热蒸发的方法使源物质转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称为蒸发制膜，简称蒸镀。 n 分子束外延镀膜 外延是指在单晶基体上生长出位向相同的同类单晶体(同质外延)，或者生长出具有共格或半共格联系的异类单晶体(异质外延)。n 溅射制膜是指在真空室中，利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。n 其他几种溅射方式 直流二级溅射三级和四极溅射射频溅射磁控溅射纳米薄膜的液相制备方法自组装法、溶胶-凝胶法 、电化学沉积 、LB膜法 、分子自组装（Molecular Self-assembly）是分子在均衡条件下通过非共价键作用、分子自发地缔结成结构稳定的聚集体。L-B膜法利用分子活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层（或称膜）的技术由Kaharine Blodgtt和Irving Langmuir在1933年发现，这一技术称为L B技术。LB技术的基本原理是利用成膜分子间范德华力作用，通过滑障的推挤所施加的作用力使分子的排列更为有序紧密，然后转移到基底上成膜。因此利用LB 技术来组装纳米材料，有望获得厚度可控、稳定性好且有序的纳米结构薄膜。第七章纳米固体材料的结构特点 纳米晶体材料是由晶粒组元(所有原子都位于晶粒的格点上)和晶界组元所组成； 纳米非晶体材料是由非晶组元和界面组元所组成； 纳米准晶体材料是由准晶组元和界面组元所组成， 晶粒组元、非晶组元和准晶组元统称为颗粒组元，晶界组元和界面组元统称为界面组元。纳米固体材料的结构缺陷见练习本7.2章节了解纳米固体材料的制备方法 n 惰性气体蒸发原位加压法：属于“一步法”，即制粉和成型是一步完成的。步骤是：（1）制备纳米颗粒；（2）颗粒收集；（3）压制成块体。为了防止氧化，上述步骤一般都是在真空或惰性气体保护下进行的。此种制备方法的优点是纳米微粒具有清洁的表面，很少团聚成粗团聚体，块体纯度高，相对密度也较高。高能球磨法制备的纳米块体材料的主要缺点是：晶粒尺寸不均匀，容易引入杂质。但产量高，工艺简单，可制备常规方法难以获得的高熔点的金属或合金纳米材料。非晶晶化法：该方法是用单辊急冷法将金属熔体制成非晶态合金，然后在不同温度下进行退火，使其晶化。随晶化温度上升，晶粒开始长大n 只有那些形核激活能小、而长大激活能大的非晶态合金采用非晶晶化法才能获得塑性较好的纳米晶合金。纳米陶瓷的制备与传统陶瓷基本相同，主要包括纳米粉体制备、陶瓷素坯的成型和纳米陶瓷烧结三个阶段。n 使陶瓷在晶粒不长大或长大很少的前提下实现致密化。烧结方式主要有：1无压烧结 2热压烧结3微波烧结为防止无压烧结过程中晶粒长大，可加入一种或多种稳定剂，使得烧结后晶粒无明显长大，并能获得高致密度纳米陶瓷材料。无压烧结工艺过程是将无团聚的纳米粉末，在室温下模压成块体，然后在一定的温度 下烧结使其致密化。热压烧结与无压烧结相比，其优点是对于未掺杂的纳米粉体，通过应力有助于烧结，可制备较高致密度的纳米陶瓷材料，并且晶粒无明显长大。微波烧结要想使晶粒不过分长大，必须采用快速升温、快速降温的烧结方法。微波烧结的原理是利用在微波电磁场中材料的介质损耗，使陶瓷材料整体加热到烧结温度而实现致密化。第8章 纳米结构的制备与特性纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定的规律构筑或营造的一种新体系。基本构筑单元包括纳米微粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米丝和纳米尺寸的孔洞等。其他还有很多不常见的纳米结构，如纳米笼(Nanocages)、纳米纤维(Nanofiber)、纳米花(Nanoflower)、纳米泡沫(Nanofoam)、纳米网(Nanomesh)，纳米针膜(Nanopin film)，纳米环(Nanoring)、纳米壳(Nanoshell)、纳米线(nanowires)等.从结构形式上可分为： 一维纳米结构，包括纳米丝，纳米管等 二维纳米结构，包括纳米有序薄膜，纳米丝、纳米管的阵列结构； 三维纳米结构，如纳米胶体晶体，纳米笼，纳米花，纳米泡沫，纳米介孔结构等。介孔材料是一种孔径介于微孔（(孔径50nmnm）之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料 。纳米结构的制备自组装法；人工构筑法。 纳米结构组装体系的形成有两个重要条件：一是有足够数量的非共价键或氢键存在，这是因为氢键和范德华力等非共价键很弱，只有足够量的弱键存在，才可能通过协同作用构筑成稳定的纳米结构体系。二是自组装体系能量较低，否则也很难形成稳定的自组装体系。 分子自组装体系主要划分成3个层次： 第一，通过有序的共价键，首先结合成结构复杂的