材料化学纳米重点

材料化学纳米重点材料化学纳米重点 1 纳米材料 四大特点 尺寸小 比表面积大 表面能高 表面原子 比例大 四大效应 纳米微粒的基本特征 小尺寸效应 量子尺寸 效应 宏观量子隧道效应 表面效应2 纳米材料 指固体颗粒小到纳 米尺度的超微粒子 也称之为纳米粉 固体和薄膜 纳米材料是 处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域纳米材料特性取决于制备方 法3 纳米材料的机理 纳米材料的表征仪器扫描隧道显微镜STM分辨 能力水平小雨0 1纳米垂直小于0 001纳米当纳米粒子尺寸不断减小 在一定条件下 引起材料宏观物理 化学性质上的变化的现象纳 米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒 径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化纳米微粒尺寸小 表 面大 位于表面的原子占相当大的比例 随着粒径减小 表面急剧变大 引起表面原子数迅速增加 表面粒子活性高的原因在于它缺少近邻配位的表面原子 极不稳定 很容易与其他原子结合 这种表面原子的活性不但引起纳米料子表面原子输送和结构的变化 同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化 4 纳米材料分类原子团簇 纳米颗粒 纳米薄膜 纳米碳管和纳米 固体材料的总称 5 纳米材料面临的问题面临问题粒子的纯度 产率 粒径分布 均 匀性及粒子的可控制性等如何提高产品产率 实现工业化6 化学方 法制备纳米粒子有如下特征 1 固体之间的最小反应单元取决于固体物质粒子的大小 2 反应在接触部位所限定的区间内进行 3 生成相对反应的继续进行有重要影响 制备纳米粒子的化学方法 1 气相化学反应法 2 沉淀法 3 水热合成法 4 喷雾热解法 5 微乳液法纳米材料制备过程的物态分类气相制备方法液相制备 方法固相制备方法7 纳米复合材料分类按基体种类分金属基纳米复 合材料陶瓷基纳米复合材料高分子基纳米复合材料按增强体种类分 颗粒增强纳米复合材料晶须增强纳米复合材料纤维增强纳米复合材 料按复合方式分晶内型晶间型晶内 晶间混合型纳米 纳米型按用途分结构纳米复合材料功能纳米复合材料智能纳米复合 材料8 纳米复合材料的制备 1 溶胶 凝胶法 Sol Gel2原位复合法影响溶胶凝胶生成的因素 溶液的ph值 溶液浓度 反应温度 反应时间9 雷达的工作原理雷达是利用电磁波来工作 的 雷达向空中发射电磁波 电磁波若遇到障碍 如飞机 将被反 射回来 接收到反射回来的电磁波 就可以判断其大致的形状 确定位置根据发射和接收电磁波的时间差 就可以由计算机马上算 出飞机所在方位 隐行飞机用的主要是吸波材料 它的功能是通过吸收 散射和干涉 等多种方式使材料表面的电磁波能量转换成其他形式的能量 从而 减少飞机对电磁波的反射 使雷达很难发现它 第七部分新型功能材料1 产生超导的三个基本临界参量 条件 1临 界温度Tc 外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态 或相反 的温度 以T c表示 Tc值因材料不同而异 已测得超导材料的最低Tc是钨 为0 012K 2临界磁场Hc 使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度 以Hc表 示 Hc与温度T的关系为Hc H0 1 T Tc 2 式中H0为0K时的临界磁场 3临界电流Ic和临界电流密度Jc 通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正 常态 以Ic表示 Ic一般随温度和外磁场的增加而减少 单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度 以Jc表示临界温度Tc 临界磁场Hc 临界电流Jc是约束超导现象的三大临界条件 当温度超过临界温度时 超导态就消失 同时 当超过临界电流或 者临界磁场时 超导态也会消失 三者具有明显的相关性 只有当上述三个条件均满足超导材料本身的临界值时 才能发生超 导现象 2 超导材料的两个特征1零电阻现象2迈斯纳效应 磁体可以悬浮在 超导体上面 3 零电阻现象和迈纳斯效应仅从超导体的零电阻现象 出发 得不到迈斯纳效应 同样 用迈斯纳效应也不能描述零电阻现象 因此 迈斯纳效应和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性 衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零电阻和迈斯 纳效应 超导体是指某种物质冷却到某一温度时电阻突然变为零 同时物质 内部失去磁通成为完全抗磁性的物质 4 超导材料存在的问题 1提高TC2提高JC3超导陶瓷的加工问题4超导 稳定性问题5超导理论6 使用安全问题 磁场屏蔽 5 三中光电效应 1 光电导物质 主要是半导体 受光照而电导率增加的现象 原因半导体吸收光子引起载流子激发 载流子浓度变化 2 光生伏特光照射下 半导体p n结产生电势差的现象 3 光电子发射 外光电效应 金属 或半导体 受光照 电子吸收 光子被激发 激发了的电子有足够能量越过表面势垒 逸出功 从 表面离开 初动能 称为光电子发射 6 电光效应物质的光学特性受电场影响而发生变化的现象统称为电 光效应 如物质折射率受电场影响而发生改变 实质在外电场作用下 构成物质的分子产生极化 使分子的固有电 矩发生变化 从而介质的折射率也就起了变化 一 磁光效应置于磁场中的物体 受磁场影响后其光学特性发生变化 的现象称为磁光效应 3 光磁效应物质受到光照后磁性能发生变化的现象 4 科顿 木顿效应定义在强磁场作用下 一些各向同性的透明磁介 质呈现双折射性的现象 产生原因分子在外磁场作用下产生定向排列所致5 声光效应声波作 用于某些物质之后 该物质光学特性发生改变 这种现象称为声光 效应 7 化学反应储能材料1 结晶水合物2 无机氢氧化物3 多孔蓄热材料4 复合蓄热材料8 相变储能材料储能机理利用材料的比热容或材料温 度的变化 显热 2利用材料物态的转变 相变热 相变过程固固固 液固气气液了解热电效应压电效应热电效应 赛贝克 seebeck 效应 当两种不同金属接触时 它们之间会产生接触电位差 如果两种不同金属形成一个回路时 两个接头的温度不同 则由于 该接头的接触电位不同 电路中会存在一个电动势 因而有电流通 过 电流与热流之间有交互作用存在 其温度梯度不但可以产生热流 还可以产生电流 这是一种热电效应 称为赛贝克效应 其所形成 的电动势 称为赛贝克电动势 珀耳帖 Peltier 效应在赛贝克效应 发现后不久 珀耳帖发现赛贝克效应的逆效应 即当两种金属通过 两个接点组成一回路并通以电流时 会使得一个接头发热而使另一 个接头致冷 这就是珀耳帖效应 由此效应而产生的热称为珀耳帖热 其数值大小既取决于两种材料 的性质 也与通过的电流成正比 即QAB ABI 式中为材料A和B间 的相对珀耳帖系数 通常规定 电流由A流向B时有热吸收的 珀耳帖系数为正 反之为 负 汤姆逊 Thomson 效应汤姆逊效应是基于赛贝克效应和珀耳帖效应 而发现的第三个热电效应 汤姆逊发现 只考虑两个接头处发生的效应是不完全的 还必需同 时考虑沿单根金属线由于其两端温度差而产生