第二章-纳米材料及其基本性质

第一，第二章纳米材料及其基本特性，1，2，1，纳米材料的特性，合成，结构及其变异规律和应用的研究。纳米粉体材料及其衍生物的工艺路线结构和性能的关系基础应用等，第一节纳米材料，2，3，2，纳米材料的三维空间中，有最小一维大小小于100nm的材料或具有基本单位构成的特殊功能的材料。分类方法：维度(数)、材料的特性、结构、特性等，3，4，2.1维度，0维度：表示空间的三维尺度中全部在纳米级1维度中：表示空间的二维是纳米级2维度。空间的一维度是在纳米尺度的三维中。纳米固体，纳米粒子组成的体相材料，4，5，2.1维，0维：意味着空间的三维尺度都在纳米尺度上。5，1985年，科尔、科洛特、斯梅里、C60群集发现，也称为巴基，6，1维：空间中二维纳米线纳米棒，6，7，2维：空间中表示一维纳米尺度的7，纳米膜3354纳米膜分为颗粒膜和致密膜颗粒膜，其间有很小的间隙可用：气体催化剂(如汽车尾气处理)材料；过滤材料；平面显示材料；超导材料等。8，3维：由纳米块材料纳米粒子组成的体相材料是由大量纳米粒子组成的三维系统，由界面原子所占比例高的单相粒子组成的纳米相材料；由两个或更多相粒子组成的纳米复合，8，9，1-d，量子线，0-d，量子点，9，10，按材质的特性，结构，材料特定的性能：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电、纳米超导材料应用：纳米电子材料、纳米光电材料、纳米生物材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。10，11，3，纳米粉，超细粉，微米粉(1 100 m)亚微米粉(0.1 1 m)纳米粉(1 100nm)(0.001 0.1，12，特性：1)粒度2)比表面积3)均匀分布4)高表面活性，应用领域：高级涂层新型陶瓷微电子和信息材料添加剂，12，13，纳米粉末示例：纳米金属粉末(Cu)，纳米氧化物(金属)在波长大于800nm的近红外区域，透射率开始下降，波长大于1500nm的红外透射率以近0，17，4，纳米材料的研究内容为基础，系统地研究纳米材料的微观结构，与现有材料比较，找出纳米材料的特殊规律，阐述和表征纳米材料的新概念和理论。开发新的纳米材料。目前纳米材料应用的关键技术问题是如何在大规模准备的质量控制中实现均匀化、分散化、稳定化。根据特性设计各种特殊功能纳米材料。17，18，表面效应小尺寸效应量子尺寸效应宏观量子隧穿效应，第二节纳米材料的基本特性，物理特性，化学性能，表面活性和灵敏度催化剂性能，18，19，1，表面效应，纳米粒子表面原子数与总原子数的比率随着粒子大小的减小而大幅增加，粒子表面能量和表面张力，19，20，由于粒子大小减少而产生的表面效应(纳米粒子)粒子大小减少比表面积粒子大小减少表面原子所占的比例增加表面原子比物质内部原子所占的活性和化学反应性更高，21，表面比物质内部原子所占的比例更高：物质分散程度比表面使用的分布度更多，表示多相分散系统的分散程度，单位质量的物质所具有的表面单位体积，22，23，23，表面原子的比例增加，表面能量增加，t和p的组成恒定，相反，增加表面积以增加dA所需的工作称为表面作用。24，应用，高表面粒子活性-纳米粒子活性*纳米粒子催化剂纳米Ni用作有机加氢催化剂，效率比普通Ni催化剂高10倍*自清洁玻璃：玻璃纳米TiO 2涂层-催化碳氢化合物进一步氧化*汽车尾气净化剂-纳米Fe，Ni和r-Fe 2 oo粒子大小变小导致的宏观物理特性变化称为小尺寸效应。(1)特殊光学特性(2)特殊热特性(3)特殊磁学特性(4)特殊机械特性，25，2，小效应，26，小效应的原因：纳米粒子的大小和光波波长、德布罗姆波长和超导状态的一致长度或透射深度等物理特性大小相当大或相等的时间26，1质量m=0.05 (3199k的子弹，速度v=300m/s移动的德布罗意波长是多少？27，纳米粒子的大比例比表面低的平均配位数，不饱和键和悬浮键增加，使界面极化，扩大吸收频带宽度。在红外场作用下，纳米粒子对红外吸收频率有较宽的分布，导致纳米粒子红外吸收带的光化。1，宽带强吸收，2.1光学特性，27，28，纳米吸收复合高效光热，光电转换材料，28，29，蓝色移动：吸收带在短波方向移动纳米粒子，通常是“蓝色移动”现象的原因：量子大小效应；表面效应，2，蓝色运动和红移现象，29，a，b，c，d，30，3，纳米粒子发光，蝴蝶翅膀的颜色，30，其原因：半导体具有窄的直接转移带隙，因此电子在光的激发下容易转移，产生发光，发光提高活性成分吸收率，更好地吸收产品，更快的效果2。活性成分更准确地作用到皮肤深层3。刺激性和过敏发生的机会大大减少4。较小的容量可以获得更有效的效果，由于少量效应带来的商机的护肤品，32，33，1，纳米粒子熔点物质减少，金纳米粒子的粒度和熔点的关系，2.2热特性，33，34，物质熔点减少程度：T:散装物质熔点(T0)SL:固液界面张力；:密度；H是熔体热。r是粒子大小。纳米粒子熔点下降的原因：融化时所需的内部能量变小了很多，纳米粒子的熔点急剧减少。35，2，纳米粒子的蒸汽压上升。格式：p，P0:分别是纳米粒子和块状物质的蒸汽压；m:摩尔质量；r:气体常数；t:绝对温度，35，36，3，纳米粒子的烧结温度降低。原因：界面具有高能量，烧结中的高界面可以成为原子运动的动力。36，37，4，纳米粒子的结晶温度下降，纳米粒子的生长开始温度随着粒子大小的减小而减少。也就是说，非晶纳米粒子的结晶温度降低。纳米粒子的熔点、起始烧结温度和结晶温度随着粒子大小的减小而明显减少，但蒸汽压却大大增加。，37，38，纳米粒子的小尺寸效应，量子尺寸效应及表面效应等，可以概括为没有现有固体材料的磁性特性超微粒的磁性特性如下。超顺磁矫顽力居里温度降低率，2.3磁力特性，参考：纳米材料和纳米结构/张里德，mou jimma科学出版社2001，38，39，(1)人为力3354纳米粒子的大小高于超净磁临界大小时，一般较高的矫顽力HC将磁化铁磁体的磁感应强度降低到0也就是说，纳米粒子的磁化率不再服从居里1的定律，并且在居里点附近没有明显的突变值。c是居里常数。TC表示居里温度(铁电性在铁电上转换为纯电相相变温度)，40，41，是纳米粒子的其他磁性特性纳米金属Fe(5纳米)饱和磁化比传统-Fe低40%，根据粒子大小比饱和磁化强度减少单晶fenm也就是说，有宽度达到12K的年际温度范围。1988年，日本发现纳米合金Fe-si-bi-Cu(20 50纳米)具有良好的软磁特性，可用作高频转换器，内核消耗量低于200mW/cm3，有效磁导率高于108。如果粒子大小大于100nm，上述软磁特性将消失。Sb一般磁电阻，其 0，顺磁性，41，42，生物导航能力的秘密，乌龟移动蜜蜂飞行磁感细菌，42，43，纳米陶瓷，纳米铜，2.4机械性能超塑性延性，43，44原子中电子的能级量子化：在量子力学中，特定物理量的变化不是连续的，称为量子化。例如：每个元素都有其自己的谱线，例如氢原子和钠原子的个别谱线。45，46，对宏观物体包含无限原子(即导电电子的数量N)。库博公式：水平间距0，费米水平(EF)大粒子或宏观对象水平间距几乎以0 -能量形式存在，46，2。电子级不连续性-库波理论，47，3。纳米粒子的水平分割纳米粒子由于原子数量有限，n值小，所以水平间距具有一定的值，随着n的减小，水平间距增大。也就是说，能量水平分裂。当能量水平间距大于热kBT、静态磁能量0BH、静电能量edE、光子能量HV或超导状态下的冷凝能量时，必须考虑量子尺寸效应，这将导致纳米粒子的磁、光、声、热、电和超导体以及宏观特性发生巨大变化。47，48，4。费米水平，费米-阿特拉克分布函数，48，能量水平间距增大，费米水平附近的电子移动困难，能量间隙扩大，金属导体成为绝缘体。49，49，说明：金属费米水平附近的电子能级通常是连续的。这仅在高温或宏观大小的情况下才成立。通电的电子有限的超微粒子在低温下离散能量水平。50，示例: Ag粒子在1K时出现量子尺寸效果(导体-绝缘体)的临界粒子大小d0，Ag的电子密度：n=6x1022/cm3，h为普朗克常数，6.6310-34J实验表明，纳米Ag具有与绝缘体类似的高电阻。也就是说，纳米Ag同时满足上述两个条件。随着尺度的减小，准连续能带消失，从量子点中完全分离的能量水平出现。52，53，晶体中的无数原子聚集在一起，原子之间的距离非常近，使远离原子核的壳相互堆积的现象称为电子的共价化。原处于相同能量状态的电子会产生微小的能量差异，相应的能量水平是波段，53，5。频带理论，54，*频带禁止：电子可以占用的频带称为允许带，允许频带之间的范围称为禁止带，此范围称为禁止带。充满电子的允许带称为全带，每个能级没有电子的带称为空带，54，55，55，原子价带：原子最外层的电子称为价电子，原子价电子带。导带：原子价带以上的能量最低的允许带称为导带。导带的低能量级别表示为Ec，价带的高能量级别表示为Ev，Ec和Ev之间的能量间距表示为带隙Eg，56，半导体和金属中的原子，粒子和块的带结构。在半导体中，费米能级位于电导率和价带之间，带角决定低能光电特性，带隙光很大程度上取决于粒子的大小。在金属中，费米级别位于导向带的中心，使用导向带的一半(图中的黑色部分)。金属超微粒费米面附近的电子能级转变为离散能级，出现能量间隙。56，57，4，宏观量子隧穿效应，隧穿效应：微粒子具有穿透壁垒的能力。宏观量子隧道效应：微磁化、量子干涉元件磁通量等粒子的宏观物理量也具有称为宏观量子隧道效应的隧道效应。57，测试问题，纳米材料基本物理特性的简要说明？表面效应的概念和原因？举例说明少量效果的应用。纳米材料的线性光学特性主要是什么？58，59，5，纳米粒子的化学性质，1。表面活性和灵敏度，固体火箭的燃料，催化剂；利用表面活性，金属超细晶有望成为下一代高效催化剂和储气材料及低熔点材料。多种传感器，59，60，催化剂