纳米材料的制备组.ppt

纳米材料的制备，班：化学工程学院2008级2班生产组：邓、丁志强、何斌何丹、寇江、李娟、沙莉导师：唐杰、联合是力量之源、人是智慧的摇篮、什么是技术？1.纳米技术的发展2。纳米材料的发展。纳米材料的主要特点和用途。纳米材料的制备方法。一维氢氧化镁纳米材料的制备。氢氧化镁纳米材料进入纳米世界的前景1。纳米技术的发展1。在工业革命之前，大多数人不需要毫米来进行生产和科学研究。此时，人们对世界的理解仍然很肤浅。2.以蒸汽机等机械发明为标志的第一次工业革命将人类的认知提高到了毫米级。3.1959年，被认为是继爱因斯坦之后最有影响力的理论物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费曼教授在加州理工学院发表了题为在底部还有很大空间的演讲。这是关于纳米技术的最早的梦想，当时没有引起足够的关注。20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出纳米技术的想法。1974年，科学家唐尼古驰第一个用纳米技术来描述精密加工。5.德国人迈出了第一步，美国人拉开了序幕。1982年，德国科学家发明了扫描隧道显微镜，这是研究纳米的重要工具。从此，人类可以直观地观察单个原子，从而揭示原子和分子的可视世界，这对推动纳米科技的发展起到了积极的作用。1990年，美国加州的IBM实验室将35个氙原子排列成“IBM”三个字母。总面积只有几平方纳米。人类第一次意识到对单个原子的操纵。纳米技术的序幕已经拉开。1990年7月，第一届国际纳米科技大会在美国巴尔的摩举行，标志着纳米科技的正式诞生。7.1991年，人类发现了碳纳米管。它的质量是同等体积的钢的六分之一，但它的强度是钢的十倍。它已经成为纳米技术研究的热点。8.直到1999年，纳米技术逐渐进入市场，纳米产品的营业额在一年中逐渐增加，仅在1999年就达到500亿美元。其次，纳米材料，在狭义上，所谓纳米材料是原子簇、纳米粒子、纳米线、纳米薄膜、碳纳米管和纳米固体材料的总称。广义而言，所谓的纳米材料是指其微结构(如晶体或晶界)可以达到纳米尺寸的材料。纳米材料的分类纳米材料的结构和纳米材料的分类可大致分为四大类：纳米粉末、纳米纤维、纳米薄膜和纳米块体。狭义上：根据化学成分，可分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米聚合物和纳米复合材料。根据材料性质，可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。根据应用，可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医学材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。(4)按维度可分为零维纳米粒子和原子簇、一维纳米线、纳米棒和纳米管、二维纳米薄膜、纳米涂层和超晶格等。(5)根据结构状态，可分为纳米晶、纳米非晶和纳米准晶材料。纳米粉体，纳米粉体：又称超细粉体或超细粉体，一般指粒径在100纳米以下的粉体或颗粒，是介于原子、分子和宏观物体之间的固态颗粒材料。可用于高密度磁记录材料；吸收隐形材料；磁流体材料；辐射防护材料；单晶硅和精密光学器件的抛光材料：微芯片导热基板和布线材料；微电子包装材料；光电材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元素纳米纤维：指直径为纳米级、长度较大的线性材料。它可用于：微丝、微纤维(未来量子计算机和光子计算机的重要元件)材料；新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜：纳米薄膜分为颗粒薄膜和致密薄膜。颗粒膜是一种纳米粒子通过中间极细的缝隙粘在一起的膜。致密膜是指膜层致密但粒径为纳米的薄膜。可用于：气体催化(如汽车尾气处理)材料；过滤材料；高密度磁记录材料；感光材料；平板显示材料；超导材料等。纳米块体：通过高压形成纳米粉末或控制金属液体结晶而获得的纳米晶体材料。主要用途是：超高强度材料；智能金属材料、纳米材料结构、纳米材料结构包括三个层次：纳米粒子、纳米固体和纳米组装体系。其微观结构中的相具有纳米尺度。各种纳米材料的结构、纳米材料的主要形式、纳米粒子、纳米线、纳米带、纳米薄膜、纳米管、纳米固体材料、3、纳米材料的主要特性及其用途、1)、光学特性、2)、光电催化特性、4)、吸收特性、3)、特有的选择性、5)、光电转换特性、1)、光学特性、纳米材料的光学特性是由它们对太阳光的反射或吸收决定的。纳米粒子显示出奇怪的小尺寸效应和表面界面效应，因为它们的小尺寸为几纳米或十几纳米。例如，纳米金属粉末对电磁波有特殊的吸收作用，可用作军用高性能毫米波隐身材料、红外隐身材料、结构隐身材料和手机辐射屏蔽材料。2)光催化性能，上田等人研究了太阳能引发的纳米材料半导体的微相光电催化反应。这些反应主要集中在H2O光解、CO2、N2固定化、光催化降解污染物和光催化有机合成等方面。3)、纳米材料特有的选择性，因为其不同的粒径，而使材料本身的选择性不同。安波等研究表明，在铂二氧化钛光催化丙炔与水蒸气的反应中，二氧化钛纳米材料的选择性随着粒径的减小而降低。4)、纳米半导体颗粒的吸收特性、强吸收特性使得光生载流子优先与被吸附物质反应，而与溶液中七氢真物质的氧化还原电位的顺序无关。在纳米半导体悬浮系统中，由于其强吸收特性，单位质量的颗粒数量增加。与其他吸附剂相比，吸附效率提高了许多倍，并且不容易达到光吸收饱和的程度。5)、光电转换特性，这种特性，使纳米材料在光电转换中得到充分利用。1991年，Gratzel等人研究了钌三吡啶敏化的纳米二氧化钛PEC电池的优异性能。在模拟太阳光源照射下，其光电转换效率可达12%，光电流密度大于12mA/cm2，是纳米材料的主要应用。医学：具有特定功能的药物是由原子和分子排列而成的；涂有多层纳米粒子的智能药物进入人体后，可以主动寻找并攻击癌细胞或修复受损组织；使用纳米技术的新诊断仪器可以通过少量血液中的蛋白质和DNA来诊断各种疾病。生活：纳米材料多功能塑料由纳米材料制成，具有抗菌、除臭、防腐、抗老化、抗紫外线等功能。可用作电霜和空调外壳中的抗菌除臭塑料。行业：生产存储容量是当前芯片数千倍的纳米材料存储芯片。纳米材料被广泛使用后，计算机可以简化为“掌上电脑”。关键机械零件金属表面纳米粉末涂层可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。在合成纤维树脂中加入纳米二氧化硅、纳米氧化锌和纳米二氧化硅复合粉体材料，可制成具有杀菌、防霉功能的内衣和服装环境：具有独特功能的纳米薄膜将出现在环境科学领域。该膜可检测化学和生物制剂造成的污染，并可过滤这些制剂以消除污染。在其他领域也有许多应用实例。4.纳米材料的制备方法。根据不同的分类标准，制备方法可以有多种分类方法。根据反应环境，可分为液相法、气相法和固相法。根据反应性质，可分为物理制备法、化学制备法和化学物理制备法。不同的制备方法会导致纳米粒子的不同性质和粒径。物理方法、物理制备方法、化学制备方法和化学物理制备方法、液相方法、气相方法和固相方法、物理方法，所谓物理方法，主要是指利用光电技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米粒子，以及球磨、喷雾等。主要是一种机械工艺的制备技术。1.真空冷凝法利用真空蒸发、加热、高频感应等方法气化或形成原料等颗粒，然后将其淬火。它具有纯度高、晶体结构好、粒度可控等特点，但需要较高的技术装备。物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法获得纳米粒子。其特点是操作简单，成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。3.机械球磨法采用球磨法，通过控制合适的条件，获得纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点是操作简单，成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例如，典型的物理方法，实验原理电阻加热法是在真空和惰性气体氩气和氢气中制备纳米粉体。金属、合金或陶瓷通过电阻加热元件蒸发和气化，然后与惰性气体碰撞，冷却和冷凝形成纳米颗粒。蒸发-冷凝法、惰性气体蒸发法制备纳米铜粉的典型装置，原理：两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极作为蒸发材料，在两个电极之间填充氩气(40 250 pa)。由于两极之间的辉光放电，形成氩。在电场的作用下，氩撞击阴极靶的表面，导致靶原子从其表面蒸发，形成超细颗粒，沉积在粘附表面上。建筑方法，建筑方法是从原子或分子的小限度的集合体中人工合成超细粒子、大块物质、原子分子、纳米粒子，如何通过物理方法制造大块物质的原子分子？多少原子或分子可以浓缩成纳米粒子？蒸发离子溅射溶剂分散冷凝冷冻干燥法在油表面惰性气体中或惰性气体化学法中，通过一定的化学反应制备一定粒径和孔径的纳米材料。主要有：(1)化学沉淀法(2)化学还原法(3)溶胶-凝胶法(4)水热法(5)溶剂热合成法(1)化学沉淀法，其特点是简单、纯度低、粒径大，适用于制备氧化物纳米材料。(1)共沉淀向含有各种阳离子的溶液中加入沉淀剂以完全沉淀金属离子的方法称为共沉淀。(2)均匀沉淀法是将一种能缓慢生成沉淀剂的物质加入溶液中，使溶液中的沉淀物均匀出现的方法。(3)多元醇沉淀许多无机化合物可以溶解在多元醇中，因为多元醇具有较高的沸点，可以大于100，所以高温强制水解反应可以用来制备纳米粒子。(4)沉淀转化法该方法通过根据化合物之间溶解度的差异改变沉淀转化剂的浓度、转化温度和表面活性剂来控制颗粒生长并防止颗粒团聚。(2)化学还原法：水溶液还原法使用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(2)多元醇还原法该工艺主要使用金属盐溶解或悬浮在乙二醇、二甘醇和其他醇中。当加热到醇的沸点时，它将与多元醇发生还原反应，生成金属沉淀。纳米粒子可以通过控制反应温度或引入外部成核剂来获得。该方法也是制备微粉的常用方法。例如，粒度小于35纳米的CuRh、g-Ni0.33Fe0.66等。通过用15% H2-85%氩还原金属复合氧化物来制备。(4)碳热还原法的基本原理是以炭黑和二氧化硅为原料，在氮气保护下，在高温炉中进行碳热还原反应，得到微粉，通过控制工艺条件可以得到不同的产品。目前，对Si3N4、SiC粉体和SiC-Si3N4复合粉体的制备进行了大量的研究。(3)溶胶-凝胶法，在常温或接近常温下用水分解金属醇盐溶液，同时发生缩聚反应制备溶胶，进一步反应形成凝胶并进一步固化，然后经过低温热处理得到无机材料。因为加热温度比氧化物的熔化温度低得多，所以被称为低温合成。它也可以被称为玻璃的化学合成，因为它使用化学反应，如水解和缩聚。(4)水热法。水热法是在高压釜内的高温高压反应环境中，以水为反应介质，溶解通常不溶或不溶的物质，反应可以重结晶。水热技术有两个特点，一是它的温度相对较低，二是在一个封闭的容器中，以避免成分的挥发。在水热条件下制备粉末的方法包括：水热结晶法如Al(OH)3Al203H2O水热合成法如FeTiO3 K0HK2OnTiO2水热分解法如ZrSiO4 NaOHZrO2 Na2SiO3水热脱水法水热氧化法典型的反应式：mM10NH2O 3 H2其中M可以是铬，水热还原法例如铁和合金，例如MexOy yH2xMe yH2O，其中Me可以是水热沉淀法例如铜、银等。(5)溶剂热合成法，其中使用有机溶剂(例如苯、醚)代替水作为介质，通过类似于水热合成的原理制备纳米粉末。这种用非水溶剂代替水溶剂的方法不仅扩大了水热技术的应用范围，而且可以实现正常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结构的材料。化学方法的典型例子，(1)通过溶剂热法制备的具有特殊形态的纳米材料，(锆(氢氧化物)2F3 ENH布伦南等的半图像固体化学179(2006)665-670，(a)半图像二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅三氧化硅的大面积化，指示其高产量，和(b)高放大率半图像二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅三氧化硅(2)AAO模板法合成纳米材料，AAO模板法制备纳米材料和纳米结构的工艺流程图，(3)MCM-41的制备，六方介孔分子筛的形成机理，(3)胶束模板电化学法合成金纳米棒，(1)化学物理制备，(2)化学气相沉积，(3)爆炸反应， (4)冷冻干燥法(5)反应球磨法(6)超临界流体干燥法(7)微波辐射法(8)紫外红外辐射分解法，制备五维和一维纳米材料，(1)一维纳米材料不仅包括众所周知的碳纳米管，还包括各种新型非碳纳米管、金属、半导体纳米线和纳米带。 本质上，一维纳米结构的制备是为了研究晶体的线性生长。从气相、液相或固相材料制备晶体通常包括两个基本步骤：成核和生长。当一种物质的组成单位(如