第6讲-纳米材料的组装

第6届纳米材料的组装，6.1引言6.2纳米粒子表面包复6.3纳米结构材料的组装技术6.4核壳结构纳米材料的研究6.5中空结构材料的研究，纳米材料的研究内容不断深入，ZnO纳米粒子、纳米线、纳米棒和纳米带，早期、近年来纳米材料的基本概念不断6.1引言图1.Gd2O3:Eu纳米晶的TEM照片Ref.中国稀土类. 1999，17 (2) :77，fig.6.semimageofmeasureoporousgoldref. j.am.chem.s 9664-9666 fig.2.temimageofznonanowireadv.mater.2001，13 (2) :14 .fig.11.semimageofcarbonnanotubeesref. appl.ph 76(3):68 .图3螺旋棒状亚微米氧化锌Ref.化学通报. 2000、(11):47、(Fig.816nmgold.Ref.高中化学通报. 2001， 22(7):217、fig.4 carbonnanotubesref. mun . 1999 1141-1142、figure 10.stmimageofaperiodicarayofferef. nature.1998、394愚人节61，近年来？ 用包复和组装的方法构建具有特定功能的核壳结构的复合材料，对提高父母性、提高耐候性、降低耐磨性、防止腐蚀、提高稳定性和提高催化剂稳定性的材料赋予特殊的光、电、磁特性，粒子包复后的性能变化、6.2.2包复类型， 6.2.3表面包复技术6.2.4粒子表面包复方法、6.2.5表面包复机制、1 .化学键合作用机制TiO2/SiO2Ti-O-Si2 .静电作用机制SiO2/-Fe2O33 .吸附层介质作用机制Y2O3/聚苯乙烯荧光体Ca0.8Sr0.2S:Eu2 Tm3的表面是在化学键的作用下包复ZnO、Al2O3的示意图，(2)静电相互作用的机制，例如：LBL技术主要采用静电作用的机制，用相反的电荷物质的相互吸引作用完成包复， PS粒子表面被静电作用复盖CdTe的示意图，6.3纳米结构材料的组装技术越来越困难，前途面临着光明的新挑战，6.3.1纳米压印平板印刷技术，优点：可以按人的意愿设计和组装。 缺点：需要高能射线损伤基板的接近极限加工尺寸的昂贵仪器设备。 图.纳米压痕平板印刷技术的工艺示意图. a是金纳米线。 c .银纳米图案ref. chem.rev.1999，99，1823-1848，图Si(110 )面上制作的金纳米线阵列ref. chemical reviews.1999，99 (7) :14，图SiO2薄膜上制作的光学特性ref. science.2000，290336018，122222222222222222222缺点：目前需要难以批量生产的昂贵仪器设备。 6.3.2SPM操纵组装技术，C60算盘，1981年，德国科学家发明扫描隧道显微镜(STM )人类从此可直观观察到一个原子，1990年，IBM公司的科学家表现出令世界震惊的成果， 他们在金属镍表面用36个惰性气体氙原子“IBM”三个英文字母，构成原子转移技术的铜基板上的Fe原子(48个)栅栏，Co/Cu(110 )，是中国科学院化学所的科学技术人员利用纳米加工技术将碳转移到石墨表面而制成的世界最小的中国地图。 这张地图到底有多大，比如说，把这张地图放大成一米见方的中国地图，就相当于把这张地图放大成中国广大领土的面积。 目的：制备纳米器件、阳极氧化铝(anodicaluminiode，AAO )膜聚合物的核孔腐蚀膜纳米孔阵列的玻璃多孔氧化硅，例如MCM-41等其他多孔固体材料等.最常用的模板有：6.3.3模板组装技术、AAO模板(SEM )、图.金属Ni纳米线阵列Ref.物理学报. 1999，48 (s ) : S11-06、Y2O3:Eu3纳米的图碳纳米管阵列的SEM图和组装过程的示意图Ref.Appl.Phys.Lett .1999，76 (3) :68 .图氧化铝模板上组装的C/BN/C同轴纳米电缆的SEM图。 Ref.Chem.Mater .2000，12 (1) :262 .图Fe填充碳纳米管ref.systheicmatales 2002 (128 ) 191-196 . CeO2填充碳纳米管ref.materialsresearchbullin.2002 (37 ) 313-318 . 图用碳纳米管构成的棱柱形成的平面阵列模式SCIENCE1999(283):613-614、纳米阵列系统、图碳纳米管阵列的组装过程的示意图、连接图2个金电极的银线的构筑示意图和AFM图ref.33366 391(19):776，纳米电子的发展前提是开发各种纳米电子器件，首先要解决的问题是在纳米级别上各种元件间及元件与宏电极间的界面连接问题。 纳米电极、纳米线当然是人们追求的目标。 爱尔兰的Ben和Yoseph等人以DNA为模板，在DNA长链上沉积银纳米微粒，制作了连接两金电极的宽100nm、长12um的银导线。 6.3.4介孔组装系统，图聚苯胺组装成介孔MCM-41 ref.science.1994，264 (360 ) :767； 6.3.5自组装技术，优点： 1、合理利用特殊分子结构中包含的各种相互作用，可以得到纳米结构材料。 2、新一代纳米结构器件和分子结构器件组装的基础。形成有胶体Au的自组织体ref.science1996、273:690-1693 .美普度大学：包复于十二烷基硫醇表面的含金的有机试剂被顺畅的高取向热分解石墨、MoS2或SiO2基板滴下。 有机试剂蒸发后，团块之间有较长的力量，建立了密集的自组织长序单层阵列结构。 从该连接的Au集群网络的温度下的电流电压曲线求出的低偏压电导(low-biasconductance )显示了库仑充电行为。 分子自组装得到的Au量子点阵列、分子自组装得到的Au量子点阵列、图由蘑菇的分子集合体自组装成两种纳米结构的配置图，美国伊利诺伊大学： 1997年以蘑菇形态的高分子集合体为结构单元，再自组装成纳米结构的超分子多层膜。 a为“梗-梗抵”，b为“梗-帽抵”。 后者的结构比较稳定。 该纳米结构的超分子薄膜具有特异的物性，首次从红外发现绿色波段光子自发二次谐波现象，Ref.Science，276(1997 )，384 . 量子磁盘Minnesota大学电子工程系统采用纳米压痕光刻技术开发量子磁盘，1997年以一定周期排列直径10nm长40nm的Co棒的纳米棒阵列磁盘，磁盘的尺寸为100nm100nm，存储密度为平方英尺美国的业者现在试着拿到手，预计2006年会到达实用的阶段。 图量子磁盘扫描电子显微镜Ref.中国高新技术产业2000年第6期，纳米结构材料制成的器件不断奇迹，纳米齿轮，纳米轴承，6.4.1研究意义6.4.2国内外研究现状6.4.3发展趋势， 6.4核壳结构纳米材料的研究stuyoncoreshelllstructruematerals大大降低了纳米材料的使用成本，提高了微米材料的使用性能和附加值，解决了纳米粉体难以使用的问题。核壳材料的制造的重要性不仅可以有效地避免单一纳米粒子的凝聚问题，而且可以充分发挥纳米粒子的优异性能，提高其使用效果，具有6.4.1研究意义，Ref.BaiYangetal、macro mol.mater.eng.2003 1 )乳液聚合(SiO2/PS) Ref.ShunchaoGu、TomohiroKondo、andimkiokonnojournloidandinterfacescience 272 (2004 ) 314-320，(1)无机/有机芯壳结构1 .国内外制造核壳结构材料的研究小组2 .核壳结构材料的制造技术6.4.2国内外的研究现状、temimagesofsio2-pmmacsns(a )和SPSNS(b).k.Zhangetal./colloidsandsurfacesa : physicochem.eng.aspects 277 (2 126、412-413、fe2o3 pscore-shellsolvnt-fre 789 metmicrommicghapoonthinelectreleyelecterrootedgoldnanoparticle.thecottingconsistsofamonolayerfthiol1andalternatelayersof ectro lytes，pssandpdadmac.ref.davidi.gittinsandfrankcaruso * adv.mater.2000，12 (24 )，1947，3 )自组织法， 1 )沉积聚合(poly (dv B- 66 )/poly (egdma-co-dv B- 80 ) ) poly (dv B- 66 )/poly (egdma-co-dv B- 80 ) core-shell particles.ref.Wen-huiliandh macro molecules 2000，33， 4364-4360，(2)有机/有机芯-壳结构材料temimagesofpssphereescoatedwithfivealh/pdadmaclayes.a ) uniformlycoatedparticles.b ) highermagnificationimageref.f.caruso et al，adv.mater.2001，13 (10 )，741 )自组织法，Fe2O3包复SiO2Ref.YounanXiaetal，NanoLetters，2002，2 (3) 33333 1 )溶胶-凝胶法，Au/SiO2，Ref.YounanXiaetal，NanoLett .2(7)，2002， 786-788，(3)无机/无机芯壳结构材料Ag纳米粒子表面包复SiO2，Ref.VishwasV.Hardikar，egonmatijevic1journloidandinterfacescience 221，133-136 (2000 )， Au纳米粒子表面包复SiO2Ref.LuisM.Liz-Marzan、Langmuir 1996，12 (18 )、4329-4336、SiO2/AgRef.V.G.Pol、A.Gedankenetal、Langmuir 2002，18，3362-3367，2 )超声波SiO2/AuRef.V.G.Pol，A.Gedanken， andJ.Calderon-Moreno Chem.Mater .16(6)，2003，1111，3 )微乳液法，Ref.A.Hanprasopwattana，S.Srinivasan，A.G.Sault，andA.K.Datye，langmment TiO2on SiO2temmicrographsofag/SiO2nanocompositesformedintheiepal/cyclo hexane/watersystematr ) 4，X)1，and(a)H)100，(b)H)200，and (c ) h JoohoMoon AugustoA.Morrone，JohnJ.Mecholsky，DanielR.Talham，andjamesh.adair * Langmuir 1999，16，4328-4334， 4 )微乳液/Sol-Gel法碳纳米管表面包复s NO2 ref.Wei-qianghananda.zettlnanoletters，2003，3 (6) 681-683，5 ) achemialsoluteroute， 6)Sol-Gel法TEMimageofseveralsilver/siticanoancabaseresteremimmimageofseveralsilicanothebileselectvilyisolvingthirelleverrecolorsingsanammonittion (withpharound 10 ) al，NanoLett .2(4)，2002，427-430， 1 )静电自组装技术temmicrographsofuncoatedprslatices (a ) pslaticespre-coatedwithathreelayerpolyelectrolyteismand fe3o4/PAH (b )， Fe3o4/PAH 4(c )和 Fe3o4