第四章 超微颗粒粉体表面与界面-2010.ppt

1、第3章超微粒子的表面和界面概述了纳米，是长度单位，单位符号是nm。 1nm=103m=106mm=109m .这表明在l1100毫微米的空间尺度内存在很多特异的性质。 因为这个水平在微观和宏命令之间，所以科学家把这个尺度范围称为“介观”。4.1纳米材料、纳米材料的特征定义：纳米材料是指在三度空间尺寸中至少一维度在纳米级(1-100nm )的尺度范围内或由其构成基本单元的材料。 纳米微粒、纳米结构、纳米复合纳米效应：表面效应(界面与表面的悬挂键)、量子尺寸效应、体积效应、宏命令量子隧道效应、界面相关效应。 当物质尺度达到纳米级时，根据表面电子能级(菲米面)的变化(Kubo效应)，纳米材料具有许多

2、奇异的性能，与专一性具有反常性，能够改性多种多样的材料，用途极为广泛。 上述5个效果是纳米材料的基本特性，使纳米粉和纳米固体表现出许多特异的物理性质、化学性质的纳米材料的基本单位是：零次元：纳米尺寸的粒子一维度：纳米尺寸的棒、碳管、线二次元：空间一维度在纳米级上，如超薄膜、多层膜， 与超点阵对应的是量子点、量子线、量子供水井三次元：纳米晶粒的三次元布摇滾乐材料，copppp表面的原子数变多，并大部分的原子的周围(结晶场)环境和结合能与较大的固体内部原子有很大的不同：表面原子的周围缺乏邻接的原子，有很多悬挂键，且不具有导电性。 金属费米能级附近的电子能级从能级连续向离散能级变化的现象是，通过纳米

3、半导体微粒中存在的不连续的最高能级占分子轨道和最低未占有的分子轨道能级的能隙变宽的2量子尺寸效应、微粒尺寸量子尺寸效应，微粒的磁、光、电， 热及超导性等与宏命令特性不同，例如在银微粒的情况下，如果温度T=1K、d20nm，则Ag纳米粉从导体变化为非金属绝缘体。 纳米CdS的熔点和粒子尺寸的相关系谱图表示数毫微米的CdS熔点为1000K，1.5nm的CdS熔点低于600K，降低至3体积效应，当超微粒的尺寸与光波波长、德布罗伊波长以及超导状态的相干长度和透射深度等物理尺寸同等或在其以下时， 晶体周期性边界条件被破坏的纳米铜晶体的自扩散是传统晶体的1016-1019倍铁磁性物质(5nm )显示极强的

4、顺磁效应惰性的Pt纳米微粒化后的Pt黑在活性极好的催化剂金属纳米微粒之后没有金属光泽，对光显示极强的吸收性， 发现了opticalpropertiesofnanodisksagdifferingbytheirsizesovertherange 20nm to 100n m .4宏命令量子隧道效应、近年来发现了微粒的磁化强度、量子干扰作用解老虎钳中的磁通量等宏命令量限定了录音带、磁盘进行信息存储的时间界限，确立了当前微电子老虎钳进一步细化的界限，五界面效应是由于纳米结构材料中存在大量界面，与单晶材料相比，纳米结构材料具有异常高的扩散速率，产生了蠕变， 在对超塑性等力学性能有显着影响的低温下可以有

5、效掺杂大头针材料，出现可以将不溶金属制成新合金相的超强度、超硬度、超塑性等，纳米铜晶体的自扩散是传统晶体的1016-1019倍，纳米材料的特殊性质，光学性质1 ) 纳米材料的荧光发光峰值蓝移或红移纳米Y2O3:EU3的发光荧光色光谱存在明显的蓝移，从618nm蓝移至610nm。 2 )纳米Al2O3粉体对250 nm以下的紫外光具有强吸收能力3 )纳米TiO2对400 nm以下的紫外光具有强吸收能力4) Fe2O3纳米粉体对600 nm以下的光具有良好的吸收能力。 包括增强磁性催化特性、增强特性润滑特性等4.1.2纳米材料的制备概要、固相法高能球尺磨粉机尺搅拌磨机法振动磨机法、化学方法、液相法

6、、化学沉淀法(均匀沉淀法、共沉淀法)； 水解作用法(醇盐、卤代物)溶胶凝胶法； 水热法、化学法气相法、气溶胶传播法； 激光法等离子体裂解法氧化法、物理法、气相法、某些纳米粉的制备、4.2粉体表面处理技术、超细粒子材料的表面积大、表面能大、活性高、粒子间作用强、易凝聚、易失活等特点，因而对超细粒子材料的研究与应用得到了广泛应用poly aniline/TiO2composite nanotubes，纳米粉的易聚集特性是作为基本单位针织面料建构了以下材料形成了当今纳米科学的主旋律：一维度：纳米棒，微管，线二次元：手指空间一维度在纳米尺度上如超薄膜，多层膜， 支持超点阵的是量子点、量子线、量子供水井

7、的三次元：纳米晶粒的三次元布摇滾乐材料，被称为copper nanocrystals、ZnO、A7 phageZnS nanocrystals，是影响粉体性能的基本要素， 粉末材料的化学成分表面官能化学基表面酸碱性粉末材料的结晶结构：结晶状态、非晶状态、准晶状态粉末材料的形态特征粒径、粒径分布、形状粉末材料的表面张力表面化学位、4.2.1纳米粉体表面改性、纳米材料实用化的关键、改变表面组成、改变表面空间阻碍、改变表面极性的表面电荷、空间角度、 表面能、表面改性、粉体的表面及界面特性的残奥表是比表面积比表面积=形状因子/(密度x平均粒径)表面能=表面张力比表面积官能化学基的种类、数量与比例表面润

8、湿性(浸润角)表面电性能、粉体表面改性方法分类、超微粒的表面改性的方法：表面物理改性、化学改性、(1)表面物理改性：吸附、涂布、包裹或紫外辐射、通过等离子体射线进行的粒子的表面改性、表面吸附改性、TiO2、aad、TiO2表面改性示意图、表面包、吸附包、肽、fige 三氧化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化四氮化流式特征和流式特征(b ) bi

9、ndingtostreptavidin-FITC.(inset : thecorrespondingfluorescentimageswereobtainedusingauvlampwithewavelengthcenter，b .表面沉积例如，如果使真空镀膜、磁控溅射、液相沉积等、TiO2、Ag /Au 3、TiO2、Ag、Ag、Ag、Ag、Ag、Ag、Ag、Ag、Ag、1 )高能量密度等离子体瞬间作用于材料表面，则材料表面会发生局部由此，可以在基材表面形成微晶或非晶质薄膜，目的在于改善材料的表面性能。 2 )通过改变同轴枪支内外电极材料、工作瓦斯气体的种类和工艺残奥表，可获得不同种类和比例

10、的等离子体束，在室温下可制成各种稳定和亚稳相的薄膜，如脉冲高能密度等离子体同轴枪支原理图、250 kW直流电弧等离子体发生器、脉冲激光沉积准分子脉冲激光产生的高功率脉冲激光束聚光作用使营销对象材料的表面产生高温及腐蚀，进而产生高温高压等离子体(T104K )，该等离子体局部膨胀放出，在基板上堆积形成薄膜。 脉冲激光沉积镀膜示意图，优点：镀膜后化学计算比稳定反应快，易于保证生长迅速。 定位效应强、薄膜析像度高、在微观区域的沉积生长过程中可以在insitu中导入多种瓦斯气体的易制多层膜和异质膜在较低温度下在insitu中容易取向一致的结构和外延单晶膜、真空溅射膜、真空镀膜膜的示意图；(1)使用难熔

11、金属()的b .偶联剂法超微粒表面和偶联剂法超微粒表面钛酸酯类化合物、铝酸酯类化合物、锆英石酸酯类化合物、200 C、Si、OH、Si、Cl、Si、o、Si聚合和表面接触项改性方法、c .表面接触项改性方法、偶联剂接触项改性方法、以二氧化硅为例说明接触项改性、二氧化硅的特征及其问题点， 直接填充纳米SiO2存在问题： (1)有机相无机相间的相容性差；(2)难以分散、容易凝聚的纳米SiO2的表面改性，图纳米SiO2的表面态、偶联剂(KH-570 )改性法：共聚格拉夫改性法：二氧化硅表面的其他改性方法、二氧化硅改性后的特征、表面极性用微乳化技术制备稳定的纳米碳酸钙元素分布系统，可以解决原位聚合过程中纳米粉体的凝聚问题.粉体的其他表面改性剂、表面激活剂(络离子型、非络离子型)阴离子型表面活性是具有阴离子亲水性化学基的表面激活剂，即阳络离子表面激活剂与阴络离子表面活性剂正好相反，其亲水基的一端为阳离子，如三甲基铵氯化十六烷基非离子性表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基为主不饱和有机酸油酸oleic acid油酸CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH氢氧化合物及其盐超分散剂、4.3超细粉体的分散性、粉末分散的容易程度决定着加工能量和时间消耗分散粉体的稳定性，并具有储藏稳定性和最终实用性能的凝聚防止、沉降防