納米材料和技術(shù).doc

1.納米材料學(xué)科常用國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)有哪些？每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的代表雜志及代表雜志刊登文章主要內(nèi)容和方向？2.納米材料有哪些主要表征儀器？簡(jiǎn)單介紹主要表征儀器的基本原理？3.碳納米管和富勒烯的制備、性能及其應(yīng)用？4.納米材料的制備方法分類？每種制備方法原理及實(shí)例？ 5.納米材料的主要應(yīng)用及實(shí)例有哪些？ 1 由美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)提供，包括很多關(guān)于化學(xué)分析、研究及環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)方面的全文期刊Analytical Chemistry Biochemistry Chemical &Engineering NewsChemical Health & SafetyChemical Research in ToxicologyCHEMTECHEnvironmental Science &TechnologyInorganic ChemistryJournal of Agricultural and Food ChemistryJournal of the American Chemical SocietyJournal of Medicinal ChemistryJournal of Organic ChemistryThe Journal of Physical Chemistry(B)Todays Chemist at WorkJournals of Biological Chemistry這是一種每周出版的期刊，提供從1995年至今的有關(guān)生物化學(xué)、分子生物學(xué)方面的全文，并提供關(guān)鍵詞檢索功能Internet Journal of Science-Biological Chemistry該期刊涉及化學(xué)的所有方面，特別是分子化學(xué)及計(jì)算機(jī)在分子造型方面的應(yīng)用。Internet Journal of Chemistry由baffalo大學(xué)圖書館搜集的電子期刊，從1998年起，有關(guān)internet在化學(xué)方面的應(yīng)用和網(wǎng)上資源的發(fā)展。Glycoconjugate Journal Online有關(guān)醣酯類、糖蛋白類、蛋白質(zhì)水解等方面的研究。High Performance Polymers高分子聚合體的分析研究。Chem web提供一些工業(yè)專家寫的有關(guān)ChemW的文章Critical Reviews in Analytical Chemistry有關(guān)分析化學(xué)的文章，包含對(duì)這一領(lǐng)域現(xiàn)狀的評(píng)估，采用pdf形式，季刊。Journal of Petroleum Technology直接面向石油工程專業(yè)，有關(guān)石油和天然氣工業(yè)的人力、教育、發(fā)展等方面。Society of Chemical Industry這是一個(gè)包括近6000個(gè)成員的國(guó)際組織，成立于1881年，主要研究應(yīng)用化學(xué)和有關(guān)的科學(xué)，其全文用pdf形式，可下載。Journal of Biochemistry and Molecular Biology也稱為韓國(guó)生物化學(xué)期刊（KBJ）,內(nèi)容按出版年代排列，但其文章都是用pdf 形式，需用Adobe Acrobat Reader 軟件來(lái)讀取。Australian Journal of Plant Physiology這是澳大利亞植物生理學(xué)期刊，每年出版8次，其中包含理論工作和實(shí)驗(yàn)中的研究成果、觀點(diǎn)、文章等。范圍涉及生物化學(xué)、生物物理、遺傳學(xué)、植物與環(huán)境及微生物與環(huán)境的相互作用、分子生物學(xué)等。Proceedings of the National Academy of Science 這是由 National Academy of Science 出版的期刊， Chemistry and Industry Magazine該期刊的主頁(yè)中“Achive”下有按主題分類的文章，包括化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)和食物、生物工藝學(xué)等內(nèi)容。并提供關(guān)鍵詞檢索功能。AnalystAnnual Reports On The Progress Of Chemistry: AAnnual Reports On The Progress Of Chemistry: BAnnual Reports On The Progress Of Chemistry: CChemical BiologyChemical CommunicationsChemical ScienceChemical Society ReviewsChemcial TechnologyChemistry WorldCrystEngCommDalton TransactionsEducation in ChemistryFaraday DiscussionsGreen ChemistryIssues in Environmental Science & TechnologyJAAS Journal of Analytical Atomic SpectrometryJournal of Environmental MonitoringJournal of Materials ChemistryLab On A ChipMolecular BioSystemsNatural Product ReportsNew Journal of ChemistryOrganic & Biomolecular ChemistryPCCP Physical Chemistry Chemical PhysicsPhotochemical & Photobiological SciencesSoft Matter2.3./ScienceDirect是世界著名的學(xué)術(shù)期刊出版商Elsevier公司開發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)上最全面的一個(gè)全文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容涵蓋數(shù)學(xué)、物理、生命科學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、航空航天、工程與能源技術(shù)、地球科學(xué)、天文學(xué)、及經(jīng)濟(jì)、商業(yè)管理、社會(huì)科學(xué)等幾乎所有學(xué)科領(lǐng)域，提供Elsevier公司出版的1,800多種學(xué)術(shù)期刊的檢索和全文，以及其它著名組織和STM出版商的期刊4./Blackwell 出版公司是全球最大的學(xué)協(xié)會(huì)出版商，與世界上 550 多個(gè)學(xué)術(shù)和專業(yè)學(xué)會(huì)合作，出版國(guó)際性期刊 700 余種，其中包含很多非英美地區(qū)出版的英文期刊。它所出版的學(xué)術(shù)期刊在科學(xué)技術(shù)、醫(yī)學(xué)、社會(huì)科學(xué)以及人文科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域享有盛譽(yù)。 Blackwell 擁有自己在線服務(wù)平臺(tái) -Blackwell Synergy 。除少數(shù)幾種刊物外， Blackwell 已將幾乎全部期刊通過(guò) Blackwell Synergy 檢索平臺(tái)提供網(wǎng)上服務(wù)。目前， Blackwell Synergy 檢索平臺(tái)上的全文數(shù)量已超過(guò) 45 萬(wàn)篇。 目前， Blackwell 出版期刊總數(shù)已超過(guò) 700 種，其中理科類期刊占 54% 左右，其余為人文社會(huì)科學(xué)類。涉及學(xué)科包括：農(nóng)業(yè)、動(dòng)物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、商業(yè)經(jīng)濟(jì)、生命科學(xué)、物理學(xué)、人文科學(xué)、藝術(shù)、社會(huì)及行為科學(xué)等。 Blackwell 出版期刊的學(xué)術(shù)質(zhì)量很高，很多是各學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的核心刊物，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，其中被 SCI 收錄的核心期刊有 239 種，被 SSCI 收錄的有 118 種。Wiley InterScience收錄了360多種科學(xué)、工程技術(shù)、醫(yī)療領(lǐng)域及相關(guān)專業(yè)期刊、30多種大型專業(yè)參考書、13種實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)的全文和500多個(gè)題目的Wiley學(xué)術(shù)圖書的全文。期刊具體學(xué)科劃分為：商業(yè)、金融和管理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地球科學(xué)、教育學(xué)、工程學(xué)、法律、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理及心理學(xué) 。表征儀器： 透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡、 X光衍射儀比表面儀、激光拉曼光譜、電子探針、離子探針、俄歇電子譜儀(1)X射線粉末衍射儀（xrd）每一種結(jié)晶物質(zhì)各自都有自己獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，沒有任何兩種結(jié)晶物質(zhì)它們的晶胞大小、質(zhì)點(diǎn)的種類和質(zhì)點(diǎn)在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，當(dāng)X射線通過(guò)晶體時(shí)，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，它們的特征可以用各個(gè)衍射面網(wǎng)的面間距d和衍射線的相對(duì)強(qiáng)度I相來(lái)表征。其中d值與晶胞的大小和形狀有關(guān)，相對(duì)強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)的種類和其在晶胞中的位置有關(guān)。所以可根據(jù)它們來(lái)鑒別物相。物相分析包括物相定性和物相定量分析兩部分內(nèi)容。謝樂爾(Scherrer)公式：n 電鏡觀察的是顆粒度而不是晶粒度。n X射線衍射峰寬化法是測(cè)定晶粒度的最好方法。n 由于位錯(cuò)、微觀應(yīng)力及表面張力，使得晶粒的同指數(shù)晶面間距圍繞平衡狀態(tài)時(shí)的晶面間距d0值有一分布。n 由2dsin=n可知，d減小，增大；反之亦然。n 完整晶體的衍射峰寬度接近零；n 納米粒子某些面間距d的略大略小變化，引起d值分布有一定寬度，晶粒越細(xì)，衍射峰越寬。n 另外，結(jié)晶度低也會(huì)引起衍射峰的寬化。TiO2納米材料晶粒大小測(cè)定n (1)對(duì)于TiO2納米粉體，衍射峰2為21.5時(shí)為(101)晶面。n (2)當(dāng)采用CuK，波長(zhǎng)為0.154nm，衍射角的2為25.30，半高寬為0.375，一般Sherrer常數(shù)取0.89。n (3)根據(jù)Scherrer公式，可以計(jì)算獲得晶粒的尺寸。n (4) D10121.5 nm2）透射電子顯微鏡(tem)當(dāng)高能入射電子束轟擊樣品表面時(shí)，入射電子束與樣品間存在相互作用，有99%以上的入射電子能量轉(zhuǎn)變成樣品熱能，而余下的約1的入射電子能量，將從樣品中激發(fā)出各種有用的信息，主要有： （1)二次電子從距樣品表面l00左右深度范圍內(nèi)激發(fā)出來(lái)的低能電子。50 eV-SEM （2)背散射電子從距樣品表面0.11m深度范圍內(nèi)散射回來(lái)的入射電子，其能量近似入射電子能量。 SEM、低能電子衍射（3)透射電子如果樣品足夠薄(1m以下)。透過(guò)樣品的入射電子為透射電子，其能量近似于入射電子能量。TEM（4)吸收電子殘存在樣品個(gè)的入射電子。吸收電子像：表面化學(xué)成份和表面形貌信息。 （5)俄歇電子從距樣品表面幾深度范圍內(nèi)發(fā)射的并具有特征能量的二次電子。（6)非彈性散射電子入射電子受到原子核的吸引改變方向電子。能量損失譜。原子核(連續(xù)波長(zhǎng)X射線)和核外電子(二次電子和特征X射線)（7)X射線(光子)由于原子的激發(fā)和退激發(fā)過(guò)程，從樣品的原子內(nèi)部發(fā)射出來(lái)的具有一定能量的特征X射線，發(fā)射深度為0.55m范圍。（8)陰極熒光入射電子束發(fā)擊發(fā)光材料表面時(shí)，從樣中激發(fā)出來(lái)的可見光或紅外光。（9)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)自由載流子在半導(dǎo)體的局部電場(chǎng)作用下,各自運(yùn)動(dòng)到一定的區(qū)域積起來(lái),形成凈空間電荷而產(chǎn)生電位差。穿過(guò)樣品的電子會(huì)聚成像當(dāng)一電子束照射在單晶體薄膜上時(shí)，透射束穿過(guò)薄膜到達(dá)感光相紙上形成中間亮斑；衍射束則偏離透射束形成有規(guī)則的衍射斑點(diǎn)。對(duì)于多晶體而言，由于晶粒數(shù)目極大且晶面位向在空間任意分布，多晶體的倒易點(diǎn)陣將變成倒易球。倒易球與愛瓦爾德球相交后在相紙上的投影將成為一個(gè)個(gè)同心圓。 電子衍射結(jié)果實(shí)際上是得到了被測(cè)晶體的倒易點(diǎn)陣花樣，對(duì)它們進(jìn)行倒易變換從理論上講就可知道其正點(diǎn)陣的情況電子衍射花樣的標(biāo)定。3）掃描隧道顯微鏡n 在經(jīng)典力學(xué)中，當(dāng)勢(shì)壘的高度比粒子的能量大時(shí)，粒子是無(wú)法越過(guò)勢(shì)壘的。然而，根據(jù)量子力學(xué)原理，此時(shí)粒子穿過(guò)勢(shì)壘出現(xiàn)在勢(shì)壘另一側(cè)的幾率并不為零。這種現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)。n 隧道效應(yīng)是微觀粒子（如電子、質(zhì)子和中子）波動(dòng)性的一種表現(xiàn)。一般情況下，只有當(dāng)勢(shì)壘寬度與微觀粒子的德布洛意波長(zhǎng)可比擬時(shí)，才可以觀測(cè)到顯著的隧道效應(yīng)。n 須強(qiáng)調(diào)的是，隧穿過(guò)程遵從能量守恒和動(dòng)量（或準(zhǔn)動(dòng)量）守恒定律。在樣品與探針之間加上小的探測(cè)電壓，調(diào)節(jié)樣品與探針間距控制系統(tǒng)，使針尖靠近樣品表面，當(dāng)針尖原子與樣品表面原子距離10時(shí)，由于隧道效應(yīng)，探針和樣品表面之間產(chǎn)生電子隧穿，在樣品的表面針尖之間有一納安級(jí)電流通過(guò)。電流強(qiáng)度對(duì)探針和樣品表面間的距離非常敏感，距離變化1 ，電流就變化一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。4）掃描電子顯微鏡n 顯微鏡能夠清楚地分辨物體上最小細(xì)節(jié)的能力叫分辨本領(lǐng)，一般以能夠清楚地分辨客觀存在的兩點(diǎn)或兩個(gè)細(xì)節(jié)之間的最短距離來(lái)表示。n 分辨本領(lǐng)是顯微鏡最重要的性能指標(biāo)。n 一般情況下，人眼的分辨本領(lǐng)為0.10.2mm，光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)為0.2 um，透射電鏡的分辨本領(lǐng)為34(最佳可近于2或更小)，而掃描電鏡二次電子像的分辨本領(lǐng)一般為60100(最佳可達(dá)30)n 在樣品深度方向可能觀察的程度。n 掃描電鏡觀察樣品的景深最大，光學(xué)顯微鏡景深最小。透射電鏡也具有較大景深。n 2放大倍數(shù)n 掃描電鏡的放大倍數(shù)定義為顯示熒光屏邊長(zhǎng)與入射電子束在樣品上掃描寬度之比。n 、二次電子n 與原子序數(shù)沒有明顯關(guān)系，對(duì)表面幾何形狀敏感。n 突出的尖棱、小粒子和比較陡的斜面二次電子產(chǎn)額較多，(這些部位電子離開表層的機(jī)會(huì)多)亮度大；平面二次電子產(chǎn)額較少，亮度低；深的凹槽雖產(chǎn)生多的二次電子，但不易檢測(cè)到，亮度較暗。n 背散射電子n 成像分辨率低n A形貌襯度n 背散射電子能量高，以直線軌跡溢出樣品表面，背向檢測(cè)器的表面無(wú)法收集電子變成陰影，可以分析凹面樣品。n 其圖象襯度很強(qiáng)，襯度太大會(huì)失去細(xì)節(jié)的層次，不利于分析。因此，BE形貌分析效果遠(yuǎn)不及SE，故一般不用BE信號(hào)。 n B原子序數(shù)襯度n 原子序數(shù)高的區(qū)域電子數(shù)量多，圖像較亮。5）原子力顯微鏡在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，是利用微小探針與待測(cè)物之間交互作用力，來(lái)呈現(xiàn)待測(cè)物的表面之物理特性。6）X-射線光電子能譜EMPA中X射線穿透大，造成分析區(qū)太深。而由于電子穿透小，深層所產(chǎn)生的電子不出現(xiàn)干擾，所以可對(duì)表面幾個(gè)原子層進(jìn)行分析。電磁波使內(nèi)層電子激發(fā)，并逸出表面成為光電子，測(cè)量被激發(fā)的電子能量就得到XPS， 不同元素種類、不同元素價(jià)態(tài)、不同電子層(1s, 2s, 2p等)所產(chǎn)生的XPS不同。被激發(fā)的電子能量可用下式表示： KE = hv - BE ：元素不同，其特征的電子鍵能不同。測(cè)量電子動(dòng)能KE ，就得到對(duì)應(yīng)每種元素的一系列BE-光電子能譜，就得到電子鍵能數(shù)據(jù)。 譜峰強(qiáng)度代表含量，譜峰位置的偏移代表價(jià)態(tài)與環(huán)境的變化-化學(xué)位移。富勒烯的結(jié)構(gòu)和特性：A、六元環(huán)的每個(gè)碳原子均以雙鍵與其他碳原子結(jié)合，形成類似苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，它的鍵不同于石墨中sp2雜化軌道形成的鍵，也不同于金剛石中sp3雜化軌道形成的鍵，是以sp2.28雜化軌道（s成分為30，p成分為70）形成的鍵。單鍵鍵長(zhǎng)為0.145 nm。B、C60的鍵垂直于球面，含有10的s成分，90的p成分，即為s0.1p0.9。雙鍵鍵長(zhǎng)為0.14 nm。C、C60中兩個(gè)鍵間的夾角為106o，鍵和鍵的夾角為101.64o。D、由于C60的共軛鍵是非平面的，環(huán)電流較小，芳香性也較差，但顯示不飽和雙鍵的性質(zhì)，易于發(fā)生加成、氧化等反應(yīng)，現(xiàn)已合成了大量的C60衍生物。富勒烯的應(yīng)用：1. C60依靠分子間力可以形成C60晶體，晶格常數(shù)a=1.4098 nm。C60分子本身不導(dǎo)電；C60晶體中原來(lái)C60分子的HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital )展寬為價(jià)帶，被電子占滿。LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital)展寬為導(dǎo)帶，沒有電子。導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能隙為2.3eV，是一種類似于GaAs的直接能隙半導(dǎo)體，禁帶寬度為1.5 eV, 因此它可能成為繼Si、Ge、GaAs之后的又一種新型半導(dǎo)體材料。2. C60和C70是一種良好的非線性光學(xué)材料。C60和C70都是深色晶狀固體，微溶于通常的有機(jī)溶劑，如苯、甲苯、CS2等，其溶液呈粉紅到紅色，純C60甲苯溶液呈絳紫色，純C70甲苯溶液呈橙黃色。富勒烯溶液具有光限性，當(dāng)光溜量較小時(shí)，溶液透明，超過(guò)閾值強(qiáng)度，不透明，可以用作數(shù)字處理其中的光閾值器件和強(qiáng)光保護(hù)敏感器。3.合成金剛石的理想原料法國(guó)的科學(xué)家雷古埃羅（MNRegueiro）等人發(fā)現(xiàn)，如果在室溫下對(duì)晶體施以20吉帕的快速非靜壓，可將C60瞬間轉(zhuǎn)化為金剛石。這一研究工作的進(jìn)一步開展不僅有助于揭示C60晶體與金剛石結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，而且為人工合成金剛石開辟了一條嶄新的道路。4. 富勒烯雖然是非常穩(wěn)定的分子，但化學(xué)性質(zhì)卻是很活潑的。與苯相似，可以進(jìn)行鹵化反應(yīng)。已經(jīng)制得了C60與氫、鹵素等的加成產(chǎn)物。富勒烯的氫化物由于含有大量的氫且性質(zhì)穩(wěn)定，有可能作為儲(chǔ)氫材料或高能燃料。C60F60（特氟隆球）是一種超級(jí)耐高溫和耐磨材料，被認(rèn)為是比C60更好的潤(rùn)滑劑。5. C60分子間在一定條件下還可以相互結(jié)合成聚合物，形成新的分子團(tuán)簇。美國(guó)加洲大學(xué)的伍德爾（FWudl）設(shè)想將巴基球連成高分子主干，再用其他元素或基團(tuán)取代，可望制得新型高分子材料，從而又派生出一個(gè)充滿陽(yáng)光和希望的有機(jī)高分子化合物新領(lǐng)域。6. 在生理醫(yī)學(xué)方面，還可利用C60內(nèi)部中空來(lái)包裹放射性元素，用于治療癌癥，以減輕放射性物質(zhì)對(duì)健康組織的損害。制備C60常用的方法：采用兩個(gè)石墨碳棒在惰性氣體(He，Ar)中進(jìn)行直流電孤放電，并用碳棒周圍的冷凝板收集揮發(fā)物。這種揮發(fā)物中除了由60個(gè)碳原子構(gòu)成的C60外，還含有C70、C20等其他碳團(tuán)簇。用酸溶去其他的碳團(tuán)簇，從而獲得較純的C60，但往往在C60中還混有C70。研究表明，構(gòu)成碳團(tuán)簇的原子數(shù)(稱為幻數(shù)Magic Number)為20，24，28，32，36，50，60和70的具有高熱力學(xué)穩(wěn)定性，其中又以C60最穩(wěn)定，具有閉合的電子或原子殼層結(jié)構(gòu)。從巴基球發(fā)現(xiàn)到深入研究，人們利用的一直都是來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的人工產(chǎn)物。合成碳納米管的方法電弧放電法 Arc-Charge Method (Iijima)激光燒蝕法 Laser Ablation Method (Smalley) 化學(xué)氣相沉積法 Chemical Vapor Deposition Method 解思深高壓CO轉(zhuǎn)換法 High-pressure CO conversion 工業(yè)已放電弧法該方法是在真空反應(yīng)室中充以一定壓力的惰性氣體，采用面積較大的石墨棒（直徑為20mm） 作陰極，面積較小的石墨棒（直徑為10mm）為陽(yáng)極，如圖。在電弧放電過(guò)程中，兩石墨電極間總是保持1mm的間隙，陽(yáng)極石墨棒不斷被消耗，在陰極沉積出含有NTS、Fullerenes、石墨微粒、無(wú)定形碳和其他形式的碳微粒，同時(shí)在電極室的壁上沉積有由Fullerenes、無(wú)定形碳等碳微粒組成的煙灰n 其關(guān)鍵工藝參數(shù)有：n 電弧電流及電壓、惰性氣體種類及壓力、電極的冷卻速度等。n 電弧電流一般為70200A、放電電壓2040V不等。n 若電弧電流低，有利于NTS生成，但電弧不穩(wěn)定；若電弧電流高，NTS與碳的其他納米微粒融合在一起，且無(wú)定形碳。石墨等雜質(zhì)增多，給其后的純化處理帶來(lái)困難。n 惰性氣體一般用氦氣、氮?dú)?，其最佳壓力?6661Pa，如低于 13332Pa，則幾乎無(wú) NTs生成，即高氣壓低電流有利于生成納米碳管（NTS）。n 開始時(shí)，陰極沉積物中NTS的含量?jī)H為20左右，后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，陰極沉積物中NTS的含量可達(dá)60。n 電弧法制備的一般都是MWNTS，且尺寸小(長(zhǎng)度1um)，更重要的是陰極沉積物沉積時(shí)的溫度太高（電弧能產(chǎn)生高達(dá)4000K的高溫），導(dǎo)致所制備的MWNTS的缺陷多，且與其他的副產(chǎn)物如無(wú)定形碳、納米微粒等雜質(zhì)燒結(jié)于一體，對(duì)隨后的分離和提純不利。n 盡管石墨電弧法有些不足，但到目前為止它仍是制備MWNTS的主要方法，因?yàn)殡娀∵^(guò)程能很方便地產(chǎn)生制備NTS所需要的高溫。碳納米管的性質(zhì)和應(yīng)用. 電學(xué)性質(zhì)碳納米管的性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于直徑和手性，直徑越小，電子的狀態(tài)與sp2差別越大，表現(xiàn)的量子效應(yīng)越明顯。美國(guó)C.T.White教授計(jì)算得出n-m=3q（q為整數(shù)), 碳管為金屬性。其他情況表現(xiàn)半導(dǎo)體性，并且禁帶寬度正比于碳管直徑的倒數(shù)。單臂納米管為金屬性，鋸齒形、手性碳管部分為金屬，部分為半導(dǎo)體性。隨著半導(dǎo)體納米管直徑增加，帶隙變小，在大直徑情況下，帶隙為零，呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。.2.碳納米管具有與金剛石相同的熱導(dǎo)和獨(dú)特的力學(xué)性質(zhì)：熱導(dǎo)在120 K以下隨溫度成平方關(guān)系，120 K以上趨于線性。常溫?zé)釋?dǎo)大約25WKcm (金剛石20)，比熱容在整個(gè)測(cè)量溫區(qū)表現(xiàn)出良好的線性。碳納米管的強(qiáng)度比鋼高100多倍，楊氏模量估計(jì)可高達(dá)5 TPa， (測(cè)量報(bào)道 1.280.59) 這是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料，而比重卻只有鋼的1/6，延伸率為百分之幾，具有好的可彎曲性，單壁納米碳管可承受扭轉(zhuǎn)形變并可彎成小圓環(huán)，應(yīng)力卸除后可完全恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)；壓力不會(huì)導(dǎo)致碳納米管的斷裂。用作復(fù)合材料的增強(qiáng)劑3.納米碳管在平面顯示器的應(yīng)用直徑細(xì)小的碳納米管可以用來(lái)制作極細(xì)的電子槍，在室溫及低于80伏的偏置電壓下，即可獲得0.11微安的發(fā)射電流。開口碳納米管比封閉碳納米管具有更好的場(chǎng)發(fā)射特性。與目前的商用電子槍相比，碳納米管電子槍具有尺寸小、發(fā)射電壓低、發(fā)射密度大、穩(wěn)定性高、無(wú)需加熱和無(wú)需高真空等優(yōu)點(diǎn)，有望在新一代冷陰極平面顯示器中得到應(yīng)用。 4.原子力顯微鏡針尖n 優(yōu)點(diǎn)：納米級(jí)直徑，高的長(zhǎng)徑比，高的機(jī)械柔軟性，電子特性確定。n 分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)行狹縫和深層次探測(cè)。5.化學(xué)傳感器n 由于碳納米管暴露在NO2 和NH3 時(shí)，電導(dǎo)發(fā)生明顯的增加或減小，奠定了在氣體化學(xué)傳感器應(yīng)用的基礎(chǔ)。n Kong. J 等人測(cè)定了SWNT在NO2 和NH3通過(guò)時(shí)，碳納米管電導(dǎo)隨電壓的變化情況。 電導(dǎo) NO2 3個(gè)數(shù)量級(jí)；電導(dǎo) NH3 2個(gè)數(shù)量級(jí) 優(yōu)點(diǎn)：具有響應(yīng)速度快，靈敏度高（較常規(guī)高1000倍），重現(xiàn)性好，室溫操作等。n Science， 2000，287：622-6256.碳納米管儲(chǔ)氫n 碳納米管由于其管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管之間的類石墨層空隙，成為最有潛力的儲(chǔ)氫材料，用于發(fā)展納米管燃料電池。n 美國(guó)國(guó)立可再生能源實(shí)驗(yàn)室采用程序控溫脫附儀測(cè)量單壁納米碳管的載氫量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)在130K、4104 Pa條件下的載氫量為5wt一10wt，并認(rèn)為SWNT是唯一可用于氫燃料電池汽車的儲(chǔ)氫材料。這是世界上關(guān)于碳納米管儲(chǔ)氫的第一篇報(bào)道。nn Nature1997386 (27) 377 379n4 納米材料的制備方法分類：納米材料的制備方法分類：1、根據(jù)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，納米材料的制備方法通常分為兩大類： 物理方法和化學(xué)方法。2、根據(jù)制備狀態(tài)的不同，制備納米材料的方法可以分為氣相法、液相法和固相法等;3、按反應(yīng)物狀態(tài)分為干法和濕法 分類一 物理法：粉碎法：干式粉碎、濕式粉碎 構(gòu)筑法：氣體冷凝法、濺射法、氫電弧等離子體法 化學(xué)法：氣相反應(yīng)法：氣相分解法、氣相合成法、氣固反應(yīng)法 液相反應(yīng)法：沉淀法：共沉淀法、均相沉淀法、水解沉淀法 水熱法 溶膠凝膠法 冷凍干燥法 噴霧法 分類二氣相法：化學(xué)氣相反應(yīng)法：氣相分解法、氣相合成法、氣固反應(yīng)法 物理氣相法：氣體冷凝法、氫電弧的等離子體法、濺射法、真空沉積法、加熱蒸發(fā)法、混合等離子體法液相法：沉淀法：共沉淀法、化合沉淀法、水解沉淀法 水熱法 溶膠凝膠法 冷凍干燥法 噴霧法固相法：粉碎法：干式粉碎、濕式粉碎 熱分解法 固相反應(yīng)法氣體冷凝法的原理整個(gè)過(guò)程是在超高真空室內(nèi)進(jìn)行。通過(guò)分子渦輪使其達(dá)到0.1Pa以上的真空度，然后充人低壓(約2KPa)的純凈惰性氣體(He或Ar，純度為99.9996)。欲蒸的物質(zhì)(例如，金屬，CaF2，NaCl等離子化合物、過(guò)渡族金屬氮化物及易升華的氧化物等)置于坩堝內(nèi)，通過(guò)鎢電阻加熱器或石墨加熱器等加熱裝置逐漸加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生原物質(zhì)煙霧，由于惰性氣體的對(duì)流，煙霧向上移動(dòng)，并接近充液氦的冷卻棒(冷阱，77K)。在蒸發(fā)過(guò)程中，原物質(zhì)發(fā)出的原子與惰性氣體原子碰撞而迅速損失能量而冷卻，在原物質(zhì)蒸氣中造成很高的局域過(guò)飽和，導(dǎo)致均勻的成核過(guò)程，在接近冷卻棒的過(guò)程中，原物質(zhì)蒸氣首先形成原子簇，然后形成單個(gè)納米微粒。在接近冷卻棒表面的區(qū)域內(nèi)，單個(gè)納米微粒聚合長(zhǎng)大，最后在冷卻棒表面上積累起來(lái)。用聚四氟乙烯刮刀刻下并收集起來(lái)獲得納米粉。惰性氣體蒸發(fā)法法制備納米銅粉 實(shí)驗(yàn)原理電阻加熱法制備納米粉體是在真空狀態(tài)及惰性氣體氬氣和氫氣中，利用電阻發(fā)熱體將金屬、合金或陶瓷蒸發(fā)氣化，然后與惰性氣體碰撞、冷卻、凝結(jié)而形成納米微粒。氣相合成一維納米材料、氣-液-固（VLS）生長(zhǎng)機(jī)制VLS生長(zhǎng)機(jī)制的一般要求必須有催化劑的存在，在適宜的溫度下，催化劑能與生長(zhǎng)材料的組元互熔形成液態(tài)的共熔物，生長(zhǎng)材料的組元不斷從氣相中獲得，當(dāng)液態(tài)中熔質(zhì)組元達(dá)到過(guò)飽和后，晶須將沿著固-液界面一擇優(yōu)方向析出，長(zhǎng)成線狀晶體。、氣-固（VS）生長(zhǎng)法在VS過(guò)程中，首先是通過(guò)熱蒸發(fā)、化學(xué)還原、氣相反應(yīng)產(chǎn)生氣體，隨后氣體被傳輸并沉積在基底上。這種方式生長(zhǎng)的晶須經(jīng)常被解釋為以氣固界面上的微觀缺陷為形核中心生長(zhǎng)出一維材料。然而對(duì)大多數(shù)晶須生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，控制其優(yōu)先凝固析出的過(guò)飽和度才是關(guān)鍵，因?yàn)橛泻芎玫淖C據(jù)證明過(guò)飽和度將直接決定晶體生長(zhǎng)的形貌。低的過(guò)飽和度對(duì)應(yīng)晶須的生長(zhǎng)，中等的過(guò)飽和度對(duì)應(yīng)塊狀晶體的生長(zhǎng)，在很高的過(guò)飽和度下通過(guò)均勻形核生成粉體。因此，晶須的尺寸可以通過(guò)過(guò)飽和度、形核的尺寸以及生長(zhǎng)時(shí)間等來(lái)控制氫電弧等離子體法合成機(jī)理：含有氫氣的等離子體與金屬間產(chǎn)生電弧，使金屬熔融，電離的N2、Ar等氣體和H2溶入熔融金屬，然后釋放出來(lái)，在氣體中形成了金屬的超微粒子，用離心收集器或過(guò)濾式收集器使微粒與氣體分離而獲得納米微粒。濺射法制備納米微粒的原理：用兩塊金屬板分別作為陽(yáng)極和陰極，陰極為蒸發(fā)用的材料，在兩電極間充入Ar氣(40250Pa)，兩電極間施加的電壓范圍為0.31.5 kV。由于兩電極間的輝光放電使Ar離子形成，在電場(chǎng)的作用下Ar離子沖擊陰極靶材表面(加熱靶材)，使靶材原子從其表面蒸發(fā)出來(lái)形成超微粒子，并在附著面上沉積下來(lái)流動(dòng)液面上真空蒸鍍法的基本原理:在高真空中蒸發(fā)的金屬原子在流動(dòng)的油面內(nèi)形成超微粒子，產(chǎn)品為含有大量超微粒的糊狀油。高真空中的蒸發(fā)是采用電子束加熱，當(dāng)水冷卻坩堝中的蒸發(fā)原料被加熱蒸發(fā)時(shí)，打開快門、使物質(zhì)蒸發(fā)在旋轉(zhuǎn)的圓盤下表面上，從圓盤中心流出的油通過(guò)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力在下表面上形成流動(dòng)的油膜，蒸發(fā)的原子在油膜中形成了超微粒子。通電加熱蒸發(fā)法 合成機(jī)制：通過(guò)碳棒與金屬相接觸，通電加熱使金屬熔化，金屬與高溫碳素反應(yīng)并蒸發(fā)形成碳化物超微粒子。棒狀碳棒與Si板(蒸發(fā)材料)相接觸，在蒸發(fā)室內(nèi)充有Ar或He氣，壓力為l10 KPa，在碳棒與Si板間通交流電(幾百安培)，Si板被其下面的加熱器加熱，隨Si板溫度上升，電阻下降，電路接通，當(dāng)碳棒溫度達(dá)白熱程度時(shí)，Si板與碳棒相接觸的部位熔化。當(dāng)碳棒溫度高于2473 K時(shí)，在它的周圍形成了SiC超微粒的“煙”，然后將它們收集起來(lái)。爆炸絲法 基本原理是先將金屬絲固定在一個(gè)充滿惰性氣體(5106 Pa)的反應(yīng)室中(見圖)，絲兩端的卡頭為兩個(gè)電極，它們與一個(gè)大電容相連接形成回路，加15kV的高壓，金屬絲在500800 KA電流下進(jìn)行加熱，融斷后在電流中斷的瞬間，卡頭上的高壓在融斷處放電，使熔融的金屬在放電過(guò)程中進(jìn)一步加熱變成蒸氣，在惰性氣體碰撞下形成納米金屬或合金粒子沉降在容器的底部，金屬絲可以通過(guò)一個(gè)供絲系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入兩卡頭之間，從而使上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。 化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)或蒸氣態(tài)的物質(zhì)在氣相或氣固界面上生成固態(tài)沉積物的技術(shù)這種方法主要是通過(guò)有機(jī)高分子熱解獲得納米陶瓷粉體。其原理是利用高純惰性氣作為載氣，攜帶有機(jī)高分子原料，例如六甲基二硅烷進(jìn)入鉬絲爐，溫度為11001400 、氣氛的壓力保持在110 mbar的低氣壓狀態(tài)，在此環(huán)境下原料熱解形成團(tuán)簇進(jìn)一步凝聚成納米級(jí)顆粒最后附著在一個(gè)內(nèi)部充滿液氮的轉(zhuǎn)動(dòng)的襯底上, 經(jīng)刮刀刮下進(jìn)行納米粉體收集，示意圖如圖所示。這種方法優(yōu)點(diǎn)足產(chǎn)量大，顆粒尺寸小，分布窄化學(xué)氣相沉積反應(yīng)原料是氣態(tài)或易于揮發(fā)成蒸氣的固態(tài)物質(zhì)。所用反應(yīng)體系的選擇要符合下面一些基本要求：反應(yīng)易于生成所需要的沉積物而其它副產(chǎn)物保留在氣相排出或易于分離。整個(gè)操作較易于控制。激光制備超細(xì)微粒基本原理是利用反應(yīng)氣體分子(或光敏劑分子)對(duì)特定波長(zhǎng)激光束的吸收，引起反應(yīng)氣體分子激光光解(紫外光解或紅外多光子光解)、激光熱解、激光光敏化和激光誘導(dǎo)化學(xué)合成反應(yīng)，在一定工藝條件下(激光功率密度、反應(yīng)池壓力、反應(yīng)氣體配比和流速、反應(yīng)溫度等)，獲得超細(xì)粒子空間成核和生長(zhǎng)。液相法制備納米微粒 液相法制備納米微粒是將均相溶液通過(guò)各種途徑使溶質(zhì)和溶劑分離，溶質(zhì)形成一定形狀和大小的顆粒，得到所需粉末的前驅(qū)體，熱解后得到納米微粒噴霧干燥法 將金屬鹽水溶液送入霧化器，由噴嘴高速噴入干燥室獲得了金屬鹽的微粒，收集后進(jìn)行焙燒，得到所需要成分的超微粒子。如鐵氧體的超細(xì)微粒制備具體程序是將鎳、鋅、鐵的硫酸鹽的混合水溶液噴霧，獲得了1020 um混合硫酸鹽的球狀粒子，經(jīng)10731273 K焙僥，即可獲得鎳鋅鐵氧體軟磁超微粒子，該粒子是由200 nm的一次顆粒組成霧化水解法 將一種鹽的超微粒子，由惰性氣體載入含有金屬醇鹽的蒸氣室，金屬醇鹽蒸氣附著在超微粒的表面，與水蒸氣反應(yīng)分解后形成氫氧化物微粒，經(jīng)焙燒后獲得氧化物的超細(xì)微粒例如高純Al2O3微?？刹捎么朔ㄖ苽?。具體過(guò)程是將載有氯化銀超微粒(868一923K)的氦氣通過(guò)鋁丁醇鹽的蒸氣，氦氣流速為5002000 cm3/min，鋁丁醇鹽蒸氣室的溫度為