納米材料復(fù)習

1、L納米材料的表面效應(yīng)：納米材料微粒的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著納米微粒尺寸 的減小而大幅度增加，粒子表面結(jié)合能隨之增加，從而引起納米微粒性質(zhì)變化的現(xiàn)象。 2.納米材料的光致發(fā)光:指在一定波長光照射下被激發(fā)到高能級激發(fā)態(tài)的電子重新躍回到 低能級被空穴俘獲而發(fā)射出光子的現(xiàn)象。3 .納米產(chǎn)品的制造方式：“自上而下”(top down):是指通過微加工或固態(tài)技術(shù)，不斷在尺寸上將人類創(chuàng)造 的功能產(chǎn)品微型化。如：切割、研磨、蝕刻、光刻印刷等?！白韵露稀?(bottomup):是指以原子分子為基本單元，根據(jù)人們的意愿進行設(shè)計 和組裝，從而構(gòu)筑成具有特定功能的產(chǎn)品，這種技術(shù)路線將減少對原材料的需求，降低環(huán)

2、 境污染。如化學合成、自組裝、定位組裝等。納米材料的光催化性質(zhì)：就是光觸媒在外界可見光的作用下發(fā)生催化作用。光催化一 般是多種相態(tài)之間的催化反應(yīng)。光觸媒在光照條件(可以是不同波長的光照)下所起到 催化作用的化學反應(yīng)，統(tǒng)稱為光反應(yīng)。(1)物理氣相沉積:在低壓的惰性氣體中加熱可蒸發(fā)的物質(zhì)，使之氣化，再在惰性氣氛中 冷凝成納米粒子。(2)化學氣相沉積:是指在遠高于臨界反應(yīng)溫度的條件下，通過化學反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物 蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓，自動凝聚形成大量的晶核，這些晶核不斷長大，聚集成 顆粒，隨著氣流進入低溫區(qū)，最終在收集室內(nèi)得到納米粉體。1納米微粒的藍移和紅移現(xiàn)象：A藍移由于納米粒子的量子尺寸效應(yīng)

3、導(dǎo)致納米微粒的光譜峰值向短波方向移動的現(xiàn)象 例如：納米SiC顆粒和大塊固體的峰值紅外吸收頻率分別是814 cm-1和794 cm-E藍移 了 20 cm-1。納米Si3N4顆粒和大塊固體的峰值紅外吸收頻率分別是949 cm-1和935 cm-1, 藍移了 14 cm-lo納米微粒吸收帶“藍移”的解釋：量子尺寸效應(yīng)由于顆粒尺寸下降能隙變寬，這就導(dǎo)致光吸收帶移向短波方向。Ball等對這種藍移現(xiàn)象給出了普適性的解釋：已被電子占據(jù)分子軌道能級與未被占據(jù)分 子軌道能級之間的寬度(能隙)隨顆粒直徑減小而增大，這是產(chǎn)生藍移的根本原因，這種 解釋對半導(dǎo)體和絕緣體都適用。B 紅移(1)由于納米粒子的表面或界面效

4、應(yīng)引起的光譜峰值向長波方向移動的現(xiàn)象例如，在2001400nm波長范圍，單晶NiO呈現(xiàn)八個光吸收帶。蜂位分別為3.52,3.25.2.95,2.75, 2.15, 1.95, 1.75 和 1.13 eV,納米NiO(粒徑在5484nm范圍)不出現(xiàn)3.52eV的吸收帶，其他7個帶的蜂位分別為3.30, 2.99, 2.78, 2.25, 1.92, 1.72 和 1.03eV,很明顯，前4個光吸收帶相對單晶的吸收帶發(fā)生藍移，后3個光吸收帶發(fā)生紅移(2)吸收光譜的紅移現(xiàn)象的原因：由于表面或界面效應(yīng)，引起納米微粒的表面張力增大， 使發(fā)光粒子所處的環(huán)境變化致使粒子的能級改變，帶隙變窄所引起的。.納米

5、材料的寬頻帶強吸收與實際用途寬頻帶強吸收：當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，便失去了原有的富貴光澤 而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑， 銀白色的鉆(白金)變成舶黑，金屬銘變成銘黑。納米材料對紅外光的吸收譜隨著納米晶粒尺寸減小，紅外吸收峰趨于寬化。原因：隨著 粒徑的減小，納米晶粒的比表面積增大，表面原子所占比例增大，界面原子與內(nèi)層原子 的差異導(dǎo)致了紅外吸收峰的寬化實際應(yīng)用：紅外隱身技術(shù)：在飛機外表面涂上納米超微粒材料，可以有效吸收雷達波， 這就是隱身飛機。高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能，還可能應(yīng)用于紅外敏感元件.溶膠一凝膠法的工藝過程：基本原理是：將

6、金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使 溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分，最后得到無機材料。過程：溶膠的制備；溶膠一凝膠轉(zhuǎn)化；凝膠干燥。(溶膠一凝膠過程根據(jù)原料的種 類可分為有機途徑和無機途徑兩類。)溶膠一凝膠法的優(yōu)缺點如下：化學均勻性好：由于溶膠凝膠過程中，溶膠由溶液制得，故膠粒內(nèi)及膠粒間化學成分 兀生玖。高純度：粉料(特別是多組份粉料)制備過程中無需機械混合。顆粒細：膠粒尺寸小于O.lumo該法可容納不溶性組分或不沉淀組分。不溶性顆粒均勻地分散在含不產(chǎn)生沉淀的組 分的溶液，經(jīng)膠凝化。不溶性組分可自然地固定在凝膠體系中。不溶性組分顆粒越細， 體系化學均勻性越

7、好。烘干后的球形凝膠顆粒自身燒結(jié)溫度低，但凝膠顆粒之間燒結(jié)性差，即體材料燒結(jié)性 不好。凝膠干燥時收縮大。4、自然界的納米現(xiàn)象：“蜜蜂、鴿子、蝴蝶”的羅盤一腹部的磁性納米粒子；(蜜蜂外出時，將花草、樹木等圖像儲存進納米粒子；歸來時，把所儲存的圖像與自己 看到的圖像進行比較和移動，直到這兩個圖像完全一致，它們就可以找回家了)螃蟹的橫行一磁性粒子指南針定位作用的紊亂；(億萬年前，螃蟹并非橫行，其第一對觸角里有幾顆磁性納米粒子，可以定向；后來由 于地球的磁場發(fā)生多次劇烈倒轉(zhuǎn)，螃蟹觸角里的那幾顆磁性納米粒子發(fā)生錯亂，失去了 正確指示方向的功能。)海龜在大海中的巡航一頭部磁性粒子的導(dǎo)航；(磁性納米粒子導(dǎo)航

8、的功能，被大海龜發(fā)揮得淋漓盡致。美國東海岸佛羅里達有一種海 龜，在海邊產(chǎn)卵，當小海龜孵化出來后，就不遠萬里長途跋涉到大西洋的另一側(cè)一靠近 英國附近的島嶼生活。成年的海龜還要回到佛羅里達產(chǎn)卵。歷時5-6年，悠哉游哉，環(huán) 大西洋巡航幾萬公里。)鵝一“白毛浮綠水”(駱賓王七歲)；(鵝在在水中戲耍而毛不會濕，是由于鵝毛排列非常整齊，且毛與毛之間的間隙小到了 納米尺寸，水珠無法穿透。)美麗的藍天上飄著朵朵白云，白云就是納米尺度的小水滴形成的；秋雨剛過，大霧 彌漫，霧也是由于空氣中分散了納米尺度的水滴而形成的；煙、塵也是如此。荷花出污泥而不染：荷葉面具有超疏水及自潔的特性，在超高解析度電子顯微鏡下 可以清

9、晰看到：在荷葉葉面上布滿著一侗挨一侗隆起的“小山包”在山包上面毛 在“山包” 31則又畏出一侗侗饅且期犬的“碉堡”凸1。因此，在“乳突”間的凹陷部份 充瀟著空麻，這樣就在緊貼葉面上形成一層極薄，只有納米級厚的空氣層。這就使得在 尺寸上遠大于這種結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上后，隔著一層極薄的空氣，只能同 葉面上“乳突”的凸1形成幾個點接觸。雨點在自身的表面力作用下形成球狀，水球 在滾動中吸附灰塵，業(yè)潦出葉面，這就是“荷葉效應(yīng)”能自潔葉面的奧妙所在。壁虎飛檐走壁的奧秘：壁虎腳部剛毛組織及單根剛毛與物體表面的黏附.碳納米管的結(jié)構(gòu)和分類結(jié)構(gòu)：納米碳管是由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無縫

10、、中空納 米管，管端的碳帽由五邊形或七邊形網(wǎng)格參與封閉。納米碳管的管壁是由碳原子六邊形 組成的，它可能存在三種類型的結(jié)構(gòu)，即所謂的扶手椅納米管、鋸齒型納米管和手性納米 管。不同類型的納米碳管型的納米碳管的形成取決于碳原子的六角點陣二維石墨片是如 何“卷起來”形成圓筒形的按石墨片層數(shù)分類:多壁納米管和單壁納米管.納米技術(shù)與微電子技術(shù)的主要區(qū)別：納米技術(shù)研究的是以控制單個原子、分子來實現(xiàn)設(shè)備特定的功能，是利用電子的波動性 來工作的；而微電子技術(shù)則主要通過控制電子群體來實現(xiàn)其功能，是利用電子的粒子性 來工作的。7、納米材料的分析測試技術(shù)：透射電子顯微鏡(TEM)構(gòu)造：照明系統(tǒng)、樣品臺、物鏡系統(tǒng)、放大

11、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)以電子束為照明束、磁透鏡聚焦成像(區(qū)別光學顯微鏡：可見光為照明束、玻璃透鏡聚 焦成像)成像過程：從加熱到高溫的鴇絲發(fā)射電子，在高電壓作用下以極快的速度射出，聚光鏡 將電子聚成很細的電子束，射在試樣上；電子束透過試樣后進入物鏡，由物鏡、中間鏡 成像在投影鏡的物平面上，這是中間像；然后再由投影鏡將中間像放大，投影到熒光屏 上，形成最終像。原子力顯微鏡（AFM）工作原理：將一個對微弱力極敏感的彈性微懸臂一端固定，另一端的針尖與樣品表面輕 輕接觸。當針尖尖端原子與樣品表面間存在極微弱的作用力（10-8-10-6N）時，微懸臂會發(fā) 生微小的彈性形變。利用激光將光照射在懸臂的末端，當擺動

12、形成時，會使反射光的位 置改變而造成偏移量，此時激光檢測器會記錄此偏移量，也會把此時的信號給反饋系統(tǒng)， 以利于系統(tǒng)做適當?shù)恼{(diào)整，最后再將樣品的表面特性以影像的方式給呈現(xiàn)出來 掃描方式：恒力掃描：在掃描過程中利用反饋回路保持針尖和樣品之間的作用力恒定， 即保持微懸臂的變形量不變，針尖就會隨表面的起伏上下移動，得到表面形貌的信息。 工作過程中，使AFM的針尖處在排斥力狀態(tài)，此時作用力不變，移動樣品，如表面凹下， 作用力減小，控制系統(tǒng)立即使AFM推動樣品上移。相反，紀錄控制電壓的起伏大 小變化，可知道表面原子的起伏狀態(tài)；恒高掃描：在掃描過程中，不使用反饋回路，保 持針尖與樣品之間的距離恒定，檢測器直

13、接測量微懸臂Z方向的形變量來成像，對于表 面起伏較大的樣品不適用。應(yīng)用：（1）納米材料的形貌測定；（2）生物材料研究；（3）粘彈性材料的表面加工8、納米技術(shù)的應(yīng)用：化工催化領(lǐng)域：聚合氫化反應(yīng)催化劑、炸藥助燃劑、火箭助推劑、食品保鮮劑、潤滑劑、 防紫外線化妝品、靜電屏蔽材料、工業(yè)廢水處理光催化劑； 能源領(lǐng)域：太陽能電池、碳納米管儲氫； 環(huán)保領(lǐng)域：空氣凈化、汽車尾氣處理；功能涂層：紫外線吸收涂層、防靜電涂層、納米塑料和橡膠；生物中應(yīng)用：納米機器人、微小探針技術(shù)、納米人造細胞、治療糖尿病藥、納米止血繃 帶、納米載藥微粒、DNA鑲子、分子馬達、機械牙齒、病毒殺手；納米陶瓷：保潔抗菌陶瓷、醫(yī)用納米陶瓷、納米電子陶瓷、陶