納米材料表面

什么是納米(nanometer)？什么是納米結(jié)構(gòu)(nanostructure)？

什么是納米材料(nanomaterial)?什么是納米技術(shù)(nanotechnology)？

什么是納米科學(xué)(nanoscience)？什么是納米科學(xué)技術(shù)(Nano-ST)？基本概念和內(nèi)涵第一頁，共77頁。人高20億納米100萬納米

針頭紅血球分子及DNA1千納米1

納米0.1

納米氫原子Earth1.2x107mInGreek,“nano”meansdwarf納米是一個長度計量單位，1納米=10-9

米。什么是納米(nanometer)？第二頁，共77頁。Earth1.2x107m什么是納米(nanometer)？（2）納米是社會實踐體系

a.掀起廣泛深入的社會實踐活動

b.各國政府紛紛納入戰(zhàn)略規(guī)劃

c.納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實踐社會意義：（1）納米是新的物質(zhì)觀，新的方法論；第三頁，共77頁。什么是納米結(jié)構(gòu)(nanostructure)？

納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑或組裝一種新的體系，它包括一維、二維和三維體系。Inthisdesign,tworigiddiamondoidringsarefusedataquasi-tetrahedraljunctionandsized,throughtheadditionorsubtractionofrepeatsubunitsineachring,toaccommodatetwocarbonnanotubesofdifferentdiameters.ThecrimpingofthenanotubesisaresultofvanderWaalspackingoftherings,afeaturethatcanbeenhancedorremovedbyadjustingtheringsize.(grey=carbon,white=hydrogen,blue=nitrogen,red=oxygen)Inthisdesign,twodiamondoidringsreplacesmallsegmentsofacarbonnanotube,providingalockforathird,largerring.Thelargerringincludesastitch-workofoxygenstocreateanelectron-richinteriorwhoseeffectivecircularvanderWaalspackingjusttouchesthatofthenanotubeframework.Low-frictionbearingassemblywithtwocarbonallotropes

Crimpjunctionsforperpendicularcarbonnanotubescaffolding

第四頁，共77頁。什么是納米材料(nanomaterial)?納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(10-9～10-7m)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料第五頁，共77頁。什么是納米科學(xué)(nanoscience)？在納米尺度上研究材料的制備及其性質(zhì)、現(xiàn)象的科學(xué)。第六頁，共77頁。什么是納米技術(shù)(nanotechnology)？在納米尺寸上對物質(zhì)和材料進行研究處理的技術(shù)稱為納米技術(shù)。納米技術(shù)本質(zhì)上是一種用單個原子、分子制造物質(zhì)的技術(shù)。納米技術(shù)是一門高新技術(shù)，它對21世紀(jì)材料科學(xué)和微型器件技術(shù)的發(fā)展具有重要影響。納米技術(shù)，就是要做到，從小到大，從下到上。要什么東西，將分子、原子搭起來，就是什么東西，原材料浪費為零，能耗降到極低，徹底從技術(shù)上解決了環(huán)保問題。

第七頁，共77頁。

納米技術(shù)是當(dāng)前全球都在談?wù)摰臒衢T話題。所謂納米技術(shù)，是指用數(shù)千個分子或原子制造新型材料或微型器件的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)涉及的范圍很廣，納米材料只是其中的一部分，但它卻是納米技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

牛津大學(xué)材料系目前研究的納米技術(shù)項目有40多個，其中主要的有超細薄膜、碳納米管、納米陶瓷、金屬納米晶體和量子點線等。-------英國牛津大學(xué)材料系納米材料專家保爾·華倫博士接受科技日報記者采訪時說什么是納米技術(shù)(nanotechnology)？第八頁，共77頁。什么是納米科技(Nano-ST)？創(chuàng)造和制備各種新型具有優(yōu)異性能的納米材料設(shè)計、制備各種納米器件和裝置探測分析納米材料,器件的結(jié)構(gòu),性質(zhì)及其相互關(guān)系和機理制造和研究納米尺度（10-9

～10-7m）的器件和材料的科學(xué)技術(shù)。第九頁，共77頁。納米科技將引發(fā)一場新的工業(yè)革命第十頁，共77頁。國家自然科學(xué)基金與納米科技國家自然科學(xué)基金資助“納米”科技項目和經(jīng)費逐年增加

(根據(jù)題目上出現(xiàn)"納米"字樣的部分基金項目的統(tǒng)計結(jié)果)納米科技是一個多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，各科學(xué)部分別從不同角度予以了資助第十一頁，共77頁。納米科技的科學(xué)意義（1）納米科技將促使人類認知的革命;

（2）納米科技將引發(fā)一場新的工業(yè)革命;（3）納米科技是一門綜合性的交叉學(xué)科.師昌緒院士為國家自然科學(xué)基金資助納米科技研究成果展覽題詞

第十二頁，共77頁。納米科技的前景展望材料和制備微電子和計算機技術(shù)環(huán)境和能源醫(yī)學(xué)與健康生物技術(shù)航天和航空國家安全第十三頁，共77頁。納米材料的存在形式第十四頁，共77頁。納米材料的分類第十五頁，共77頁。納米微粒的結(jié)構(gòu)與形貌Al2O3形貌NATUREVol.4371September2005AgAu第十六頁，共77頁。NanofibersNATUREVol.4371September2005第十七頁，共77頁。Nanobelt/nanoribbonZnOSCIENCEVOL2919MARCH2001ZnOMaterialsLetters59(2005)1696–1700第十八頁，共77頁。Nanopeapodhigh-resolution,low-temperaturescanningtunnelingmicroscope(STM)(Science----1February2002)第十九頁，共77頁。NanoringsJACS2005第二十頁，共77頁。Nano-flowers中科院物理所先進材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室李超榮副研究員、張曉娜、表面物理國家重點實驗室曹則賢研究員通過應(yīng)力自組裝在無機體系A(chǔ)g/SiOx微米級的內(nèi)核/殼層結(jié)構(gòu)上成功地獲得了三角格子鋪排和斐波納契數(shù)花樣。研究內(nèi)容以Report形式于2005年8月5日發(fā)表在Science上。文章發(fā)表后在國際上引起了強烈的反響。Nanotechweb和ORFONScience網(wǎng)站當(dāng)天就分別以“應(yīng)變的微結(jié)構(gòu)形成類植物花樣”和“微觀世界的花朵”作了長篇介紹。第二十一頁，共77頁。納米粒子的表征TEM(隧道顯微鏡)Fourbasictypesofnanotechtoolsareavailable:?Visualizationtools,primarilyscanningprobeandelectronmicroscopes;?Measurement(ormetrology)tools,includingspectroscopicandopticsbased;?Fabrication/productiontools,includingnanomanipulatorsandnanolithographicdevices;?Simulation/modelingtools,whichaidinthedesignanddevelopmentofnanotechnologyproducts.第二十二頁，共77頁。SEM(掃描顯微鏡)AFM(原子力顯微鏡)STM(掃描隧道顯微鏡)第二十三頁，共77頁。納米微粒的四大效應(yīng)（1）表面效應(yīng)

是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后引起的性質(zhì)上的變化。（2）量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子尺寸降低到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)榉至⒛芗壓图{米半導(dǎo)體微粒的能隙變寬的現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。第二十四頁，共77頁。納米微粒的四大效應(yīng)（3）小尺寸效應(yīng)

當(dāng)納米粒子尺寸與德布羅意波以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，對于晶體其周期性的邊界條件將被破壞，對于非晶態(tài)納米粒子其表面層附近原子密度減小，這些都會導(dǎo)致電、磁、光、聲、熱力學(xué)等性質(zhì)的變化，這稱為小尺寸效應(yīng)。（4）宏觀量子隧道效應(yīng)

微觀粒子具有穿越勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，故稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。第二十五頁，共77頁。（1）表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后引起的性質(zhì)上的變化。Relationshipbetweentheratioofthesurfaceatomstowholeatomsandparticlesize第二十六頁，共77頁。（2）量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子尺寸極小時，費米能級附近的電子能級將由準(zhǔn)連續(xù)態(tài)分裂為分立能級的現(xiàn)象。量子尺寸效應(yīng)可導(dǎo)致納米顆粒的磁、光、聲、電、熱以及超導(dǎo)電性與同一物質(zhì)原有性質(zhì)有顯著差異，即出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。例如金屬都是導(dǎo)體，但納米金屬顆粒在低溫時，由于量子尺寸效應(yīng)會呈現(xiàn)絕緣性。美國貝爾實驗室發(fā)現(xiàn)當(dāng)半導(dǎo)體硒化鎘顆粒隨尺寸的減小能帶間隙加寬，發(fā)光顏色由紅色向藍色轉(zhuǎn)移。美國伯克利實驗室控制硒化鎘納米顆粒尺寸，所制備的發(fā)光二極管可在紅、綠和藍光之間變化。量子尺寸效應(yīng)使納米技術(shù)在微電子學(xué)和光電子學(xué)地位顯赫。第二十七頁，共77頁。尺寸及形貌導(dǎo)致顏色不同第二十八頁，共77頁。（3）小尺寸效應(yīng)

當(dāng)納米粒子尺寸與德布羅意波以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，對于晶體其周期性的邊界條件將被破壞，對于非晶態(tài)納米粒子其表面層附近原子密度減小，這些都會導(dǎo)致電、磁、光、聲、熱力學(xué)等性質(zhì)的變化，這稱為小尺寸效應(yīng)。隨著納米顆粒尺寸的減小，與體積成比例的能量，如磁各向異性等亦相應(yīng)降低，當(dāng)體積能與熱能相當(dāng)或更小時，會發(fā)生強磁狀態(tài)向超順磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變。當(dāng)顆粒尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子德布羅意波長、超導(dǎo)體的相干長度或透射深度等物理特性尺度相當(dāng)或更小時，其聲、光、電、磁和熱力學(xué)等特性均會呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。將導(dǎo)致光的等離子共振頻移、介電常數(shù)與超導(dǎo)性能發(fā)生變化。第二十九頁，共77頁。（4）宏觀量子隧道效應(yīng)

微觀粒子具有穿越勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，故稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。電子既具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將會是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者說它確立了現(xiàn)存微電子器件進一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應(yīng)。例如，在制造半導(dǎo)體集成電路時，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0.25微米。第三十頁，共77頁。納米微粒的一些奇異特性納米金屬的熔點比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴散速度比在普通材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高１０倍；納米陶瓷的強度和韌性顯著提高納米氧化鋁粉體添加到常規(guī)85瓷、95瓷中，觀察到強度和韌性均提高50％以上；ＴｉＯ２納米材料具有奇特韌性，在１８０℃經(jīng)受彎曲不斷裂；ＣａＦ２納米材料在８０—１８０℃溫度下，塑性提高１００％。第三十一頁，共77頁。納米復(fù)合材料對光的反射度極低，但對電磁波的吸收性能極強，是隱形技術(shù)的突破；納米材料顆粒與生物細胞結(jié)合力很強。催化活性增強以粒徑小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超細微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機物氫化的效率提高到傳統(tǒng)鎳催化劑的10倍。直徑幾十納米的Si3N4納米線的彎曲強度在103Mpa量級，比塊體Si3N4材料高出一個數(shù)量級。納米微粒的一些奇異特性第三十二頁，共77頁。第二節(jié)納米粒子的表面自然界中的納米粒子——塵埃、煙20世紀(jì)初人們已開始用蒸發(fā)法制備金屬及其氧化物的納米粒子20世紀(jì)中期人們探索機械粉碎法使物質(zhì)粒子細化（極限為數(shù)微米）近幾十年來機械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右多種化學(xué)方法（表面活性劑的應(yīng)用）和物理方法的開發(fā)近十年來各種高技術(shù)，如激光技術(shù)、等離子體技術(shù)等的應(yīng)用，使得制備粒度均勻、高純、超細、分散性好的納米粒子成為可能，但問題是如何規(guī)?；谌摚?7頁。第三十四頁，共77頁。物理方法－粉碎法幾種典型的粉碎技術(shù)：球磨、振動球磨、振動磨、攪拌磨、膠體磨、納米氣流粉碎氣流磨一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機和振動磨是磨碎和沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等等。第三十五頁，共77頁。

物料被粉碎時常常會導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在：物理方法－粉碎法1、粒子結(jié)構(gòu)變化，如表面結(jié)構(gòu)自發(fā)的重組，形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或重結(jié)晶。2、粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì)變化，如電性、吸附、分散與團聚等性質(zhì)。3、受反復(fù)應(yīng)力使局部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致物料中化學(xué)組成發(fā)生變化。第三十六頁，共77頁。構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子物理方法－構(gòu)筑法第三十七頁，共77頁。化學(xué)法主要是“自下而上”的方法，即是通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)之間的原子必然進行組排，這種過程決定物質(zhì)的存在狀態(tài)），包括液相、氣相和固相反應(yīng)，從分子、原子出發(fā)制備納米顆粒物質(zhì)?；瘜W(xué)法包括氣相反應(yīng)法和液相反應(yīng)法。氣相反應(yīng)法可分為：氣相分解法、氣相合成法及氣－固反應(yīng)法等液相反應(yīng)法可分為：沉淀法、溶劑熱法、溶膠－凝膠法、反相膠束法等化學(xué)合成方法第三十八頁，共77頁。又稱單一化合物熱分解法。一般是將待分解的化合物或經(jīng)前期預(yù)處理的中間化合物行加熱、蒸發(fā)、分解，得到目標(biāo)物質(zhì)的納米粒子。一般的反應(yīng)形式為：A（氣）→B（固）＋C（氣）↑化學(xué)方法－氣相分解法氣相分解法的原料通常是容易揮發(fā)、蒸汽壓高、反應(yīng)性好的有機硅、金屬氯化物或其它化合物Fe(CO)5(g)Fe(s)+5CO(g)SiH4(g)Si(s)+2H2(g)3[Si(NH)2]Si3N4(s)+2NH3(g)(CH3)4SiSiC(s)+6H2(g)2Si(OH)42SiO2(s)+4H2O(g)第三十九頁，共77頁。通常是利用兩種以上物質(zhì)之間的氣相化學(xué)反應(yīng)，在高溫下合成為相應(yīng)的化合物，再經(jīng)過快速冷凝，從而制備各類物質(zhì)的納米粒子。一般的反應(yīng)形式為：A（氣）＋B（氣）→C（固）＋D（氣）↑激光誘導(dǎo)氣相反應(yīng)化學(xué)方法－氣相合成法3SiH4(g)+4NH3(g)Si3H4(s)+12H2(g)3SiCl4(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+12HCl(g)2SiH4(g)+C2H4(g)2SiC(s)+6H2(g)BCl3(g)+3/2NH3(g)B(s)+3HCl(g)第四十頁，共77頁。沉淀法通常是在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽浼{米粒子的前驅(qū)體沉淀物，再將此沉淀物進行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的納米粒子。存在于溶液中的離子A＋和B－結(jié)合，形成晶核，由晶核生長和在重力的作用下發(fā)生沉降，形成沉淀物。液相反應(yīng)法——沉淀法第四十一頁，共77頁。一般而言，當(dāng)顆粒粒徑成為1微米以上時就形成沉淀。沉淀物的粒徑取決于核形成與核成長的相對速度。即核形成速度低于核成長，那么生成的顆粒數(shù)就少，單個顆粒的粒徑就變大。液相反應(yīng)法——沉淀法沉淀法主要分為：直接沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法、水解沉淀法、化合物沉淀法等第四十二頁，共77頁。例如：1.在Ba，Ti的硝酸鹽溶液中加入草酸沉淀劑后，形成了單相化合物BaTiO(C2H4)2.4H2O沉淀。經(jīng)高溫分解，可制得BaTiO3的納米粒子。在含有多種陽離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子完全沉淀的方法稱為共沉淀法。根據(jù)沉淀的類型可分為單相共沉淀和混合共沉淀。關(guān)鍵在于：如何使組成材料的多種離子同時沉淀？？？?高速攪拌?過量沉淀劑?調(diào)節(jié)pH值沉淀法——共沉淀法第四十三頁，共77頁。液相反應(yīng)法——沉淀法例如：將尿素水溶液加熱到70oC左右，就會發(fā)生如下水解反應(yīng)：(NH2)2CO+3H2O→2NH4OH+CO2該反應(yīng)在內(nèi)部生成了沉淀劑NH4OH。在金屬鹽溶液中加入沉淀劑溶液時，即使沉淀劑的含量很低，不斷攪拌，沉淀劑濃度在局部溶液中也會變得很高。均勻沉淀法是不外加沉淀劑，而是使沉淀劑在溶液內(nèi)緩慢地生成，消除了沉淀劑的局部不均勻性。第四十四頁，共77頁。反應(yīng)的產(chǎn)物一般是氫氧化物或水合物。因為原料是水解反應(yīng)的對象是金屬鹽和水，所以如果能高度精制金屬鹽，就很容易得到高純度的納米粒子。常用的原料有：氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽等無機鹽以及金屬醇鹽。通過配置無機鹽的水合物，控制其水解條件，合成單分散性的球、立方體等形狀的納米粒子。例如對鈦鹽溶液的水解可以使其沉淀，合成球狀的單分散形態(tài)的二氧化鈦納米粒子。通過水解三價鐵鹽溶液，可以得α－Fe2O3納米粒子。無機鹽水解法液相反應(yīng)法——水解沉淀法第四十五頁，共77頁。水熱氧化：mM+nH2O→MmOn+H2水熱沉淀：KF+MnCl2→KMnF2水熱合成：FeTiO3+KOH→K2O.nTiO2水熱還原：MexOy+yH2→xMe+yH2O水熱分解：ZrSiO4+NaOH→ZrO2+Na2SiO3水熱結(jié)晶：Al(OH)3→Al2O3.H2O液相反應(yīng)法——水熱法水熱過程是指在高溫、高壓下在水、水溶液或蒸氣等流體中所進行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱條件能加速離子反應(yīng)和促進水解反應(yīng)。第四十六頁，共77頁。5mL0.02MAgNO3

和5mL0.02MNaCl，加入到30mL蒸餾水中，攪拌生成AgCl膠體，然后0.04g,0.2mmol的葡萄糖溶在上述膠體溶液中，移入內(nèi)襯Teflon的50mL合成彈中，在加熱爐中180°C下保持18小時，空氣中冷卻至室溫，蒸餾水和酒精沖洗銀灰色沉淀，真空60°C干燥2小時。水熱法合成Ag納米粒子SEMimageofsamplesobtainedat180°CafterareactiontimeofA)6h,B)9h,C)12hChem.Eur.J.

2005,11,160-163.第四十七頁，共77頁?；驹硎牵簩⒔饘俅见}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。液相反應(yīng)法——溶膠－凝膠法第四十八頁，共77頁。金屬納米粒子的化學(xué)合成方法Shipway,A.N.;Katz,E.;Willner,I.CHEMPHYSCHM.2000,1,18-52.第四十九頁，共77頁。1.MetalCompound2.Solvents：WaterPolar/Non-polarorganicsolvents3.Reducingagent：Gaseoushydrogen,HydridiccompoundsReducingorganics,e.g.alcohols4.Stabilizers(Stabilizingagents/ligands/cappingagents/passivatingagents):organicligands,surfactants,polymers,polyoxoanions,etal.?preventuncontrollablegrowthofparticles?preventparticleaggregation?controlgrowthrate?controlsparticlesize?allowsparticlesolubilityinvarioussolvents金屬納米粒子的化學(xué)合成方法第五十頁，共77頁。金屬納米粒子的化學(xué)合成方法第五十一頁，共77頁。金屬納米粒子的化學(xué)合成方法(1)第五十二頁，共77頁。(2)(3)第五十三頁，共77頁。A)dictationbytheanisotropiccrystallographicstructureofasolid;B)confinementbyaliquiddropletasinthevapor-liquid-solidprocess;C)directionthroughtheuseofatemplate;D)kineticcontrolprovidedbyacappingreagent;E)self-assemblyof0Dnanostructures;F)size-reductionofa1Dmicrostructure.一維納米材料合成方法Schematicillustrationsofsixdifferentstrategiesthathavebeendemonstratedforachieving1Dgrowth:第五十四頁，共77頁。氣相一維控制生長是目前研究最多的，也是最成熟的一維納米材料的制備方法。但受前驅(qū)體的影響，利用此方法難以得到三元組分化合物以及摻雜化合物。同時，沉積在基底上的納米材料基本上是雜亂無章的，只能用刻蝕的方法預(yù)先獲得圖案狀的基底，隨后沉積得到廣義上的非單分散的陣列。隨著刻蝕技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸實現(xiàn)了單根納米管/線的CVD可控生長。氣相法合成一維納米材料利用氣相生長來制備一維納米材料，一般需要將前驅(qū)體加熱到一定溫度。常見的處理包括直接加熱金屬表面和化學(xué)氣相沉積。第五十五頁，共77頁。氣相生長Cu新鮮表面快速升溫到400~700℃Y.N.Xia,NanoLett.

2002,2,1333.

CuO納米線

第五十六頁，共77頁。CVD制備碳納米管H.J,DaiScience

1999,283,512氣相生長第五十七頁，共77頁。P.D.YangScience2001,292,1897.ZnO納米線第五十八頁，共77頁。設(shè)想存在一個納米尺寸的籠子(納米尺寸的反應(yīng)器)，讓原子的成核和生長在該“納米反應(yīng)器”中進行。在反應(yīng)充分進行后，“納米反應(yīng)器”的大小和形狀就決定了作為產(chǎn)物的納米材料的尺寸和形狀。無數(shù)多個“納米反應(yīng)器”的集合就是模板合成技術(shù)中的“模板”。模板生長

模板法使得納米材料的生長可以按照人們的意愿來進行，產(chǎn)物基本涵蓋了目前可制備的一維納米材料。一些輔助手段保證了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)完整性和形貌可控性，并且很容易獲得良好的納米陣列。第五十九頁，共77頁。二者的共性是都能提供一個有限大小的反應(yīng)空間，區(qū)別在于前者提供的是靜態(tài)的孔道，物質(zhì)只能從開口處進入孔道內(nèi)部，而后者提供的則是處于動態(tài)平衡的空腔，物質(zhì)可以透過腔壁擴散進出。模板的分類軟模板和硬模板

硬模板有多孔氧化鋁、介孔沸石、蛋白、MCM－41、納米管、多孔Si模板、金屬模板以及經(jīng)過特殊處理的多孔高分子薄膜等。軟模板則常常是由表面活性劑分子聚集而成的膠團、反膠團、囊泡等。第六十頁，共77頁。首先是模板與產(chǎn)物的分離比較麻煩，很容易對納米管/線造成損傷；其次，模板的結(jié)構(gòu)一般只是在很小的范圍內(nèi)是有序的，很難在大范圍內(nèi)改變，這就使納米材料的尺寸不能隨意地改變；第三，模板的使用造成了對反應(yīng)條件的限制，為了遷就模板的適用范圍，將不可避免地對產(chǎn)物的應(yīng)用造成影響。缺點：模板生長

第六十一頁，共77頁。模板生長

模板應(yīng)該包含有一維方向上的重復(fù)結(jié)構(gòu)，利用這個重復(fù)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)一維納米結(jié)構(gòu)的可控生長。帶有臺階的基底；準(zhǔn)直孔道的多孔化合物；一維納米材料模板；生物DNA長鏈分子第六十二頁，共77頁。J.R.Heath,Science

2003,300,112

帶有臺階的基底為模板模板生長

第六十三頁，共77頁。貴金屬（Pd、Cu、Ag、Au）金屬氧化物（MoO2、MnO2、Cu2O、Fe2O3）R.MPenner,Science2001,293,2227

模板生長

第六十四頁，共77頁。碳納米管為模板C.M.Lieber,Chem.Mater.1996,

8,2041

模板生長

第六十五頁，共77頁。P.D.Yang,Nature,

2003,422,599

模板生長

第六十六頁，共77頁。生物模板metallizedDNAnetworksofthenanow