材料物理雙語課件(17)-Chapter 10 Nano-materials

Chapter10Nanomaterials

2021/6/271Chapter10Nanomaterials本章內(nèi)容納米材料的種類納米材料的特性納米材料的制備納米材料的應(yīng)用2021/6/272Chapter10Nanomaterials學(xué)習(xí)目的了解材料的種類了解納米效應(yīng)及其對納米材料性質(zhì)的影響理解納米材料的制備原理及方法了解納米材料的應(yīng)用2021/6/273Chapter10NanomaterialsWhatdoesNanomean?“Nano”–derivedfromanancientGreekword“Nanos”meaningDWARF.

“Nano”=Onebillionthofsomething“ANanometer”=Onebillionthofameter10hydrogenatomsshouldertoshoulder

2021/6/274Chapter10NanomaterialsDefinitionNanomaterials——materialshavingatleastonespatialdimensioninthesizerange1–100nm.納米材料——微觀結(jié)構(gòu)至少在一維方向上受納米尺度（1nm~100nm）調(diào)制的各種固體超細(xì)材料，或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。2021/6/275Chapter10Nanomaterials

2021/6/276Chapter10Nanomaterials納米材料的發(fā)展最早的納米材料：中國古代的銅鏡的保護(hù)層：納米氧化錫中國古代的墨及染料1857年，法拉第制備出金納米顆粒1861年，膠體化學(xué)的的建立1962年，久保(Kubo)提出了著名的久保理論上世紀(jì)七十年代末至八十年代初，開始較系統(tǒng)的研究1985年，Kroto和Smalley等人發(fā)現(xiàn)C601990年7月，在美國巴爾的摩召開第一屆納米科技會議1994年，在波士頓召開的MRS秋季會議上正式提出納米材料工程2021/6/277Chapter10Nanomaterials第一階段（1990年以前）在實驗室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的性能。第二階段（1994年以前）如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計納米復(fù)合材料。第三階段（1994至現(xiàn)在）納米組裝體系。2021/6/278Chapter10Nanomaterials二維指在空間中有一維在納米尺度，如超薄膜、多層膜等按照維數(shù)劃分零維指在空間三維方向均為納米尺度的顆粒、原子團簇等一維指在空間有維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等10.1納米材料的種類2021/6/279Chapter10Nanomaterials原子團簇

atomicclusters介于單個原子與固態(tài)塊體之間的原子集合體，其尺寸一般小于1nm，約含幾個到幾百個原子。“幻數(shù)”個原子穩(wěn)定性氣、液、固態(tài)的并存與轉(zhuǎn)化極大的表面/體積比異常高的化學(xué)活性和催化活性結(jié)構(gòu)的多樣性和排列的非周期性其它奇特性質(zhì)2021/6/2710Chapter10Nanomaterials

Metalnanocrystalsinclosed-shellconfigurationswithmagicnumberofatoms.2021/6/2711Chapter10NanomaterialsTheRelationBetweenthetotalnumberofatomsinFullshell(‘MagicNumber’)clustersandthepercentageofsurfaceatomsFull-shellClustersTotalNumberofAtomsSurfaceAtoms(%)1Shell13922Shells55763Shells147634Shells309525Shells561457Shells1415352021/6/2712Chapter10NanomaterialsStructureofC602021/6/2713Chapter10Nanomaterials納米顆粒

nanoparticles納米顆粒：尺寸為納米量級的超微顆粒一般不具有幻數(shù)效應(yīng)比表面積遠(yuǎn)大于塊體材料導(dǎo)致其電子狀態(tài)發(fā)生突變產(chǎn)生各種納米效應(yīng)2021/6/2714Chapter10NanomaterialsTEMImagesofAuNanoparticles2021/6/2715Chapter10Nanomaterials(a)TEMoverviewimageof11nm

-Fe2O3nanocrystals.Thehighlyuniformparticlesizeleadstotheformationofa2DsupercrystalontheTEMgrid.

TEMoverviewimagesofCoFe2O4nanocrystalswithsphericalmorphologyof(b)5nmand(c)8nm,andofcubicshape,(d)9nmand(e)11nminsize.2021/6/2716Chapter10Nanomaterials一維納米材料Classificationsof1Dnanostructures2021/6/2717Chapter10Nanomaterials質(zhì)輕、高韌性，并具有類似鉆石的楊氏模量，以及特殊的電子傳輸特性，被認(rèn)為是最佳的納米組件材料之一。此外，由于其尖端直徑可達(dá)到1nm，因此也是最佳的納米探針材料。碳納米管

CarbonNanotube(CNT)2021/6/2718Chapter10NanomaterialsSEMimagesofCNT2021/6/2719Chapter10Nanomaterials把碳納米管用作轉(zhuǎn)子的納米馬達(dá)圖像2021/6/2720Chapter10Nanomaterials納米線和納米棒

nanowiresandnanorodsSEMimagesof(a)AlN,(b)GaN,(c)InN;(d)–(f)HREMimagesofAlN,GaNandInNnanowires(doubleheadedarrowindicatescrystallongaxis,andthespacingbetweentwowhitelinesgivesthelatticespacing)2021/6/2721Chapter10NanomaterialsTEMImageofAuNanorodsPreparedbyaSeed-MediatedGrowthMethodAspectRatio=13J.Phys.Chem.B.2001,105,40652021/6/2722Chapter10Nanomaterials TEMimagesofCoPnanorodsofvaryingaspectratiosobtainedusingdifferentratiosofhexadecylamineandtriphenylphosphineoxide.2021/6/2723Chapter10Nanomaterials超晶格

superlattice超晶格材料是兩種不同組元以幾個納米到幾十個納米的薄層交替生長并保持嚴(yán)格周期性的多層膜。用兩種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料交替地生長周期性結(jié)構(gòu)，每層材料的厚度在100nm以下，則電子沿生長方向的運動將會產(chǎn)生振蕩，可用于制造微波器件。2021/6/2724Chapter10Nanomaterials納米超薄膜、納米薄膜與納米涂層

Nanoultra-thinfilms,Nano-filmsandNano-coating納米超薄膜（

Nanoultra-thinfilms）——膜厚處在納米數(shù)量級的薄膜。屬于二維納米材料可通過Langmuir-Blodgett（LB）法、自組裝法（self-assembly，

SA）等制備納米薄膜與納米涂層主要是指含有納米粒子和原子團簇的薄膜、納米級第二相粒子沉積鍍層、納米粒子復(fù)合涂層或多層膜。一般都具有準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)與特征，性能異常。2021/6/2725Chapter10Nanomaterials納米膜材料2021/6/2726Chapter10NanomaterialsTEMimageofanorderedmonolayerofgoldnanocrystals2021/6/2727Chapter10Nanomaterials納米固體材料具有納米特征結(jié)構(gòu)的固體材料稱為納米固體材料。例如，由納米顆粒壓制燒結(jié)而成的三維固體，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為顆粒和界面雙組元原子團簇堆壓成塊體后，保持原結(jié)構(gòu)而不發(fā)生結(jié)合長大反應(yīng)的固體。由原子團簇堆壓成的納米金屬材料具有很大的強度和穩(wěn)定性，以及很強的導(dǎo)電能力，這類材料存在大量晶界，呈現(xiàn)出特殊的機械、電、磁、光和化學(xué)性質(zhì)。2021/6/2728Chapter10NanomaterialsNetshapeformingviaconsolidatednanoparticles2021/6/2729Chapter10Nanomaterials納米復(fù)合材料（Nanocomposites）納米復(fù)合材料——由兩種或兩種以上的固相至少在一維上以納米尺度復(fù)合而成的復(fù)合材料。較常用的分散相有納米顆粒、納米晶須、納米晶片、納米纖維等?；w材料（連續(xù)相）可以是金屬、無機非金屬和有機高分子，可以同樣是納米級的，也可以是常規(guī)材料。2021/6/2730Chapter10NanomaterialsSchematicrepresentationofdifferenttypesoforganic–inorganicandinorganic–organicnanocompositesformation2021/6/2731Chapter10Nanomaterials10.2納米材料的特性

CharacteristicsofNanomaterials納米效應(yīng)小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)納米材料的特殊性質(zhì)當(dāng)粒子的尺寸減小到納米量級，由于納米效應(yīng)而導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱性能呈現(xiàn)新的特性2021/6/2732Chapter10Nanomaterials10.2.1納米效應(yīng)

nanoeffects小尺寸效應(yīng)（Smallsizeeffect）當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(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，周期性的邊界條件將被破壞，聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性均會呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。2021/6/2733Chapter10Nanomaterials表面與界面效應(yīng)

Surfaceandinterfaceeffects納米微粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例。隨著粒徑減小，表面急劇變大，引起表面原子數(shù)迅速增加。表面粒子活性高的原因在于它缺少近鄰配位的表面原子，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。這種表面原子的活性不但引起納米料子表面原子輸送和結(jié)構(gòu)的變化，同時也引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化。2021/6/2734Chapter10Nanomaterials不同晶界厚度時晶界原子數(shù)占總原子數(shù)百分比隨晶粒直徑變化關(guān)系2021/6/2735Chapter10Nanomaterials

如A原子缺少三個近鄰，B、C、D原子各缺少兩個近鄰，E原子缺少一個近鄰，它們均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，近鄰缺位越多越容易與其他原子結(jié)合，說明處于表面的原子(A、B、C、D和E)比處于內(nèi)部的原子的配位有效明顯的減少。2021/6/2736Chapter10Nanomaterials量子尺寸效應(yīng)

Quantumsizeeffect當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象，以及納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級，這些能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)能級間距大于熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時，這時必須要考慮量子尺寸效應(yīng)，這會導(dǎo)致納米微粒磁、光、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性有著顯著的不同。2021/6/2737Chapter10NanomaterialsQuantumsizeeffectBulkMetalUnboundelectronshavemotionthatisnotconfinedCloselyingbandsDecreasingthesize…Electronmotionbecomesconfined,andquantizationsetsinNanoscalemetalSeparationbetweenthevalenceandconductionbandsUnoccupiedstatesoccupiedstatesParticlesize<meanfreepath ofelectrons2021/6/2738Chapter10Nanomaterials宏觀量子隧道效應(yīng)

Macroscopicquantumtunnellingeffect量子隧道效應(yīng)是量子力學(xué)中的微觀粒子所有的特性，即在電子能量低于它要穿過的勢壘高度的時候，由于電子具有波動性而具有穿過勢壘的幾率。宏觀物理量，例如微顆粒的磁化強度，量子相干器件中的磁通量等也顯示隧道效應(yīng)，稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。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。2021/6/2739Chapter10Nanomaterials10.2.2納米材料的特殊性質(zhì)光學(xué)熱學(xué)電學(xué)磁學(xué)力學(xué)化學(xué)特性2021/6/2740Chapter10Nanomaterials（1）光學(xué)性質(zhì)納米顆粒的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)對其光學(xué)特性有很大的影響。主要表現(xiàn)寬頻帶強吸收——大的比表面導(dǎo)致了平均配位數(shù)下降，不飽和鍵和懸鍵增多納米粒子呈黑色、極低反射率藍(lán)移現(xiàn)象量子限域效應(yīng)納米微粒的發(fā)光2021/6/2741Chapter10Nanomaterials寬頻帶強吸收納米粒子呈黑色、極低反射率納米氮化硅、碳化硅及氧化鋁粉末對紅外有一個寬帶吸收譜大的比表面導(dǎo)致了平均配位數(shù)下降，不飽和鍵和懸鍵增多，存在一個較寬的鍵振動模的分布可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，也可以應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。2021/6/2742Chapter10Nanomaterials藍(lán)移現(xiàn)象藍(lán)移——吸收帶移向短波方向。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。表面效應(yīng)。由于納米微粒顆粒小，大的表面張力使晶格畸變，晶格常數(shù)變小，鍵長的縮短導(dǎo)致納米微粒的鍵本征振動頻率增大，結(jié)果使光吸收帶移向了高波數(shù)。

2021/6/2743Chapter10NanomaterialsUV–visabsorptionspectraof9,48,and99nmgoldnanoparticlesinwater2021/6/2744Chapter10Nanomaterials納米微粒的發(fā)光Thesize-dependencyontheopticalpropertiesofCdSenanocrystals.Withdecreasingsize,thefluorescencepeakisshiftedtoshorterwavelengths2021/6/2745Chapter10Nanomaterials（2）熱學(xué)性質(zhì)熔點：納米微粒的表面能高、比表面原子數(shù)多，這些表面原子近鄰配位不全，活性大以及體積遠(yuǎn)小于大塊材料，因此納米粒子熔化時所需增加的內(nèi)能小得多，這就使得納米微粒熔點急劇下降。比熱容和熱膨脹系數(shù)：納米金屬

Cu的比熱容是傳統(tǒng)純Cu的2倍；納米固體Pd的熱膨脹比傳統(tǒng)Pd材料提高1倍；納米Ag作為稀釋致冷機的熱交換器效率比傳統(tǒng)材料高30%2021/6/2746Chapter10NanomaterialsDecreaseinthemeltingpointofgoldnanoparticleswithdecreasingdiameter.

Itshouldbenotedthatthemeltingpointofbulkgoldis1,064?C!2021/6/2747Chapter10Nanomaterials（3）電學(xué)性質(zhì)銀是優(yōu)良的良導(dǎo)體，(10～15)nm的銀微粒電阻突然升高，失去了金屬的特征，變成了非導(dǎo)體。典型的共價鍵結(jié)構(gòu)的氮化硅、二氧化硅等，當(dāng)尺寸達(dá)到(15~20)nm時電阻卻大大下降，用掃描隧道顯微鏡觀察時不需要在其表面導(dǎo)電材料就能觀察到其表面的形貌。2021/6/2748Chapter10Nanomaterials（4）磁學(xué)性質(zhì)納米物質(zhì)當(dāng)其顆粒達(dá)到足夠小時，則呈現(xiàn)出超順磁性。磁性超細(xì)微顆粒具有高的矯頑力。磁性材料進(jìn)入納米尺寸后，磁化率也會發(fā)生明顯變化。納米磁性金屬的磁化率是宏觀狀態(tài)下的

20倍，而飽和磁矩是宏觀狀態(tài)下的1/2。磁性超微顆?！锎帕_盤高矯頑力——制作高貯存密度的磁記錄磁粉超順磁性——制作磁性液體。2021/6/2749Chapter10Nanomaterials鐵磁流體2021/6/2750Chapter10Nanomaterials超順磁狀態(tài)的原因由于在小尺寸下，當(dāng)各向異性能減小到與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不再固定在—個易磁化方向，磁化方向?qū)⒊尸F(xiàn)超起伏，結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)。不同種類的納米磁性微粒顯現(xiàn)超順磁的臨界尺寸是不相同的。2021/6/2751Chapter10Nanomaterials（5）力學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為強度、硬度、韌性的變化。由于納米材料具有很大的界面，而界面的原子序列是相當(dāng)混亂的，這就導(dǎo)致了原子在外力作用下容易遷移，從而使其表現(xiàn)出很強的韌性及延展性。在Al2O3陶瓷材料中加入少量的納米SiC，性能有顯著的提高，抗彎強度由原來的(300~400)MPa提高到(1.0~1.5)GPa，斷裂韌性也提高了40%。晶粒大小為6nm的銅其硬度比粗晶銅高5倍。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。2021/6/2752Chapter10Nanomaterials納米金屬銅的超延展性2021/6/2753Chapter10Nanomaterials（6）化學(xué)特性隨著粒徑減小，表面原子數(shù)迅速增加，表面能增高。由于表面原子增多，原子配位不足及高的表面能，使表面原子有很高的化學(xué)活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。主要表現(xiàn)在催化性能的提高粒徑為

30nm的催化劑可把一般催化劑作用下的有機化學(xué)加氫和脫氫反應(yīng)速度提高15倍。利用納米鎳粉作為火箭固體燃料的反應(yīng)催化劑燃燒效率提高100倍。化學(xué)惰性的Pt制成納米微粒Pt后成為活性極好的催化劑。TiO2——光催化劑。2021/6/2754Chapter10Nanomaterials10.3納米材料的制備

PreparationofNano-materials自上而下自下而上2021/6/2755Chapter10Nanomaterials10.3.1物理方法物理粉碎法高能球磨法、電火花爆炸法、高能氣流粉碎法PVD法惰性氣體蒸發(fā)－凝聚法旋轉(zhuǎn)油面真空沉積法濺射源法2021/6/2756Chapter10Nanomaterials10.3.2化學(xué)方法CVD法關(guān)鍵是在遠(yuǎn)高于熱力學(xué)臨界反應(yīng)溫度條件下反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物迅速生成，形成很高的過飽和蒸氣壓，從而自動凝聚形成大量的晶核。這些晶核在加熱區(qū)不斷長大，聚集成顆粒。由于氣相中的粒子成核及生長的空間增大，制得的產(chǎn)物微粒細(xì)小，形貌均一，具有良好的分散性。反應(yīng)常常在封閉容器中進(jìn)行，保證了粒子具有更高的純度，有利于合成高熔點無機化合物微粒。2021/6/2757Chapter10Nanomaterials2021/6/2758Chapter10Nanomaterials電阻加熱法2021/6/2759Chapter10Nanomaterials激光加熱法2021/6/2760Chapter10Nanomaterials氣相法的一些化學(xué)反應(yīng)2021/6/2761Chapter10Nanomaterials液相沉淀法沉淀的生成要經(jīng)歷成核、生長兩個階段。這兩個階段的相對速率決定了生成粒子的大小和形狀。當(dāng)晶核的形成速率高，而晶核的生長速率低時，可以得到納米分散系。液相沉淀法直接沉淀法均勻沉淀法共沉淀法2021/6/2762Chapter10Nanomaterials成核速率晶核生長速率(s為溶解度，c-s為過飽和度）(D為粒子的擴散系數(shù),d為粒子的表面積,δ為粒子的擴散層厚度)①假定開始時(c-s)/s值很大，形成的晶核很多，因而(c-s)值就會迅速減小，使晶核生長速率變慢，這就有利于膠體的形成；②當(dāng)(c-s)/s值較小時，晶核形成得較少，(c-s)值也相應(yīng)地降低較慢，但相對來說，晶核生長就快了，有利于大粒晶體的生成；③如果(c-s)/s值極小，晶核的形成數(shù)目雖少，但晶核生長速率也非常慢，此時有利于納米微粒的形成。

2021/6/2763Chapter10Nanomaterials沉淀法制備納米材料技巧采用低溫沉淀方法

——提高反應(yīng)物過飽和度；增加了介質(zhì)的粘度（影響粒子在介質(zhì)中的擴散速率）在極低濃度下完成沉淀反應(yīng)

——過飽和度足以引起大量晶核形成，但晶核的生長卻受到溶液中反應(yīng)物濃度的限制在醇介質(zhì)中完成沉淀反應(yīng)

——沉淀劑在醇介質(zhì)中溶解度更小，過飽和度將更大；

——反應(yīng)物電離度較水中要小得多，金屬離子的移動速度也可能 小得多，因而晶核的生長也可能緩慢得多；

——醇的表面張力比水小得多，有利于干燥過程中減弱粒子團聚2021/6/2764Chapter10Nanomaterials直接沉淀法可溶性金屬鹽沉淀劑（酸堿鹽、氣體等）沉淀分離洗滌干燥或煅燒直接沉淀反應(yīng)具有非平衡特點，得到的納米粒子粒徑分布寬，容易團聚，粒子的分散性也較差。2021/6/2765Chapter10Nanomaterials均勻沉淀法可溶性金屬鹽沉淀劑（六次甲基四胺、尿素、硫代乙酰胺、硫尿等）沉淀分離洗滌干燥或煅燒CO(NH2)2+2H2O===CO2+2NH3·H2OMg2++2NH3·H2O===Mg(OH)2+2NH4+Zn2++2NH3·H2O+CO2+H2OZnCO3·2Zn(OH)2+2NH4+

均勻沉淀反應(yīng)具有非平衡或接近平衡的特點，得到的納米粒子密實、粒徑小、分布寬，團聚較少。2021/6/2766Chapter10Nanomaterials共沉淀法沉淀劑混合金屬鹽溶液沉淀劑溶液混合金屬鹽溶液混合金屬鹽溶液沉淀劑順序共沉淀反序共沉淀并流共沉淀

常用于制復(fù)合納米微粒，但因沉淀有先有后而使產(chǎn)物粒度不均勻。

混合鹽中任意金屬離子來說，因沉淀劑過量，其濃度已超過溶度積Ksp，因而產(chǎn)物中各組分分散均勻

沉淀制備的整個過程中各離子的濃度相同，生成的粒子在組成、性質(zhì)、大小、分布上差異較小。2021/6/2767Chapter10Nanomaterials溶膠凝膠(Sol-gel)法

溶膠-凝膠技術(shù)是指金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)相應(yīng)的熱處理而形成氧化物或其它化合物的方法。由于這種方法在材料制備初期就進(jìn)行控制，其均勻性可達(dá)到亞微米級、納米級甚至分子水平。目前，溶膠-凝膠法應(yīng)用范圍十分廣泛，可用于光電材料、磁性材料、催化劑及其載體、生物醫(yī)學(xué)陶瓷及高機械強度陶瓷材料的制備。2021/6/2768Chapter10Nanomaterials溶膠凝膠(Sol-gel)法Sol-gel前驅(qū)體易熱分解無機金屬鹽(硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物等)金屬醇鹽M(OR)nM-OR+H2O→M–OH+ROH

M-OR+M-OH→M-O-M+ROH或M-OH+M-OH→M-O-M+H2O

前驅(qū)體水解形成羥基化合物羥基化合物發(fā)生縮聚反應(yīng)成溶膠水解縮合大分子網(wǎng)狀物重排凝膠納米粉體真空干燥非晶態(tài)納米陶瓷薄膜

涂膜熱處理晶態(tài)納米陶瓷薄膜熱處理2021/6/2769Chapter10Nanomaterials水熱法水熱氧化法（HydrothermalOxidation）將金屬、金屬間氧化物或合金，和高溫高壓的純水、水溶液、有機介質(zhì)反應(yīng)生成新的化合物通式實例2021/6/2770Chapter10Nanomaterials

水熱沉淀法（HydrothermalPrecipitation）在水熱條件下進(jìn)行沉淀反應(yīng)生成新的化合物水熱合成法（HydrothermalSynthesis）：在水熱條件下使兩種以上原料反應(yīng)生成化合物。2021/6/2771Chapter10Nanomaterials

水熱分解法（HydrothermalDecomposition）在水熱條件下分解化合物生成有用的化合物。水熱還原法（HydrothermalReduction）在水熱條件下還原氧化物生成金屬。2021/6/2772Chapter10Nanomaterials微乳液法

Microemulsions/micellesMethod微乳液通常是由表面活性劑、助表面活性劑(通常為醇類)、油類(通常為碳?xì)浠衔?組成的透明的、各向同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液中，微小的“水池”為表面活性劑和助表面活性劑所構(gòu)成的單分子層包圍成的微乳顆粒，其大小在幾至幾十個nm間，這些微小“水池”彼此分離，就是“微反應(yīng)器”+混合破乳固液分離洗滌干燥納米粒子反應(yīng)物1微乳液反應(yīng)物2微乳液反應(yīng)2021/6/2773Chapter10Nanomaterials模板合成法

template-basedsynthesis利用基質(zhì)材料結(jié)構(gòu)中的空隙作為模板進(jìn)行合成，產(chǎn)物的大小及形狀被模板所限制。硬模板分子篩、多孔氧化鋁、以及經(jīng)過特殊處理的多孔高分子薄膜等軟模板由表面活性劑分子聚集而成的膠團、反膠團、囊泡等2021/6/2774Chapter10NanomaterialsPlacemembraneinaqueoussolutionofmetalsaltSputtercopperonbottomM+e-e-M(s)M+(aq)+e-ApplypotentialRemovecopperwithCuCl/HClsolutionDissolvealuminainwarm.5MKOHNanoporousaluminamembraneNanowireSynthesisbyElectrodeposition硬模板實例2021/6/2775Chapter10NanomaterialsFormationof4nm“seed”byreductionofHAuCl4Seed-mediatedgrowthinthepresenceofcetyltrimethylammoniumbromide(CTAB)producesrod-likeAuspheroidsandnanorods+ascorbicacid+ascorbicacidSeed-mediatedgrowthinthepresenceofcetyltrimethyammoniumbromide(CTAB)ofrod-likeAunanoparticlesleadstoAunanorodsSodiumcitrate+NaBH4HAuCl4solutionHAuCl4SolutioninCTABHAuCl4SolutioninCTABCTAB=cetyltrimethylammoniumbromide(asurfactant)SynthesisofAuNanorods軟模板實例2021/6/2776Chapter10Nanomaterials10.3.3納米體的分散及穩(wěn)定化

Dispersion/Stabilizationofnanoparticles納米體易于團聚的原因表面效應(yīng)布朗運動范德華力和氫鍵克服團聚的途徑：對納米粒子進(jìn)行表面改性物理改性化學(xué)改性2021/6/2777Chapter10NanomaterialsStabilizationofNanoclustersAgainstAggregationElectrostaticstabilizationAdsorptionofionstothesurface.CreatesanelectricaldoublelayerwhichresultsinaCoulombicrepulsionforcebetweenindividualparticlesStericStabilizationSurroundingthemetalcenterbylayersofmaterialthatarestericallybulky,Examples:polymers,surfactants,etcd+d+d+d+d+d+d+d+d+d+-----------------------------------+++++++2021/6/2778Chapter10Nanomaterials硅烷偶聯(lián)劑對納米TiO2的表面改性2021/6/2779Chapter10Nanomaterials鈦酸酯偶聯(lián)劑對納米TiO2的表面改性2021/6/2780Chapter10Nanomaterials10.4納米材料的應(yīng)用

ApplicationofNanomaterials力學(xué)方面的應(yīng)用光學(xué)方面的磁學(xué)方面的應(yīng)用應(yīng)用電學(xué)方面的應(yīng)用催化方面的應(yīng)用2021/6/2781Chapter10Nanomaterials2021/6/2782Chapter10NanomaterialsFUTUREAUTOMOBILECarbonnanotubesinwindshields&framestomakethemstrong&lightweightNano-powdersinpaintsforhighgloss&durabilityNanopolymercompositesforlightweighthighresistancebumpersFuelcellswithnano-catalystsandmembranetechnologiesNano-scalemetaloxideceramiccatalyststoalmosteli