納米材料的合成制備表征及應(yīng)用方面的進展

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1、現(xiàn)代化工進展論文納米材料的合成制備、表征及應(yīng)用等方面的進展姓學班學名：院：級：號：指導(dǎo)教師日期納米材料的合成制備0■、八—1、刖旨1992年國際納米材料會議對納米材料定義如下：一相任一維的尺寸達到lOOnm以下的材料為納米材料⑴。因此，納米材料是由尺度在1?lOOnm的微小顆粒組成的體系，由于獨特的微結(jié)構(gòu)和奇異性能，納米材料引起了科學界的極大關(guān)注，成為世界范圍內(nèi)的研究熱點，其領(lǐng)域涉及物理、化學、生物、微電子等諸多學科。近十幾年來，隨著高尖端技術(shù)的快速發(fā)展，關(guān)于高性能新型納米材料的開發(fā)促使人們対固體微粒的制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用前景進行了廣泛深入的研究隨著物

2、質(zhì)的超微化，納米材料表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的四大效應(yīng)小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)，使得其具有傳統(tǒng)材料所不具備的一系列優(yōu)異的力、磁、電、光學和化學等宏觀特性，從而使其作為一種新型材料在宇航、電子、冶金、化工、生物和醫(yī)學領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，因而使得納米材料的研究成為當今世界材料科學、凝聚態(tài)物理、化學等領(lǐng)域中的一個熱門課題纟習。經(jīng)過最近十多年的研究與探索，現(xiàn)已在納米材料的制備方法、結(jié)構(gòu)表征、物理和化學性能、實際應(yīng)用等方面取得顯著進展。納米材料的研究范圍不斷拓寬，研究成果更是tl新月異,本文僅對納米材料的制備、表

3、征和應(yīng)用方面的進展作簡要介紹。2、納米材料的特性納米材料指的是顆粒尺寸為1?lOOnm的粒子組成的新型材料。由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效應(yīng)，它具有常規(guī)粗晶材料不具備的特殊性能。2.1小尺寸效應(yīng)：當超細微粒的尺寸與光波波長、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或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞；非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學等待性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。例如:光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態(tài)向磁無序態(tài)的轉(zhuǎn)變；超導(dǎo)相向正常相的轉(zhuǎn)變；聲子譜發(fā)生改變等⑹。2.2表面效應(yīng)：納

4、米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相當大的比例。隨著粒徑減小，表面原子數(shù)迅速增加。這是市于粒徑小，表面積急劇變大所致。由于表而原子數(shù)增多，原子配位不足及髙的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其它原子結(jié)合。例如：金屬的納米粒子在空氣中會燃燒，無機的納米?？兆颖┞对诳諝庵袝讲⑴c氣體進行反應(yīng)⑺。2.3量子尺寸效應(yīng)：當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級rh準連續(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)分子軌道和最低軌道能級而使能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)直接解釋了納米粒子特別的熱能、磁

5、能、靜磁能、靜電能、光子能量以及超導(dǎo)態(tài)的凝聚能等一系列的與宏觀特性有著顯著不同的特性⑻。2.4宏觀量子隧道效應(yīng)：微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)了一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效應(yīng),稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及實用都有著重要意義。它限定了磁帶、磁盤進行信息貯存的時間極限⑼。量子尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)將會是未來微電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進一步微化的極限。當微電子器件進一步細微化時,必須要考慮上述的量子效應(yīng)W2.5納米材料奇特的物理性能：2.5.1奇特的

6、光學特性：一是寬頻帶強吸收：納米粒子對光的反射率很低，吸收率很強導(dǎo)致粒子變黑。二是藍移現(xiàn)象：納米微粒的吸收帶普遍向短波方向移動。三是納米微粒出現(xiàn)了常規(guī)材料不出現(xiàn)的新的發(fā)光現(xiàn)象⑴2.5.2擴散及燒結(jié)性能：由于在納米結(jié)構(gòu)材料中有大的界面，這些界面為原子提供了短程擴散途徑。因此，與單晶材料相比，納米結(jié)構(gòu)具有較高的擴散率。較高的擴散率對蠕變、超塑性等力學性能有顯著影響，同時可以在較低的溫度對材料進行有效的摻雜，可以在較低溫度使不混溶金屬形成新的合金相。增強的擴散能力產(chǎn)生的另一個結(jié)果是可以使納米材料的燒結(jié)溫度大大降低u%納米微粒物性的一個最大特點是與顆粒尺寸有很強

7、的依賴關(guān)系。由于納米微粒的小尺寸使其具有了一系列的奇特的物理性質(zhì)，從而給納米材料的應(yīng)用打開了一個廣闊的天地說】。3.納米材料的制備3」納米材料制備方法的現(xiàn)狀自從Gleiter等(1981)首次應(yīng)用惰性氣體凝聚(IGC)結(jié)合原位冷壓成型法在實驗室制備出納米晶體樣品以來，又新提出和發(fā)展了機械研磨法，非晶態(tài)品化法，電沉積法等許多種制備方法。納米材料的制備及合成方法一直是納米材料研究領(lǐng)域的一個很重要的課題。因為制備工藝和過程的研究與控制對超微粒的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能具有重要的影響，所以納米超微粒的制備技術(shù)成為關(guān)鍵制備納米超微粒的途徑大致有兩種：一是粉碎法，即通過機

8、械作用將粗顆粒物質(zhì)逐步粉碎而得；另一種是造粉法，即利用原子、離子或分子通過成核和