奈米材料學(xué)簡(jiǎn)介

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1、4.奈米材料學(xué)簡(jiǎn)介在奈米尺度下，物質(zhì)中的電子波性以及原子之間的相互作用將受到尺度大小的影響。在這個(gè)尺度時(shí)，物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)完全不同的性質(zhì)與變化。即使不改變材料成分，奈米材料的基本性質(zhì)，諸如熔點(diǎn)、磁性、電學(xué)性能、光學(xué)性能、力學(xué)性能和化學(xué)活性等，都將出現(xiàn)傳統(tǒng)材料大不相同的特性，而呈現(xiàn)出傳統(tǒng)模式和理論無(wú)法解釋的獨(dú)特性能。14.1奈米材料製程將奈米超微顆粒的製造進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類(lèi)，可分為下列兩種方法：物理製造方法化學(xué)製造方法。24.1.1奈米超微顆粒的物理製造方法物理製造方法主要使採(cǎi)用光、電等技術(shù)，使材料在真空或惰性氣體中蒸發(fā)，然後使原子或分子形成奈米尺寸的超微顆粒。而有

2、以下兩種主要的物理製造方法：真空冷凝法。機(jī)械球磨法。34.1.2奈米超微顆粒的化學(xué)製造方法化學(xué)製造方法與物理製造方法的主要區(qū)別，在於化學(xué)製造方法中伴隨著化學(xué)反應(yīng)。而有以下幾種主要的化學(xué)製造方法：氣相沉積法。化學(xué)沉澱法。水熱合成法。溶膠凝膠法。44.2碳奈米管材料與應(yīng)用碳奈米管(CarbonNanotubes,CNTs)於1997年首次由日本NEC基礎(chǔ)研究所的飯島澄男發(fā)現(xiàn)。碳奈米管可作為準(zhǔn)一維的奈米材料，將在介觀領(lǐng)域和奈米電子學(xué)元件及其集成元件等方面有著十分重要的應(yīng)用前景。5碳奈米管，又稱(chēng)巴基管(Buckytubes)，屬於富勒斯碳系(Fullerence

3、)，是由碳原子形成的石墨片捲曲而成的無(wú)縫、中空的管體。碳奈米管側(cè)面的基本結(jié)構(gòu)，是由六邊型碳環(huán)所組成，但在管身彎曲和管端口封頂?shù)陌肭蛎毙筒课唬瑒t含有一些五邊型和七邊型的碳環(huán)結(jié)構(gòu)。根據(jù)碳奈米管截面的邊緣形狀，可將單壁碳奈米管又分為扶手椅型(Armchair)奈米管、鋸齒型(Zigzeg)奈米管以及螺旋型(Chiral)奈米管。6碳奈米管，又稱(chēng)巴基管(Buckytubes)，屬於富勒斯碳系(Fullerence,或稱(chēng)碳簇)，下圖是各種結(jié)構(gòu)的碳系材料，圖中從左到右分別是金剛石，碳60(C60)，石墨(Graphite)和碳奈米管的原子結(jié)構(gòu)圖。圖二十七、各種結(jié)構(gòu)的

4、碳系材料7圖二十八、按截面邊緣形狀區(qū)分的各種碳奈米管NewtonGraphicScienceMagazine2002.12.8碳奈米管是由不同碳環(huán)結(jié)構(gòu)的碳－碳共價(jià)鍵所構(gòu)成，是自然界中最穩(wěn)定的化學(xué)鍵，所以碳奈米管具有非常好的力學(xué)性能。單壁碳奈米管的楊氏係數(shù)和剪切係數(shù)都與金剛石相當(dāng)，其強(qiáng)度是鋼的一百倍，而密度卻只有鋼的六分之一，是一種新型的“超級(jí)纖維”材料。碳納米管的特性9碳奈米管不僅具有良好的力學(xué)性能，它還同時(shí)具有很多獨(dú)特的電學(xué)特性。由於碳奈米管內(nèi)的流動(dòng)電子受到量子力學(xué)的作用，因此電子通常只能在同一層石墨片中沿著碳奈米管的軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而沿徑向的運(yùn)動(dòng)將受到

5、很大的限制。10此種十分特殊的電學(xué)性能，使碳奈米管在未來(lái)的奈米電子學(xué)中將得到廣泛的應(yīng)用。例如下列兩種應(yīng)用：金屬性碳奈米管可以用作奈米積體電路中的連接線。半導(dǎo)體性碳奈米管則可以用來(lái)製作奈米電子開(kāi)關(guān)和其他奈米量子元件。11碳奈米管在其他方面的應(yīng)用：STM／AFM針點(diǎn)碳奈米管場(chǎng)發(fā)射顯示器碳奈米管儲(chǔ)氫應(yīng)用12