納米材料的制備以及表征.pdf

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1、精品文檔納米材料的制備以及表征納米科技作為21世紀(jì)的主導(dǎo)科學(xué)技術(shù)，將會(huì)給人類帶來(lái)一場(chǎng)前所未有的新的工業(yè)革命。納米科技使我們?nèi)祟愓J(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的手段和能力延伸到原子和分子。納米材料是目前材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，納米材料是納米技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)?？茖W(xué)家們正致力于研究對(duì)納米材料的組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸、排列等的控制，以制備符合各種預(yù)期功能的納米材料。低維納米材料因其具有獨(dú)特的物理化學(xué)特性以及在各個(gè)同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而受到國(guó)內(nèi)外許多科研小組的廣泛關(guān)注。釩氧化物納米材料因?yàn)榫哂辛己玫拇呋阅堋鞲刑匦约半娮觽鲗?dǎo)特性而成為研究低維納米材料物理化學(xué)現(xiàn)象的

2、理想體系。尤其是對(duì)釩氧化合物納米線、納米帶、納米管的結(jié)構(gòu)與性能的研究日益深入。另外，稀土正硼酸鹽納米材料因其獨(dú)特的發(fā)光性能、電磁性能引起了廣大科研小組的濃厚興趣，是低維納米材料領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。1.緒論1.1納米材料的發(fā)展概況早在60年代，東京大學(xué)的久保良吾(Kubo)就提出了有名的“Kubo效應(yīng)”，認(rèn)為金屬超微粒子中的電子數(shù)較少，而不遵守Femri統(tǒng)計(jì)，并證實(shí)當(dāng)結(jié)構(gòu)單元變得比與其特性有關(guān)的臨界長(zhǎng)度還小時(shí)，其特性就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。70年代末80年代初，隨著干凈的超微粒子的制取及研究，“Kubo效應(yīng)”理論日趨完善，為日后納米技術(shù)理論

3、研究打下了基礎(chǔ)。人們對(duì)納米顆粒的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，描述金屬微粒費(fèi)密面附近電子能級(jí)狀態(tài)的久保理論日趨完善，并且用量子尺寸效應(yīng)成功地解釋了超微粒子的某些特性[3]。最早使用納米顆粒制備三維塊體試樣的是德國(guó)薩爾蘭大學(xué)教授H.Gletier，他于1984年用惰性氣體蒸發(fā)、原位加壓法制備了具有清潔表面的納米晶Pd、cu、Fe等[4]，并從理論及性能上全面研究了相關(guān)材料的試樣，提出了納米晶材料的概念，成為納米材料的創(chuàng)始者。1987年美國(guó)Argon實(shí)驗(yàn)室sigeel博士課題組用相同方法制備了納米陶瓷TIOZ多晶體。納米技術(shù)在80年代

4、末和90年代初得到了長(zhǎng)足發(fā)展，并逐步成為一個(gè)納米技術(shù)體系。1990年7月，第一屆國(guó)際納米科技會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生;正式提出了納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、1歡迎下載。精品文檔納米電子學(xué)和納米機(jī)械學(xué)的概念。1994年至今，納米材料的研究特點(diǎn)在于按人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝和創(chuàng)新新的體系，即以納米顆粒、納米線和納米管為基本單元在一維、二維、三維空間組裝納米結(jié)構(gòu)體系。納米技術(shù)己成為獲得材料特殊性能的重要途徑，此外由于納米材料電磁性能的改變及比表面積的增加，已成為開(kāi)發(fā)隱形材料、催化劑、磁性材料的重要手段。同時(shí)，納米技術(shù)也是未來(lái)

5、信息技術(shù)希望之所在。應(yīng)用納米技術(shù)電路或僅靠單個(gè)原子、分子改變位置或開(kāi)關(guān)就能用于儲(chǔ)存信息，這樣便可以大大提高芯片的集成度，使得萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)成為可能。因此，信息技術(shù)將是納米技術(shù)的最大受益者之一。科學(xué)家甚至發(fā)明了原子開(kāi)關(guān)，使單個(gè)氛原子在電脈沖作用下移動(dòng)而控制電流，構(gòu)成原子開(kāi)關(guān)。如果使這項(xiàng)技術(shù)達(dá)到應(yīng)用階段，必將引起一次微電子革命。將它應(yīng)用于計(jì)算機(jī)芯片，定能低耗和提高運(yùn)行速度。從納米技術(shù)發(fā)展的歷史可以看出，它經(jīng)歷了一個(gè)由不自覺(jué)到自覺(jué)，由預(yù)測(cè)到實(shí)際研究，由分散研究到有系統(tǒng)地整體研究的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變反映出了納米技術(shù)體系從形成到進(jìn)一步發(fā)展的系統(tǒng)框架。納米

6、技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，使我們能夠在一個(gè)全新的納米尺寸范圍內(nèi)研究物質(zhì)，而不必將宏觀物質(zhì)分解成單個(gè)原子進(jìn)行。但是如何找到改變非常有限原子即能明顯改變其性能的方法，目前還不成熟?？萍冀缯J(rèn)為，納米技術(shù)是人類認(rèn)識(shí)和改造世界能力的重大突破，將引發(fā)下一場(chǎng)新的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命。這場(chǎng)技術(shù)革命的廣闊性和深入性完全可以與以往幾次技術(shù)革命相媲美，特別是納米材料及納米技術(shù)與信息技術(shù)的相互推動(dòng)，以及小型化的擴(kuò)展趨勢(shì)，將成為納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的強(qiáng)勁潮流。正如美國(guó)BIM公司首席科學(xué)家阿莫斯特朗所說(shuō):“正像70年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，納米科學(xué)技術(shù)將成為下世紀(jì)信息時(shí)代的核心。

7、美國(guó)《時(shí)代》周刊曾把納米技術(shù)選定為“今后十年最可能使人類發(fā)生巨大變化的十項(xiàng)技術(shù)之一。簡(jiǎn)而言之，納米技術(shù)的誕生和發(fā)展開(kāi)辟了人類認(rèn)識(shí)世界的新層次，使人類改造自然的能力直接延伸到原子和分子，探微索隱，入木三分，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的質(zhì)的飛躍，同時(shí)也標(biāo)志著人類的科學(xué)技術(shù)又進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森也預(yù)言:“納米和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)又一次產(chǎn)業(yè)革命”。納米新科技將成為21世紀(jì)科學(xué)的前沿和主導(dǎo)科學(xué)。2歡迎下載。精品文檔1.2納米材料的基本物理效應(yīng)當(dāng)微粒尺寸為納米量級(jí)(l刊nr~loomn)時(shí)

8、，微粒和它們構(gòu)成的納米固體具有一些特殊特性。1.2.1小尺寸效應(yīng)當(dāng)納米微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞，