多孔+TiO2光催化纳米薄膜的制备和微观结构研究
第１５卷第２期无机材料学报Ｖｏｌ１５，Ｎｏ２２０００年４嚣ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｏｒｇａｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓＡｐｒ．．２０００
文黧编号：ＣＮ３１—１３６３（２０００）０２－０３４７－０９
多孔Ｔｉ０２光催化纳米薄膜的制备和微观结构研究
余家黧，赵谬建
（武汉ｉ业太学材料复合新技术国家客验室，武汉４３００７０）捷要：铙钍矿鳖多巍Ｔｉ０２缡拳薄膜霹域扶害聚乙：醇（ＰＥＧ）魏数醇簸辫黢翦嚣婊孛蘧逡
溶腔一凝腔法制备．涂朦的形貌，如孔的大小和孔的丹布可以通过聚乙二醇的加＾量和分子量
来控制－当聚己二醇的加入量和分子量越大，聚乙二醇热分解后在薄膜中产生的气孔就越多和
手Ｌ经越太。缱蓉Ｔ１０２薄膜孛气藐鞋经秘数鼗静增麓，斑豹敲辩增强，薄黢靛透竞率藏枣．遗
过扫描电镜（ＳＥＭ）和重照法捌定了薄膜的厚度，每镀一次薄膜的厚度增加约为ｏ．０Ｓｔｅｍ．通过
ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）确定了多孔Ｔｉ０２纳米薄膜中元索的化学觊成和表
露羟基含量．实验缝暴袭骧：薄艨串陵台鸯糍、ｏ嚣索多ｈ还露一定量采鑫存瑰翦鞲罄孛采
完全燃烧的碳和少量从璇璃表面扩散到薄膜中的Ｎａ和ａａ元素；同时发现薄膜表面的羟基含
量随聚己二醇舯加人量的增加而增加．
关键嗣：漆菠?凝霾法；多嚣Ｔｉ０２缝涞薄骥；糕备；擞麓结秘
中翻分娄号：０４８４文献标识鹌；Ａ
万方数据
ｌ荸｝軎
目前，Ｔ１０２光催化消除和降解污染物成为环境领域最为活跃的～个研究方向［１，２１．光缓佬刻麓毙毽｛｛二避程静关键帮势，光缆｛芝荆懿活往耀霾定琵暴光健茕镌否实蓬静一个决定性因素．因为粉束状光催化剂在使用过程中存在搅拌与回收困难的问题，实际上这已经成为以二氧化钛等为綦础的光倦化方法难以商业化的主袋原因之一．所以，近年来国内外均在歼展二襞诧镀糖零匿定恁程翻备二毓疆钛薄簇（或涂器）静研宠工季＃黟菇溶羧一凝获涟为藏础的薄膜制备方法是目前研究最多的二氧化钛薄膜制备方法，相对于化学气相沉积和溅射制膜，溶胶一凝胶法更豁易应用和大面积制膜，而且温度较低，可以控制Ｔｉ０２薄膜的晶黧呈锐馥矿型。髫翦采鹰溶菠一凝蔽法在营避瑗璃表蕊翻备ＴｉＯ。多毳光罐他薄膜已有文献报道㈦但有关ＴｉＯ。多孔薄膜的表面组成和微观结构等方面的研究工作的文献报道不多．
为了进一步改善Ｔｉ０２纳米薄膜的光电性能鞠光催纯蛙悲，撩瀑对溶黢一凝胶法制备ＴｉＯｓ薄膜静理解和认识＋采用ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）确定了多孔Ｔｉ０２薄膜的表面组成和羟纂含量．用ＳＥＭ观察了薄膜的表面澎貌和厚度．用ＸＲＤ测量了薄膜的晶獭，曩紫羚可见党吸收光港测定了薄膜的透光率基线＋辑戳，这个工露无疑将搬动Ｔｉ０２薄膜光催化材料的发展．
２实验耱分
２，１多孔Ｔ１０２薄膜的制备
牧蒜基精ｔ１９９９０７－９５，段裂器致穰Ｓ糍；１９９９－０８—０９
基金项斟ｔ翻ｊ七省岛然科学基禽资助项目（９８３０２９）
作者简升：余家国，男，１９６３毕生．博士研究生，副教授
无机材料学摄１５卷
文献【５】报道了Ｔｉ（ＯＣ４Ｈｇ）４一ｃ２Ｈ５０Ｈ—Ｈ＝Ｏ体系的全相区，故镀膜用溶胶的组成应谶择在该相隧鲍浸渎隧走，才能褥到稳定、均匀、涛滋避踞妁Ｔｉ０２溶胶，实验中以装酸丁酸ｉＴｉ（ＯＣ４Ｈｇ）４、ＣＰ】为艨料，准确基取一定量的钦黻丁酯溶于无水己醇中，缓慢加入步媛水，用二乙醇胺作抑制剂，延缓钛酸丁脂的强烈水解．不断搅拌得到稳定的ＴｉＯ。溶胺，Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ§）４：ＥｔＯＨ：Ｈ２０：ＮＨ（Ｃ２Ｈ５０Ｈ）２＝１：２６．５：ｌ：Ｉ（ｍｏｌ跑），最嚣热天葶弱量戆蘩乙二醇（分子量为２０００和４０００，分别表示为２０００ＰＥＧ和４０００ＰＥＧ），搅拌３０ｒａｉｎ，得到稳定、均匀、清澈透明的黄橙色溶胶．多孔ＴｉＯ：薄膜是用洁净的普通玻璃载玻片作基体从溶胶前程体中幕藤浸渡爨控法秘备戆，提控速度为２ｒａｍｔｓ～，漫膜程１００。Ｃ干燥５ｍｉｎ詹，敖天马桶炉内，在５００。Ｃ，保温１ｈ，取出自然冷却至室温，即得到多孔Ｔｉ０２薄膜；震复上进操作，可｛孽到不同厚度的薄膜．每１００ｍＬ溶腔的组成受裘１．
表ｌＴｏｓＤＩＨＩＥＰ溶胜的组成
Ｔａｂｌｅ１ＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｏｔＴ０５ＤｉＨｌＥＰ
万方数据
ＴｔＤ，Ｈ，ＥａｎｄＰｄｅｎｏｔｅＴｉ｛ＯＣ４Ｉｉ，；）４，ＮＨ（Ｃ２Ｈ４０Ｈ）２，Ｈ２０，Ｃ２Ｈ５０ＨａｎｄＰＥＧ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｒｅｌｙ
２．２物性分析测试
在英黧ＶＧ，ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ。ＬＴＤ袋霉生产瓣ＥＳＣＡＬＡＢ－ＭＫＩＩ壅多臻蓬电子熊港｛望上对多孔ＴｉＯ＝纳米薄膜进行了ＸＰＳ研究，ｘ射线源为ＭｇＫ，，射线，实验过程中分析室的真空度为１０－７Ｐａ，高分辨扫描谱和全谱的通过能分别为２０ｅＶ和５０ｅＶ，扫描步长分别为ｏ０５ｅＶ帮ｏ．４ｅＶ，疆撵晶表嚣寒鑫ＸＰＳ程器奉身静油污染谈（ＣＩｓ，糯＝２８４，８０ｅＶｊ作为荷电校篪标准．用ＰＴＣ～１Ａ型差热和失重热分析仪（ＤＴＡ／ＴＧＡ）和６０ＳＸＢ型富里叶变换红外光谱仪（ＦＴ－ＩＲ）珊究了Ｔｉ０２凝胶的脱水及物枢变化过程．用ＵＶ－１６０Ａ型紫外可见光光度计测爨了Ｔｉ０２薄膜在２００—８００ｒｍａ渡长蓬馘内的运避率．霜甜率产ＳＸ－，自Ｏ登掰糖电镜（ＳＥＭ》观察了Ｔｉ０２纳米薄膜的表面状况和薄膜厚度．样品的ＸＲＤ测试魁在东德产ＨＺＧ４／Ｂ—ＰＣ型ｘ射线衡射投上进行的，光嚣他实验楚遥过太鞭毙照射多魂Ｔｉ０２缱米薄膜必攫他降瘿求溶液中的有机磷农药敌敌畏完成的．
３实验结果寒讨论
３．１Ｔｉ０２薄膜的罐度、颜色和透光率
薄膜懿厚鏖透过扫接曦镶程重爨法获毒孽。匿１襄暴Ｔｉ０２薄膜起簿发与镀蔟次数鲍荧
２｛玎余家闰．赵镑礴：多孔Ｔｉ０２光催化纳米薄膜的制备和微观结梅研究
系，扶露审可以羲豳，薄膜蓐度与镀膜次数毒锓好的线性关系＋挺拉速度增加＋薄膜厚度增加，直线斜率增大，但直线并不经过廉点，
这是由于第一次镀膜是直接镀在玻璃表面，
瓣第二次豁后是镀在籍月懿澍形或秘Ｔｉ０２
液面上，囡玻璃表面和刚形成的Ｔｉ０２表面
两者的表黼张力不同而引起～次成滕的厚度
不弱，率安验中发蠛当捷救速度为２ｒａｍ?ｓｏ
时，第一次镀膜的厚度为０．１５ｐｒｏ，而第二次
以岳每发镀骥增搬酚厚度约为０．Ｉ）Ｓ／ｚｍ．
按上述方法制备的Ｔｉ０２薄膜巍示出颜
饿现象，随着镀膜次数的增加，薄膜显示出不疆豹颜惫，薄膜魏赣色强烈遗决寇于薄膜的厚度，幽Ｔｉ０２薄膜的厚度＞ｌｐｍ时，颜色变化不明显，但薄膜还保持透明，所以，从速些装暴霹｜噩接瑟薄骥兹蒙色是垂予毙弱于涉引起的ｆ…．
豳２不同厚度Ｔｉ０２薄膜的紫外可见搬遗光率曲线
Ｆｉｇ，２
０Ｖ—ＶＩＳｓｐｅｃｔｒａｏｆＴ１０２ｆｉｌｎｓｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒ－ｅｎｔｔｈｉｃｋｈｅｆｔｓ
Ｔｈｅｓｅｆｉｌｍｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｐｅａｔｉｎｇ（ａ）１，（ｂ）５ａｎｄｆｃ）１０ｃｏａｔｌｎｇｃｙｃｌｅｓａｎｄｈｅ．ｔ－ｔｒｅａｔｅｄａｔ５００。ＣｆｏｒＬｈ
Ｄ２４ＢＢ
ＣｗＩｅｔｉｍｅｓ
瞬１薄膜厚度与镀艨状数的关蒜
Ｆｉｇ．１Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏａｇｉｎｇｃｙｃｌｅｓ
ＴｈｅｓｐｅｅｄｏｆｐｕｌｌｉｎｇⅢｓ２ａｎｄ４ｍｍ３一ｌ
图３聚乙二醇加入量对Ｔｉ０２薄膜的透光率的影响
Ｆｉｇ．３ＵＶ—ＶＩＳｓｐｅｃｔｒａ
ｏｆ鹳０２ｆｉｌｍｓｐｒｅｐａｒｅｄ姆１ｃｏａｔｉｎｇｃｙｃｌｅａｎｄｕｓｉｎｇｐｒｅｃｕｒｓｏｒ
ＳｏｌｕｔｉｏｎｓｃｏｎｔａＪｎ］ｎｇ：（ａ）０．２５９，（ｂ）Ｏ．５９，（ｃ）１．０９ａｎｄｆｄ）２０９２０００ＰＥＧ
图２残示不同镀膜次数（或厚度）的Ｔｉ０２薄膜柱波长２００—８００ｎｍ范围的紫外一可见光透光率藏绫。获葭中可敬番蠢，一次镀骥玻壤豹啜牧边缘波长骧曼夺誓五次露专长镀蔟玻璃的吸收边缘波长，吸收边缘波长的漂移１罔因于薄膜中Ｔｉ０２晶粒大小的差异、薄的Ｔｉ０２薄膜经掰了槌对蠛鲍热姓壤，舍有棚对小的Ｔｉ如晶艘，出于墩子尺寸效应，Ｔｉ０２的禁带变宽，西丽暖收边缘波长显豕了霞的“蓝移”．薄膜鹩干涉条纹簸着菝簇蔽数静磺翔焉增魏ｔ薄膜的避光率随糟镀膜次数的增加而下降．从图３可以看出，在镀膜次数相同时，随着聚己二醇翅入量麴增如，多孔ＴｉＯｏ镀簇玻璃的透光率逐渐下酶。当聚己二醇加八量为２．０９时，从前面的ＳＥＭ照片可以看出，Ｔｉ０２薄膜的气疆密，虽藐径较大（２００—４５０ｎｍ）ｔ接近万方数据
无机材料学报
入射光波长，厦著增女Ⅱ了Ｔｉ０２薄膜的不均匀性，导致光通过该镀膜玻璃时，其散射增强
透光率显著下降．
３，２
Ｔｉ０２薄蒺．辕凝获巍缝矗静转变
图４表示Ｔｉ０２凝脓的ＴＧ－ＤＴＡ曲线．ＴＧ曲线可分为三个阶段，一是从室温到２００。Ｃ
霉４蚨前驱鐾ＴｏｓＤｌＨＩＥＰＩｏ制罄髓Ｔｉ０２凝
胶的ＤＴＡ曲线
Ｆｉｇ
４
ＴｙｐｉｃａｌＤＴＡ
ＣＵｒｖｅＳ
ｏｆＴｉ０２ｇｅｌｐｏｗｄｅｒｓ
ｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｐｒｅｃｕｒｓｏｒＴｏｓＤｌＨｌＥＰｌｏ
此阶段失重昂大，失匿率为７１％左右，这是穗子凝获中暖辩拳、乙醇等瓣脱醛释皴；ｉ起的：二是从２５０—３５０。Ｃ，失重率为６％巍右，
表现为有机物和有机高聚物的炭化分辩，此
辩碳元素并未完全变成ｅ０２耨挥发，部分碳可髓还存在于薄膜中，这从后面的ＸＰＳ研究缱果也可以著出：三是从５２０—７００。Ｃ，失重率为１５％左右，这是由薄膜中的残余碳进
一步氧化分解和化学结合水挥发引起的．从ＤＴＡ趣线《默看窭，在慑于１５００Ｃ凄褒一个宽的吸热峰和在２７０。Ｃ和３２０。Ｃ出现两个相对小的放热峰，这分别对应于ＴｉＯ。凝胶的脱
承裁磐秘套撬蘩酶炭诧分耩，在太鳕４５０。Ｃ开始出现一个明显的放热峰，在５０７２。ｃ达
到放热高蜂，此放热峰是由予Ｔｉ０２凝胶从无定影向锐氛矿转燮ｇｌ逛静。
图５表示在玻璃表面制备的多孔Ｔｉ０２纳米薄膜在不同温度经ｌｈ热处理后的ＸＲＤ谱，搬热处理温度＜４５０。Ｃ时，Ｔｉ０２纳涨薄膜裁现为非黯态，当热处理温度＞４５０。Ｃ时，
其品形表褒为鼯显的锐钦矿裙，其帮蔚蜂静强弱与热鲑＿毽滠度有关，在５００。ｅ对，程ｘ｛疆
谱图上出现明显锐钛矿相的衍射峰，这与Ｔｉ０２凝胶的ＤＴＡ曲线相一致．从图５还可以看出，捱玻璃表舞制备的髓铁矿擞ＴｉＯ。纳米薄膜柱（１０１）藤具有一定鲍择优敬向，由－ｙ玻璃的耐热温度有限，当溢赛＞５００。Ｇ时，玻璃会发盈变形，因此未对薄膜进行＞５００。Ｃ拨上温
度的热处理．
３。３
Ｔｉ０２凝驳斡红韩涎谨磅究
嘲６表示Ｔ０５ＤｌＨｌＥＰ０５凝胺经不同温度和时间热处理衙的红外光谱图，图６中３０８０—３４００
ｃｔｎ“处的吸收峰是ＯＲ一基团伸缩振动日ｌ起的，与游离水（毛细孔水和表面吸附水）翁蓑．２８６２。２９２２ｃｍ“静蜂为蹑警墓一ＣＨ２一弯躲摄氧疆产生静．ｔ６０５ｃｍｏ娃鸯Ｈ－Ｏ一珏懿弯薤叛动，与结构水有关．１５５０ｃｍ－１和１２０１ｃｍ“两个吸收峰对应千Ｃ—Ｎ德的伸缩振动．１４５１ｃｍ“和１３８４ｃｍ一１的吸收峰Ｗ归因于ＣＨ３和ＣＨ２基团中ｃ—Ｈ链的弯睦搬动所引越的．１０６５ｃｍ。穰９５７ｃｍ－１鳋的蜂表鑫鼍着Ｔｉ—Ｏ－Ｃ基团静特征振镄．４７３—６５９ｃｍ。辩近薛攮溺蜂是由ＩＴｉ０６ｊ八面配位体掀动产生的，这是Ｔｉ０２的特征振动．由图６可以看出，当Ｔｉ０２凝胶经热处理后，承峰积有糖基团懿扳动蜂逐洚｝壤弱．至３００。Ｃ，已走游离水（鹚缨孔承静表面骥附承）存在，至４００。Ｃ，有机基哥完叠清失．执疆６还可戳发现，当熟娥理温度弦５０６。Ｃ保持４ｈ后，ＴｉＯ：凝胶中的化学结合水不能完全排除．媳与后面的ＸＰＳ研究结果相一致．３。４Ｔｉ０２薄骥表蠹的ＳＥ艇露寨
图７为溶胶前驱体添加０９、ｏ．５９，１．魄、２．Ｏｇ２０００ＰＥＧ和ｏ．５９４０００ＰＥＧ镀１０擞Ｔｉ０２薄膜袭面的ＳＥＭ照片，从图７ａ可以看出，前驱物不含高聚物，Ｔｉ０２薄膜由４０—８０ｎｍ的球
∞嚣”ｒ孙％嚣曩
万方数据
２期余家国．赵修建：多孔Ｔｉ０２光催化纳米薄膜的制备和微观结构研究
３５１
形颗粒组成，薄膜同时具有平整的组织．然而，在前驱物中加入ＰＥＧ后，薄膜表面产生多孔结构，孔的大小和数量与ＰＥＧ的加入量和分子量有关，当前驱物含有ｏ．５９、１．ｏｇ，２Ｏｇ
２０００ＰＥＧ和ｏ．５９４０００ＰＥＧ时，薄膜表面产生气孔的孔径分别为３０—７０ｎｍ、１００—２５０ｎｍ、２００—４５０ｎｍ、２００～３００ｎｍ．图７ｂ和７ｅ显示
当ＰＥＧ的加入量相同时，ＰＥＧ的分子量越大，薄膜中产生气孔的孔径越大．图７ｂ、７ｃ
和７ｄ显示当ＰＥＧ的分子量相同时，ＰＥＧ的加入量越大，薄膜中产生气孔的孔径越太数量也越多．所以，从上面这些结果可以推断，前驱物中高聚物的分子量和加入量越大，薄
膜中产生气孔的孔径越大和数量越多．
图５载玻片上多孔Ｔｉ０２薄膜经不同温度热处理后的ＸＲＤ谱
图６Ｔ０ｓＤｌＨＩＥＰｕ５凝胶经不同温度和时间热处
Ｆｉｇ．５ＸＲＤ
ｐａｔｔｅｒｎｓ
ｏｆｔｈｅｐｏｒｏｕｓＴｉｏ？ｇｅｌｆｉｌｍｓ理后的红外光谱图
ｃｏａｔｅｄｏｉｌ
ｔｈｅｓｏｄａｌｉｍｅｇｌａｓｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｂｙ１０ｃｏａｔ，
Ｆｉｇ．６
Ｉｎｆｒａｒｅｄ
ｓｐｅｃｔｒａｏｆＴｏｓＤｌＨｌＥＰ０５
ｇｅｌ
ｉｎｇ
ｃｙｃｌｅｓａｎｄｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａ－ｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒ‘
ｔａｒｅｓ
ｆｏｒｌｈ
ｅａｔ
ｔｉｍｅ
３．５
Ｔ１０２薄膜表面的化学组成和羟基含量
图８表示普通玻璃表面单层多｝Ｌ
Ｔｉ０２薄膜表面的ＸＰＳ全谱分析，结合能风在４５８ｅＶ
是Ｔｉ元素的２ｐ光电子峰，Ｏｌｓ和Ｃｌｓ的结合能分别为５３１ｅＶ和２８４ｅＶ，Ｃ元素来自ｘ光电子能谱仪本身的油污染和溶胶凝胶工艺中使用的有机前驱物在热处理过程中未完全燃烧引起的．除了这三种元素外．还有少量的Ｎａ和ｃａ元素，它们是由于在热处理过程中从玻璃基体扩散到Ｔｉ０２薄膜中引起的Ｉ＂，Ｎ＿！ｌｋｎ（钠的髋歇线）和ｃａ印的结合能分别为２６３ｅＶ和
３４７ｅＶ．
、卫万方数据
目９＾ｍｎ十Ｒ≈＊Ｔ¨☆Ｄ％２ｍｏｒ“Ｇ∞目％∞”＊Ｒ－ｆＭ§ｎ１１０ｊ博Ⅸ白勺Ｏｌ５∞女＊＊目＊ｘＰｓｍ．０１，∞＊＊＊＃＃＊№＊＊ｍ５十ｍ”，＃自ｎ女＃ｍｍ口寸ｍｊ＊
ｍ“ｆ＃２十※ｇｒ－Ｉ）＝∞０ｆ‘ｍＴＴ，∞ｉ＃№目＾．ＭｑＴ一０，＊ｍ女＊ｔ－０，＊ｔ＊★０ｈ∞“女４十ｍＨ＊Ⅲ￥自：（ｎ）ＴＪ，ｎｚｆｂ】０ｕ＊｛｛）＆＊ｕＨ，川＆《ⅢＭｍｌｉｚｎｒｏ
爱羹万方数据
懋ｌ夏
Ｈ？｛＿Ⅲ】，＊ｍ女Ｗ∞Ｈｍ?ｂ＊Ⅲ＊
“５蒜：黑：“：＝：裟ｉ：翟：嚣：等烈糍：：．装恶蜊’裂掣”。
｝∞ｍｐｌ＾１Ｌ‘＊ｃｙｃｆ｝Ｌ１１Ｆ５
２期余家国，赵修建：多孔ＴｉＯ。光催化纳米薄膜的制备和微观结构研究
３５３
键是由于Ｔｉ０２薄膜中残余的有机基团和ｃｏＩ一离子引起的．羟基一ＯＨ是由于Ｔｉ０２薄膜表
面具有亲水性．因而表面常吸附有水，而表面吸附水叉可咀与ＴｉＯｚ发生水解作用形成羟基
ＯＨ：Ｔｉ０Ｔｉ＋Ｈ２０－＋２Ｔｉ
ＯＨ［“，而
且Ｔｉ０２凝胶薄膜在５００。Ｃ热处理过程
中常常不能将羟基ＯＨ排尽．从表２和
图１０可“看出，随着前驱物中聚乙二醇
加入量的增加，Ｔｉ０２薄膜中羟基含量增加，Ｔｉ０２薄膜中羟基含量的差异主
要是由于薄膜中孔的大小和数量的差异
引起的，随着前驱物中聚乙二醇加入量的增加，聚乙二醇热分解后在薄膜中产
生的气孔的｝Ｌ径和数量增加，具有更大
更多孔的薄膜有更大的比表面积，更容易与空气中的水蒸气接触，产生更多的羟基ＯＨ．通常，非均相光催化反应发生
在Ｔｉ０２薄膜的表面，当Ｔｉ０２薄膜受到
近紫外光照射后，薄膜中产生光生电子和｝Ｌ穴，光生电子和孔穴在空间电荷层
图８多孔Ｔｉ０２薄膜表面的ＸＰＳ全谱分析
Ｆｉｇ
８
ＸＰＳｓｕｒ”ｙｓｐｅｃｔｒｕｍｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆ
ａ
ｍｏｎｏ－Ｔｉ０２ｆｉｌｍｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅ
ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ
ｓｏｌｕ?
ｔｉｏｎｃｏｎｔａｉｎｉｎｇＤ５９２０００ＰＥＧａｎｄｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｅｄａｔ５２００Ｃｆｏｒｌｈ
图９ＴｉＯｚ薄膜表面Ｏｌｓ的高分辨扫描谱
Ｆｉｇ
９
ＨｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＸＰＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅＯｌｓｒｅｇｉｏｎ，ｔａｋｅｎ
Ｏｉｌ
ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄＴｉＯ
２
ｆｉｌｍｓ
Ｆｒｏｍｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｏ
Ｌｕｔｉｏｎｓ（ａ）ｗｉｔｈｏｕｔ
ａｄｄｉｔｉｖｅｓ
ａｎｄ（ｂ）ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｏ５９２０００ＰＥＧｂｙｒｅｐｅａｔｉｎｇｔｈｅｃｙｃｔｅ１０
ｔｉｍｅｓ
的作用下，发生有效分离，孔穴迁移到Ｔｉ０２薄膜的表面，孔穴与Ｔｉ０２薄膜的表面的羟基
一ＯＨ作用产生氢氧自由基（．ＯＨ），氢氧自由基具有强氧化性，可将几乎所有的有机物氧化
分解为无机物∽Ｊ．因此，Ｔｉ０２薄膜表面一ＯＨ的含量越高，越有利于产生氢氧自由基，
并增强Ｔｉ０２薄膜的光催化活性，这可以从表３、表２和图１０看出．从表３还可必看出，当Ｔｉ０２薄膜中的孔的孔径增加到一定程度（约４００ｎｍ），薄膜的光散射明显增强，光不能
渗透到薄膜内部，薄膜中光生电子和孔穴的数量减少，虽然薄膜表面的一ｏＨ含量高，但总酌茸葑自由其合甘下瞎罔而蒲瞄曲非矬仙活杜脯粥ｆ４Ｊ
；一＆
万方数据
３５４无机材料学报１５卷
表２Ｔｉ０２薄膜表面０１ｓ的高分辨扫描谱的拟合结果
Ｔａｂｌｅ２Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｕｒｖｅ－ｆｉｔｔｉｎｇｏｆｔｈｅｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＸＰＳｓｐｅｃｔｒａｆｏｒｔｈｅＯｌｓ
ｒｅｇｉｏｎ．
１ｒ，（％）ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｒａｔｉｏＡｉ／∑Ａｉ（Ａｉｉｓｔｈｅａｒｅａ．ｏｆｅａｃｈｐｅａｋ）２ＴｈｅＴｊ０２ｆｉｒｍｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｒｅｐｅａｔｉｎｇｔｈｅ．ｃｏａｔｉｎｇｃｙｃｌｅｔ０ｔｉｍｅｓ
ＷｅｉｇｈｌｏｆＰＥＯｆｇ
图１０Ｔｉ０２薄膜表面羟基含量与ＰＥＧ加入量的关系
Ｆｉｇ１０ＨｙｄｒｏｘｙｌｃｏｎｔｅｎｔｉｎＴｉ０２ｔｈｉｎｆｉｌｍｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｅ
ａｄｄｅｄ２０００ＰＥＧｉｎｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｏｌｕｔｉｏｎ．
表３聚Ｅ，－－醇加人量对Ｔｉ０２薄膜光催化活性的影响Ｔｈｂｋ３Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅａｄｄｅｄ２０００ＰＥＧｉｎ
ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ
ｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆ
ｐｏｒｏｕｓＴｉ０２ｆｉｌｍｓ
Ａｍｏｕｎｔｏｆ２０００ＰＥＧ／ｇ００２５０５１．０２０
Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅ／％３２９５５６８０５７２．１５７６
４结论
１．锐钛矿型多孔Ｔｉ０２纳米薄膜可以从含聚乙二醇的钛醇盐溶胶前驱体中通过浸渍提拉法制备，薄膜的形貌，如孔的大小和数量可阱通过聚乙二醇的加入量和分子量来控制．
２．当薄膜的热处理温度高于４５０。Ｃ时，薄膜中开始出现明显的锐钛矿的衍射峰，其衍射峰在（１０１）面具有一定的择优取向．
３．随着Ｔｉ０２薄膜中气孔的孔径增大和数量增多，光的散射增强，透光率减小．
４．薄膜中除含有Ｔｉ和。元素外，还有一定量的来自有机前驱物中未完全燃烧的碳和少量从玻璃表面扩散到薄膜中的Ｎａ和Ｃａ元素．同时发现薄膜表面的羟基含量随聚乙二醇的加入量的增加而增加．
万方数据
２期余家国，赵修建：多孔Ｔｉ０２光催化纳米薄膜的制备和微观结构研究３５５参考文献
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ＦｉｌｍｓｂｙＳｏｌ－ＧｅｌＭｅｔｈｏｄ
ＹＵＪｉａ．ＧＵＯ．ＺＨＡＯＸｉｕ—Ｊｉａｎ
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纳米材料的制备方法
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
纳米膜的制备方法
纳米薄膜材料的制备 金属0802 3080702039 陈岑 一、纳米膜 纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。 纳米膜分离技术是近年来发展起来的膜分离技术，是指膜的纳米级分离过程。其通过截留相对分子量为300~100000(被分离物料粒径相当于0.3~100纳米)的膜进行分离、纯化，包括了纳滤和部分超滤技术所能分离的量程范围，也是一种以压力为驱动的膜分离过程。由于纳米膜分离技术的截断物质相对分子量范围比反渗透大，而比部分超滤小，因此，纳米膜分离技术可以截留能通过超滤膜的部分溶质，而让不能通过反渗透膜的物质通过，从而有助于降低目的截留溶质的损失。这种技术具有操作方便、处理效率高、无污染、安全和节能等诸多优点。 二、纳米膜的制备方法 1.模板法 2.分子束外延法 3.真空蒸发法 4.化学气相沉积法 5.其他方法 1.模板法合成纳米薄膜： 纳米颗粒的形成一般可分为两个阶段： 第一是晶核的生成。 第二是晶核的长大 要制备粒径均匀，结构相同的纳米颗粒，相当于让烧杯中天文数字的原子同时形成大小一样的晶核，并且同时长大到相同的尺寸。因此为了得到尺寸可控，无团聚的纳米颗粒，必须找到有效的“窍门”，来干预化学反应的过程。 2.分子束外延法 分子束外延（MBE）技术主要是一种可以在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备技术。 所谓“外延”就是在一定的单晶体材料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶薄膜。 所谓“外延”就是在一定的单晶体材料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶薄膜。
金属纳米晶体的表面与其催化效应
金属纳米晶体的表面与其催化效应 沈正阳 (浙大材料系1104 3110103281) 摘要：概括纳米材料的表面与界面特性，从金属纳米晶体表面活性与结构介绍其的催化性能，简要概述金属纳米晶体形状与晶面的关系以及金属纳米晶体的成核与生长。 关键词：纳米金属；表面活性；催化；高指数晶面 1.纳米材料的表面与界面 纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。强烈的表面效应，使超微粒子具有高度的活性。如将刚制成的金属超微粒子暴露在大气中，瞬时就会氧化，若在非超高真空环境，则不断吸附气体并发生反应。[1] 纳米晶体是至少有一个维度介于1到100纳米之间的晶体。纳米材料主要由晶粒和晶粒界面2部分组成，二者对纳米材料的性能有重要影响。纳米材料微观结构与传统晶体结构基本一致，但因每个晶粒仅包含着有限个晶胞，晶格点阵必然会发生一定程度的弹性畸变，其内部同样会存在各种缺陷，如点缺陷、位错、孪晶界等。纳米金属粒子的形状、粒径、颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等是影响其催化性能的重要因素。纳米材料中，晶界原子质量分数达15%~50%，晶界上的原子排列极为复杂，尤其三相或更多相交叉区，原子几乎是自由的、孤立的，其量子力学状态和原子、电子结构已非传统固体物理、晶体理论所能解释。金属纳米晶体研究中，发现面心立方结构纳米金属如 Al、Ni、Cu 和密排六方结构Co都存在孪晶和层错缺陷，Cu纳米金属中存在晶界滑移。 2.金属纳米晶体的催化性能 近年来，关于纳米微粒催化剂的大量研究表明，纳米粒子作为催化剂，表现出非常高的催化活性和选择性。这是因为纳米微粒尺寸小，位于表面的原子或分子所占的比例非常大，并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，同时微粒的比表面积及表面结合能迅速增大。纳米颗粒表面原子数的增加、原子配位的不足必然导致了纳米结构表面存在许多缺陷。从化学角度看，表面原子所处的键合状态或键
高分子膜材料的制备方法
高分子膜材料的制备 方法 xxx级 xxx专业xxx班 学号：xxxxxxx xxx
高分子膜材料的制备方法 xxx （xxxxxxxxxxx，xx） 摘要：膜技术是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展的新增长点，膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法（相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法），而且介绍了一些新的制膜方法（如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等）。 关键词：膜分离，膜材料，膜制备方法 1.引言 膜分离技术是当代新型高效的分离技术，也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一，目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用，并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。目前在膜分离过程中，对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域；随着膜过程的开发应用，人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性，在此对膜材料的制备技术进行综述。 2.膜材料的制备方法
2.1 浸没沉淀相转化法 1963年，Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法，从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值，自此以后，相转化制膜被广泛的研究和采用，并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。所谓相转化法制膜，就是配置一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同，可以分为一下几种：溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。 2.1.1 浸没沉淀制膜工艺 目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。在浸没沉淀相转化法制膜过程中，聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出，而后迅速浸入非溶剂浴中，溶剂扩散进入凝固浴（J2），而非溶剂扩散到刮成的薄膜内（J1），经过一段时间后，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，聚合物溶液变成热力学不稳定溶液，发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离（结晶作用），成为两相，聚合物富相和聚合物贫相，聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体，贫相则形成所谓的孔。 浸入沉淀法至少涉及聚合物/溶剂/非溶剂3个组分，为适应不同应用过程的要求，又常常需要添加非溶剂、添加剂来调整铸膜液的配方以及改变制膜的其他工艺条件，从而得到不同的结构形态和性能的膜。所制成的膜可以分为两种构型：平板膜和管式膜。平板膜用于板
纳米薄膜材料的制备方法
纳米薄膜材料的制备方法 摘要纳米薄膜材料是一种新型材料,由于其特殊的结构特点,使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外对纳米薄膜材料研究的最新进展,包括对该类材料的制备方法、微结构、电、磁、光特性以及力学性能的最新研究成果。关键词纳米薄膜;薄膜制备; 微结构;性能 21 世纪,由于信息、生物技术、能源、环境、国防 等工业的快速发展, 对材料性能提出更新更高的要求,元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小,航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此, 新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础,其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能, 以及 由此产生的特殊的应用价值, 必将使其成为科学研究的热点[1]。 事实上, 纳米材料并非新奇之物, 早在1000 多年以前, 我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料, 可能就是最早的纳 米颗粒材料;我国古代铜镜表面的防锈层, 经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜,这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50 年代,西德的Kanzig 观察到了BaTiO3 中的极性微区,尺寸在10~ 100纳米之间。苏联的G. A. Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存Kanzig微区导致成分布不均匀引起的。60 年代日本的Ryogo Kubo在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续,在低温下, 即当费米
能级附近的平均能级间隔> kT 时, 金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[ 4]。西德的H. Gleiter 对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究[ 5]。随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步, 人类逐渐研制出了纳米碳管, 纳米颗粒,纳米晶体, 纳米薄膜等新材料, 这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性, 它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80 年代末有人利用粒度为1~ 15nm 的超微颗粒制造了纳米级固体材料。纳米材料由于其体积和单位质量的表面积与固体材料的差别,达到一定的极限, 使颗粒呈现出特殊的表面效应和体积效应,这些因素都决定着颗粒的最终的物理化学性能,如随着比表面积的显著增大,会使纳米粒子的表面极其活泼,呈现出不稳定状态,当其暴露于空气中时,瞬间就被氧化。此外, 纳米粒子还会出现特殊的电、光、磁学性能和超常的力学性能。 纳米薄膜的分类 纳米薄膜具有纳米结构的特殊性质, 目前可以分为两类: ( 1)含有纳米颗粒与原子团簇基质薄膜; ( 2) 纳米尺寸厚度的薄膜, 其厚度接近电子自由程和Denye 长度, 可以利用其显著的量子特性和统计特性组装成新型功能器件。例如, 镶嵌有原子团的功能薄膜会在基质中呈现出调制掺杂效应, 该结构相当于大原子超原子膜材料具有三维特征; 纳米厚度的信息存贮薄膜具有超高密度功能, 这类集成器件具有惊人的信息处理能力; 纳米磁性多层膜具有典型的周期性调制结构, 导致磁性材料的饱和磁化强度的减小或增强。对这
纳米金属材料的进展与挑战
纳米金属材料进展和挑战 1 引言 40多年以前，科学家们就认识到实际材料中的无序结构是不容忽视的。许多新发现的物理效应,诸如某些相转变、量子尺寸效应和有关的传输现象等,只出现在含有缺陷的有序固体中。事实上，如果多晶体中晶体区的特征尺度（晶粒或晶畴直径或薄膜厚度)达到某种特征长度时（如电子波长、平均自由程、共格长度、相关长度等）,材料的性能将不仅依赖于晶格原子的交互作用，也受其维数、尺度的减小和高密度缺陷控制。有鉴于此，HGleiｔCｒ认为,如果能够合成出晶粒尺寸在纳米量级的多晶体，即主要由非共格界面构成的材料。 例如，由50%(iｎvol.）的非共植晶界和５0%(in vol.)的晶体构成]，其结构将与普通多晶体（晶粒大于ｌｍｍ)或玻璃（有序度小于2nm）明显不同，称之为纳米晶体材料(naｎocrystalｌine materｉalｓ)。后来，人们又将晶体区域或其它特征长度在纳米量级范围(小于１０0nｎ)的材料广义定义为纳米材料或纳米结构材料(naｎoｓtructｕｒｅｄmaｔerｉalｓ)。由于其独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前，广义的纳米材料的主要l）清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜；２)人造超晶格和量子讲结构；功半结晶聚合物和聚合物混和物;3）纳米晶体和纳米玻璃材料;4）金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。 经过最近十多年的研究与探索，现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展，研究成果日新月异，研究范围不断拓
宽。本文主要从材料科学与工程的角度,介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。 ２纳米材料的制备与合成材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。 这些方法可大致归类为两步过程和一步过程．两步过程是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积(PVＤ)、化学气相沉积(CVD)、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等,其中,ＰVD法以惰性气体冷凝法最具代表性。一步过程则是将外部能量引入或作用于母体材料，使其产生相或结构转变，直接制备出块体纳米材料。诸如,非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前,关于制备科学的研究主要集中于两个方面:l）纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量； 2)纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。 3 纳米材料的奇异性能 1）原子的扩散行为原子扩散行为影响材料的许多性能，诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14～１６个量级,比Ｃu的晶界自扩散系数大3个量级。Ｗｕｒshum等最近的工作表明:Ｆe在纳米晶N中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶Pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散，这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。他们还报道了Ｆｅ在非晶ＦeSiＢNｂＣu(Ｆinemetｅ）晶化形成的复相纳米合金(由Ｆe３Si纳米金属间化合物和晶间的非晶相构成)中的扩散要比在非晶合金中快１0~14倍,这是由于存在过剩的热平衡空位。Ｆe在Ｆｅ-Si纳米晶中的扩散由空位调节控制。 2）力学性能目前，关于纳米材料的力学性能研究，包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有（或很少)孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷，早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展,使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。
纳米材料的主要制备方法
本科毕业论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级 2008级 姓名贾学伟 设计题目纳米材料的主要制备方法 指导教师闫海龙职称副教授 2012年4月28日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 1.1纳米材料的定义 (1) 1.2纳米材料的研究意义 (2) 2 纳米材料的主要制备方法 (3) 2.1化学气相沉积法 (3) 2.2溶胶－凝胶法 (5) 2.3分子束外延法 (6) 2.4脉冲激光沉积法 (8) 2.5静电纺丝法 (9) 2.6磁控溅射法 (11) 2.7水热法 (12)
2.8其他制备纳米材料的方法 (13) 3 总结 (14) 参考文献 (14) 致谢 (15)
纳米材料的主要制备方法 学生姓名：贾学伟学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导教师：闫海龙职称：副教授摘要：纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,其中包括化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、水热法等。在此基础上,分析了现代纳米材料制备方法的发展趋势。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展有重要作用。 关键词：纳米；纳米材料；纳米科技；制备方法 The preparation method of nanomaterials Abstract：Nanomaterials are attracting intense in recent years. With the development of nanotechnology, nanomaterials preparation method has been more and more mature. The preparation methods sush as, chemical vapor deposition method, molecular beam epitaxy, laser pulse precipitation, sintering, hydrothermal method, sol-gel method are introduced in this paper. New development trend of preparation methods are analysed. N anomaterials will promote the development of IT, medicine, environment, automation technology and energy science, and will have a great influenced on productive in the 21st century. Key words：nanometer；na nomaterials；nanotechnology；preparation 1 引言 1.1纳米材料的定义 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切，当小粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值[2]。
金属纳米材料的应用研究
金属纳米材料的应用与研究 【前言】著名科学家费曼于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲中，以“由下而上的方法”(bottom up) 出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大得扩充我们获得物性的范围。”[1] 1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具－－扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。 【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米技术，纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料的应用前景。 1．纳米科学和技术 1.1 纳米科技的定义 纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）范围内认识和改造自然，最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技
是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。 1.2 纳米科技的内容 纳米科技主要包含：纳米物理学；纳米电子学；纳米材料学；纳米机械学；纳米生物学；纳米显微学；纳米计量学；纳米制造学…… 1.3 纳米科技的内涵 第一：纳米科技不仅仅是纳米材料的问题。目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。如果将纳米科技与传统学科相结合，可产生众多的新的学科领域，并派生出许多新名词。这些新名词所体现的研究内容又有交叉重叠。若以研究对象或工作性质来区分，纳米科技包括三个研究领域：纳米材料；纳米器件；纳米尺度的检测与表征。其中纳米材料是纳米科技的基础；纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志；纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。目前人们对纳米科技的理解，似乎仅仅是讲纳米材料，只局限于纳米材料的制备,这是不全面的。主要原因：国内科研经费的资助以及有影响的成果的获得，主要集中在纳米材料领域，而且我国目前纳米科技在实际生活中的应用也最先在纳米材料这一领域表现出来。我国现在300余家从事纳米科技研发的公司也主要是从事纳米材
纳米TiO2粉体制备方法
1. 纳米TiO 2粉体制备方法 物理法 气相冷凝法: 预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物 高能球磨法: 工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差 化学法 固相法: 依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒 液相法: 就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。 以四氯化钛为原料,其反应为 TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl , Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O. 以醇盐为原料,其反应为 Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH , Ti (OH) 4 ???→煅烧TiO2 + 2 H2O. 主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。 溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.
气相法: 其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的 常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。 2. 纳米TiO2薄膜制备方法： 除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)： 制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产; 水热合成法： 通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质，将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。熟化后的溶胶涂覆在导电玻璃基片上，经高温(500℃左右)煅烧，即得到纳米晶TiO2薄膜。也可以使用TiO2的醇溶液与商业Ti02(P25，3Onm)混合以后得到的糨糊来代替上面提到的溶胶。反应中为了防止颗粒团聚，通常采用化学表面改性的方法，如加有机螫合剂、表面活性剂、乳化剂等，以降低粉末表面能，增加胶粒问静电排斥，或产生空问位阻作用而使胶体稳定。这些有机添加剂在高温煅烧阶段会受热分解除去. 是溶胶-凝胶法的改进方法，主要在于加入了一个水热熟化过程，由此控制产物的结晶和长大，继而控制半导体氧化物的颗粒尺寸和分布，以及薄膜的孔隙率.得到的Ti02颗粒是锐钛矿型还是锐钛矿型与金红石型的混合物由反应条件(如煅烧温度)决定。水热处理的温度对颗粒尺寸有决定性的影响。一般来说，将溶胶在高压釜中(150Xl05～330×105Pa)于200～250℃处理12h，可得到平均粒径15～20nm的Ti02颗粒。如果用丝网印刷术(也可用刮涂的方法)将TiO2溶胶涂覆在导电玻璃上，则得到
薄膜的材料及制备工艺
薄膜混合集成电路的制作工艺 中心议题：多晶硅薄膜的制备 摘要：本文主要介绍了多晶硅薄膜制备工艺，阐述了具体的工艺流程，从低压化学气相沉积(LPCVD)，准分子激光晶化(ELA)，固相晶化（SPC）快速热退火(RTA)，等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD等，进行详细说明。 关键词：低压化学气相沉积(LPCVD)；准分子激光晶化(ELA)； 快速热退火(RTA)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD) 引言 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 1薄膜集成电路的概述
在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并组装上分立微型元件、器件,外加封装而成的混合集成电路。所装的分立微型元件、器件，可以是微元件、半导体芯片或单片集成电路。 2物理气相沉积-蒸发 物质的热蒸发利用物质高温下的蒸发现象，可制备各种薄膜材料。与溅射法相比，蒸发法显著特点之一是在较高的真空度条件下，不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上，且可确保所制备的薄膜具有较高纯度。 3 等离子体辅助化学气相沉积--PECVD
传统的CVD技术依赖于较高的衬底温度实现气相物质间的化学反应与薄膜沉积。PECVD在低压化学气相沉积进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响。促进反应、降低温度。 降低温度避免薄膜与衬底间不必要的扩散与化学反应；避免薄膜或衬底材料结构变化与性能恶化；避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等。 4低压化学气相沉积(LPCVD)
金属纳米微粒晶体结构的稳定性及其结合能
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５４８中固有色金属学报２００９年３月降低，随着微粒尺寸的增加趋近于块体结合能。 ２）在一定形状下，在一定的临界尺寸时纳米微粒 ｂｃｃ结构的结合能和ｆｅｅ结构的结合能相等。当微粒尺 寸大于该临界尺寸时，ｂｅｅ结构更稳定，小于该尺寸 时，ｆｅｅ结构更稳定。 ３）球形和正四面体形可以看作近正多面体形的 两个极限，多面体形微粒发生结构转变的临界尺寸也 介于两个极限尺寸之间，这和ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、 Ｗ和Ｆｅ元素纳米微粒在文献中报道的结果一致。 ＲＥＦＥＲＥＮＣＥＳ 【２］【３】【４】［５】【６】【７】【８】【９】９ＣＨＡＴＴＯＰＡＤＨＹＡＹＰＰ＇ＰＡＢＩＳＫ．ＭＡＮＮＡＩ．Ａｍｅｔａｓｔａｂｌｅ ａｌｌｏｔｒｏｐｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎＮｂｉｎｄｕｃｅｄｂｙ ｐｌａｎｅｔａｒｙｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００１．３０４／３０６：４２４－４２８． ＭＡＮＮＡＩ。ＣＨＡＴＴＯＰ＿ＡＤＨＹＡＹＰＰ’ＢＡＮＨＡＲＴＦ＇ＦＥＣＨＴＨＪ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｆａｃｅ－－ｃｅｎｔｅｒｅｄ—?ｃｕｂｉｃｚｉｒｃｏｎｉｕｍｂｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｔｔｒｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００２，８１（２２）：４１３６—４１３８． ＫＩＴ八ＫＡＭＩＯ．ＳＡＴＯＨ．ＳＨＩⅣ【ＡＤＡＹ．Ｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｐｈａｓｅｏｆｃｏｂａｌｔｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＢ，１９９７， ５６（２１１：１３８４９—１３８５４． ＨＡＮＥＤＡｋＺＨＯＵＺＸ，ＭＯＲ刚ＳＨＡＨ．Ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｌｅｎａｎｏｍｅｔｅｒ－ｓｉｚｅｆｃｃ—Ｆｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｎｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｏｒｄｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＢ，１９９２，４６（２１）：１３８３２—１３８３７． ＨＵＨＳＨ，ＫＩＭＨＫ．ＰＡＲＫＪＷ．ＬＥＥＧＨ．Ｃｒｉｔｉｃａｌｃｌｕｓｔｅｒｓｉｚｅ ｏｆｍｅｔａｌｌｉｃＣｒａｎｄＭｏｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＢ，２０００， ６２（４）：２９３７—２９４３． ＴＥＳＳＩＥＲ凡ＢＲＥＮＮＥＣＫＥＦ，ＳＴＡＤＴＨＥＲＲＡ．Ｒｅｌｉａｂｌｅｐｈａｓｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒｅｘｃｅｓｓＧｉｂｂｓｅｎｅｒｇｙｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０００，５５：１ ７８５—１７９６． ＭＥＮＧＱ。ｚＨＯＵＮ，ＲＯＮＧＹ，ＣＨＥＮＳ，ＨＳＵＴＹｘｕＺｕ－ｙａｏ． Ｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ００ｔｈｅＦｅｎａｎｏｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］． ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａ，２００２．５０：４５６３—４５７０． ＱＩＷＨ．Ｓｉｚｅ，ｓｈａｐｅａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｃｏｈｅｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙ ａｎｄｐｈａｓｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ［Ｊ］．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ ＣｏｍｒａｔｍｉｃａｔｉＯＩｌＳ，２００６，ｌ３７：５３６－－５３９． ＴｏＭＡ７ＮＥＫＤ，ＭＩⅨＨＥｌｕＥＥＳ。ＢＥＮＮＥＲＭＡＮＮＫＨ－ 【ｌＯ】 【１２］ 【１３】 【１４】 Ｓｉｍｐｌｅｔｈｅｏｒｙｆｏｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄａｔｏｍｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍａｌｌ ｃｌｕｓｔｅｒｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＢ，１９８３，２８（２）：６６５－６７３． ＳＵＮＣＱ，ＷＡＮＧＹＴＡＹＢｋＬＩＳ，ＨＵＡＮＧＨ，ＺＨＡＮＧＹ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆａｎａｎｏｓｏｌｉｄａｎｄｔｈｅ ｃｏｈｅｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｏｆａｓｕｒｆａｃｅａｔｏｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ ＣｈｅｍｉｃａｌＢ，２００２，１０６（４１）：１０７０１—１０７０５． ．ＲＡＮＧＱ，ＬＩＪＣ，ＣＨＩＢＱ．Ｓｉｚｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｃｏｈｅｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｏｆ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓｌ捌［１ｃｔ２００２，３６６（５／６）： ５５ｌ－５５４． ＮＡＮＤＡＫＩ（，ＳＡＨＵＳＮ．ＢＥＨＥＲＡＳＮ．Ｌｉｑｕｉｄ?ｄｒｏｐｍｏｄｅｌ ｆｏｒｔｈｅｓｉｚｅ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｍｅｌｔｉｎｇｏｆｌｏｗ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓ［ｊ］． ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＡ，２００２，６６（１）：０１３２０８－０１３２０９． ＱＩＷＨ，ＷＡＮＧＭＰ＇ＸＵＧＹＴｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆ ｃｏｈｅｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃａｌ Ｌｅｔｔｅｒ，２００３，３７６（３／４）：５３８—５３８． ⅪＭＨＫ，ＨＵＨＳＨ，ＰＡＲＫＪＷＴｈｅｃｌｕｓｔｅｒｓｉｚｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆ ｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｂｏｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍａｎｄ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ，２００２，３５４（１／２）： １６５－１７２． Ｑ１ｗＨ，ＷＡＮＧＭＰＳｉｚｅａｎｄｓｈａｐｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｍｅｌｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ。２００４，８８（２／３）：２８０—２８４． ＮＡＨＥＲＵ。ＢＪＲＮＨＯＬＭＳ，ＦＲＡＵＥＮＤＯＲＦＳ，ＧＡＲＣＩＡＳＦ＇ ＧＵＥＴＦ．Ｆｉｓｓｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｃｌｕｓｔｅｒｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｐｏｒｔｓ，１９９７， ２８５（６）：２４５－３２０． ｝兀兀ＴＧＲＥＮＲＤＥＳＡＩＤＰＤ，ＨＡＷＫＩＮＳＴ＇ＧＬＥＩＳＥＲＭ， ＫＥＬＬＹＫＫ，ＷＡＧＭＡＮＫＫ．Ｅｌｅｃｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｓ［Ｍ］．Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ： ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭｅｔａｌｓ，１９７３． ＰＥＴＴＩＦＯＲＤＧＴｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌＰｈｙｓｉｃｓＣ，ｌ９７０，３：３６７—３７７． 张邦维，胡望宇，舒小林．嵌入原子方法理论及其在材料科 学中的应用【Ｍ】．长沙：湖南大学出版社，２００２：２４９－２６０． ＺＨＡＮＧ Ｂａｎｇ?ｗｅｉ，ＨＵＷａｎｇ—ｙｕ，ＳＨＵＸｉａｏ—ｌｉｎ．Ｔｈｅｏｒｙｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄａｔｏｍｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔＯｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］． Ｃｈａｎｇｓｈａ：ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２：２４９—２６０． （编辑龙?际中） 珂 ｑ 刀 明 卅 【 万方数据
(完整版)纳米材料的制备技术及其特点
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性[ 1 ] ,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切[ 2 ] [ 3 ] 。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶化和蒸发,蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。 2 化学制备方法 化学法是指通过适当的化学反应, 从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法[5][6]、化学气相冷凝法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。
纳米材料与纳米结构21个题目完整答案
1.简单论述纳米材料的定义与分类。 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类. 3.通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 4.论述碳纳米管的生长机理。 5.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 6.解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因。 7.论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。 8.什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？ 9.写出公式讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边，发光峰的影响。 10.纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman 光谱。 11.论述制备纳米材料的气相法和湿化学法。 12.什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，其中自组装纳米结构形成的条件是什么。 13.简单讨论纳米颗粒的组装方法 14.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 15.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 16.简单讨论纳米材料的磁学性能。 17.简述“尺寸选择沉淀法”制备单分散银纳米颗粒的基本原理 18.简述光子晶体的概念及其结构 19.目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。并说明那些纳米结构应该具有增强物理和化学性 能。 20.简单论述单电子晶体管的原理。 21.简述纳米结构组装的工作原理。 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。
纳米薄膜材料
题目：纳米薄膜材料 姓名：王鹏飞 学号： 201006050012 系别：化学系 专业：化学工程与工艺 年级班级： 2010级1班 2013年 6月24日
纳米薄膜材料 摘要：纳米薄膜材料是一种新型材料，由于其特殊的结构特点，时期作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外纳米薄膜材料研究的最新进展，包括对该类材料的制备方法、及其应用领域。 关键词：纳米薄膜；薄膜制备；性能 1.引言 21世纪，由于信息、生物技术、能源、环境、国防等工业的快速发展，对材料性能提出更新更高的要求，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小，航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此，新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础，其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能，以及由此产生的特殊的应用价值，必将使其成为科学研究的热点[1]。 事实上，纳米材料并非新奇之物，早在 1000 多年以前，我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料，可能就是最早的纳米颗粒材料；我国古代铜镜表面的防锈层，经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜，这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50年代，西德的 Kanzig 观察到了 BaTiO3 中的极性微区，尺寸在 10~100 纳米之间[2]。苏联的 G. A. Smolensky 假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存在 Kanzig 微区导致成分布不均匀引起的[3]。60 年代日本的Ryogo Kubo 在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续，在低温下，即当费米能级附近的平均能级间隔δ﹥kT 时，金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[4]。西德的 H. Gleiter 对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究[5]。 随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步，人类逐渐研制出了纳米碳管，纳米颗粒，纳米晶体，纳米薄膜等新材料，这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性，它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80 年代末有人利用粒度为 1~15nm 的超微颗粒制造了纳米级固体材料。