纳米材料论文
纳米ZnO 的制备,特性与应用
摘要:综述了近年来合成氧化锌纳米材料的一些新旧方法；以及它的特性,国内外研究成果,表面修饰,应用.并对氧化锌纳米材料的发展前景进行了展望。
关键词: 纳米材料；氧化锌；制备；应用;研究进展,前景.
1 前言
纳米ZnO 是一种新型的多功能精细无机材料, 由于其颗粒尺寸细小, 比表面积较大, 所以具有普通ZnO 所无法比拟的特殊性能特性, 如表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应以及抗菌、防霉、除臭、护肤美容、光催化、光致发光、导电、增强、屏蔽光线、吸波、节能等。同时纳米ZnO 也是一种自激活的半导体材料, 室温下禁带宽度为3127eV , 激子束缚能为60meV , 这就使得纳米ZnO 材料从理论上具备了从紫外光至可见光稳定的发射本领, 因此, 纳米ZnO 材料在光电转换、光催化及气体传感器等领域有着广阔的应用前景。
2、纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法有多种。根据制备过程中有无化学反应发生可分为物理法和化学法。
2.1 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、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。物理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.惰性气体凝聚-蒸发法是在一个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。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,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, 从而使原料溶液化和蒸发,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。
2.2 化学制备
化学合成工艺在材料制备中有无可比拟的优越性:生产成本低,生长条件要求低,装置简单,操作便易,颗粒尺度小等. 常见化学方法有:沉淀法、溶胶—凝胶法、乳胶法、水热合成法、热分解法、电化学沉积法、电泳法等,制备出的纳米ZnO材料具有不同的晶形、颗粒大小、表面性质.
2.2.1 沉淀法
(1)均匀沉淀法
均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放和沉淀出来.石西昌等人采用均匀沉淀法,在250 mL 平底三口瓶中加入一定浓度的Zn (NO3 ) 2 250 mL、尿素50 mL,待达到反应温度时,加入一定量表面活性剂,反应3～5 h,得到前驱体. 再将前驱体过滤、洗涤、蒸发、干燥, 573～773 K左右,在马弗炉中焙烧3 h,制备得到了平均粒径在40～60nm左右的纳米氧化锌. (2)直接沉淀法制备纳米ZnO
李栋梁等人用一定浓度的锌盐溶液,在磁力搅拌下迅速加入等摩尔的氢氧化钠溶液,并强烈搅拌,生成物用离心机进行离心,并用去离子水和无水乙醇进行洗涤,放入60 ℃的烘箱中进行干燥,得到前驱物. 制得的前驱物置于一定温度条件下焙烧2 h,得到了21 ～48、27 ～51 nm 的ZnO粒子.工业上用锌焙砂的高温处理、酸溶浸出、除杂质、沉淀、洗涤、烘干、高温灼烧能得氧化锌粉体[ 7 ].李强等
人[ 8 ]用2 mol/L的Na2CO3 溶液300 mL在剧烈搅拌下与2mol/L的Zn (CO3 ) 2 溶液200 mL反应获得前驱体—碱式碳酸锌沉淀. 所获得沉淀的洗涤采用两种工艺:蒸馏水洗和0. 1 mol/L稀氨水洗涤. 洗涤后的沉淀再用无水乙醇洗涤并烘干,经250 ℃锻烧后得到10 nm 左右的ZnO粉体.
(3) 溶胶- 凝胶方法
李旦振等人[ 2 ]将5. 49 g二水合乙酸锌及250 mL无水乙醇(优级纯,并经镁粉进一步无水处理)加到500 mL 圆底烧瓶中,加热回流30 min. 自然冷却,取1. 46 g L iOH·6H2O加入烧瓶中,超声溶解得到ZnO胶体. 在80 ℃下,将ZnO胶体烘干. 于马福炉中以2 ℃/min的升温速率在300℃、400 ℃、500 ℃条件下烧结干胶,即可得到约50 nm的ZnO粉体.卢晓蓉等人[ 9 ] 用以醋酸锌Zn (Ac ) 2 ·2H2O、草酸
H2C2O4 ·2H2O和无水乙醇为原料,采用溶胶- 凝胶方法,也制备获得了20 nm左右的ZnO粉体.
(4)微乳液法制备
何秋星等人[ 10 ]将正己烷35 mL、乙醇10 mL、一定量表面活性剂(AEO3 +AEO9 )和ZnSO4 水溶液置于烧杯中,搅拌得透明微乳液A. 用NaOH代替ZnSO4 按上述方法制得含NaOH水溶液的透明微乳液B. 将微乳液A、B采用双微乳液混合法按体积比为1∶1. 2比例混合,快速搅拌,生成了Zn (OH) 2 的白色沉淀. 继续反应2 h后,将该体系移至老化锅并继续搅拌,在一定的温度下老化一段时间. 分离沉淀并依次用无水乙醇及浓度为2. 1 mol/L的(NH4 ) 2CO3 水溶液反复洗涤至pH = 8. 5,得前驱体Zn (OH) 2. 将该前驱体置于马弗炉内,在一定温度和时间内煅烧得产物为球形六角晶系结构,平均粒径27 nm,粒径尺寸分布范围较窄, 99%的颗粒是纳米级范围的ZnO粉末.崔若梅等人[ 11 ]利用适当比例的非离子表面活性剂吐温80、环己烷、水自发生成W /O型微乳液也制得了25～30nm的ZnO 粉体.
2.2.3 水热法制备纳米ZnO
它的基本原理是:用锌的含氧酸盐(如硝酸锌、醋酸锌等) 和一些有机表面活性剂(如六次甲基四胺、三乙醇胺等) 的水溶液,在一定的温度下反应一段时间,从而制备出各种形貌的ZnO结构。
林志贤,张永爱,覃华芳,郭太良等利用水热法制zno首先利用溶胶2凝胶法制备ZnO 溶胶前驱体,用匀胶机在ITO 玻璃片上匀涂1 层ZnO 溶胶前驱体薄膜,将该
薄膜烧结,制备出的ZnO 薄膜作为生长ZnO 纳米材料的种子层,然后利用水热法
在该种子层上外延生长ZnO 纳米材料,通过控制反应物摩尔浓度和反应时间,合
成ZnO 纳米棒、纳米锥、纳米管、纳米片等ZnO 结构。具体步骤
基片的准备
将厚度为1mm ITO 玻璃片切割成面积为3. 0cm×3. 0cm 的小片,按如下步骤处理:
(1) 将ITO 玻璃片放入浓度为8 %的清洗液中,超声清洗,然后用纯水将其洗干净;
(2) 将洗干净后的ITO 玻璃片放入无水乙醇中超声清洗30min ; (3) 用去离子风枪将ITO 玻璃片吹干,放入表面皿中待用。
ZnO 薄膜制备
实验步骤如下: (1) 以无水乙醇为溶剂,配置浓度约为3. 3mol 的醋酸锌溶液,
滴入几滴乙二醇胺,搅拌,直至醋酸锌完全溶解; (2) 将以上溶液进行水浴加热
并搅拌,温度60 ℃,搅拌时间30min ; (3) 水浴加热结束后取出溶液,陈化; (4) 用匀胶机(型号: SC21B 型)在ITO 玻璃片上匀涂1 层ZnO 溶胶前驱体溶液; (5)将匀涂有ZnO 溶胶前驱体溶液的ITO 玻璃片放入烘箱中烧结,烧结温度为400 ℃,
升温速度为2 ℃/ min ,保温30min 。
在实验中用制备出的ZnO 薄膜作为生长ZnO 纳米材料的种子层,分别以硝酸锌和六次甲基四胺混合溶液以及硝酸锌和氢氧化钠混合溶液为水热反应的溶液,将配制好的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应,通过改变反应时间、温度、溶液的浓度,得到不同形貌的ZnO 纳米材料。生长结束后,将长有材料的ITO 玻璃片取出,用蒸馏水漂洗干净,烘干。
除了上述方法还有水解加热法,超声辐射沉淀法纳米ZnO的制备,超临界流体干燥法制备纳米ZnO,高分子网络凝胶法制备纳米ZnO粉料,固相配位化学反应法合成ZnO纳米粉体
3 氧化锌纳米材料制备的新方法
近年来,人们已开发了一系列制备氧化锌纳米材料的新方法,如微波法[10]、静电纺丝法、离子液体法、脉冲激光烧蚀沉积法、频磁控溅射法等。
3.1 微波法
微波是频率300MHz～300GHz、波长1mm～1m 的电磁波.余磊等[31]以硫酸锌和碳酸钠为原料，采用微波诱导固相化学反应首先合成前驱体碳酸锌，再经热分解后纯化制得平均粒径5.6nm的ZnO。该法具有原料来源广、成本低廉、实验设备简单、工艺流程短、反应时间短、操作方便和易于分散等优点，具有实用价值。
3.2 离子液体法
离子液体法是采用离子液体作为反应溶剂来制备纳米材料。其已表现出许多其他方法不具备的优点。Wang W W 等[37]应用离子液体法(MAIL)在离子液体[BMIM]BF4 中通过控制适当的条件，成功合成形状可控的针状和花状的ZnO 材料。合成快速(5～20)min，也不需要晶种、表面活性剂和模板剂等。
4.纳米!BC 的表面修饰
纳米!BC 粒子具有较高的表面极性，未经表面修饰的纳米!BC 的表面能很高，极易团聚，与聚合物相容性差，因此要制得性能优异的纳米复合材料关键就在于实现纳米!BC 粒子的超细微分散。表面修饰是降低纳米材料的表面极性、提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力、扩大纳米材料的应用范围的有效途径。
纳米!BC 的表面修饰方法主要包括：利用化学方法在纳米!BC 表面添加适当的覆盖层材料，改变表面形貌使其表面钝化，以减少表面缺陷和悬键。如先用偶联剂处理纳米!BC 粒子，随后用不同的单体再进行表面包覆，处理过的纳米!BC 在树脂聚合反应前加入，得到永久性纳米复合材料。偶联剂处理，使纳米!BC 表面形成一层单分子覆盖膜，可极大的减小其表面能，减轻粒子间的强吸附作用。同时，当粒子相互接近时，由于粒子表面偶联剂链的存在，使其运动受到限制，因此，用偶联剂对纳米粒子进行表面改性，可以达到防团聚的目的。文献?;>I ;J@报道，在非水介质中，运用表面活性剂，制备出改性的纳米!BC，其紫外吸收性能、接触角、粘度、比表面积等指标变化很大，粉体亲油性得到明显提高。季光明，陶杰?;G@用钛酸脂偶联剂’-!I =<; 对纳米!BC 进行了表面处理，其表面形成牢固的化学键合，使纳米!BC 粒子由亲水性变成疏水性，在K"L=:> 时，偶联效果最好。另一类是物理分散，这类应用所涉及的纳米粉体分散工艺相对简单，研究重点是如何选择利于纳米粉体分散或阻止其团聚的分散剂，一般是通过球磨、机械搅拌或超声波把一定浓度的纳米!BC 强制分散在分散剂溶液中形成纳米!BC 分散液，直接加入到材料中应用。王国宏，李定或?=<@通过正交实验以月桂酸钠为改性剂、用量为;>M)、K" 值为8、改性时间为;:>N 时，改性后的纳米!BC
的亲油化度达到OG:=M，能较好地分散于甲醇和二甲苯中。
5 氧化锌纳米材料的性能及其应用
氧化锌纳米材料在光、电、磁学性能上的突出性能使其表现出了许多特殊性质，如由于氧化锌纳米材料可以吸收和散射紫外线广泛用于日用化工及医药方面;由氧化锌纳米材料在各种波长范围内均有吸收，可以做吸波材料,且其质量轻、颜色浅、吸波能力强;由于氧化锌纳米材料的尺寸小，比表面积大，表面的键态与颗粒内部的键态不同，表面原子配位不全等，导致表面活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶，加大了接触面，因此，氧化锌纳米催化剂的催化活性和选择性特别好.而且它在光的照射下，它几乎不引起光的散射，具有很大的比表面积和宽的能带，因此被认为是极有前景的光催化材料.还有在不同条件下制得不同形貌的纳米氧化锌具有不同的光导电性、半导体性和导电性等性质。利用这种特性，氧化锌可用作图像记录材料;氧化锌纳米材料具有粒径小、比表面积大、分散性好、疏松多孔和流动性好等特点,所以也被广泛用于制造高速耐磨的橡胶制品;氧化锌纳米材料具有明显的荧光性和吸收紫外的功能，能使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及杀菌防霉作用,它与其他纳米材料配合，广泛用于涂料中.
5.1 纳米ZnO的新应用
5.1.1 纳米发电机
王中林等[ 32 ]通过改造的原子力显微镜(AFM)系统对定向生长ZnO纳米线/带的压电产生过程和耦合功率进行了研究。结果表明单根ZnO纳米带的有效压电系数d33在不同频率下介于14. 4～26. 7 pmV21之间,比块状ZnO的9. 93 pmV21大得多,单根ZnO纳米线输出的电压峰值可达约6～9 mV。如果能够将大量的ZnO 纳米线联合封装起来组成“发电机组”,那将可以获得可观的功率。纳米发电机可以收集机械能,比如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量;震动能,比如声波和超声波产生的能量;流体能量,比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量,并将这些能量转化为电能提供给纳米器件。但是现在ZnO纳米发电机还处于实验室研究阶段,面临的主要课题是高质量ZnO纳米线的制备和纳米线在器件中的封装问题。
5.1.2 ZnO纳米线场效应晶体管( FET)
ZnO纳米带、纳米棒、纳米线等一维纳米ZnO 已经成功被应用于场效应晶体管[ 33235 ] 。ZnO纳米线场效应晶体管的典型结构如图5所示。在厚度为120 nm 的SiO2 栅极绝缘层沉积并用电子束刻蚀出Au的源电极和漏电极阵列,经过充分分散的ZnO纳米线分布于两极之间, SiO2 栅极绝缘层下面是高度掺杂的Si (p + )层,它是晶体管的栅极。通过控制栅极的电压,可以控制电流从源电极流向漏电极。ZnO纳米线FET具有很出色的性能:典型的ZnO 纳米线FET的临界电压为215 V,切换率接近100,最大传导率为 1. 25 ×1023Ω21cm21。凭借着性能的优势, ZnO纳米线FET很有可能取代传统的硅MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管) ,成为下一代集成电路晶体管。
5.1.3 ZnO太阳能电池
以一维ZnO纳米材料等代替TiO2 制作染料敏化太阳能电池(DSSC) 是最近一个热门的研究课题。ZnO拥有宽禁带、高激子束缚能、高强度、高硬度和比TiO2 更大的电子迁移率,使得它很适合于DSSC。单晶的一维纳米ZnO如ZnO纳米线、纳米管、纳米棒和其他结构相比,由于不存在晶界,所以沿长轴方向的电阻很小,电导率很大,更有利于内部电子的运输。Basudev Pradhan等[ 41 ]人用玫瑰红
染料的甲醇溶液敏化了在包裹了铟锡氧化物( ITO)层的玻璃上生长出的垂直取向ZnO纳米线阵列,然后将其粘结在镀铂的ITO反电极上,两个电极之间用云母片隔开,纳米线阵列内部填充KI和I2 的甲醇溶液作为电解液,制成了DSSC。其结构如图6所示。白光照射下的电流2电压特性表明,该DSSC在波长为570 nm 处获得最大光电转化效率( IPCE)为5. 3%;其短路电流随入射光强度几乎呈线性增长。
6 国内外在纳米复合材料的研究动态及发展趋势
国外在纳米材料的研究开发和产业化方面起步较早，有关纳米zno抗菌复合材料的研究报道较多，如日本三菱公司开发了用于食品包装的纳米zno抗菌聚烯烃薄膜，具有优良的抗菌、杀菌效果；日本帝人公司采用纳米zno和/FC=混合消臭剂生产除臭纤维，能吸收臭味，净化空气。美国研究开发成功并以进行产业化的有，具有随角色性的豪华轿车面漆、军事隐身材料、绝缘材料等，另外，还开展了光致变色材料、透明耐磨材料、包装用阻隔性材料等纳米材料的研究。我国材料产业近年来有了较快的发展，有些材料品种在质量上接近和超过发达国家当前的材料水平。国内有关纳米!BC 的应用研究报道主要集中在抗菌纳米涂料的应用中，抗菌率可达GGH以上。纳米复合材料的发展涉及纳米科技、高分子材料与工程、有机化学、微生物、分析等交叉学科领域，各种理论和研究技术正处在高速发展阶段，尤其高分子和纳米科技的许多基础研究和理论有待不断完善。
7 展望
对于纳米ZnO,一方面要发展新的制备技术,包括现有技术融合与其他高新技术的介入;研究适合工业化的化学制备方法、完善反应机理研究与工艺技术;研究控制工程,包括颗粒尺寸、形状、表面及微结构的控制,表面改性与修饰技术等,如何生产出具有新性能、粒径更小、大小均一、形貌均一、粒径和形貌均可调控、生产成本低廉的纳米氧化锌,甚至是有新功能的纳米结构材料仍然需要努力工作.另一方面,从纳米ZnO的制备研究热潮转向纳米ZnO的实际应用和市场开发,转向经济回报,转向高新科技的研发和应用研发是未来的重要方向.
8 小结
ZnO是当今研究最热门,应用潜力最大的半导体功能氧化物之一。近年来由于取向ZnO纳米线、纳米带、纳米环等新一维纳米结构的发现,人们开发了很多新型的,具有优异性能的器件。但是现有的制备高质量一维纳米ZnO的方法还不完善,新器件大多还处于实验室研究阶段,要想实用化还有很多问题有待解决。展望未来,还将继续开发新的ZnO一维纳米材料和器件,新工艺,新方法将应用于制备高质量ZnO一维纳米材料。新型器件的实用化,产业化也将被提上日程。
纳米二氧化硅
1前言 1.1纳米二氧化硅的发展现状及前景 纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1～100nm)的超细材料。当粒子的粒径为纳米级时，其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因而展现出许多特有的性质，应用前景广阔。纳米SiO 是极具工业应用前景的纳米材料，它的应用领域十分广泛，几乎 2 粉体的行业。我国对纳米材料的研究起步比较迟，直到“八五计涉及到所有应用SiO 2 划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后，这方面的研究才迅速开展起来，并取得了令人瞩目的成果。1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作，成 [1]，从而使我国成为继美、英、日、德功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO 2 国之后，国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO 的批量生产为其研究开发提 2 供了坚实的基础。 目前，我国的科技工作者正积极投身于这种新材料的开发与应用，上海氯碱化工与华东理工大学[2]建立了连续化的1000t／a规模中试研究装置，开发了辅助燃烧反应器等核心设备，制备了性能优良的纳米二氧化硅产品，其理化性能和在硅橡胶制品中的应用性能，已经达到和超过国外同类产品指标。专家鉴定认为，纳米二氧化硅氢氧焰燃烧合成技术、燃烧反应器和絮凝器等关键设备及应用技术具有创新性，该成果总体上达到国际先进水平，其中在预混合辅助燃烧新型反应器和流化床脱酸两项核心技术方面达到了国际领先水平，对于突破国际技术封锁具有重大价值。但总地来讲，我国纳米SiO 的生 2 产与应用还落后于发达国家,该领域的研究工作还有待突破。 1.2 纳米二氧化硅的性质[3]~[5] 纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形。这种特殊结构使它具有独特的性质： 纳米二氧化硅对波长490 nm以内的紫外线反射率高达70%～80%，将其添加在高分子材料中，可以达到抗紫外线老化和热老化的目的。 纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性。 纳米二氧化硅在高温下仍具有强度、韧度和稳定性高的特点，将其分散在材料中，
纳米材料论文汇总
纳米材料技术介绍 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：胡宇杨 学号：1120101117 班级：D机制131
引言：纳米概念是1959年木，诺贝尔奖获得着理查德.费曼在一次讲演中提出的。他在“There is plenty of room at thebottom”的讲演中提到，人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器，而这较小的机器可以制作更小的机器，这样一步步达到分子尺度，即逐级缩小生产装置，以至最后直接按意愿排列原子，制造产品。他预言，化学将变成根据人仃〕的意愿逐个地准确放置原子的技术问题，这是最早具有现代纳米概念的思想。20世纪80年代末、90年代初，出现了表征纳米尺度的重要工具一扫描隧道显微镜(STM)，原子力显微镜(AFM)一认识纳米尺度和纳米世界物质的直接的工具，极大地促进了在纳米尺度上认识物质的结构以及结构与性质的关系，出现了纳米技术术语，形成了纳米技术。 其实说起来纳米只是一个长度单位，1纳米(nm)=10又负3次方微米=10又负6次方毫米(mm)=10又负9次方米(m)=l0A。纳米科学与技术(Nano-ST)是研究由尺寸在1-100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。关于纳米技术，从迄今为止的研究状况来看，可以分为4种概念。在这里就不一一介绍了。 1纳米材料的特性 纳米是一种度量单位，1 nm为百万分之一毫米，即l毫微米，也就是十亿分之一米，一个原子约为0 1 nm。纳米材料是一种全新的超微固体材料，它是由纳米微粒构成，其中纳米颗粒的尺寸为l～100 nm。纳米技术就是在100 nm以下的微小结构上对物质和材料进行研究处理，即用单个原子、分子制造物质的科学技术…。 纳米微粒是由数目较少的原子和分子组成的原子群或分子群，其占很大比例的表面原于是既无长程序又无短程序的非晶层：而在粒子内部，存在结晶完好的周期性排布的原子，不过其结构与晶体样品的完全长程序结构不同。正是纳米微粒的这种特殊结构，导致了纳米微粒奇异的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应，并由此产生许多纳米材料与常规材料不同的物理、化学特性。 1．1表面与界面效应 纳米材料的表面效应口即纳米微粒表面原子与总原子数比随纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子的表面能及表面张力也随之增加，从而引起纳米榻料性质的变化。例如，粒径为5 nm的SiC比表面积高达300 ／12／g；而纳米氧化锡的表面积随粒径的变化更为显著，10 lltlfl时比表面积为90．3 m2／g，5 nm时比表面积增加到181 m2／g，而当粒径小于2 nm 时，比表面积猛增到450 m2／g。这样大的比表面积使处于表面的原子数大大增加．这些袭面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在着大量的表而缺陷和许多悬挂键，具有高度的不饱和性质，因而使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来，具有很高的化学反应活性。
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]。
半导体纳米材料论文fulltext2
BRIEF COMMUNICATION Preparation and photoelectric properties of mesoporous ZnO ?lms Ming Ming Wu ?Yue Shen ?Feng Gu ? Yi An Xie ?Jian Cheng Zhang ?Lin Jun Wang Received:24June 2009/Accepted:21October 2009/Published online:6November 2009óSpringer Science+Business Media,LLC 2009 Abstract Mesoporous ZnO ?lms doped with Ti 4?(M-ZnO)have been prepared by doping process and sol–gel method.The ?lms have mesoporous structures and consist of nano-crystalline phase,as evidenced from small angle X-ray diffraction and high resolution transmission electron microscopy.The wide angle X-ray diffraction of M-ZnO ?lms con?rms that M-ZnO has hexagonal wurtzite structure and ternary ZnTiO 3phases.Ultraviolet–visible transmittance spectra,absorbance spectra and energy gaps of the ?lms were measured.The Eg of M-ZnO is 3.25eV.Photoluminescence intensity of M-ZnO centered at 380nm increases obviously with the excitation power,which is due to the doping process and enhanced emission ef?ciency.M-ZnO thin ?lms display a positive photovoltaic effect compared to mesoporous TiO 2(M-TiO 2)?lms.Keywords Photoelectric properties áMesoporous áZnO áTiO 2 1Introduction It has been recently shown that semiconducting mesoporous metal oxides,e.g.,SnO 2[1,2]or TiO 2[3],with large speci?c surface areas and uniform pore widths show interesting properties which are superior to non porous samples of the same metal oxides.Zinc oxide (ZnO)is attracting tremendous research interest due to its vast spectrum properties and applications.ZnO is an n-type direct band-gap semiconductor with E g =3.37eV and an exciton-binding energy of 60meV.It has been applied for light-emitting diodes [4–6],lasers [7],photovoltaic solar cells [8],UV-photodetectors [9]and sensors [10].Particularly,it has attracted great attention in Dye-sensitized solar cells (DSSC). To date,the highest solar-to-electric conversion ef?-ciency of over 11%has been achieved with ?lms that consist of mesoporous TiO 2nanocrystallites sensitized by ruthe-nium-based dyes [11].Besides the optical properties similar to TiO 2,ZnO has other advantages such as higher light absorbance below 400nm than TiO 2[12],improved elec-tronic transfer rate and hindered dark current generation [13,14].Nevertheless,ZnO nanostructure electrodes seem to have insuf?cient internal surface areas,which limits their energy conversion ef?ciency at a relatively low level,for example,1.5–2.4%for ZnO nanocrystalline ?lms [15–17],0.5–1.5%for ZnO nanowire ?lms [18–20],2.7–3.5%for uniform ZnO aggregate ?lms [21,22]and 5.4%for poly-disperse ZnO aggregates [8]. In spite of a great deal of effort to successfully synthesize mesoporous ZnO powders successfully [23,24],however,many barriers still exist due to the intrinsic properties of zinc versus silicon.To the best of our knowledge,there were few reports about ordered mesoporous ZnO thin ?lm prepared by wet chemical method.The main hurdles in the synthesis of well-ordered mesoporous ZnO are the high reactivity of Zn ion precursors toward hydrolysis [25]and dif?culty for Zn to form the three-dimensional network structure of Zn-O as compared to Si and Ti [26]. In this work,we report a highly reproducible synthetic method to produce thermally stable M-ZnO ?lms through doping process and sol–gel method.Photoelectric proper-ties of M-ZnO ?lms were studied and compared with M-TiO 2?lms,which can get the highest solar-to-electric conversion ef?ciency. M.M.Wu áY.Shen (&)áF.Gu áY.A.Xie áJ.C.Zhang áL.J.Wang School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,China e-mail:yueshen@https://www.wendangku.net/doc/586096330.html,;yueshen126@https://www.wendangku.net/doc/586096330.html, J Sol-Gel Sci Technol (2010)53:470–474DOI 10.1007/s10971-009-2099-7
纳米材料综述 论文
纳米材料综述 1 引言 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100一102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子;二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。 1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构. 在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。纳米相材料和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。其常规纳米材料中的基本颗粒直径不到l00nm，包含的原子不到几万个。一个直径为3nm的原子团包含大约900个原子，几乎是英文里一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条300多米长的帆船跟整个地球的比例。 2 纳米材料特性 一般在宏观领域中，某种物质固体的理化特性与该固体的尺度大小无关。当物质颗粒小于100 nm时，物质本身的许多固有特性均发生质的变化。这种现象称为“纳米效应”。纳米材料具有三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 2.1表面效应 纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。当粒径降到1 nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。 2.2小尺寸效应 由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，比表面积增加，从而产生一系列新奇的性质： 1)特殊的光学性质：纳米金属的光吸收性显著增强。粒度越小，光反射率越低。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑。金属超微颗粒对光的反射率通常可低于l％，约几微米的厚度就能完全消光。相反，一些
纳米材料论文
纳米材料的制备技术进展 摘要综述了国内外块状纳米材料的制备技术进展及存在的问题。提出了超短时脉冲电流直接晶化法和深过冷直接晶化法两类潜在的块状金属纳米晶制备技术，并对今后的研究及发展前景进行了展望。 关键词：纳米晶块体材料制备非晶晶化机械合金化深过冷 自80年代初德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后［1］，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能［2］，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。为使这种新型材料既有利于理论研究，又能在实际中拓宽其使用范围，探索高质量的三维大尺寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米材料研究的关键之一。本文综述国内外现有块状金属纳米材料的制备技术进展，并提出今后可能成为块状金属纳米材料制备的潜在技术。 1现有块状金属纳米材料的制备技术 1.1 惰性气体凝聚原位加压成形法 该法首先由H.V.Gleiter教授提出［1］，其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结)系统组成。其制备过程是：在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子，刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具，在10-6Pa高真空下，加压系统以1～5GPa的压力使纳米粉原位加压(烧结)成块。采用该法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、Sb、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的块状纳米材料［3］。近年来，在该装置基础之上，通过改进 使金属升华的热源及方式(如采用感应加热、等离子体法、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备，可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。纳米超饱和合金、纳米复合材料等也正在利用此法研究之中。目前该法正向多组分、计量控制、多副模具、超高压力方向发展。 该法的特点是适用范围广，微粉表面洁净，有助于纳米材料的理论研究。但工艺设备复杂，产量极低，很难满足性能研究及应用的要求，特别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在大量的微孔隙，致密样品密度仅能达金属体积密度的7
纳米材料论文
纳米材料的特性与应用 摘要：纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚爱好。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。 关键词：纳米材料特性应用 1. 纳米发展简史 1959年，着名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。 1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2．什么是纳米材料 纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。 一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 3. 纳米材料的特性 广义地说，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（1-100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。 3.1表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。 3.2小尺寸效应
纳米材料论文
上海应用技术大学2017—2018 学年第二学期《纳米材料与未来生活》期（末）试卷课程代码: 学分: 2 课程序号: 班级：学号：姓名: 我已阅读了有关的考试规定和纪律要求，愿意在考试中遵守《考场规则》，如有违反将愿接受相应的处理。 本课程以小论文形式进行期末考核，要求如下： 一、请同学们在下列题目中按照指定题目，写成期末论文。 1、纳米材料先进制备技术 2、纳米材料与未来生物医药 3、纳米材料与未来汽车 4、纳米材料与先进催化 5、纳米材料与未来锂电 6、纳米多孔材料与超级电容器 7、纳米催化剂与燃料电池 8、纳米材料与光催化技术 二、论文写作要求：论文题目应为授课教师指定题目，论文要层次清晰、论点清楚、论据准确；论文写作要理论联系实际，同学们应结合课堂讲授内容，广泛收集与论文有关资料，含有一定案例，参考一定文献资料。三、论文写作格式要求：论文题目要求为宋体三号字，加粗居中；正文部 分要求为宋体小四号字，标题加粗，行间距为1.5 倍行距；论文字数要控制在2000－2500 字；论文标题书写顺序依次为一、（一）、 1.。 四、论文提交注意事项： 1、论文一律以此文件为封面，写明班级、姓名、学号等信息。 2、论文一律采用书面提交方式，在规定时间内提交，逾期将不接受补交
3、如有抄袭雷同现象，将按学校规定严肃处理。
目录 纳米材料的概念 (1) 未来汽车的概念 (1) 未来汽车的外饰 (2) 未来汽车外饰与纳米材料 (2) 未来汽车的内饰 (2) 未来汽车内饰与纳米材料 (3) 总结 (4)
纳米材料与未来汽车 一、纳米材料的概念 （一）、纳米材料 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1-100 nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100 个原子紧密排列在一起的尺度。 （二）、纳米材料的补充 人们普遍认为纳米科技源自费曼于1959 年的一次演讲，而“小就是与众不同”在现在几乎成了纳米科技界的一句口头禅。纳米科技近年来的发展可以说是非常迅猛，从国际上犹如雨后春笋一般冒出来的数十种纳米科技类杂志就可见一斑，其中英国物理学会率先出版Nanotechnology, 美国化学学会继成功出版Nano Letters 之后又推出了ACS Nano可以发现纳米科技有着魔力让人们着迷。 我国台湾把纳米翻译为奈米。我国先后成立了国家纳米科技指导协调委员会和纳米技术专门委员会，建立了国家纳米科学中心、国家纳米技术与工程研究院（天津）、纳米技术及应用国家工程研究中心、国家纳米技术国际创新园。 纳米塑料———强度更高汽车制造中应用的塑料数量将越来越多。纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：强度高，耐热性强，比重更小。由于纳米粒子尺寸小于可见光的波长，纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度，这样的纳米塑料在汽车上将有广泛的用途。经过纳米技术处理的部分材料耐磨性更是黄铜的27 倍。除此之外，纳米塑料除了可回收外，还有长期耐紫外线、色泽稳定、质量较轻等优点，在汽车配件中的应用领域相当广泛。在汽车外装件中，主要用于保险杆、散热器、底盘、车身外板、车轮护罩、活动车顶及其它保护胶条、挡风胶条等。在内饰件中，主要用于仪表板和内饰板、安全气囊材料等。 二、未来汽车的概念（一）、未来汽车 未来汽车有别于我们家庭所使用的目前所了解的汽车，未来汽车的发展
纳米材料的制备及应用.
本科毕业论文(设计) 题目：纳米材料的制备及应用 学院：物理与电子科学学院 班级： XX级XX班 姓名： XXX 指导教师： XXX 职称： 完成日期： 20XX 年 X 月 XX 日
纳米材料的制备及应用 摘要:近几年来，由于纳米材料有众多特殊性质，人们越来越关注纳米材料。科技的迅猛发展使纳米材料的制备变得更加成熟。本论文讲述纳米材料的制备，以及纳米技术在将来的应用。 关键词：纳米材料物理方法化学方法应用前景
目录 引言 (1) 1.纳米材料的物理制备方法 (1) 1.1物理粉碎法 (1) 1.2球磨法 (2) 1.3.蒸发—冷凝法 (2) 1.3.1.激光加热蒸发法 (2) 1.3.2.真空蒸发—冷凝法 (4) 1.3.3.电子束照射法 (4) 1.3.4.等离子体法 (5) 1.3.5.高频感应加热法 (5) 1.4.溅射法 (6) 2.纳米材料的化学制备方法 (7) 2.1化学沉淀法 (8) 2.2化学气相沉积法 (8) 2.3化学气相冷凝法 (10) 2.4溶胶--凝胶法 (10) 2.5水热法 (11) 3.纳米材料的其他制备方法 (12) 3.1分子束外延法 (12) 3.2静电纺丝法 (13) 4.纳米材料的应用前景 (14) 5.总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)
引言 纳米材料是指任一维空间尺度处于1—100nm之间的材料。它有着不同寻常的性质，如小尺寸效应可引起物理性质的突变，从而具有独特的性能；量子尺寸效应和表面与界面效应使其具有了一般大颗粒物不具备的性质，如对红外线、紫外线有很强的反射作用，应用到纺织品中有抗紫外线，隔热保温作用。纳米材料的这些特性使其在化工、物理、生物、医学方面都有非常重要的价值]1[。多年以来，通过科学家们的潜心研究，使纳米材料在其制备及其应用中得到了很大的发展。纳米材料将逐渐进入人们的日常生活，并将成为未来新工业革命的必备材料。 1.纳米材料的物理制备方法 1.1物理粉碎法 物理粉碎法就是用机械粉碎和电火花爆炸等方法得到纳米微粒]2[。此方法操作简单，成本较低，但得到的纳米微粒纯度不高，分布也不均匀。 图1. 机械粉碎法仪器图
纳米材料论文：纳米材料的应用分析
纳米材料论文： 纳米材料的应用分析 摘要: 充满生机的二十一世纪,以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命,节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心,纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用,它对化工行业产生的影响是无法估量的。主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。 关键词: 纳米材料;化工领域;应用 纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 1 纳米材料的特殊性质 力学性质。高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳 迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。 磁学性质。当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。 电学性质。由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 热学性质。纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 2 纳米材料在工程上的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如Si C,BC等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低 烧结温度,缩短烧结时间。由于纳米粒子的尺寸效应和表面效应,使得纳米复相材料的熔点和相转变温度下降,在较低的温度下即可得到烧结性能良好的复相材料。由纳米颗粒构成的纳米陶瓷在低温下出现良好的延展性。纳米Ti O2陶瓷在室温下具有良好的韧性,在180°C下经受弯曲而不产生裂纹。纳米复合陶瓷具有良好的室温和高温力学性能,在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面具有广泛的应用,在许多超高温、强腐蚀等许多苛刻的环境下起着其它材料无法取代的作用。随着陶瓷多层结构在微电子器件的包封、电容器、传感器等方面的应用,利用纳米材料的优异性能来制作高性能电子陶瓷材料也成为一大热点。有人预计纳米陶瓷很可能发展成为跨世纪新材料,使陶瓷材料的研究出现一个新的飞跃。纳米颗粒添加到玻璃中,可以明显改善玻璃的脆性。无机纳米颗粒具有很好的流动性,可以用来制备在某些特殊场合下使用的固体润滑剂。 3 纳米材料在在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,
纳米材料 论文
纳米材料应用——催化剂 姓名：班级：学号： 摘要：纳米催化剂具有特殊的纳米结构，具备普通催化剂所没有的性质，这决定了纳米催化剂的高催化性能和选择性。目前有多种方法可以制备纳米催化剂，例如有机溶剂法、微乳液法和离子交换法等，各种方法都有优缺点。并且在众多领域中，纳米催化剂得到了广泛的应用，包括工业生产和环境保护。 关键词：纳米催化剂，性质，分类，制备，应用 一、前言 近年来，纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂的出现及与其相关研究的蓬勃发展。纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，它还表现出优良的电催化、磁催化等性能，已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。 目前，纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发[1]，如复合氧化物纳米晶[2]。由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多，所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。在石油化工工业采用纳米催化材料，可
提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产率和质量。目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。随着世界对环境和能源问题认识的深入，纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果[3]。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量[4]。对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义 二、纳米催化剂性质 1、表面效应 描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。有研究表明,当微粒粒径由10 nm减小到1 nm 时, 表面原子数将从20% 增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大,使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。 2、体积效应 体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普
纳米材料论文
纳米材料的制备技术进展及展望 物理工程学院2007级应用物理学03班衷雷 20072200342 摘要综述了国内外块状纳米材料的制备技术进展及存在的问题。提出了超短时脉冲电流直接晶化法和深过冷直接晶化法两类潜在的块状金属纳米晶制备技术，并对今后的研究及发展前景进行了展望。 关键词：纳米晶块体材料制备非晶晶化机械合金化深过冷 自80年代初德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后［1］，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能［2］，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。为使这种新型材料既有利于理论研究，又能在实际中拓宽其使用范围，探索高质量的三维大尺寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米材料研究的关键之一。本文综述国内外现有块状金属纳米材料的制备技术进展，并提出今后可能成为块状金属纳米材料制备的潜在技术。 1现有块状金属纳米材料的制备技术 1.1 惰性气体凝聚原位加压成形法 该法首先由H.V.Gleiter教授提出［1］，其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结)系统组成。其制备过程是：在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子，刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具，在10-6Pa高真空下，加压系统以1～5 GPa的压力使纳米粉原位加压(烧结)成块。采用该法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、S b、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的块状纳米材料［3］。近年来，在该装置基础之上，通过改进使金属升华的热源及方式(如采用感应加热、等离子体法、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备，可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。纳米超饱和合金、纳米复合材料等也正在利用此法研究之中。目前该法正向多组分、计量控制、多副模具、超高压力方向发展。 该法的特点是适用范围广，微粉表面洁净，有助于纳米材料的理论研究。但工艺设备复杂，产量极低，很难满足性能研究及应用的要求，特别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在大量的微孔隙，致密样品密度仅能达金属体积密度的75%～90%，这种微孔隙对纳米材料的结构性能研究及某些性能的提高十分不利。近年来，尽管发展了一些新的纳米粉制备方法
纳米材料论文
学院：机电工程学院 专业年级：2009级机械五班 学生姓名：刘威学号：20091347 指导老师：袁光明
纳米材料与应用 （中南林业科技大学机电工程学院机械专业20091347，湖南长沙，410004）摘要：简要介绍了纳米材料的分类以及它的基本效应，讲解了纳米材料的特殊性能。分析了新型能源纳米材料中光电转换、热点转换、超级电容器及电池电极的纳米材料；环境净化纳米材料中的光催化、吸附、尾气处理等；较具体的讲述了纳米生物医药材料中纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。 关键词：纳米材料，性能，应用。 【Abstract】: Briefly introduces the classification of nanomaterials and its basic effect, explaining the nanometer material the special performance. A new energy nanomaterials analyzed in photoelectric conversion, hot conversion, super capacitors and battery electrodes nanometer material; Environmental purification of nanomaterials photocatalytic, adsorption, exhaust handling, etc.; The more specific about nano biological medicine materials nano ceramic material, nano carbon materials, nanometer high polymer materials, nano composite materials. 【Keywords】: nanomaterials, performance ,the application. 纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1~100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。 按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。 按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料）。 按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。 按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等）。 当纳米材料的结构进入纳米尺度调至范围时，会表现出小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米效应。 表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。随着粒径的减小，纳米粒子的表面原子数、比表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。表面原子处于裸露状态，周围缺少相邻的原子，有许多剩余键力，易与其他原子结合而稳定具有较高的化学活性。纳米材料中界面原子所占的体积分数很大，它对材料性能的影响非常显著。低温超塑性是纳米材料的一个重要特性，普通陶瓷只有在1 000℃以上，在小于一定的应变速率时才能表现出塑性，而许多纳米陶瓷在室温下就会发生塑性变形。这种纳米陶瓷增韧效应主要归因于大量界面的存在。而它的塑性变形主要是通过晶粒之间相对滑移而实现的。 而小尺寸效应纳米粒子的熔点可远低于块状本体，此特性为粉末冶金工业提供了新工艺，利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可通过改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，构造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。 对于量子尺寸而言，对于晶粒状态难以发光的间接带隙半导体，当其粒径减少到纳米量级时，会表现出明显的可见光发光现象，且随着粒径的进一步减少，发光强度逐渐增强，