纳米材料概述-制备方法-ppt课件.ppt

1、纳米材料1ppt课件什么是纳米材料 颗粒尺寸为纳米量级的材料即为纳米材料颗粒状的叫纳米颗粒如果是由纳米颗粒凝聚而成的块体、薄膜多层膜和纤维，则叫纳米结构材料（nano-structured materials)2ppt课件纳米材料的自然历史宇宙大爆炸以后的冷却时期，当时原始宇宙大爆炸以后的冷却时期，当时原始凝聚物质形成早期星体中的纳米结构凝聚物质形成早期星体中的纳米结构自然界又演变出许多构成地球生物的纳自然界又演变出许多构成地球生物的纳米结构米结构-贝壳和动物骨骼贝壳和动物骨骼原始人类发现火的时候，他们创造了原始人类发现火的时候，他们创造了“人工纳米材料人工纳米材料”-烟粒烟粒3ppt课件A,

2、B : 无脊椎动物； C : 哺乳动物：鼠牙；D : 植物； E，F : 细菌4ppt课件纳米材料科学史纳米材料科学史Richard Feynman(later a Nobel laureate) (1959): “I can hardly doubt that when we have some control of the arrangement of things on a small scalea small scale ,we will get an enormously greater range of possible enormously greater range of po

3、ssible propertiesproperties that substances can have.”5ppt课件多样的结构与形貌Large Arrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes Samples of coiled nanotubes6ppt课件self-oriented nanotubes SEM images of fullerene pipes7ppt课件纳米材料的奇特物理性能力学性能-改善材料的强度、塑性与韧性8ppt课件 Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nano

4、tubes Under Tensile Load 9ppt课件热学性能熔点降低开始烧结温度降低晶化温度降低10ppt课件光学性能宽频带强吸收蓝移现象纳米微粒发光丁达尔现象拉曼散射变化11ppt课件Diameter-Selective Raman Scattering from Vibrational Modes in Carbon Nanotubes12ppt课件电学性能电阻变化介电效应变化压电效应变化13ppt课件磁学性能超顺磁性矫顽力升高居里温度降低磁化率14ppt课件催化性能改进比表面积很大，增强了催化剂吸附反应物的能力。吸收光谱吸收带边蓝移和半导体催化剂光催化活性提高。粒径通常小于空间

5、电荷层的厚度，使电子从内部扩散到表面的时间减少，提高了光致电荷分离的效率。 15ppt课件纳米材料理论基础纳米材料理论基础- -认识突破认识突破纳米材料的结构模型电子能级的不连续性 - kubo理论量子尺寸效应小尺寸效应表面效应宏观量子隧道效应16ppt课件纳米材料的结构模型纳米固体可分为两种组元晶粒组元界面组元界面的结构模型Gleiter：类气态模型Siegel：有序模型多样结构 有序、短程有序、无序结构17ppt课件电子能级的不连续性 - kubo理论 )Tkexp(kTcBBexp!n1)(PnnAoB52BdK/k105 . 1d/eWTk18ppt课件量子尺寸效应19ppt课件小尺寸

6、效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，导致声、光、电磁、热力学等特性呈现小尺寸效应20ppt课件表面效应表面原子特点：原子配位不满，多悬空键高表面能，高表面活性引发性能：导致表面原子输运构型变化-催化电子自旋构象能谱变化-光学性能21ppt课件宏观量子隧道效应隧道效应： 微观粒子具有贯穿势垒的能力宏观量子隧道效应： 一些宏观量（如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量）具有的隧道效应意义: 它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限22ppt课件纳米材料的检测手段纳米材料的检测手段- -技术基础技术基础

7、晶体结构分析XRD(X-ray diffraction)X射线衍射仪谢乐公式：B=0.89 /D cos 23ppt课件微结构与形貌分析TEM (transmission electromicroscopy) 透射电镜HRTEM (high resolution transmission electromicroscopy)AFM (atomic force microscopy) 原子力显微镜STM (scanning tunnelling microscopy ) 扫描隧道显微镜24ppt课件Landscape with clouds. In this cross section of a

8、 semiconductor laser, white patches of oxidation are forming near a junction between gallium arsenide atoms (upper right) and aluminum gallium arsenide. Atomic rank and file. The contours of a gold surface.25ppt课件表面成分分析AES 俄歇电子能谱分析IMF 离子探针FIM 场离子显微镜和原子探针XPS X射线电子能谱26ppt课件纳米材料与化学的关系纳米材料为化学研究开辟了一个新的层次

9、 化学为纳米材料创造了丰富的研究对象27ppt课件分子以上层次的化学化学传统的研究层次:一向限定在分子与原子之间的层次。表面化学和胶体化学早就提示分子以上还有一个新世界,化学没有理会。纳米材料给化学的启示:决定功能的不仅是构成系统的基本分子的理化性质，还要看分子怎样组装成为分子聚集体的。 发展分子以上层次化学已成为一个趋势。发展分子以上层次化学已成为一个趋势。28ppt课件化学为纳米材料创造了丰富的研究对象化学的特长研究自然,了解它创造新物质,完成新变化化学对纳米材料的意义-提供了丰富的制备方法固相法气相法液相法29ppt课件固相法高能球磨法-以机械粉碎与研磨为主体来实现粉末微细化优点：工艺简

10、单，产量高，可获得常规方法难以获得的高熔点金属或合金纳米材料缺点：晶粒尺寸不均匀，易引入杂质非晶晶化法适用某些成核激活能小晶粒长大激活能大的非晶合金30ppt课件气体冷凝法 特点：可通过调节惰性气体压力、温度、蒸发物质的分压即蒸发温度或速率来控制纳米微粒粒径的大小31ppt课件溅射法 优点：制备高熔点金属制备多组元化合物32ppt课件流动液面上真空蒸度 产物优点：多种金属的超微粒粒径均匀，分布窄尺寸可控33ppt课件通电加热蒸发法 可制得多种碳化物超微粒子34ppt课件混合等离子体分类：等离子蒸发法反应性等离子蒸发法等离子CVD法优点：不采用电极无电极杂质掺入35ppt课件激光诱导化学气相沉积

11、产品优点：清洁表面粒子大小可精确控制无粘结36ppt课件 Nanotube growth and self-orientation on porous silicon substrate.37ppt课件沉淀法分类：共沉淀法均相沉淀法醇盐水解法优点：设备简单易行工艺过程易控制38ppt课件喷雾法 通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子的方法分为：喷雾干燥法雾化水解法雾化焙烧法特点：粒度分布比较均匀缺点：颗粒尺寸为亚微米到10微米39ppt课件溶剂热 溶剂热是在高温高压下在水（ 水溶液或其他溶剂） 或蒸汽等流体中进行有关化学反应的方法。优点：可获得通常条件下难以获得的几纳米至几十纳米的粉末。粒度分布

12、窄， 团聚程度低， 纯度高， 晶格发育完整， 有良好的烧结活性。在制备过程中污染小， 能量消耗少。溶剂热中选择合适的原料配比尤为重要， 对原料的纯度要求高。40ppt课件微乳液法微乳液是指两种互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的混合物由分别包有两种反应物的微乳液混合使微液滴发生碰撞发生反应一种反应物微乳液与另一种反应物相互作用生成沉淀沉淀颗粒非常微小， 而且均匀。41ppt课件溶胶-凝胶法基本原理：溶胶的制备；溶胶-凝胶转化；凝胶干燥。产品特点：化学均匀性好高纯度，颗粒细42ppt课件超分子自组装-1胶态晶体法:是利用胶体溶液的自组装特性将纳米团簇组装成超晶格，可得到二维或三维有序的

13、超晶格。Schematic of the assembly method43ppt课件scanning electron micrograph of a typical area on the surface of the assembliesOptical micrographs of structured spherical assemblies44ppt课件 Examples of shape control during assembly. Examples of anisotropic particles. 45ppt课件超分子自组装-2 模板法 利用纳米团簇与组装模板间的识别作用来

14、带动团簇的组装固态高分子膜模板单分子膜模板简单有机分子模板生物分子模板混合模板法46ppt课件47ppt课件混合模板法48ppt课件Transmission electron micrographs of three molecularly manipulated microstructures of II-VI semiconductors49ppt课件Supramolecular Materials: Self-Organized Nanostructures 50ppt课件纳米材料与化学携手创造的奇迹信息技术生物芯片能源环境碳纳米管51ppt课件信息磁记录材料特异性能：尺寸小单磁畴矫顽力

15、很高优点：提高信噪比改善图像质量52ppt课件微电子-由从上到下到从下到上从上到下 从下到上“Dip pen”-Nanolithography53ppt课件普通的光刻芯片-um级54ppt课件 Nanoscale molecular letters written on an Au(111) surface with MHA molecules by DPN SAMs in the shapes of polygons drawn by DPN with MHA on an amorphous Au surface. An ODT SAM has been overwritten around

16、 the polygons. 55ppt课件生物芯片(A) Schematic of a ZnS-capped CdSe QD that is covalently coupled to a protein by mercaptoacetic acid. (B) TEM of QD-transferrin (an iron-transport protein) conjugates. Scale bar, 100nm.56ppt课件(A)Size- and material-dependent emission spectra of several surfactant-coated semi

17、conductor nanocrystals in a variety of sizes. (B) A true-color image of a series of silica-coated core (CdSe)-shell (ZnS or CdS) nanocrystal probes in aqueous buffer, all illuminated simultaneously with a handheld ultraviolet lamp.57ppt课件58ppt课件能源光化学电池 光解水制氢纳米材料储氢 The amount of H2 in weight %for SWN

18、T samples, and the pressure change versus the adsorption time. 59ppt课件环境纳米材料的光催化原理 60ppt课件61ppt课件碳纳米管 Template to Synthesize nanoparticles and nanotubes and gallium nitride nanorods62ppt课件CableCapillary63ppt课件Sensors64ppt课件Quantum Resistors65ppt课件Nanotube Nanotweezers66ppt课件Muscles and Actuators67pp

19、t课件国际动态 如果将纳米技术比作奥运项目美国-金牌欧洲-银牌日本-铜牌.68ppt课件国内主要研究成果范守善等首次利用碳纳米管成功地制备出 GaN 一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念，该项成果成为1997年 Science 杂志评选出的十大科学突破之一69ppt课件张立德等应用溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法及纳米液滴外延等新技术， 首次合成了准一维纳米丝和纳米电缆钱逸泰等用射线辐射法或水热法及两者的结合， 成功地制备出各种纳米粉，用溶剂热合成技术首次在左右制得 。70ppt课件 解思深等利用化学气相法制备纯净碳纳米管技术 合成了大面积定向纳米碳管阵列Science 1996mm 的

20、超长定向纳米碳管Nature 1998超细碳纳米管 Nature 200071ppt课件我们的工作 用催化热分解法从用催化热分解法从 CCl4 CCl4 制得纳米制得纳米金刚石金刚石Science 1998-Science 1998-稻草变黄金稻草变黄金NaCl4CNa4CClMnCoNi,Co7004金刚石72ppt课件- -族半导体纳米材料的族半导体纳米材料的 溶剂热化学共还原合成溶剂热化学共还原合成2solvent,C015033ZnCl3)nm15(InAsZn3AsClInCl73ppt课件- -族半导体纳米材料的族半导体纳米材料的 液相配位分子模板化学合成液相配位分子模板化学合成 74ppt课件分子自组装合成一维纳米材料机制75ppt课件C纳米螺旋线的合成76ppt课件气-固相合成系列有序结构的方法77ppt课件78ppt课件79ppt课件80ppt课件