納米材料的制備以及表征

精品文檔納米科技作為世紀(jì)的主導(dǎo)科學(xué)技術(shù)，將會給人類帶來一場前所未有的新謝謝閱讀精品文檔放心下載謝謝閱讀基礎(chǔ)?？茖W(xué)家們正致力于研究對納米材料的組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸、排列等的謝謝閱讀控制，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)用感謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀組的濃厚興趣，是低維納米材料領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。精品文檔放心下載1.緒論1.1納米材料的發(fā)展概況早在年代，東京大學(xué)的久保良吾(Kubo)就提出了有名的“Kubo，精品文檔放心下載Femri精品文檔放心下載得比與其特性有關(guān)的臨界長度還小時(shí)，其特性就會發(fā)生相應(yīng)的變化。年代末精品文檔放心下載效應(yīng)”理論日趨完善，為感謝閱讀精品文檔放心下載比較系統(tǒng)的研究，描述金屬微粒費(fèi)密面附近電子能級狀態(tài)的久保理論日趨完善，感謝閱讀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]。最早使用納米顆粒謝謝閱讀制備三維塊體試樣的是德國薩爾蘭大學(xué)教授H.Gletier，他于年用惰性氣精品文檔放心下載體蒸發(fā)、原位加壓法制備了具有清潔表面的納米晶等[4]，并從理論謝謝閱讀謝謝閱讀年美國Argon實(shí)驗(yàn)室博士課題組用相同方法制備了納米謝謝閱讀陶瓷TIOZ多晶體。納米技術(shù)在年代末和年代初得到了長足發(fā)展，并逐步精品文檔放心下載成為一個(gè)納米技術(shù)體系。1990年7月，第一屆國際納米科技會議在美國巴爾的感謝閱讀精品文檔放心下載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)在于按人精品文檔放心下載謝謝閱讀元在一維、二維、三維空間組裝納米結(jié)構(gòu)體系。謝謝閱讀謝謝閱讀謝謝閱讀精品文檔放心下載使得萬億次計(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。謝謝閱讀感謝閱讀精品文檔放心下載用于計(jì)算機(jī)芯片，定能低耗和提高運(yùn)行速度。精品文檔放心下載謝謝閱讀精品文檔放心下載精品文檔放心下載謝謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀精品文檔放心下載BIM公司首席科學(xué)家阿莫斯特朗所說:感謝閱讀“正像年代微電子技術(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)信謝謝閱讀息時(shí)代的核心。美國《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感謝閱讀發(fā)生巨大變化的十項(xiàng)技術(shù)之一。感謝閱讀感謝閱讀感謝閱讀森也預(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)，會是一次技術(shù)革命，從而將是世紀(jì)科學(xué)的前沿和主導(dǎo)科學(xué)。精品文檔放心下載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(l刊感謝閱讀一些特殊特性。1.2.1小尺寸效應(yīng)感謝閱讀精品文檔放心下載米微粒的表面層附近的原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱力學(xué)等方面的物感謝閱讀理特征發(fā)生改變。出現(xiàn)光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子體共振頻移;磁有謝謝閱讀精品文檔放心下載精品文檔放心下載磁性鑰匙、磁性液體等，廣泛應(yīng)用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封、潤滑、選感謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀性武器裝備等。1.2.2表面效應(yīng)精品文檔放心下載精品文檔放心下載謝謝閱讀原子數(shù)迅速增加。這是由于粒徑小，表面積急劇變大所致。比表面越大，使處于感謝閱讀謝謝閱讀精品文檔放心下載精品文檔放心下載精品文檔放心下載謝謝閱讀鏡對金超微顆粒(直徑為Zunl)進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定精品文檔放心下載的形態(tài)，它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的感謝閱讀”10unl后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。1.2.3宏觀量子隧道效應(yīng)謝謝閱讀3歡迎下載。精品文檔感謝閱讀引起的。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件感謝閱讀感謝閱讀精品文檔放心下載謝謝閱讀謝謝閱讀成的新一代器件。1.2.4介電限域效應(yīng)介電限域是納米微粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強(qiáng)的現(xiàn)謝謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀精品文檔放心下載感謝閱讀感謝閱讀限域效應(yīng)對光吸收、光化學(xué)、非線性光學(xué)等會有重要的影響。因此，我們在分析感謝閱讀納米材料光學(xué)現(xiàn)象時(shí)，不僅要考慮量子尺寸效應(yīng)，而且要考慮介電限域效應(yīng)。精品文檔放心下載謝謝閱讀精品文檔放心下載10~15nml的Ag微粒電阻突然感謝閱讀升高，失去金屬的特征，變成了非導(dǎo)體;常規(guī)的α-Ti是典型的六角密堆積結(jié)構(gòu)，謝謝閱讀而幾個(gè)納米的-Ti精品文檔放心下載粒(鉑黑)后卻成為活性極好的催化劑。2.納米材料的制備方法感謝閱讀法，能在結(jié)構(gòu)、組成、排布、尺寸、取向等方面有更大的突破，制備出更適合各感謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀結(jié)構(gòu)簡單、易于操作。制備要求一般要達(dá)到表面潔凈、粒子的形態(tài)和粒徑、粒度感謝閱讀4歡迎下載。精品文檔分布可控，易于收集、有較好的穩(wěn)定性、產(chǎn)率高等方面。從理論上講，任何物質(zhì)謝謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀為物理法、化學(xué)法、綜合法。不論采取何種方法，根據(jù)晶體生長規(guī)律，都需要在謝謝閱讀感謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀備方法。2.1液相法(1)水熱法精品文檔放心下載精品文檔放心下載謝謝閱讀感謝閱讀適于納米金屬氧化物和金屬復(fù)合氧化物陶瓷粉體的制備。(2)沉淀法沉淀法是指包括一種或多種離子的可溶性鹽溶液，當(dāng)加入沉淀劑(如oH-，感謝閱讀CO2-等)于一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或謝謝閱讀24精品文檔放心下載需的氧化物粉料.，沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均相沉淀法等。精品文檔放心下載(3)溶膠—凝膠法溶膠—凝膠法是指前驅(qū)物質(zhì)(水溶性鹽或油溶性醇鹽)溶精品文檔放心下載精品文檔放心下載感謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀感謝閱讀點(diǎn)。該法過程機(jī)制有三種類型:傳統(tǒng)膠體型、無機(jī)聚合物型和絡(luò)合物型。感謝閱讀(4)噴霧法謝謝閱讀5歡迎下載。精品文檔感謝閱讀霧熱解法、冷凍干燥法。(5)微乳液法謝謝閱讀結(jié)、團(tuán)聚、熱處理得到納米粒子。微乳液法能在極小微區(qū)內(nèi)控制顆粒的生長，得謝謝閱讀到單分散性較好的納米粒子溶膠。(6)超重力法超精品文檔放心下載重力，使氣、固相的接觸面提高，強(qiáng)化傳質(zhì)過程。目前己經(jīng)能夠利用此技術(shù)制備謝謝閱讀不同形狀的CCaO3粉體，如:立方形、片形、紡錘形的納米粒子。謝謝閱讀(7)超臨界法謝謝閱讀謝謝閱讀粒的均勻成長與晶化，比水熱法更為優(yōu)越。2.2固相法(l)高能球磨法高能球磨法是一種用來制備具有可控微結(jié)構(gòu)的金屬基或陶瓷基復(fù)合粉的技感謝閱讀謝謝閱讀精品文檔放心下載行熔結(jié)、斷裂、再熔結(jié)的過程使晶粒不斷的細(xì)化，最終達(dá)到納米尺寸的方法。高精品文檔放心下載精品文檔放心下載精品文檔放心下載寸不均勻，還易引入某些雜質(zhì)。(2)壓淬法精品文檔放心下載溫度而后卸壓至室溫或稍高些，即可自發(fā)轉(zhuǎn)化為納米合金。感謝閱讀(3)深度塑性變形法化到納米量級。精品文檔放心下載6歡迎下載。精品文檔(4)離子注入法用同位素分離器使具有一定能量的離子硬嵌在某一與它固態(tài)不相溶的襯底精品文檔放心下載感謝閱讀大小可通過改變注入離子的能量和劑量，以及退火溫度來控制。謝謝閱讀(5)非晶晶化法精品文檔放心下載精品文檔放心下載可以得到納米晶材料。(6)爆炸反應(yīng)法謝謝閱讀備出金剛石微粉，方法是密封容器中裝入炸藥后抽真空，然后充入氣體，以謝謝閱讀2感謝閱讀率，減少單質(zhì)碳生成石墨和無定形碳，提高金剛石的產(chǎn)率。感謝閱讀2.3氣相法(l)等離子法利用惰性氣氛或反應(yīng)性氣氛中通過直流放電使氣體電離產(chǎn)生高溫等離子體，感謝閱讀感謝閱讀納米顆粒，等離子體溫度高，能制備難熔的金屬或化合物，產(chǎn)物純度高?？煞秩缰x謝閱讀下兩類:1電弧等離子體:反應(yīng)性氣氛下，通過直流放電使氣體電離產(chǎn)生高溫等離子感謝閱讀體，使金屬熔化蒸發(fā)之后遇到周圍氣體發(fā)生反應(yīng)形成納米粒子。感謝閱讀利用高頻等離子體可以獲得精品文檔放心下載易控制、利于反應(yīng)充分進(jìn)行等在復(fù)合方面的優(yōu)越性。(2)濺射法精品文檔放心下載精品文檔放心下載感謝閱讀精品文檔放心下載(3)惰性氣體蒸發(fā)凝聚法7歡迎下載。精品文檔精品文檔放心下載合金或化合物在惰性保護(hù)氣體(如、Ar、等)中加熱蒸發(fā)氣化，利用與氣體感謝閱讀謝謝閱讀應(yīng)加熱法、電子束加熱法、激光束加熱法。該制備方法具有納米微粒表面光潔、謝謝閱讀感謝閱讀(4)化學(xué)氣相反應(yīng)法(CVD)讓一種或幾種氣體通過光、熱、電、磁、化學(xué)等作用而發(fā)生熱分解、還原或謝謝閱讀精品文檔放心下載金屬的氧、氮、碳化合物的納米粉。分為:1.激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積11.等離子體誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積(PLCVD)熱化學(xué)氣相沉積(5)反應(yīng)性激光蒸發(fā)法在NCH、O232442等反應(yīng)性氣氛中，將激光照射到金屬塊狀靶上，金精品文檔放心下載等納米粒子。2.4模板合成法謝謝閱讀的合成。模板可分為硬模板和軟模板，以適宜尺寸和結(jié)構(gòu)的模板，如多孔玻璃、精品文檔放心下載謝謝閱讀感謝閱讀狀、管狀和層狀的納米材料。2.5自組裝技術(shù)謝謝閱讀結(jié)構(gòu)的過程。利用自組裝技術(shù)，從分子水平上控制粒子的形狀、尺寸、取向和結(jié)謝謝閱讀構(gòu)。如膜技術(shù)便是利用兩親分子在氣一液界面上的定向吸附，再轉(zhuǎn)移到固體精品文檔放心下載謝謝閱讀特殊結(jié)構(gòu)的共聚物的自組裝是近年來所謂仿生合成的研究熱點(diǎn)之一。精品文檔放心下載8歡迎下載。精品文檔3.納米材料的表征3.1光子相關(guān)光譜法光子相關(guān)光譜法是基于布朗運(yùn)動所導(dǎo)致的粒子散射光強(qiáng)變化頻度的不同來感謝閱讀精品文檔放心下載度和黏度系數(shù)等因素。PCSGB/T19627等，謝謝閱讀其適用于尺寸為3nm~3m的懸浮液，可獲得準(zhǔn)確的尺寸分布，測試速度也相當(dāng)謝謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀謝謝閱讀PCS法測定平均粒徑小于100nm謝謝閱讀形顆粒分散體系，則要求測得的平均粒徑與標(biāo)定的平均粒徑的相對誤差應(yīng)在謝謝閱讀之內(nèi)。3.2X射線衍射法X射線衍射法可用于納米晶體材料結(jié)構(gòu)分析、尺寸測試和物相鑒定。謝謝閱讀波長在0.05~0.25nm之間的X射線與晶體中的原子間距相當(dāng)，當(dāng)其通過晶精品文檔放心下載X射線衍精品文檔放心下載射線寬化法（X-raydiffractometrybroadeningmethod，XRD-LB）可用謝謝閱讀感謝閱讀因此，只能得到較宏觀的測量結(jié)果。此外，采用該方法進(jìn)行測試時(shí)，需要用X謝謝閱讀謝謝閱讀包括GB/T、GB/T、GB/T15991等。精品文檔放心下載XRD物相分析是基于納米多晶樣品產(chǎn)生的衍射角的位置以及衍射線的強(qiáng)度感謝閱讀來測定各組分的結(jié)晶情況、所屬晶相、晶體結(jié)構(gòu)以及各種元素在晶體中的價(jià)態(tài)、感謝閱讀感謝閱讀般只能測定含量在以上的物相；且定量分析的準(zhǔn)確度也不高，一般在的數(shù)謝謝閱讀量級。同時(shí)，所需要的樣品量較大，一般需要幾十至幾百毫克，才能得到比較準(zhǔn)謝謝閱讀9歡迎下載。精品文檔X謝謝閱讀對非晶納米材料進(jìn)行分析。3.3X射線小角散射法X射線小角散射法是利用X射線在倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)（000結(jié)點(diǎn)）附近的相干散精品文檔放心下載射現(xiàn)象來測定長周期結(jié)構(gòu)和納米粒子尺寸分布的分析方法。精品文檔放心下載SAXS可用于納米級尺度的各種金屬、無機(jī)非金屬、有機(jī)聚合物粉末以及生謝謝閱讀精品文檔放心下載米級孔洞、偏聚區(qū)、析出相等的尺寸進(jìn)行分析研究。其測試范圍為1~300nm，謝謝閱讀感謝閱讀精品文檔放心下載精品文檔放心下載致測量結(jié)果有所偏低。關(guān)于該方法的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T、GB/T15988等。為了感謝閱讀精品文檔放心下載薦采用粒度分布已定值的納米粉末標(biāo)樣或經(jīng)該方法測定過粒度分布的特定樣品精品文檔放心下載進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，其中粒徑偏差應(yīng)控制在10%以內(nèi)。3.4電子顯微鏡法感謝閱讀用的方法，一般包括掃描電子顯微鏡法（scanningelectronmicroscopy,SEM）謝謝閱讀和透射電子顯微鏡法（transmission感謝閱讀SEM是利用入射電子束與表面相互作用所產(chǎn)生的二次電子、背散射電子、特謝謝閱讀征X射線等來觀察材料表面特性的分析技術(shù)。SEM的特點(diǎn)是放大倍數(shù)連續(xù)可調(diào)，謝謝閱讀感謝閱讀感謝閱讀感謝閱讀表面進(jìn)行點(diǎn)、線、面分析，分析速度快、探測效率高、譜線重復(fù)性好，但是一般謝謝閱讀要求所測元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于。關(guān)于電鏡在納米材料應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)較多，如謝謝閱讀GB/T、GB/T、GB/TISO/TS10798等。精品文檔放心下載TEM達(dá)到0.1~0.2nm。該法是集形貌觀察、結(jié)構(gòu)分析、缺陷分析、成分分析的綜合謝謝閱讀10歡迎下載。精品文檔SEM的相同功感謝閱讀能外，利用電子衍射功能，TEM可對同素異構(gòu)體加以區(qū)分。相較于XRD，還能對謝謝閱讀含量過低的某些相進(jìn)行分析，且可以結(jié)合形貌分析，得到該相的分布情況。TEM感謝閱讀影響觀察結(jié)果的客觀性。目前，TEM在納米材料方面的應(yīng)用正逐步被開發(fā)出來，精品文檔放心下載、精品文檔放心下載GB/T28044等。精品文檔放心下載實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差，測試速度慢；且由于納米材料的表面活性非常高，易團(tuán)聚，在測謝謝閱讀精品文檔放心下載謝謝閱讀品對儀器進(jìn)行校正。3.5掃描探針顯微鏡法SPM感謝閱讀謝謝閱讀術(shù)。尤以原子力顯微鏡（atomicforcemicroscopy，AFM）為代表，其不僅能直感謝閱讀感謝閱讀AFM還可用于大氣、溶液以及不同溫度下的原謝謝閱讀精品文檔放心下載AFM還可用于研究納米材料的硬度、彈性、塑性等力學(xué)及表面微區(qū)摩擦性感謝閱讀能。SPM技術(shù)在納米材料測量和表征方面的獨(dú)特性越來越得到體現(xiàn)，如感謝閱讀GB/Z26083-2010、國家項(xiàng)目20078478-T-491等，SPM有可能成為納米尺度精確精品文檔放心下載SPM謝謝閱讀SPM探針形狀測量和精品文檔放心下載校正、SPM最佳化應(yīng)用及不確定度評估、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的制備、儀器性能的標(biāo)準(zhǔn)化、精品文檔放心下載ASTME2530和VDI/VDE26563.6X射線光電子能譜法謝謝閱讀11歡迎下載。精品文檔XPS法以X謝謝閱讀特征能量分布（能譜）而對其表面元素進(jìn)行分析，也稱為化學(xué)分析光電子能譜謝謝閱讀（electronspectroscopyforchemicalanalysis，ESCA）法。由于原子在某謝謝閱讀X射線光電子能譜圖指感謝閱讀紋特征可進(jìn)行除氫、氦外的各種元素的定性分析和半定量分析。精品文檔放心下載XPS主要用于納米材料表面的化學(xué)精品文檔放心下載謝謝閱讀謝謝閱讀一般10-18g左右即可[23]；但相對靈敏度通常只能達(dá)到千分之一左右，且對液精品文檔放心下載X謝謝閱讀感謝閱讀精品文檔放心下載儀器的校準(zhǔn)，GB/T22571-2008中已有明確規(guī)定。感謝閱讀3.7俄歇電子能譜法AESAES法是利用電子槍所發(fā)射的電子束逐出的俄歇電子對材料表面進(jìn)行分析精品文檔放心下載感謝閱讀感謝閱讀的能量無關(guān)，也就是說與激發(fā)源無關(guān)