奈米材料學簡介.ppt

1、1,4. 奈米材料學簡介,在奈米尺度下，物質中的電子波性以及原子之間的相互作用將受到尺度大小的影響。在這個尺度時，物質會出現(xiàn)完全不同的性質與變化。 即使不改變材料成分，奈米材料的基本性質，諸如熔點、磁性、電學性能、光學性能、力學性能和化學活性等，都將出現(xiàn)傳統(tǒng)材料大不相同的特性，而呈現(xiàn)出傳統(tǒng)模式和理論無法解釋的獨特性能。,2,4.1 奈米材料製程,將奈米超微顆粒的製造進行簡單的分類，可分為下列兩種方法： 物理製造方法 化學製造方法。,3,4.1.1 奈米超微顆粒的物理製造方法,物理製造方法主要使採用光、電等技術，使材料在真空或惰性氣體中蒸發(fā)，然後使原子或分子形成奈米尺寸的超微顆粒。而有以下兩種主

2、要的物理製造方法： 真空冷凝法。 機械球磨法。,4,4.1.2 奈米超微顆粒的化學製造方法,化學製造方法與物理製造方法的主要區(qū)別，在於化學製造方法中伴隨著化學反應。而有以下幾種主要的化學製造方法： 氣相沉積法。 化學沉澱法。 水熱合成法。 溶膠凝膠法。,5,4.2碳奈米管材料與應用,碳奈米管 (Carbon Nanotubes, CNTs) 於1997年首次由日本NEC基礎研究所的飯島澄男發(fā)現(xiàn)。 碳奈米管可作為準一維的奈米材料，將在介觀領域和奈米電子學元件及其集成元件等方面有著十分重要的應用前景。,6,碳奈米管，又稱巴基管 (Buckytubes)，屬於富勒斯碳系(Fullerence)，是由

3、碳原子形成的石墨片捲曲而成的無縫、中空的管體。 碳奈米管側面的基本結構，是由六邊型碳環(huán)所組成，但在管身彎曲和管端口封頂?shù)陌肭蛎毙筒课?，則含有一些五邊型和七邊型的碳環(huán)結構。 根據(jù)碳奈米管截面的邊緣形狀，可將單壁碳奈米管又分為扶手椅型 (Armchair)奈米管、鋸齒型 (Zigzeg)奈米管以及螺旋型 (Chiral)奈米管。,7,碳奈米管，又稱巴基管(Buckytubes)，屬於富勒斯碳系(Fullerence,或稱碳簇) ，下圖是各種結構的碳系材料，圖中從左到右分別是金剛石，碳60( C60)，石墨(Graphite)和碳奈米管的原子結構圖。,圖二十七 、各種結構的碳系材料,8,圖二十八 、

4、按截面邊緣形狀區(qū)分的各種碳奈米管 Newton Graphic Science Magazine 2002.12.,9,碳奈米管是由不同碳環(huán)結構的碳碳共價鍵所構成，是自然界中最穩(wěn)定的化學鍵，所以碳奈米管具有非常好的力學性能。 單壁碳奈米管的楊氏係數(shù)和剪切係數(shù)都與金剛石相當，其強度是鋼的一百倍，而密度卻只有鋼的六分之一，是一種新型的 “ 超級纖維 ” 材料。,碳納米管的特性,10,碳奈米管不僅具有良好的力學性能，它還同時具有很多獨特的電學特性。 由於碳奈米管內的流動電子受到量子力學的作用，因此電子通常只能在同一層石墨片中沿著碳奈米管的軸向進行運動，而沿徑向的運動將受到很大的限制。,11,此種十分特殊的電學性能，使碳奈米管在未來的奈米電子學中將得到廣泛的應用。例如下列兩種應用： 金屬性碳奈米管可以用作奈米積體電路中的連接線。 半導體性碳奈米管則可以