金属纳米微粒导电墨水的研究进展
文章编号:100123849(2009)0320016206
金属纳米微粒导电墨水的研究进展
周荣明1, 陈明伟1, 印仁和1, 郁祖湛2
(11上海大学理学院化学系,上海 200444;21复旦大学化学系,上海 200433)
摘要:在电子工业中,平版印制技术在印制电路板制造中被广泛采用,传统制造方法其加工过程至少需要六道工序,在刻蚀过程中大量的金属原材料被丢弃,对板材的腐蚀使其选材受到限制。而以喷墨印制技术为核心的全印制电子技术只要打印和固化两道工序即可,非常简便。对要求不高的电子产品,如电子标签,一般不需要后续化学镀和电镀。对导电线路要求高的,需用化学镀来增厚光滑线路表观和改善线路导电性能。如要求线路厚度高于12μm以上,则需电镀增厚。该工艺所用导电墨水,在表面处理技术中也有着广泛用途。
关 键 词:导电墨水;印制电路板;全印制电子产品
中图分类号:T N41 文献标识码:A
Research Progress of M et alli c Nano2parti cles
Conducti ve I nk
ZHOU Rong2m ing1,CHEN M ing2wei1,YIN Ren2he1,Y U Zu2zhan2
(1.Depart m ent of Che m istry,Shanghai University,Shanghai 200444,China;2.Depart m ent of
Che m istry,Fudan University,Shanghai 200433,China)
Abstract:I n the electr onics industry,lithography technol ogy is widely used in the manufacture of p rinting circuit board(PCB).The traditi onal method f or the manufacturing p r ocess includes at least six step s of working p r ocedure.I n the etching p r ocess,a large nu mber of ra w materials would be thr own a way and the choice of substrate materials is li m ited as the substrate is easily er oded in etching p r ocess.For the ink2jet p rinting technol ogy e mp l oyed f or the manufacture of PCB,only t w o step s of working p r ocedure, such as p rinting and s olidifying,are needed,which is very si m p le.Moreover,for s ome si m p le electr onic p r oducts,such as electr onic tags,further electr oless p lating and electr op lating p r ocedure are not needed.
For s o me high2quality conducting wire,the electr oless p lating is needed t o thicken and s moothen the wire surface and i m p r ove the perf or mance.I f the conductive wire is of the thickness over12μm,the electr o2 p lating p r ocedure is needed for the thickening.The conductive ink used in this technol ogy can als o be widely used in the surface treat m ent.
Keywords:conductive ink;p rinted circuit board;all2p rinted electr onic p r oduct
收稿日期:2007204230 修回日期:2008210231
基金项目:国家自然科学基金与上海宝钢股份有限公司联合资助项目50371053,上海市教委第5期重点学科(J50102)资助项目
作者简介:周荣明(19622),男,上海人,上海大学理学院化学系副教授1
引 言
印制线路板(PCB)工业的发展推动和促进了与其相关的专用工业(材料、化学品、设备与仪器等)的形成、发展与进步。微电子技术发展使电子器件,特别是手提移动式电子器件质量轻、体积小、功能强、使用稳、价格廉及更新换代快,这对线路板生产提出了同样要求,进一步向高密、细导线、多层、高可靠性、低成本、短周期和自动化连续生产的方向发展。
PCB用喷墨打印的方法加工,取代现在金属布线或电子线路制造中所用的方法,成了电子工业和信息产业的迫切需求。目前在美国、日本、德国及英国等发达国家带动下,国际上兴起了研发可应用于喷墨打印[1]PCB的金属微粒导电墨水的热潮。金属微粒导电墨水可以应用于正在高速发展的无线智能识别电子标签(RF I D)、PCB及柔性印刷电路板(FPCB),也可用于印刷电磁波屏蔽材料等。在喷墨打印方法中,导电线路板直接通过使用喷墨设备将导电墨水喷射在基材上,然后进行固化操作,直接形成导电电路,省去了很多麻烦步骤。这样形成的线路表面相对粗糙。如果使用要求高,为了提高质量,可以用化学镀或电镀增厚。
1 传统工艺和喷墨打印工艺比较
传统的PCB制造工艺与喷墨打印制造方法有许多不同之处。
111 传统工艺
传统工艺系指常规减乘法与热风整平技术的PCB制造技术,传统制造方法其加工过程至少要经历照相、曝光、显影、掩膜、刻蚀及清洗等六道工序。
缺点:生产工序多、材料消耗大、废液排放高及环保压力重。
112 喷墨打印的制造工艺
喷墨打印只需要两步:印制及固化。
喷墨印制PCB的优点:
1)生产成本低、产品耗能少;
2)无污染,对环境友好;
3)可灵活用于硬PCB和软PC;
4)低要求的简单线路,直接印在基材上固化成线不需电镀。要求高还是需要化学镀和电镀;
5)能实现元器件的集成加工,综合性能提升;
6)墨水中只有金属纳米粒子和起分散作用的有机溶液及有机分散剂,这些有机物在烧结过程中可以烧掉,完全符合节能、减排、降耗及增效的国家产业政策。
喷墨印制的关键技术[2～6]是制备可应用于打印机的金属微粒导电墨水,目前典型的且成本较低的金属微粒导电墨水的制作方法为:采用化学还原法[7]制成金属纳米粒子再超声分散在有机溶液中形成墨水。工艺流程如下:
Ag、Cu、N i、Au、Pt、Pd、Fe等
有机或无机金属化合物(疏水性化合物、链烷酸、氨基化合物及硫醇基化合物)
化学还原
还原剂、分散剂及表面活性剂
得到金属
纳米微粒
混合溶液
离心分离
洗涤、干燥
得到金属纳米粉
溶解在有机溶剂
超声分散
得到金属
纳米微粒
导电墨水
2 金属纳米微粒导电墨水的研究现状
211 日本的研究情况
日本的 、≥ 2≈ 等人[8]发明了一种简单的金属纳米粒子和其导电墨水的制备方法。将碱金属、碱土金属的羧酸盐或氨基羧酸和金属前驱体在水溶液中反应,得该金属的羧酸盐,过滤,干燥再将金属羧酸盐处理即得3～10n m的金属纳米粒子。
其中碱金属、碱土金属及氨基羧酸是指:羧酸钠、羧酸钾、羧酸钙及NH
22RCOOH
等;金属前驱体是指Au、Ag、Cu、Pb、Ir、Pd、Sn、Zn及Fe等其中一个以上的化合物。
1)金属前驱体Ag的化合物可选Ag NO3、
Ag BF4、AgPF6、Ag2O、CH3COOAg、AgCF3S O3及Ag2 Cl O4中的一种。Cu的化合物可选硝酸铜、氯化铜及硫酸铜中的一种。N i的化合物可选硝酸镍及硫酸镍等。
2)羧酸根中R可选置换或未置换的饱和或不
饱和的碳水化合物,以8～18个C为好,其中以容易形成复合体的C
n
H2n+1COONa最好,可用Na OH和
羧酸(如软脂酸C
11
H23COOH)等有机酸反应制得。
3)碱金属或碱土金属羧酸盐与金属前驱体以等比例混合,否则残留未反应物。反应温度为室温～70℃为宜,反应时间为015～2h。
4)反应所得的金属羧酸盐是白色或微白色的沉淀,过滤并干燥得固相的金属羧酸盐,如用乙醇或丙酮等有机溶剂洗涤,可缩短干燥时间。
5)制得的金属羧酸盐在180～350℃下热处理015～4h,热分解后得到金属纳米粒子,230～340℃的热处理可缩短时间。金属羧酸盐可以放入耐热玻璃容器中,该容器放入马弗炉中通入氮气并加热,最后得到黑色黏稠的液体或固体金属纳米粒子。若热处理条件不合适,金属纳米粒子有可能完全分解。
6)金属纳米粒子用丙酮或甲醇等有机溶剂洗涤、离心分离并除去未反应物。金属纳米粒子可被非水有机溶剂所分散,分散了的粒子稳定,并且可以维持高浓度,可做导电墨水。
7)金属纳米粒子用WD29403A型紫外可见分析仪表征,如银粒子在420nm附近有典型的吸收峰,用XRD分析可证实为纯物质且粒径为3～10 n m。
日本的Tanaka、Yasuo[9]用硼氢化钠还原醋酸铟和醋酸银从而制得银和铟纳米粒子,再分散在十四烷中制成导电墨水,其金属的质量分数为35%。212 韩国的研究情况
韩国K wi2Jong Lee等人[10]发明了一种Ag导电
墨水的制备方法:把Ag NO
3
溶解在丁胺中,再加入甲苯、月桂酸、四丁基溴化铵(T BAB)、二甲苯、油酸及正己烷等,把此混合溶液加热并回流,再加入丙酮、乙醇及甲醇的混合溶液得到Ag纳米粒子沉淀物,把此沉淀物离心分离得到银纳米粒子沉淀物,其平均粒径为7n m。
把上面方法制得的Ag纳米粒子溶解在水溶性的醋酸二甘醇二丁基醚和乙醇溶液中并用超声分散得到墨水。
韩国Young2Il Lee等人[11]发明了另一种Ag导电墨水的制备方法:把适量的Na OH溶解在蒸馏水中再加入月桂酸、甲醇、棕榈酸及十四烷酸等的混合溶液中搅拌30m in。再把适量的Ag NO
3
溶液和其混合得到Ag2月桂酸盐、Ag2棕榈酸盐及Ag2十四烷酸盐等的沉淀;把沉淀过滤、分离并用蒸馏水和甲醇洗涤数次后在50℃下干燥12h。在190～260℃下加热015～3h得到Ag纳米粒子,其粒径分布均匀,约在3～8nm左右。
把制得的Ag纳米粒子用超声分散在非水溶性的甲苯和十四碳烷溶液中得到Ag的质量分数为10%的导电墨水,在玻璃和硅片上旋转成膜,利用四探针法测量形成可导电的Ag薄膜,其导电性比较如表1。
表1 两种基体上形成的Ag薄膜的电性能
Ag薄膜性能
硅片(300℃,
30m in)
玻璃(250℃,
30m in)
薄层电阻/Ω0118701089
厚度/μm01270148电导率/(MS?m21)202314
Byung2Ho Jun等人[12]发明了另一种Ag导电墨水的制备方法:
1)Ag NO3中加入十二烷基胺(摩尔比为1∶2)混合加热到100℃,得到Ag纳米粒子,离心分离,洗涤得到5n m的Ag,其中Ag被胺所包裹。
2)Ag NO3和丁胺混合(摩尔比为1∶2),在50℃下超声搅拌得到金属混合物。
3)取100g Ag纳米微粒和1g金属混合物溶解在十四烷中,再加入适量的添加剂得到导电墨水,用喷墨打印机在聚酰亚胺膜上打印,在150℃下烧结30m in,测得电导率为3100MS/m。B1K1Park等人[1,6]首次制备出铜纳米微粒导电墨水,铜粒子在40～50nm。其墨水具有很好的分散性,黏度低。用铜纳米微粒导电墨水制得的铜膜在真空条件下, 325℃下加热1h,测得其电阻率为1720μΩm。其制备方法是:第一步制备出铜纳米粒子,即把硫酸铜溶液用注射泵加入到一缩二乙二醇(DEG)中,其中DEG里有适量的还原剂次磷酸钠,有适量的聚乙烯吡咯烷酮(P VP)加热到140℃使其反应,反应1h后冷却到室温,离心分离出所制得的铜并用甲醇洗4次即得到纳米铜粒子。
第二步把以上制得的铜纳米粒子分散到乙二醇和二乙二醇单乙醚的混合溶液中,球磨12h,再用孔径为5μm 的尼龙网过滤即制得墨水,这种墨水中固体物质的质量分数是20%。
将制得的墨水用喷墨打印机打印在玻璃基材上,在200℃和350℃及真空1331322mpa 条件下退火。所制得的铜纳米粒子的SE M 图及打印成的点及线如图1和图2
。
213 美国的研究情况
美国Kang Yang 等人[13]
发明的导电墨水为一种热固性导电油墨在通孔互连或相似的电气和电子应用,以提供稳定的电气连接。导电油墨的这项发明包括一个热固化树脂体系具有外加剂的一个或多个酰亚胺、共聚单体和催化剂,导电材料如银、铜或银包覆铜。采用化学还原法。
1)前驱体为如下有机或无机金属化合物硝酸银、氟硼酸银、氟磷酸银、氧化银、醋酸银、氟甲烷磺酸银、高氯酸银、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、
氯化镍、硝酸镍及硫酸镍等[7～15]
。
2)分散剂和表面活性剂为氨基化合物、疏水性
化合物、烷链酸及硫醇基化合物。其中氨基化合物
有C x H 2y +1NH 2(式中X 为2～20的整数,其与金属化合物的摩尔比为1～100);疏水性化合物有己烷、辛烷、癸烷、十四烷、十六烷、甲苯及二甲苯等,其与
金属化合物的摩尔比为01001～100[1]
。烷链酸RCOOR (其中R 为饱和或不饱和的脂肪族烃如十二烷酸、十八烷酸、癸酸及十六烷酸等其与金属化合物的摩尔比为011～1);硫醇基化合物为C y H 2y +1SH (其中Y 为2～20的整数,其与金属化合物的摩尔比为011～1)。
3)还原剂为硼酸盐、水合肼、乙醇、氨基酸及葡萄糖等(Na BH 4、L i B H 4、N 2H 4、乙二醇、丙三醇、二甲基甲酰胺、丹宁酸、柠檬酸及葡萄糖)其与金属化合
物的摩尔比为011～1[16～19]
。214 我国的研究情况
赵惠真、全炳镐等人[14]
发明了一种含有银2钯合金纳米粒子的导电墨水。其制备方法为:将乙酸钯前体和乙酸银前体溶解于50mL 011mol/L 的十二烷基硫酸钠水溶液中,使两种前体的浓度为0145mmol/L,溶液在油浴中于130℃下反应9h,以获得1～50n m 分散的银2钯合金纳米粒子的墨水。
此发明的导电墨水含有银2钯合金纳米粒子,其中包括质量分数为5%～40%的Pd,导电墨水通过在十二烷基硫酸钠水溶液中溶解乙酸钯和乙酸银并加热,使所得溶液反应制得。在此情况下,导电墨水不用混合任何有机溶剂就可以简单制备。用喷墨方法在基材上喷射该墨水并固化形成布线。此发明对具有≤100μm 的布线宽度和布线间距的PCB 非常有用。
两步法制备金属粒子导电墨水通常用Au 或Ag 纳米粒子制备电路图案,并进行固化以制造PCB ,使得布线的电阻小于0101Ω,其线宽度与布线间距约为5～50μm 。然而Au 非常昂贵,导致制造成本上升,使用Ag 纳米粒子时,Ag 降低制造成本并提供良好的导电性,但是PCB 暴露于高湿高温下,导致枝晶朝向阴极生长,缩小布线间距,导致短路或断路。在金属粒子的实例中具有成本以及抗离子迁移特性优势的Cu 目前广泛应用。
台湾的W enjea J.Tseng 等人[15]
研究了有关镍的墨水的流变行为,金属镍粒子的制备为:购买美国A rgonide 公司的平均粒径为90nm 的镍纳米粉,比
表面积为415～715m 2
/g,质量分数>99%的球形镍
纳米粉溶解在松油醇中,添加各种表面活性剂及分散剂形成墨水,其中主要成分是胺、聚酯和聚乙二醇等,固体物质的质量分数为015%～10%。215 德国的研究情况
德国乔治希姆大学(Georg Si m on Ohm University
of App lied Sciences Faculty )W.J illek 等人[16]
用如下的方法制得Ag 、Cu 等的纳米粒子及墨水:
Ag NO 3+Na BH 4+烷基硫醇 22丙醇
15m in
Ag (纳
米粒子)
通过控制烷基硫醇与Ag NO 3的比例达到控制Ag 纳米粒子的大小。
CuCl 2+Na BH 4+烷基胺 22丙醇
2h
Cu (纳米粒
子)
未反应的物质通过过滤除去,并用反向脉冲电镀法自制了铜纳米粒子。
在制备纯铜、铜2锡合金及锡粒子等墨水过程中依然面临着团聚和固体物含量太低的问题。
3 前景与展望
尽管新技术十分吸引人,但导电墨水本身存在一些缺陷。英国研究人员指出
[20]
,导电墨水与用于
传统电路板上的铜丝相比电阻大,这意味着其无法高效传输非常强的电流。所以目前看,这样的大电流传送需求,使得导电墨水制作的导电线路必须依赖进一步的化学镀和电镀。与此同时,墨水对于制造可以从事一些智能操作,例如进行计算的电路并不实用,因为用墨水制造与硅芯片上同样密集的电路还不可能,所以一个采用导电墨水制备的计算器体积肯定会特别巨大。
位于韩国大田市的ABC 纳米技术公司日前开发成功一种纳米导电墨水,可应用于正在高速发展的无线识别(RF I D )电子标签、PCB 及FPCB ,也可用于印刷电磁波屏蔽材料。
金属导电墨水根据不同需求,有金粉、银粉,个别的使用铜粉。不仅可用来制作导电线路,也可以用作表面处理和修饰。表面处理在网上有很多报道。主要用类似于纳米金属粉墨水的试剂对PCB 板进行表面处理,据说效果相当好,这里不再赘述。
另一种用导电墨水对表面进行处理的修饰包括打印图案、商标和文字介绍等。这种修饰仅仅是视
觉方面。导电墨水将来发展为可以发声。美国一些
盲人或老年人看的报纸就是用银导电墨水印刷的,手摸上去可以发声。参考文献:
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湿法刻蚀毕业论文
苏州市职业大学 毕业设计（论文）说明书 设计（论文）题目太阳能电池片湿刻蚀的应用系电子信息工程系专业班级08电气2 姓名李华宁 学号087301218 指导教师孙洪 年月日
太阳能电池片湿刻蚀的应用 摘要 湿刻就是湿法刻蚀，它是一种刻蚀方法，主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，刻蚀可用稀释的盐酸等。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。着重研究各种化学品的流量对电池片刻蚀深度的影响。首先查看各种资料，掌握本课题相关的知识:通过对氢氟酸，硝酸，盐酸，氢氧化钠等化学品流量，温度，湿度等对太阳能电池片的影响。通过技术软件分析，优化工艺参数，得到最优参数。 关键词：湿法刻蚀；腐蚀；流量；太阳能电池
Solar cell wet etching application Abstract Wet carved is wet etching, it is a kind of etching method, mainly in the relatively flat membrane surface, thereby increasing suede carving out process, reduce light light reflection, etching available dilute hydrochloric acid etc. Wet etching is will etching materials soaked in a mordant within the corrosion of technology. It is a kind of pure chemical etching, has excellent selectivity, etching the current film will cease, and won't damaged following a layer of film to other materials. Research on various chemicals to the flow the influence of battery piece etching depth. First check all kinds of material, grasps this topic relevant knowledge: by hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide etc chemicals flow, temperature, humidity and so on the influence of solar cell. Through technology software analysis, optimization of process parameters, obtain optimal parameters. Keyword:wet etching; Corrosion; Flow; Solar battery
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
纳米尺寸效应
纳米尺寸效应 纳米是长度单位，原称毫微米，就是10^-9米（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10^-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。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，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 （1）特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，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，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。 （2）特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064C℃，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0．1～
金属纳米材料研究进展
金属纳米材料研究进展 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
高等物理化学 学生姓名：聂荣健 学号：…………….. 学院：化工学院 专业：应用化学 指导教师：…………. 金属氧化物纳米材料研究进展 应用化学专业聂荣健学号：……指导老师：…… 摘要:综述了近年来金属氧化物纳米材料水热合成方法的研究进展，简要阐述了金属氧化物纳米材料的应用，对其今后的研究发展方向进行了展望。 关键词:纳米材料水热合成金属氧化物 Research progress of metal oxide nanomaterials Name Rongjian Nie Abstract: This article reviews the recent progress in hydrothermal synthesis of metal oxide nanomaterials. The application progress of metal oxide nanomaterials is briefly describrd．The future research directions are prospected. Keywords: nanomaterials; hydrothermal; metal oxides ; 引言 纳米材料是纳米科学中的一个重要的研究发展方向，近年来已在许多科学领域引起了广泛的重视，成为材料科学研究的热点。作为纳米材料的一个方面，金属氧化物纳米材料在现代工业、国防和高技术发展中充当着重要的角色。 1.纳米材料简介 纳米材料概述
碳纳米管限域的金属纳米粒子的催化行为
附件2 论文中英文摘要格式 作者姓名：陈为 论文题目：碳纳米管限域的金属纳米粒子的催化行为 作者简介：陈为，男，1977年7 月出生，2003年9 月师从于中国科学院大连化学物理研究所包信和研究员，于2008年3 月获博士学位。 中文摘要 随着石油价格的高涨及其资源的日益枯竭，迫使人们寻找新的清洁、可持续的能源替代产品。以煤和天然气为资源经合成气催化转化成液体燃料是一种非常有应用前景的过程，对于保障我国能源安全及解决环境污染问题等都具有重大的经济和现实意义，发展高效催化合成气转化的催化剂显得越来越紧迫和重要。碳纳米管自1991年被lijima发现以来，因其独特的 结构和性能引起了人们极为广泛的关注，尤其是碳纳米管的纳米级管道为纳米粒子提供了准一维的限域环境。本论文研究了碳管的限域环境对Fe/Fe2O3粒子的氧化还原性能的调变作用，以及这种限域效应对F-T合成反应性能的影响，取得了如下结果： 1. 发展了高效的碳纳米管填充方法—湿法毛细诱导填充法尽管各种填充方法日趋成熟，然而现有的很多碳纳米管填充的复合体系并不适合于催化应用，如原位填充的金属及其化合物完全被密封在碳纳米管管腔中；熔融填充的金属纳米线或纳米棒严实地充满整个碳纳米管内腔，大部分金属并不能与外界接触；Green 等开创的湿化学填充法，尽管能得到颗粒状填充的过渡金属，但是这个方法对金属盐的消耗量较大，不适用于填充贵金属，并且无法准确定量。这些填充方法的填充效率高低不一，并且其填充复合物的产量还不能够达到一般催化剂量的要求。因此，发展一种适用于催化应用的普适性强的、高效的填充碳纳米管的方法，是实现碳纳米管的“管中催化”亟需解决的首要问题。 相对于其它填充碳纳米管方法，湿化学填充法简单，可得到颗粒状填充的过渡金属粒子。我们针对湿化学填充碳纳米管的方法存在填充效率不高、不易准确定量的缺点，结合碳管本身的结构特点进行了改进，发展了湿法毛细诱导填充法。主要步骤是：首先将碳纳米管端口打开，同时进行表面亲水性处理，使得碳管能够被溶液完全浸润；然后，利用强超声振荡下的空化作用，使碳管内的残余物能够扩散出来，从而含金属离子的溶液能够在毛细力作用下进入碳管管腔；最后，控制溶液的蒸发速率，金属离子在浓度差的驱动下，尽可能进入到碳管管腔中，之后加热使金属前驱物发生分解，得到
纳米催化剂
纳米催化剂
纳米催化剂进展 中国地质大学，材化学院，武汉430000 摘要：简要介绍了纳米催化剂的基本性质、其相对于其他催化剂的优势，并较详细地介绍了纳米催化剂类型、部分应用以及相对应类型催化剂例子的介绍，以及常见的制备方法及其表征手段，最后介绍了部分国内和国外纳米催化剂的应用，并对其发展方向进行一定的预测。 关键词：纳米催化剂应用制备催化活性进展 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(nanocatalysts—NCs)的出现及与其相关研究的蓬勃发展。NCs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, NCs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。本文主要就近年来NCs 的研究进展进行了综述。 1.纳米催化剂的性质 1.1表面效应 通常所用的参数是颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等，有研究表明，当微粒粒径由10nm减小到1nm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。此外,Perez等认为NCs的表面效应取决于其特殊的16种表面位置, 这些位置对外来吸附质的作用不同, 从而产生不同的吸附态, 显示出不同的催化活性。 1.2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通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 1.3量子尺寸效应 当纳米颗粒尺寸下降到一定值时, 费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级, 此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化
(完整)量子尺寸效应
(完整)量子尺寸效应 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)量子尺寸效应）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)量子尺寸效应的全部内容。
1.1.1量子尺寸效应 所谓的量子尺寸效应是指粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级 由准连续变为离散的现象，纳米半导体粒子存在不连续的最高被占据的分子轨道和最低未 被占据的分子轨道能级,能隙变宽，由此导致纳米微粒的光、电、磁、热、催化和超导性等 特性与宏观性存在着显著的差异。如金属纳米材料的电阻随着尺寸下降而增大，电阻温度 系数下降甚至变成负值；相反，原是绝缘体的氧化物达到纳米级时,电阻反而下降；10～ 25nm的铁磁金属微粒矫顽力比同种宏观材料大1000倍，而当颗粒尺寸小于10nm时矫顽力 变为零，表现为超顺磁性。 1。1。2小尺寸效应 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将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面 层附近原子密度减小，导致声、光、电、滋、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应.例如： 光吸收显著增加，吸收峰的等离子共振频移，磁有序态向磁无序态转变，超导相向正常相 的转变,声子谱发生改变等,这种现象称为小尺寸效应。 1。1.3表面与界面效应 纳米材料的另一个重要特性是表面与界面效应.由于表面原子与内部原子所处的环境 不同，当粒子直径比原子直径大时（如大于0。01时)，表面原子可以忽略，但当粒子直径 逐渐接近原子直径时，表面原子的数目及作用就不能忽略，而且这时粒子的比表面积、表 面能和表面结合能都发生很大变化.人们把由此引起的种种特殊效应统称表面效应[8,9］。 随着粒径的减小，比表面迅速增大.当粒径为5nm时，表面原子数比例达到约50%以上，当 粒径为2nm时，表面原子数达到80%,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面.庞大的表面原 子的存在导致键态严重失配，表面出现非化学平衡、非整数配位的化学键,产生许多活性中心，从而导致纳米微粒的化学活性大大增强，主要表现在：(1）熔点降低.就熔点来说，纳 米颗粒中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅 较大,所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时 纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。如金的常规熔 点是1064℃当颗粒尺寸减小到10nm时，降低了270℃,当金纳米粒子尺寸为2 nm时，熔点 仅为327℃;银的常规熔点为961℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃等。（2)比热增大。粒径越小，比热越大.（3)化学活性增加，有利于催化反应等。 1.1。4宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量，如超微 粒的磁化强度和量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应，利 用它可以解释纳米镍粒子在低温下继续保持超顺磁性的现象。宏观量子隧道效应的研究对 基础研究及实用都具有重要的意义,它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，是未来 微电子器件的基础. 上述的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应都是纳米微粒与 纳米固体的基本特性。它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理、化学性质，出现一 些“反常现象”。例如金属纳米材料的电阻随尺寸下降而增大，电阻温度系数下降甚至变 成负值；相反,原是绝缘体的氧化物达到纳米级时，电阻反而下降;10nm-25nm的铁磁金属
贵金属纳米材料及其应用
贵金属纳米材料及其应用 张丹丹 （化学与环境工程学院11应化1班11331123） 摘要：系统地介绍了贵金属纳米材料的制备方法，以及其在催化剂、卫生医用及传感材料等方面的应用。 关键词：贵金属；纳米材料；制备；应用 1 前言 纳米材料由于具有量子效应、小尺寸效应及表面效应，呈现出许多特有的物理、化学性质，已成为物理、化学、材料等诸多学科研究的前沿领域。 贵金属纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，由于其将贵金属独特的物理化学性质与纳米材料的特殊性能有机地结合起来，在化学催化、能源、电子和生物等领域有着广阔的应用前景，得到了越来越广泛的重视。 2 贵金属纳米材料的制备 纳米材料的制备方法主要可分为物理方法和化学方法两大类。在制备纳米微粒的过中，关键是控制纳米微粒的尺寸、较窄的粒度分布范围及纳米微粒的分散性。目前，关于贵金属纳米微粒的制备方法的报道较多，也有关于大尺寸纳米贵金属、复合贵金属纳米材料及贵金属纳米线和纳米管的报道。除了常用的制备方法外，近年还提出了新的制备方法，如“Ship-in-Bottle”法等。 2.1 贵金属纳米微粒的制备 纳米微粒多用液相法制备，与气相法相比，液相法的设备投资少，操作较简便。最常用的是溶胶-凝胶法和沉淀法等。沉淀法是将沉淀剂加入到金属盐溶液中，进行沉淀处理，然后将沉淀物加热分解得到金属纳米微粒。1995年我国华东理工大学张宗涛等［1］用高分子保护化学还原沉淀法成功制备了平均粒径为30-100nm 的球型银粉。此法用水合肼作还原剂，水为分散介质，聚乙烯吡咯烷酮（pvp）为保护剂，在搅拌下将AgNO3水溶液滴加入PVP 和水合肼的混合溶液中。反应终止后，将所得的Ag粉用水和丙酮洗涤，40℃下干燥12h，
金属铂纳米颗粒的形貌控制合成
金属铂纳米颗粒的形貌控制合成 Shape-controlled Synthesis of Metal Platinum Nanoparticles 【摘要】金属纳米颗粒的形貌控制合成是金属纳米材料研究领域倍受关注的难题。铂黑是化工领域重要的催化剂。铂纳米颗粒的催化性能优于铂黑,其性质与形貌、粒径和结构密切相关。近年来,铂纳米颗粒的形貌控制合成虽然取得了一定进展,但所得到的多数铂纳米颗粒形貌不单一,大小不均匀。 为此,本论文采用多醇还原法制备形貌、粒径及二级结构可控的铂纳米颗粒,探索了不同反应条件对铂纳米颗粒形貌粒径的影响,并对纳米颗粒形成机理进行了初步探讨,采用多种分析手段对产物进行了表征。采用晶种两步生长法制得具有链状二级结构的铂纳米颗粒。 以六水合氯铂酸为前驱体,以乙二醇和三缩四乙二醇为混合溶剂及还原剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,微波加热制备铂纳米晶种,然后在油浴中进一步生长成链状二级结构的铂纳米颗粒,并用紫外-可见光谱(UV-vis)、透射电子显微镜(TEM)、粉末X-射线衍射(XRD)以及X-射线光电子能谱(XPS)对产物进行了表征。对链状结构形成机理进行了初步探讨,认为颗粒呈链状分布是由于PVP的支架剂功能。 采用微波辐照加热法,以六水合氯铂酸为前驱体,以乙二醇和三缩四乙二醇混合溶液为溶剂及还原剂,利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为协同稳定剂,在适量KOH存在下微波加热100秒,制备出“爆米花”状的铂纳米颗粒; 考察了反应参数对“爆米花”状的铂纳米颗粒控制合成的影响;以γ-Al2O3为载体,初步探讨了γ-Al2O3负载的“爆米花”状的铂纳米颗粒的催化活性。以氯铂酸钾(K2PtCl6)作为前驱体,利用PVP和CTAB作为形貌控制剂,以乙二醇作为溶剂及还原剂,在一定量NaNO3存在下制备出分布较均匀的自组装铂纳米颗粒。探讨了铂纳米颗粒自组装体的形成机理,认为PVP长链包围在CTAB的一端,形成链-球状软模板,将氯铂酸钾包围其中,当Pt(IV)被还原后因PVP链的桥联作用使得分散的铂纳米颗粒相互靠近,有序聚集成自组装体。 【Abstract】Much attention has been paid to the shape-controlled synthesis of metal nanoparticles in the field of metallic nanomaterials. Platinum black is an important catalyst for chemical industry. The catalytic property of platinum nanoparticles is much higher than the platinum black, but its intrinsic properties are strongly dependent on its size, morphology and structure. In recent yeas, though the shape-controlled synthesis of platinum nanoparticles has made a much progress, few of uniform platinum 。。。。 【关键词】铂；纳米颗粒；形貌；微波；自组装体；乙二醇；三缩四乙二醇；聚乙烯吡咯烷酮；十六烷基三甲基溴化铵；透射电子显微镜； 【Key words】Platinum；Nanoparticles；Morphology；Microwave；Self-assembly；Ethylene glycol；Teraethylene glycol；Cetyltrimethylammonium bromide；Polyvinylpyrrolidone；Transmission electron microscopy； 【网络出版投稿人】中南民族大学【网络出版年期】2011年S2期 【DOI】CNKI:CDMD:2.2009.226793
纳米催化剂简介
纳米催化剂简介 摘要 催化剂的作用主要可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性，例如只进行氢化、脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应；三是降低反应温度。纳米粒子作为催化剂必须满足上述的条件。近年来科学工作者在纳米微粒催化剂的研究方面已取得一些结果，显示了纳米粒子催化剂的优越性。 纳米微粒由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。最近，关于纳米微粒表面形态的研究指出，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。有人预计超微粒子催化剂在下一世纪很可能成为催化反应的主要角色。尽管纳米级的催化剂还主要处于实验室阶段，尚未在工业上得到广泛的应用，但是它的应用前途方兴未艾。 关键词：性质，制备，典型催化剂，表征技术，应用，
目录 绪论-----------------------------------------------------------1 1. 纳米催化剂性质----------------------------------------------1 1.1 纳米催化剂的表面效应-------------------------------------1 1.2 体积效应-------------------------------------------------1 1.3 量子尺寸效应---------------------------------------------1 2. 纳米催化剂的制备--------------------------------------------2 2.1 溶胶凝胶法-----------------------------------------------2 2.2 浸渍法---------------------------------------------------2 2.3 沉淀法---------------------------------------------------3 2.4 微乳液法-------------------------------------------------3 2.5 离子交换法-----------------------------------------------3 2.6 水解法---------------------------------------------------3 2.7 等离子体法----------------------------------------------3 2.8 微波合成法-----------------------------------------------4 2.9 纳米材料制备耦合技术-------------------------------------4 3. 几种典型催化剂----------------------------------------------4 3.1 纳米金属粒子催化剂---------------------------------------4 3.2 纳米金属氧化物催化剂-------------------------------------5 3.3 纳米半导体粒子的光催化-----------------------------------5 3.4 纳米固载杂多酸盐催化剂-----------------------------------5 3.5 纳米固体超强酸催化剂-------------------------------------6 3.6 纳米复合固体超强酸催化剂---------------------------------6 3.7 磁性纳米固体酸催化剂-------------------------------------6 3.8 碳纳米管催化剂-------------------------------------------7 3.9 其它纳米催化剂-------------------------------------------7 4. 纳米催化剂表征技术------------------------------------------7
量子尺寸效应
1.1.1量子尺寸效应 所谓的量子尺寸效应是指粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象，纳米半导体粒子存在不连续的最高被占据的分子轨道 和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽，由此导致纳米微粒的光、电、磁、热、 催化和超导性等特性与宏观性存在着显著的差异。如金属纳米材料的电阻随着尺寸下 降而增大，电阻温度系数下降甚至变成负值；相反，原是绝缘体的氧化物达到纳米级时，电阻反而下降；10～25nm的铁磁金属微粒矫顽力比同种宏观材料大1000倍，而当颗粒尺寸小于10nm时矫顽力变为零，表现为超顺磁性。 1.1.2小尺寸效应 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将被破坏；非晶态纳米微粒 的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、滋、热、力学等特性呈现新的小 尺寸效应。例如：光吸收显著增加，吸收峰的等离子共振频移，磁有序态向磁无序态 转变，超导相向正常相的转变，声子谱发生改变等，这种现象称为小尺寸效应。 1.1.3表面与界面效应 纳米材料的另一个重要特性是表面与界面效应。由于表面原子与内部原子所处的环境不同，当粒子直径比原子直径大时(如大于0.01时)，表面原子可以忽略，但当 粒子直径逐渐接近原子直径时，表面原子的数目及作用就不能忽略，而且这时粒子的 比表面积、表面能和表面结合能都发生很大变化。人们把由此引起的种种特殊效应统 称表面效应[8,9]。随着粒径的减小，比表面迅速增大。当粒径为5nm时，表面原子数比例达到约50%以上，当粒径为2nm时，表面原子数达到80%，原子几乎全部集中 到纳米粒子的表面。庞大的表面原子的存在导致键态严重失配，表面出现非化学平衡、非整数配位的化学键，产生许多活性中心，从而导致纳米微粒的化学活性大大增强， 主要表现在：（1）熔点降低。就熔点来说，纳米颗粒中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量， 造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易 在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。如金的常规熔点是1064℃当颗粒尺寸减小到10nm时，降低了270℃，当金纳米粒子尺寸为2 nm时，熔点仅为327℃；银的常规熔点为961℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃等。（2）比热增大。粒径越小，比热越大。（3）化学活性增加，有利于催化反应等。 1.1.4宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，如超微粒的磁化强度和量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧
金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂の总结
《金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂》总结 一：金属纳米材料具有表面效应（比表面积大，表面原子多，表面原子可与其他原子结合稳定下来，使材料化学活性提高。）和量子尺寸效应，因而有不同于体相材料的光学、电磁学、化学特性。 目前制备方法为液相合成（操作简便、成本低、产量高、颗粒单分散性好）。——以金属盐或金属化合物为原料将其还原得到金属原子后聚集成金属纳米粒子。而金属纳米粒子比表面积大、物化活性高、易氧化、易团聚，所以需要引入修饰剂来控制形貌、稳定或分散纳米颗粒。 液相还原法按照溶剂不同可分为有机溶剂合成法（结晶性好、单分散性好、形貌易控、不能直接用于生物体系、环境不友好）和水溶液合成法（水溶性、制备方法简单环保、成本低、颗粒大小不均一）。按照还原手段不同可分为化学试剂还原法、辐射还原法、电化学还原法。 二：化学试剂还原法中常用的还原剂及其还原机理 还原能力不同：1）强还原剂（硼氢化物、水合肼、氢气、四丁基硼氢化物），还原能力强、反应速率快、纳米颗粒多为球形或类球形、尺寸小。2）弱还原剂（柠檬酸钠、酒石酸钾、胺类化合物、葡萄糖、抗坏血酸、次亚磷酸钠、亚磷酸钠、醇类化合物、醛类化合物、双氧水、DMF），反应体系一般需要加热。例如多元羟基类化合物可做溶剂和还原剂，通过控制反应条件可制备多种形貌的材料。柠檬酸钠、抗坏血酸做还原剂的同时可做保护剂。（一）无机类还原剂 1，硼氢化物（硼氢化钠钾、硼氢化四丁基铵TBAB），硼氢化钠化学性质活波与水反应放出 氢气，与金属盐反应时所需浓度低。 2，氢化铝锂，还原性极强，应用不及硼氢化钠。 3，水合肼N2H4·H2O，应用广泛。在碱性介质中为强还原剂。 4，双氧水。 5,有机金属化合物，二茂铁还原制备银纳米线。 6，氢气，（可以合成相当稳定无保护的可进一步修饰的银纳米颗粒。），控制反应时间可以得到相当大尺寸跨度的纳米颗粒，进一步处理如过滤离心可以得到尺寸分布窄的颗粒。 7，次亚磷酸盐，弱还原剂，因为容易与氧气反应所以一般用3-4倍。酸性条件下反应速度加快，认为酸性条件下利于次亚磷酸像活泼型转变。
纳米材料小尺寸效应的应用
纳米材料小尺寸效应的应用 引言：提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米材料，可能很多人并不一定清楚，本文主要对纳米及纳米材料的研究现状和发展前景做了简介，相信随着科学技术的发展，会有越来越多的纳米材料走进人们的生活，为人类造福。纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。 关键词：纳米材料小尺寸效应性质分类发展前景 一、纳米材料及其性质 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(1-100nm)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。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下，即１００纳米以下。因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。粒度分布均匀、纯度高、极好分散，其比表面高，具有耐高温的惰性，高活性，属活性氧化铝；多孔性；硬度高、尺寸稳定性好，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，被广泛应用作催化剂和催化剂载体等新的绿色化学材料。可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。以上这些性能决定了纳米材料在表面效应、小尺寸、量子尺寸效应、量子隧道效应、电子信息领域、航天航空、环保能源等各方面均有应用，尤其是在小尺寸方面的应用。 二、纳米科技的发展现状 著名科学家钱学森指出:“纳米科技是21世纪科技发展的重点，会是一次技术革命，而且还会是一次产业革命”。随着世界发达国家对纳米研究的深入，我国对纳米材料和技术也非常重视，为推动我国纳米技术成果产业化．国家通过财政投资并带动社会投资．希望通过5—10年的努力．造就一批具有市场竞争力的纳米高科技骨干企业。已先后安排了许多纳米科技的研究项目，并取得显著成绩，纳米技术在许多方面已达到国际领先水平。
最新Nature文章：10nm以下金属纳米颗粒的等离子共振研究
最新Nature文章：10nm以下金属纳米颗粒的等离子共振研究 金属纳米颗粒的等离子体共振由于在纳米光子学、生物学、传感器、光谱学以及太阳能捕集等方面的应用而广受关注。尽管10nm以上的颗粒的等离子属性已经研究的很充分了，但量子尺寸（10nm以下）的纳米颗粒由于光散射弱、金属-配体作用影响、整体测量不能均一等问题，给研究带来很大困难，使我们在很多自然和工程过程中（尤其在催化领域）不能检测与控制其等离子体属性。 本文使用像差校正透射电子显微镜成像与单色扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱技术研究了无配体的10nm以下的单个银纳米粒子的等离子共振现象。研究发现当银纳米粒子从20nm降至2nm以下的时候，等离子共振向高能方向移动了0.5ev，这明显不符合经典理论的预测。我们提出了一个量子力学模型并推测原因可能在于颗粒介电常数的变化。本文的研究成果对于小纳米颗粒在催化与生物领域的理解与应用有很大的意义。现发小木虫，与微纳版的虫友们分享 金属纳米颗粒的等离子体共振由于在纳米光子学、生物学、传感器、光谱学以及太阳能捕集等方面的应用而广受关注。尽管10nm以上的颗粒的等离子属性已经研究的很充分了，但量子尺寸（10nm以下）的纳米颗粒由于光散射弱、金属-配体作用影响、整体测量不能均一等问题，给研究带来很大困难，使我们在很多自然和工程过程中（尤其在催化领域）不能检测与控制其等离子体属性。 本文使用像差校正透射电子显微镜成像与单色扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱技术研究了无配体的10nm以下的单个银纳米粒子的等离子共振现象。研究发现当银纳米粒子从20nm降至2nm以下的时候，等离子共振向高能方向移动了0.5ev，这明显不符合经典理论的预测。我们提出了一个量子力学模型并推测原因可能在于颗粒介电常数的变化。本文的研究成果对于小纳米颗粒在催化与生物领域的理解与应用有很大的意义。现发小木虫，与微纳版的虫友们分享！
(完整版)纳米材料四大效应及相关解释
纳米材料四大效应及相关解释 四大效应基本释义及内容： 量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。 小尺寸效应：当颗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将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的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，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。 宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。 四大效应相关解释及应用： 表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加。例如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱
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
金属纳米颗粒论文：金属纳米颗粒的性质研究及其应用
金属纳米颗粒论文：金属纳米颗粒的性质研究及其应用 【中文摘要】纳米材料的合成和应用证明了其在物理、化学、材料科学等领域的巨大发展潜力,尤其是纳米材料所具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,使其产生了独特的光学、电学、化学性质以及催化性质。金属纳米颗粒的性质在近十几年受到了广泛关注。纳米尺度的金属纳米材料具备许多块体材料没有的优越性质,其中,金属纳米颗粒所具备的独特光学性质——表面等离子体 共振性质已经成为研究热点之一。金属纳米颗粒中的表面等离子体共振是描述其导带电子在电磁场作用下集体振荡的一个物理概念,共振性质受尺寸、形状以及周围介质影响非常显著。对纳米颗粒尺寸及其形貌的有效控制一直都是大家关注的。近几年来,随金、银金属纳米颗粒表面增强拉曼散射效应、荧光效应的广泛应用,金属纳米颗粒已经广泛应用于催化、光催化、信息存储、表面增强拉曼、太阳能电池、生物传感器、化学传感器、非线性光学、光电子学等领域。本论文的工作主要致力于金、银纳米颗粒的合成、性质及应用：通过油相中无机金属盐的热分解,合成不同粒径的银纳米颗粒；在水相中利用柠檬酸盐 【英文摘要】The synthesis and applications of metal nanomaterials suggests their great potential foreground in the physical science, chemical science and materials science, especially for unique properties, such as surface effect,