准一维纳米材料

准一维纳米材料

准一维纳米结构是指在三维空间内有两维尺寸处于纳米量级的纳米结构,长度上为宏观尺度的新型材料,是纳米科学研究中较为活跃的前沿领域之一。一维纳米材料包括纳米管、纳米棒、金属及半导体纳米线、同轴纳米电缆、纳米带等。下面简单介绍一下概念[1 ] : 纳米纤维(nanofiber) :细长形状,其长径比≥10 ,包括纳米丝( nanofilament ) , 纳米线( nanowire ) 和纳米晶须(nanowhisker) ;纳米晶须(nanowhisker) :特指单晶纳米纤维;纳米线(nanowire) :意义及用法类似于纳米纤维,但实际上有指电输运的意味; 纳米电缆( nanocable) 以及同轴纳米线(coaxial nanowire P core2shell nanowire) :纳米线外包覆有一层或多层不同结构物质的纳米结构;纳米棒(nanorod) :细棒状结构,一般长径比≤10 ;纳米管(nanotube) :细长形状并具有空心结构,即细管状结构;纳米带(nanobelt P nanoribbon) :细长条带状纳米结构,长宽比≥10 ,一般宽厚比≥3。已兼有两维特征,即在宽度方向已有一定的尺度。[ 1 ] H. Hofmeister , Twinning and multiple twin formation in the growth ofmetal and semiconductor nanorods [ R] . A academic report , Hefei ,China , Oct. 2003.

准一维纳米材料是研究电子传输行为、光学特性和力学机械性能等物理性质的尺寸和维度效应的理想系统。它们将在构筑纳米电子和光电子器件等集成电路和功能性元件的进程中充当非常重要的角色。在过去的几年里,有关准一维纳米结构合成方面的论文在纳米结构合成中占据了绝对的多数,人们正在努力将大多数固态物质都生长成准一维

纳米结构。

早在1970 年法国科学家就首次研制出直径为7 nm 的碳纤维。1991 年日本用高分辨电子显微镜发现了碳纳米管[2 ][2 ] Iijima S. Helical microtubes of graphitic carbon [J ] . Nature.

1991 ,354 :56.。2001 年,由于准一维纳米材料研究的杰出成就,特别是将其组装成了电路,这使得人们看到了一个崭新的世界———纳米电子学正在诞生《 Science》杂志将其列为当年的重大科学突破[3 ][ 3 ] R. F. Service [J ] . Science , 2001 , 294 : 2442～2443.。2002 年,Appell 在《Nature》杂志上撰文写道[4 ] :“纳米线、纳米棒亦或称之为纳米晶须,不管人们怎么称呼它们,它们都是纳米技术中最热门的研究对象。”由于准一维纳米结构在微电子等领域的特殊地位,毫不夸张地说,当今准一维纳米材料已经成为了纳米材料研究中最热门的领域。[ 4] D. Appell. [J ] . Nature , 2002 , 419 : 553～555.

1 准一维纳米材料的制备策略

一般来说,准一维纳米结构的合成要通过促进固态结构沿着一维方向的结晶凝固。准一维纳米材料的制备方法按照其策略归纳起来大致有下列六个方面(见图1[5] ) : (a)固体各向异性的晶体学结构所决定的定向生长; (b) 引入一个液- 固界面来减少籽晶的对称性,如在VLS 生长机制中的液滴所产生的限域; (c) 应用各种具有一维形貌的模板来引导一维纳米结构的形成; (d) 应用合适的包敷剂来动力学地控制籽晶的不同小平面的生长速率; (e) 零维纳米结构的自组装; (f) 减小一维微结构的尺寸。最常用的是前五种。[ 5 ] Y. Xia ,P.

et al. [J ] . Adv. Mater , 2003 , 15 : 353～389.

图1 能够获得一维生长的六种不同策略的示意图 : (a) 固体各向异性的晶体学结构所决定的定向生长, (b) 象在VLS 生长机制中的液滴所产生的限域, (c) 通过使用模板产生的导向作用, (d) 由某种包敷剂所提供的动力学控制, (e) 零维纳米结构的自组装, (f) 减小一维微结构的尺寸。

2准一维纳米材料的制备方法

气相法

在合成一维纳米结构(如纳米晶须、纳米棒和纳米线等) 时,气相合成可能是用得最多的方法。气相法中的主要机制有:气2液2固(Vapor2Liqiud2Solid ,简称VLS) 生长机制、气2固(Vapor2Solid ,简称VS) 生长机制。

3. 1. 1 VLS 机制在所有的气相方法中,应用VLS 机制的许多方法在制备大量单晶准一维纳米结构中应该说是最成功的。VLS 机制要求必须有催化剂的存在,在适宜的温度下,催化剂能与生长材料的组元互熔形成液态的共熔物,生长材料的组元不断地从气相中获得,当液态中溶质组元达到过饱和后,晶须将沿着固- 液界面的择优方向析出。

这一生长机制的一个显著特点是在生成纳米线的顶端附着有一个催化剂颗粒,并且,催化剂的尺寸很大程度上决定了所生长纳米线的最终直径,而反应时间则是影响纳米线长径比的重要因素之一。基于催化剂辅助生长的VLS 机制,人们已经成功地制备了单质、金属氧化物、金属碳化物等众多材料的纳米线体系[6 ][ 6 ] 梁长浩. [D] . 中国科学院固体物理研究所博士学位论文,2001.。这种合成方法为制备具有良好结构可控性的准一维纳米材料提供了极大的便利。在VLS 机制中,纳米线生长所需的蒸气既可由物理方法也可由化学方法产生,由此派生出一些人们所熟知的纳米线制备技术。物理方法有:激光烧蚀法(Laser Ablation) 、热蒸发(Thermal Evaporation) 等;化学方法有:化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition ,简称CVD) 、化学气相输运(Chemical Vapor Transport) 、金属有机化合物气相外延法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy , 简称MOVPE) 等。

3. 1. 2 VS 机制研究表明,许多一维材料不使用催化剂也可生长出来,即直接通过气- 固(VS) 机制生长出一维材料。在VS 过程中,可以通过热蒸发、化学还原或气相反应等方法产生气相,随后该气

相被传输到低温区并沉积在基底上。其生长方式通常是以液固界面上微观缺陷(位错、孪晶等) 为形核中心生长出一维材料。研究发现,在VS 生长机制中,气相的过饱和度决定着晶体生长的主要形貌[4 ][ 4 ] Y. Xia , P. et al. [J ] . Adv. Mater , 2003 , 15 : 353～389.。低的过饱和度对应晶须的生长,而中等的过饱和度对应块状晶体的形成,在很高的过饱和度下则通过均匀形核生成粉末。现在,用VS 机制来生长纳米线、纳米管及纳米带等已是非常普遍的方法。

3. 2 液相法

3. 2. 1 溶液- 液相- 固相(简称SLS) 生长机制这种方法生长的纳米线为多晶或近单晶结构,纳米线的尺寸分布范围较宽。但这种方法可以在低温下就获得结晶度较好的纳米线,非常有前景。SLS 生长的机理有点类似于VLS 机制。与VLS 机制的区别仅在于,在VLS 机制生长过程中,所需的原材料由气相提供;而在SLS 机制生长过程中,所需的原料是从溶液中提供的。一般来说,此方法中常用低熔点金属(如In、Sn 或Bi等) 作为助溶剂(flux droplet) ,相当于VLS 机制中的催化剂(见示意图6)

3. 2. 2 基于包敷作用的液相法根据晶体生长动力学的观点,晶体形态取决于各晶面生长速度,快速生长的晶面(界面能较高) 逐渐隐没,晶体表面逐渐为慢生长面(界面能较低) 所覆盖。因此,人们可以通过引入合适的包敷剂(capping reagent) 来改变晶体晶面的界面自由能,从而改变各晶面的生长速度,达到控制晶体生长形态的目的。Sun 等人利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 作为包敷剂制备出晶态Ag 纳米线。

3. 2. 3 溶剂热化学合成方法(Solvothermal chemical synthesis)

溶剂热合成方法已经被证明是一种有效的制备纳米丝的方法。在该制备过程中,金属前驱物和还原剂如胺的混合溶液放入一个高压釜中,然后在一定的压力和温度下实现纳米丝生长。至今其生长过程机理尚不清楚。

3. 3 模板法

另一种代表性的准一维纳米材料合成方法是模板法限域合成,它是利用各种具有一维形貌的模板来引导一维纳米结构的形成,如具有许多一维纳米孔道的材料以及碳纳米管等。理论上来说,利用这种方法可以制备出任意材料的纳米线。

3. 3. 1 一维纳米孔道材料模板具有一维纳米孔道材料的模板,已报道的有:多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina ,简称PAA;或称anodic aluminum oxide ,简称AAO) 薄膜、径迹蚀刻(track2etch) 聚合物薄膜、有序介孔硅基材料(如MCM241) 以及沸石分子筛等等。模板法合成纳米线一般具有以下几个显著的特点:适用于多种材料体系、多种制备方法、可以合成单分散的纳米线、可以合成有序微阵列体系、通过改变模板的几何尺寸或沉积过程参数合成出纳米点、纳米线[31 ]及纳米管[32 ] 。

采用多孔模板,结合电化学沉积、溶胶凝胶、化学沉积、气相沉积、金属氧化或硫化等众多方法,人们已经制备了大量的准一维纳米材料及其微阵列体系,并给出了目前采用多孔模板法制备纳米线所取得的一些进展[33 ] 。这对于研究纳米线、纳米管等材料及其微阵列体系的物性以及发展功能性纳米器件而言是一个非常重要的手段。[33 ] 郜涛. [D] 中国科学院固体物理研究所博士学位论文,2003.

3. 3. 2 碳纳米管(carbon nanotubes P CNTs) 模板法(碳纳米管

限域反应法) 1995 年,Dai 等人[34 ] (Lieber 小组) 将碳纳米

管与具有较高蒸气压的氧化物或卤化物反应,成功地制备

出了多种碳化物(SiC、NbC、Fe3C 和BCx) 纳米棒,并给出了一

个普适策略,如图7。

第五章 纳米材料的表征

例一、热氧化法制备WO 2.9纳米棒 利用SEM 知道了棒的集体形貌、大体尺寸、取向特性等。 利用XRD 分析获取了纳米棒的晶体结构以及取向分布等信息。利用TEM 、SAD 、HRTEM 、EDS 等分析可以获取单根纳米棒的结构、直径、化学成分、生长方向等信息。 例一、热氧化法制备纳米棒 材料的分析与表征概述

Raman 光谱和光致发光谱给出了化学键合和光学性能信息。 JEOL－200CX 分析型透射电镜 透射电镜观察法(TEM观察法). 透射电镜观察法(TEM观察法). 纳米TiO2晶粒尺寸分布 ?C 透射电镜观察法(TEM观察法).

Ｘ射线法 Ｘ射线法Ｘ射线法比表面积法 比表面积法 方程：吸附质分压P0: 吸附剂饱和蒸汽压 V之间的数量关系，为比表面积测定提供了很好的理论基础。 轴，为方程做图进行线性拟合，得到直线的斜率和截距，从而求得值计算出被测样品比表（二）纳米材料的颗粒尺寸与粒度分析拉曼散射法 拉曼原理：当一束波长为λ的光照射到物质上之后，一部分拉曼散射与粉体粒径的关系：

拉曼散射法 z 特点：灵敏度较低，一般只能测定样品中含量在1%以上的物相，同时，定 量测定的准确度也不高，一般在1%的数量级。 z 所需样品量大（0.1g），才能得到比较准确的结果，对非晶样品不能分析。z 样品的颗粒度对X射线的衍射强度及重现性有大的影响。一般颗粒越大，则参与衍射的晶粒数就越少，且产生初级消光效应，使得强度的重现性较差。 z 要求粉体样品的颗粒度大小在0.1 ～10μm范围。对吸收系数大的样品，参加衍射的晶粒数减少，也会使重现性变差。因此在选择参比物质时，尽可能选择结晶完好，晶粒小于5μm，吸收系数小的样品。 z 可采用压片，胶带粘以及石蜡分散的方法进行制样。由于X射线的吸收与其质量密度有关，因此要求样品制备均匀，否则会严重影响定量结果的重现性 （三）纳米材料的结构形貌分析 X射线衍射结构/物相分析： XRD 物相分析是基于多晶样品对X 射线的衍射效应，对样品中各组分的存在形态进行分析。测定结晶情况，晶相，晶体结构及成键状态等等。可以确定各种晶态组分的结构和含量。 为薄膜调制周期

准一维纳米结构的电子显微学研究

电子显微学报980514 电子显微学报 科技期刊 Journal of Chinese Electron Microscopy Society 1998年 第十七卷　第五期（总第79期） 准一维纳米结构的电子显微学研究 白志刚　张洪洲　丁　杭青岭　俞大鹏　冯孙齐 (北京大学电子光学及电子显微镜实验室，北京 100871) (北京大学物理系介观物理国家重点实验室，北京 100871) 自从1991年，Iijima发现纳米碳管［1］以来，一系列准一维纳米材料被相继用不同 方法合成出来。由于其独特的结构特性和因此而具有的不同于体材料的新颖的物理性 质，这些准一维纳米材料有着很大的基础研究价值和潜在的应用价值，因而受到人们 的广泛研究和关注。 最近，我们利用脉冲激光沉积及物理蒸发的方法，合成出了硅纳米线(SiNW)［2， 3］及GeO-2纳米线(GeONW)，并利用X射线衍射、透射电镜(包括EDS)等手段对这些材 料的化学组成、形态、显微结构、缺陷和生长机理等进行了研究。 将Si粉(纯度99%)和Fe粉按重量比95∶5混合，热压成靶，放在一根由高温管式电炉 加热，可抽负压的石英管内，在流动的Ar气氛下(压力2.67×104Pa)，1200℃高温下蒸 发，得到了一种暗黄色海绵状产物，该产物即为硅纳米线。我们发现，用激光蒸发或 简单的物理升华法，都能得到硅纳米线，两种情况下产物的形态、结构完全相同；而 且，这种方法具有很好的可重复性。图1为典型的硅纳米线低倍透射电子显微像。由图 中可见，硅纳米线为表面光滑的准一维结构，且纯度极高(～99%)，直径分布均匀 (15nm±3nm)，长度从几十到几百微米。图1左上角插图为硅纳米线的选区电子衍射(SAED)花样，为典型的多晶硅衍射环，其中前三个环分别对应于｛111｝、｛220｝和 ｛311｝平面族的衍射，相应的晶面间距分别为0.31nm,0^19nm和0.16nm。X射线衍射结 果显示，硅纳米线的全部衍射峰与多晶硅粉末不仅位置完全相同，相对强度也完全一 致。这进一步说明硅纳米线与大块硅结构相同。根据X射线衍射最强峰计算，硅纳米 线的晶格常数较大块硅有些轻微膨胀(～0.4%)。 高分辨透射电镜分析(HREM)给出硅纳米线更多的结构细节。图2为单根硅纳米线 的HREM像。图中可见一维和二维的{111}晶格条纹，对应晶面间距为0.31nm。从图中 可以看出，在硅纳米线的外面有一层厚2—3nm的非晶层，估计来源于因暴露空气而导 致的表面氧化，这层非晶可用稀HF溶液溶掉。对大量硅纳米线的HREM观察结果的统 计表明，硅纳米线的一般生长方向为〈112〉方向。这与传统的VLS(vapor-liquid-solids) 晶体生长模型［5］中硅的〈111〉生长方向有所不同。另外，HREM分析还显示，在硅 纳米线中存在大量的层错、微孪晶和小角晶界等结构缺陷。这些结构缺陷被认为与硅 纳米线的成核、生长及其形貌有密切的关系［4］。以上这些证据使我们认为，硅纳米 线是按一种不同于VLS模型的机制生长；在这种机制中，结构缺陷及原子气团的定向 运动对硅纳米线的一维择优生长起重要作用。 利用同样的物理蒸发的方法，我们还制备出了GeO-2纳米线。靶材料由高纯Ge粉 file:///E|/qk/dzxwxb/980514.htm（第 1／3 页）2010-3-22 18:37:28

纳米材料的表征特性

纳米材料的表征特性 1:表面与界面效应 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增加。对直径大于0.1μm的颗粒的表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1μm时，其表面原子百分数急剧增长，甚至1g超微颗粒表面积的总和可高达l00m2，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2×10-3μm)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，二十面体多粒晶等)，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10nm后才观察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且燃烧。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且致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒有望成为新一代的高效催化剂、储气材料或低熔点材料。 2:小尺寸效应 当纳米粒子的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸相当或比它们更小时，周期性的边界条件被破坏，声、光、电、磁、热力学特性等均会随着粒子尺寸的减小发生显著的变化。这种因尺寸的减小而导致的变化称为小尺寸效应，也叫体积效应。如纳米粒子的熔点可远低于块状固体，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，可以通过改变颗粒尺寸，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。材料的硬度和强度随着晶粒尺寸的减小而增大，不少纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通材料高4—5

一维纳米材料的制备概述

学年论文 ` 题目：一维纳米材料的制备方法概述 学院：化学学院 专业年级：材料化学2011级 学生姓名：龚佩斯学号：20110513457 指导教师：周晴职称：助教

2015年3月26日 成绩 一维纳米材料制备方法概述 --气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料 材料化学专业2011级龚佩斯 指导教师周晴 摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。 关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法 Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on. Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method 纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。自80年代以来，零维纳米材料不论在理论上和实践中均取得了很大的进展；二维纳米材料在微型传感器中也早有应用。[1]一维纳米材料因其特殊的结构效应在介观物理、纳米级结构方面具有广阔的应用前景，它的制备研究为器件的微型化提供了材料基础。本文主要概述了近年来文献关于一维纳米材料的制备方法。 1 一维纳米材料的制备方法 近几年来，文献报导了制备一维纳米材料的多种方法，如溶胶-凝胶法、气相-溶液-固相法、声波降解法、溶剂热法、模板法、化学气相沉积法等。然而不同制备方法的纳米晶体生长机制各异。本文按不同生长机制分类概述，主要介绍气相法、液相法、模板法三大类制备方法。 1.1 气相法 在合成一维纳米结构时,气相合成可能是用得最多的方法。气相法中的主要机

纳米材料习题答案

纳米材料习题答案 1、简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 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，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。 2、什么是原子团簇谈谈它的分类。 3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管如何计算单壁碳纳米管直径 答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。 100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d = 224/w d：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-1

4、论述碳纳米管的生长机理（图）。 答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。 （1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。 ①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移； ②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端； （2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。 ①表面扩散机理：用苯环坐原料来生长碳纳米管，如果苯环进入催化剂内部，会被分解而产生碳氢化合物和氢气同时副产物的检测结果为只有氢气而没有碳氢化化物。说明苯环没有进入催化剂液滴内部，而只是在催化剂表面脱氢生长，也符合“帽式”生长机理。 5、论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 （1）气相法反应机理包括：V-L-S机理、V-S机理、碳纳米管模板法、金属原位生长。 ①V-L-S机理：反应物在高温下蒸发，在温度降低时与催化剂形成低共熔液滴，小液滴相互聚合形成大液滴，并且共熔体液滴在端部不断吸收粒子和小的液滴，最后由于微粒的过饱和而凝固形成纳米线。 ②V-S机理：首先沉底经过处理，在其表面形成许多纳米尺度的凹坑蚀丘，这些凹坑蚀丘为纳米丝提供了成核位置，并且它的尺寸限定了纳米丝的临界成核直径，从而使生长的丝为纳米级。 ③碳纳米管模板法：采用碳纳米管作为模板，在一定温度和气氛下，与氧化物反应，碳纳米管一方面提供碳源，同时消耗自身；另一方面提供了纳米线生长的场所，同时也限制了生成物的生长方向。 ④金属原位生长： （2）溶液法反应机理包括溶液液相固相、选择性吸附。 ①S-L-S机理：SLS 法和 VLS 法很相似，二者的主要差别在于 SLS 法纳米线成长的 液态团簇来源于溶液相，而 VLS 法则来自蒸气相。

碳纳米管作为一维纳米材料

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能……碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料 由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。 碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。 碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。 碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。 碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善 ( 氢气被很多人视为未来的清洁能源。但是氢气本身密度低，压缩成液体储存又十分不方便。碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，可以作为储存氢气的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还高。适当加热，氢气就可以慢慢释放出来。研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带式的储氢容器。 在碳纳米管的内部可以填充金属、氧化物等物质，这样碳纳米管可以作为模具，首先用金属等物质灌满碳纳米管，再把碳层腐蚀掉，就可以制备出最细的纳米尺度的导线，或者全新的一维材料，在未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中得到应用。有些碳纳米管本身还可以作为纳米尺度的导线。这样利用碳纳米管或者相关技术制备的微型导线可以置于硅芯片上，用来生产更加复杂的电路。 利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。

纳米材料

《功能金属材料》课程作业 一维氧化锌纳米材料应用与发展前景及课程感悟 班级：0610104 学号：061010418 姓名：刘广通

一、一维ZnO 纳米材料性能 ZnO 纳米材料以形态和尺度划分，包括零维ZnO纳米材料（ZnO 纳米颗粒）、一维ZnO 纳米材料（ZnO 纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维ZnO 纳米材料（ZnO 纳米薄膜）等。按成分划分，包括纯ZnO 纳米材料和掺杂ZnO 纳米材料，如In、Ga、Sn、Mn、Co等各种元素掺杂的n型掺杂纳米材料，P、N、Li等元素掺杂的p型掺杂纳米材料及多元素复合掺杂的掺杂ZnO 纳米材料。 一维ZnO 纳米材料在光学、电输运、光电、压电、力电、场发射、稀磁、光催化、吸波等性能上具有显著特点，在传感、光学、电子、场发射、压电、能源、催化等领域已经显示出良好的应用前景。目前，在一维ZnO 纳米材料研究领域，关注的重点包括一维ZnO 纳米材料的可控及高产率设备、结构与性能调控、纳米器件组装、纳米材料及器件的性能测试与评价、纳米效应及耦合效应、理论计算与模拟、安全服役与损伤等方面。[1] 目前来说，我们都希望电子器件能越小型越好，也就是通过不断缩小器件的尺寸来达到提高速度、减少功耗的目的，这种方法在过去几十年一直被运用而随着我们周围的生活电子产品的不断微型化而发展。所以要利用薄膜生长和光刻技术（电子束光刻、X射线光刻等）制备材料和器件。我们希望纳米线作为基本功能单位来组成电子电路。一维纳米材料的原理器件的研制可以完成这一使命。而ZnO 是一种具有压电和光电特性的半导体材料，它是典型的直接带隙宽禁带半导体，同时它的激子结合能高达60meV。因此ZnO 材料在紫外光电器件方面有巨大的应用潜力。ZnO有很高的导电、导热性能，化学性质非常稳定，作为短波长发光器件具有高的稳定性和较低的价格，有极大的应用价值。而在一维纳米材料中， ZnO 有三个主要的优点：首先，它既是半导体又有压电效应，这是做电动机械耦合传感器和变频器的基础;其次，ZnO 的生物安全性与相容性相对高，可以用在医学方面；最后，ZnO 的种类最丰富，如纳米线，纳米带，纳米螺旋结构等。因而有一系列的一维ZnO 纳米材料的新器件被不断地开发研制，如室温激光器、发光二极管、传感器、晶体管、场发射器等。 二、一维ZnO 纳米材料的应用及发展前景 一维ZnO纳米材料被用于光学器件。因为ZnO是一种宽禁带半导体，而且在室温下具有很高的激子束缚能，因此ZnO被认为是一种优异的蓝光到紫外波段发射的发光材料。在325nm的He-Cd激光激发下，ZnO纳米材料的室温发光谱中存在两个发射峰，分别是380nm左右的近带边的自由激子复合引起的紫外发射峰[2]和540nm左右的氧空位引起的绿光发射峰[3]。ZnO纳米材料的发光效率远高于块体材料，这主要是因为ZnO纳米线的单晶形态和小尺寸效应。小尺寸效应的影响是由于纳米材料非常微小，其尺寸与光波波长、传到电子的得布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等具有物理特征的尺寸相当或更小时，它的周期性边界将被破坏，使它原本所具有的声，光，电，磁，热力学等特性呈现出“另类”的现象。ZnO纳米的发光机制有以下几种：1)带间跃迁发光。即适当的光照射时，半导体的价带电子发生带间跃迁，也就是电子从价带跃迁到导带，而产生光生电子和空穴。而对纳米材料，器能带将会展宽，改变其性能。2）激子辐射复合发光。纳米结构ZnO有宽的禁带隙、大的比表面积、

纳米材料的表面效应

纳米材料微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1nm--100nm）调制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团蔟（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米微粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米相材料。 纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、长程有序的"气体状"固体结构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的"第三态晶体材料"。 正是由于纳米材料这种特殊的结构，使之产生四大效应，即表面效应和界面效应、小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应），从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性。 （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。 （2）小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，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、红外隐身技术等等。 （3）量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。 （4）宏观量子隧道效应

纳米材料表征

纳米粉末粒度分析方法简介 粉末材料粒度测定是一个很复杂的问题，因为粒度的大小本身就是一个很难明确表示的概念。对一个球形的颗粒，我们可以用其直径来表示其大小，对一个立方体，我们可以用其棱长来表示其大小，对一个圆锥体，我们可以用其底面直径和其高两个尺寸来表示其大小，对长方体，就得用其长、宽、高三个尺寸来表示其大小。对一个任意形状的颗粒就很难表征其大小。一般都采用一个与该颗粒具有某种等效效应的颗粒的直径来表示该不规则颗粒的粒径的大小。 目前可以进行纳米粉末粒度测定的方法大致有四种：透射电镜（结合图象分析仪）法，光子相关谱（PCS）（或称动态光散射），比表面积法以及X射线小角散射法（SAXS）等四种。下面对这四种方法的简单原理及其优缺点进行简单的介绍： 1．透射电镜法： 透射电镜是一种直观、可靠的绝对尺度测定方法，对于纳米颗粒，它可以观察其大小、形状，还可以根据像的衬度来估计颗粒的厚度，显微镜结合图像分析法还可以选择地进行观测和统计，分门别类给出粒度分布。如果将颗粒进行包埋、镶嵌和切片减薄制样，还可以对颗粒内部的微观结构作进一步地分析。 当对于所检测的样品清晰成像后，就是一个测量和统计的问题。一种作法是选取足够多的视场进行照相，获得数百乃至数千个颗粒的电镜照片，再将每张照片经扫描进入图象分析仪进行分析统计。按标准刻度计算颗粒的等效投影面积直径，同时统计落在各个粒度区间的颗粒个数。然后计算出以个数为基准的粒度组成、平均粒度、分布方差等，并可输出相应的直方分布图。在应用软件中还包括个数分布向体积分布转换的功能，往往将这两种分布及相关的直方图和统计平均值等都出来。 该方法的优点是直观，而且可以得到颗粒形状信息，缺点是要求颗粒要处于良好的分散状态，另外，由于用显微镜观测时所需试样量非常少，所以对试样的代表性要求严格。因此取样和制样的方法必须规范；而且要对大量的颗粒的粒径进行统计才能得到粒度分布值或平均粒径。 2．光子相关谱法： 该方法是基于分子热运动效应，悬浮于液体中的微细颗粒都在不停地作布朗运动，其无规律运动的速率与湿度和液体的粘度有关，同时也与颗粒本身的大小有关。对于大的颗粒其移动相对较慢，而小的颗粒则移动较快。这种迁移导致颗粒在液体中的扩散，对分散于粘度为η的球形颗粒，彼此之间无交互作用时，它的扩散系数D同粒径x之间的关系满足一关系。而当一束激光通过稀薄的颗粒悬浮液时，被照射的颗粒将会向四周散射光。在某一角度下所测散射光的强度和位相将取决于颗粒在光束中的位置以及颗粒与探测器之间的距离。由于颗粒在液体中不断地作布朗运动，它们的位置随机变动，因而其散射光强度也随时间波动。颗粒越小，扩散运动越强，散射光强度随即涨落的速率也就越快；反之则相反。光子相关谱（PCS）法这正是从测量分析这种散射光强的涨落函数中获得颗粒的动态信息，求出颗粒的平移扩散系数而得到颗粒得粒度信息的，所以又称为动态光散射法。 光子相关谱法粒度分析的范围约3nm～1000nm。测试速度快，对粒度分布集中且颗粒分散好的样品，测量结果重复性好。该方法缺点是要求样品要处于良好的分散状态，否则测出的是团聚体的粒度大小。 3．比表面积法： 粉末的比表面积为单位体积或单位质量粉末颗粒的总表面积，它包括所有颗粒的外表面积以及与外表面积相联通的孔所提供的内表面积。粉末的比表面积同其粒度、粒度分布、颗粒的形状和表面粗糙度等众多因数有关，它是粉末多分散性的综合反映。测定粉末比表面积的方

第一章 一维无机纳米材料的制备方法

【文献综述】 一维无机纳米材料的制备方法 一．气相法制备 ①汽-液-固（VLS）机理生长 方法一（VLS生长法）： 1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。 2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。 3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构 备注： 液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。 方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）： 1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶 2.以氩气作为保护气 3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线 备注： 激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法 催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂 温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度 在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒 应用： VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。但不能制备一维金属纳米材料。同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。 ②氧化物辅助生长 方法： 1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶， 2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线 备注： 1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用 2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。 应用： 除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。 ③气-固（VS）生长 方法： 1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽 2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳

第8章电化学方法在制备纳米材料中的应用

第八章电化学方法在制备纳米材料中的应用 人们对于分离超微粒子的研究开始于20世纪60年代。1963年Uyeda等人采用气体冷凝法制备了金属超微粒子，并对超微粒子的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究；20世纪70年代末德克雷斯勒成立了NST (Nano-scale Science and Technology)研究组；1984年在柏林召开的第二届国际超微粒子和等离子体会议，使超微粒子的研究成为世界性热点之一；1989年德国著名科学家Gleiter等首次提出了纳米材料这一概念；1990年7月在美国巴尔的摩召开的第一届国际NST会议标志着这一全新科技—纳米科技的正式诞生;1992年的TMS (Minerals, Metals, Materials)年会上有5个分会场专门讨论纳米粒子的制备、结构和性质，由此可见其重要性。美国材料科学学会预言，纳米材料将是21世纪最有前途的新兴材料之一，是21世纪高新科技的重要组成部分，被科学家们誉为“21世纪最有前途的材料”闭。它的出现将和金属、半导体、荧光材料的出现一样，引起科技领域的重大变革。 纳米粒子是指特征维度尺寸介于1~100 nm范围内的微小粒子，又称作超微粒子。处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统；它的大小介于宏观物质与微观粒子如电子、原子、分子之间，属于亚微观的范畴。由纳米粒子形成的晶体称为纳米晶体，它既不像一般晶体那样具有长程有序，也不像非晶体那样具有短程有序结构，它是一种具有全新“气体状”(gas-like)固体结构的新型材料，粒子内部存在有序一无序结构（order disorder）。从传统热力学观点来看，这是一种亚稳态结构。 纳米材料由两种组元构成：晶体组元和界面组元。晶体组元由晶粒中的原子组成，这些原子都严格位于晶格位置上；界面组元由各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。由于纳米粒子的粒径很小，使得粒子中的原子有很大部分处于粒子表面，表现在固体纳米材料中，有相当大比例的原子处于晶体界面上，即界面组元的比例很高，一般纳米晶粒内部的有序原子与纳米晶粒的界面无序原子各占总原子数的50％左右。晶界对纳米材料的结构及物性具有重要作用，由于这些大量处于晶界或晶粒缺陷中心的原子，使纳米粒子产生小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、表面和界面效应等，引起了纳米材料在许多物理、化学、力学性能上与同组成的微米粒子材料有非常显著的差异，它不仅开拓了人们认识世界的视野，也改变了某些传统观念。例如，纳米陶瓷的出现使得陶瓷在表现刚性的同时也具有了很好的塑性；传统意义上的典型导体（如Ag）纳米化后可以变成绝缘体；同样，部分绝缘体纳米化后也可以变为导体。因此，对超微粒子及其由此压制而成的纳米固体材料结构及性能的研究引起了世人的广泛关注，对纳米粒子的研究也变得十分活跃。 中国古代早就制备出了这种材料，例如古铜镜表面的防锈层即由纳米氧化锡组成，灯灰就是纳米炭黑，只是由于表征手段的原因，当时未能给出纳米材料这一确切的名称。由此可见纳米材料是一个古老而又崭新的研究领域。 而电化学方法制备纳米材料的研究，经历了早期的纳米薄膜、纳米微晶的制备，直至现在的电化学制备纳米金属线、金属氧化物等过程，已有几十年的研究时间。早在1939年，Brenner就在其博士论文中论述了使用两个含不同成分的电解池，交替在两池之间进行电沉积制备纳米叠层膜的研究。但当时所使用的这种方法太烦琐，易造成镀件表面污染，影响沉积层质量。随后在1949年又对其工艺进行了改进，直至1963年，运用电沉积技术制备叠层膜的方法不断改进，Brenner提出了单一电解液中沉积Co-Bi多层膜的设想，由原来的多槽电沉积转变成今天的单槽电沉积，这便是当今电沉积制备纳米金属多层膜的开端。此后的一段时间里，此研究发展较慢。直到20世纪80年代，电沉积叠层膜开始有了

纳米材料参考答案

纳米材料与纳米结构复习题 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：广义上讲：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度围，或由他们作为基本单元构成的材料。 按维数，纳米材料可分为三类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类。 答：原子团簇: 指几个至几百个原子的聚集体（粒径一般等于或小于1nm） 例如: C n H m（n与m都是整数）；碳簇（C60、C70和富勒烯等） 原子团簇的分类： a 一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。 b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如Zn n P m, Ag n S m等。 c 多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如V n(C6H6)m等 d原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例如(Ag)n(NH3)m等。3.通过Raman 光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管特有谱线，这是鉴定单壁纳米管非常灵敏的方法。100-400cm-1围出现单壁纳米管特征峰，单壁纳米管特有的呼吸振动模式；1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w。式中的d单壁管的直径，nm；w为特征拉曼峰的波数cm-1 4.论述碳纳米管的生长机理。 答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金属(Fe,Co,Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体；随后，碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出；最后，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。 各种生长模型 1、五元环－七元环缺陷沉积生长 2、层－层相互作用生长 3、层流生长 4、顶端生长 5、根部生长 6、喷塑模式生长 7、守善院士：13C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke)的合理性 生长机理 表面扩散生长机理：不是生长一单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管

低维纳米材料总结.

低维纳米材料的制备与性能研究 创新实践课 徐成彦 材料科学与工程学院 微系统与微结构制造教育部重点实验室 课时安排 共32学时，授课及讨论20学时，实践教学12学时2-9周 授课：周四、周六，A513 实践课：微纳米中心(科学园B1栋314) 联系方式 办公室：材料楼502房间 电话：86412133 E-mail: cy_xu@https://www.wendangku.net/doc/f910350867.html, Homepage: https://www.wendangku.net/doc/f910350867.html,/pages/cyxu 一.纳米材料导论 1.纳米：长度计量单位，1nm=10-9 m。 2.纳米结构：通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。 3.纳米技术：在纳米尺度上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。 4.团簇：Clusters denotes small, multiatom particles. As a rule of thumb, any particle of somewhere between 3 and 3x107 atoms is considered a cluster. (a few ? ~ a few hundreds ?) 5.量子点：A quantum dot is a portion of matter (e.g., semiconductor) whose excitons are confined in all three spatial dimensions. Consequently, such materials have electronic properties intermediate between those of bulk semiconductors and those of discrete molecules. (typically, 5 ~ 50 nm)

纳米材料期末小抄

1，什么是纳米？ 纳米是一个长度单位，简写为nm。1 nm=10(-9) m=10 埃。 2．纳米材料的定义和分类？ 即三维空间中至少有一维尺寸在1-100纳米范围的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。 0维材料, 1维材料, 2维材料, 体相纳米材料,纳米孔材料 3,纳米科技从研究可以分为哪几类？ 1. 纳米材料 2. 纳米器件 3. 纳米尺度的检测和表征 4，制造纳米材料的路线 1、无意识的方面 2、有意识的制作 3、自觉地研究 4、系统研究 5，常见纳米结构单元 原子团簇，纳米微粒、人造原子、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带、纳米环、纳米螺旋和同轴纳米电缆 6，量子点 是指载流子在三个方向上的运动都要受到约束的材料体系，即电子在三个维度上的能量都是量子化的。也叫零维量子点。量子点是指尺寸小于体材料玻尔激子尺寸的半导体纳米晶。7，原子团簇，纳米微粒、微米颗粒的区别 原子团簇粒径小于或等于l nm，其许多性质既不同于单个原子分子，也不同于固体和液体。微米材料半径大于或等于1um。纳米颗粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒，它的尺度大于原子团簇，小于通常的微分，一般在1-100nm。 8，多壁碳纳米管一般由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成，可以有直形、弯形、螺旋等不同外形。管间距为0.34nm左右，相当于石墨的[0002]面间距。直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级。 单壁碳纳米管:根据螺旋角θ的不同存在三种类型的结构：分别称为单臂碳纳米管armchair、锯齿形碳纳米管zigzag和手性形碳纳米管chiral。 石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，同时也是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。 透射电子显微镜TEM 扫描电子显微镜SEM 扫描隧道显微镜STM 原子力显微镜AFM XRD RAMAN 9，1926年，物理学家布施利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用，可以实现电子波聚焦，为电镜的发明奠定了基础。 10，1932年，德国的Ruska和Knoll等在柏林制成了第一台电子显微镜。其加速电压为70 kV，放大率只有l3倍，表明电子波可以用于显微镜。1986诺贝尔奖见图。采用双透镜可达1714倍。 11，TEM法测纳米样品的优缺点 优点；分辨率高，1-3? ，放大倍数可达几百万倍，亮度高，可靠性和直观性强，是颗粒度测定的绝对方法。缺点：缺乏统计性，立体感差，制样难，不能观察活体，可观察范围小，从几个微米到几个埃。[1] 取样时样品少，可能不具代表性。[2] 铜网捞取的样品少。 [3] 观察范围小，铜网几平方毫米就是1012平方纳米。[4] 粒子团聚严重时，观察不到粒子真实尺寸。检测到电信号。 ? ? ?

材料化学第八章高分子材料思考题及答案

第8章高分子材料 8-1.名词解释 1) 高聚物: 一般是指分子量在1500以上，分子长度超过5 nm的有 机大分子材料。 2) 低聚物: 又叫寡聚物或齐聚物。一般是指分子量在1500以下，分 子长度不超过5纳米，重复单元数只有几个到十几个的聚合物。 3) 聚合度: 指聚合物大分子中重复结构单元的数目，亦称链节数， 用n表示。) 4) 热固性: 指高分子材料在加热时不能软化和反复塑制，也不在溶 剂中溶解的性能。 5) 热塑性: 指高分子材料加工固化冷却以后，再次加热仍可反复加 工成型的性质。 6) 等规立构：指高分子侧链上取代基全部处在主链平面一侧或高分 子全部由一种旋光异构单元键接而成的高分子结构。 7) 间规立构: 是指取代基交替地处于平面两侧或者由两种旋光异构 单元交替键接而成的高分子结构。 8) 光刻胶: 又叫光致刻蚀剂，指当受到光照后即发生交联或分解反 应，溶解性发生改变的一种聚合物光子材料。 9) 光引发剂: 是指在紫外光区间（250～450nm）或可见光区间 （400~800nm）有一定吸光 能力，吸收光能后，分子从基态跃迁到活泼的激发态，经历单分子或双分子化学作用后，产生能够引发单体聚合的活性碎片，可以是自由基、阳离子、阴离子或离子自由基。 8-2.聚合物的分子量概念如何理解?一般有多少种平均分子量?它们的大小关系如何? 答：聚合物的分子量大，具有多分散性的特点。大多数聚合物的分子量都有一定的分布，是分子量不等的同系物的混合物，其分子量只是一个平均值，只有统计意义。

一般有四种平均分子量，数均分子量 、重均分子量 、粘均分子量 和z均分子量 。其大小关系为 。 8-3.聚合物分子量的多分散性含义是什么?通常如何表达分子量多分散性?, 答：聚合物分子量的多分散性的含义是指聚合物的分子量都有一定的分布，其中最大和最小的分子占少数，中间大小的分子占多数。聚合物中高分子大小的多分散性是用分子量分布的宽窄来表示，分子量分布宽表示分子大小很不均一。采用凝胶色谱分析，可以同时获得 和

一维纳米材料的制备方法和性质应用

一维纳米材料的制备方法和性质应用 纳米材料（nano materalS是指尺寸处于1-110nm之间的材料，或者更广泛的说至少有一个维度处于纳米尺寸范围的材料。一维纳米材料，指材料的空间尺寸在三维方向上有两维处于纳米尺度范围内，主要形貌包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带等。一维纳米材料具有广阔的潜在应用前景,如高密度存储记忆元件、超微型纳米阵列激光器、新型电子器件带等;制备出的一维纳米材料对基础研究和应用研究具有重要意义；一维纳米材料的制备方法以及其在能量转化、激光器和传感器等方面的应用研究情况。 一维纳米材料的制备方法 目前制备一维纳米材料包括纳米电缆的方法很多，比较有代表性的有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光溅射法、模板法。 （ 1 ）电弧放电法 电弧放电法是制备纳米碳管最原始的方法,该方法也用于制备其它一维纳 米材料。在一个充有一定压力的惰性气体反应室中,装有一大一小两根石墨棒, 其中面积大的为阴极，小的为阳极,两极间距为1 mm。EbbesenT W在直流电流为100 A,电压18 V, Ar气压66650 Pa （500 Torr 的条件下进行实验。在放电产物中获得了大量的纳米碳管。 （2）化学气相沉积法化学气相沉积法通常是指反应物经过化学反应和凝结过程,生产特定产物的方法。Yang等将MgO与碳粉作为原材料，放入管式炉中部的石墨舟内，在高纯流动Ar气保护下将混合粉末加热到约1200C ,则生成的MgO蒸气被流动Ar气传输到远离混合粉末的纳米丝生长区，制备了定向排列的MgO纳米丝。Zhang等将经过8h 热压的靶95%Si、5%Fe 置于石英管内,石英管的一端通入Ar