无机纳米材料

1、无机纳米材料无机纳米材料v纳米材料的发展历史v纳米材料的性质v纳米材料的一些合成方法纳米材料的发展历史v1959年，诺贝尔奖获得者理查德费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品”。v1990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。v 1991年，日本学者发现了碳纳米管，由于C nanotube的优异性能，马上成为纳米技术研究的热点,并导致了现在的大量研究。 v 1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、 1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“I

2、BM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。纳米材料的性质 性质：1）表面和界面效应 2）小尺寸效应 3）量子尺寸效应 4）宏观量子隧道效应纳米材料的合成方法v水热，溶剂热合成法v模板法v热解聚合物前驱体法v自组装v气相沉积法（CVD,PVD）v其他一些水热，溶剂热合成v水热和溶剂热合成法原理是在水热和溶剂热条件下实现化学反应，使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应，在水热和溶剂热的条件下可实现反应快速化。v优、缺点：提高了反应物活性，易于生成一些中间 态、介稳态以及特殊相。但是，反应过程中不易于观察，难以实现对

3、反应的控制。Hydrothermal Synthesis of ZnO NanorodsLin. B, Zeng. H. C, J. Am. Chem. Soc.2003,125,4430-4431.Zn(NO3)26H2O,NaOHC2H5OH,C2H4(NH2)2(二乙胺 ) H2OUltrasonic water bath for 20-40 minsTeflon-lined autoclave 180 20hLei. S, Tang. K.B, Yang Q, Zhen H, Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 41244128.Solvothermal Synthe

4、sis MnS and control of their phase：anhydrous MnCl2，S powder, KBH4 , EG. Temp:150180模板法v模板合成技术便是化学家们找到的“窍门”。模板合成的原理实际上非常简单。设想存在一个纳米尺寸的笼子(纳米尺寸的反应器)，让原子的成核和生长在该“纳米反应器”中进行。在反应充分进行后，“纳米反应器”的大小和形状就决定了作为产物的纳材料的尺寸和形状。无数多个“纳米反应器”的集合就是模板合技术中的“模板”。问题是如何找到、设计和合成各种模板 。carbon spheres as templatesUsing glucose syn

5、thesis carbon spheres 160-180 GaCl3 , NH3,800 ,3hSun X.M, and Li Y.D, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3827 3831.T4 DNA (166 000 base pairs, Nippon Gene Co., Ltd., Japan)精胺(spermine) AgNO3 NaBH4Anatoly A. Zinchenko,Kenichi Yoshikawa, and Damien Baigl, Advanced Materials, inpress异丙醇异丙醇(2-propanol), H2

6、OTiF4 ,180for 1.542 h PH=1.8Yang HG,and Zeng HC, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5206-5209热解聚合物前驱体法 通过一定的方法，形成阳离子聚合物前驱体，然后加入阴离子形成有机混合物，然后通过加热分解，最后形成目标产物。Cu(NO3)2xH2O,CHCl3NaOOC(CH2)6CH3,H2OC12H25SH140 to 200 Sigman.M.B, Ghezelbash.J.A, Hanrath.T, Saunders.A.E,Lee.F,andKorgel.B.A, J. Am. Chem. Soc. 2

7、003, 125, 16050-16057Cu2S nanoplate 通过搅拌导致了混合物的黏度的不同，然后实现了形貌的控制。Chen.L,Chen.Y.B,Wu.L,M, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16334-16335自组装v通过软模板比如表面活性剂，聚合物，超分子，生物分子(DNA，氨基酸等)与水热法，溶剂热法结合实现纳米粒子的自组装，来合成一维，二维的纳米材料。Self-Assembled Arrays of ZnOSnO2 (Sn particles act as a catalyst)ZnO （ commercial ）Horizontal hig

8、h-temperature alumina tube 1300 Ar carrier gasGrew on the top of the innerwall of the alumina tubeGao P.X, Wang Z .L, J. Phys. Chem. B, 2002,109,12653-12658 ZnO nanowire growth along 0001 due to a fast growth and the subsequent “epitaxial” radial growth of the ZnO nanoribbons气相沉积法（CVD,PVD） v利用气态或蒸汽态

9、的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术v广泛应用于制造半导体和集成电路,是目前超纯多晶硅的唯一生产方法v半导体化合物的制备，以及各种搀杂Al powder NH3950Shi.S.C, Chen.C.F, Appl. Phys. Lett. 2005,87, 073109 利用自制的模板，利用金属有机气相化学沉积法利用自制的模板，利用金属有机气相化学沉积法合成合成GaN 纳米棒阵列纳米棒阵列Trimethylgallium（三甲基镓），NH3/H2.13kPa,1020 ，Parijat Deb, Hogyoung Kim, etc. Nano Lett.2005,5,1847-18

10、51其他一些方法MoS2 micron particlesUltrasound crackingMoS2 nanorodsZheng X.W, Xie.Y, Ultrasonics Sonochemistry 11 (2004) 83886Fe+8H2O2Fe3O4+8H2Electrochemical synthesisS.Franger.P,B.J.Berthon,J Solid State Eletrochem (2004) 8: 218223plasma-arc discharge methodFirst: using carbon-nanotube as template or plasma-arc discharge to synthesis BNNTsSec