纳米材料的制备以及表征

精品文档纳米科技作为世纪的主导科学技术，将会给人类带来一场前所未有的新谢谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读基础。科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的谢谢阅读控制，以制备符合各种预期功能的纳米材料。低维纳米材料因其具有独特的物理化学特性以及在各个同领域的广泛应用感谢阅读感谢阅读谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读组的浓厚兴趣，是低维纳米材料领域研究的一个热点内容。精品文档放心下载1.绪论1.1纳米材料的发展概况早在年代，东京大学的久保良吾(Kubo)就提出了有名的“Kubo，精品文档放心下载Femri精品文档放心下载得比与其特性有关的临界长度还小时，其特性就会发生相应的变化。年代末精品文档放心下载效应”理论日趋完善，为感谢阅读精品文档放心下载比较系统的研究，描述金属微粒费密面附近电子能级状态的久保理论日趋完善，感谢阅读并且用量子尺寸效应成功地解释了超微粒子的某些特性[3]。最早使用纳米颗粒谢谢阅读制备三维块体试样的是德国萨尔兰大学教授H.Gletier，他于年用惰性气精品文档放心下载体蒸发、原位加压法制备了具有清洁表面的纳米晶等[4]，并从理论谢谢阅读谢谢阅读年美国Argon实验室博士课题组用相同方法制备了纳米谢谢阅读陶瓷TIOZ多晶体。纳米技术在年代末和年代初得到了长足发展，并逐步精品文档放心下载成为一个纳米技术体系。1990年7月，第一届国际纳米科技会议在美国巴尔的感谢阅读精品文档放心下载1欢迎下载。精品文档纳米电子学和纳米机械学的概念。1994年至今，纳米材料的研究特点在于按人精品文档放心下载谢谢阅读元在一维、二维、三维空间组装纳米结构体系。谢谢阅读谢谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载使得万亿次计算机成为可能。因此，信息技术将是纳米技术的最大受益者之一。谢谢阅读感谢阅读精品文档放心下载用于计算机芯片，定能低耗和提高运行速度。精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载BIM公司首席科学家阿莫斯特朗所说:感谢阅读“正像年代微电子技术引发了信息革命一样，纳米科学技术将成为下世纪信谢谢阅读息时代的核心。美国《时代》周刊曾把纳米技术选定为“今后十年最可能使人类感谢阅读发生巨大变化的十项技术之一。感谢阅读感谢阅读感谢阅读森也预言:“纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是世纪科学的前沿和主导科学。精品文档放心下载2欢迎下载。精品文档1.2纳米材料的基本物理效应当微粒尺寸为纳米量级(l刊感谢阅读一些特殊特性。1.2.1小尺寸效应感谢阅读精品文档放心下载米微粒的表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等方面的物感谢阅读理特征发生改变。出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子体共振频移;磁有谢谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载磁性钥匙、磁性液体等，广泛应用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、选感谢阅读谢谢阅读感谢阅读性武器装备等。1.2.2表面效应精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读原子数迅速增加。这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。比表面越大，使处于感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读镜对金超微颗粒(直径为Zunl)进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定精品文档放心下载的形态，它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的感谢阅读”10unl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。1.2.3宏观量子隧道效应谢谢阅读3欢迎下载。精品文档感谢阅读引起的。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读谢谢阅读成的新一代器件。1.2.4介电限域效应介电限域是纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读精品文档放心下载感谢阅读感谢阅读限域效应对光吸收、光化学、非线性光学等会有重要的影响。因此，我们在分析感谢阅读纳米材料光学现象时，不仅要考虑量子尺寸效应，而且要考虑介电限域效应。精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载10~15nml的Ag微粒电阻突然感谢阅读升高，失去金属的特征，变成了非导体;常规的α-Ti是典型的六角密堆积结构，谢谢阅读而几个纳米的-Ti精品文档放心下载粒(铂黑)后却成为活性极好的催化剂。2.纳米材料的制备方法感谢阅读法，能在结构、组成、排布、尺寸、取向等方面有更大的突破，制备出更适合各感谢阅读感谢阅读谢谢阅读感谢阅读结构简单、易于操作。制备要求一般要达到表面洁净、粒子的形态和粒径、粒度感谢阅读4欢迎下载。精品文档分布可控，易于收集、有较好的稳定性、产率高等方面。从理论上讲，任何物质谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读为物理法、化学法、综合法。不论采取何种方法，根据晶体生长规律，都需要在谢谢阅读感谢阅读感谢阅读谢谢阅读备方法。2.1液相法(1)水热法精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读感谢阅读适于纳米金属氧化物和金属复合氧化物陶瓷粉体的制备。(2)沉淀法沉淀法是指包括一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如oH-，感谢阅读CO2-等)于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或谢谢阅读24精品文档放心下载需的氧化物粉料.，沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均相沉淀法等。精品文档放心下载(3)溶胶—凝胶法溶胶—凝胶法是指前驱物质(水溶性盐或油溶性醇盐)溶精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读谢谢阅读感谢阅读感谢阅读点。该法过程机制有三种类型:传统胶体型、无机聚合物型和络合物型。感谢阅读(4)喷雾法谢谢阅读5欢迎下载。精品文档感谢阅读雾热解法、冷冻干燥法。(5)微乳液法谢谢阅读结、团聚、热处理得到纳米粒子。微乳液法能在极小微区内控制颗粒的生长，得谢谢阅读到单分散性较好的纳米粒子溶胶。(6)超重力法超精品文档放心下载重力，使气、固相的接触面提高，强化传质过程。目前己经能够利用此技术制备谢谢阅读不同形状的CCaO3粉体，如:立方形、片形、纺锤形的纳米粒子。谢谢阅读(7)超临界法谢谢阅读谢谢阅读粒的均匀成长与晶化，比水热法更为优越。2.2固相法(l)高能球磨法高能球磨法是一种用来制备具有可控微结构的金属基或陶瓷基复合粉的技感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载行熔结、断裂、再熔结的过程使晶粒不断的细化，最终达到纳米尺寸的方法。高精品文档放心下载精品文档放心下载精品文档放心下载寸不均匀，还易引入某些杂质。(2)压淬法精品文档放心下载温度而后卸压至室温或稍高些，即可自发转化为纳米合金。感谢阅读(3)深度塑性变形法化到纳米量级。精品文档放心下载6欢迎下载。精品文档(4)离子注入法用同位素分离器使具有一定能量的离子硬嵌在某一与它固态不相溶的衬底精品文档放心下载感谢阅读大小可通过改变注入离子的能量和剂量，以及退火温度来控制。谢谢阅读(5)非晶晶化法精品文档放心下载精品文档放心下载可以得到纳米晶材料。(6)爆炸反应法谢谢阅读备出金刚石微粉，方法是密封容器中装入炸药后抽真空，然后充入气体，以谢谢阅读2感谢阅读率，减少单质碳生成石墨和无定形碳，提高金刚石的产率。感谢阅读2.3气相法(l)等离子法利用惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体，感谢阅读感谢阅读纳米颗粒，等离子体温度高，能制备难熔的金属或化合物，产物纯度高。可分如谢谢阅读下两类:1电弧等离子体:反应性气氛下，通过直流放电使气体电离产生高温等离子感谢阅读体，使金属熔化蒸发之后遇到周围气体发生反应形成纳米粒子。感谢阅读利用高频等离子体可以获得精品文档放心下载易控制、利于反应充分进行等在复合方面的优越性。(2)溅射法精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读精品文档放心下载(3)惰性气体蒸发凝聚法7欢迎下载。精品文档精品文档放心下载合金或化合物在惰性保护气体(如、Ar、等)中加热蒸发气化，利用与气体感谢阅读谢谢阅读应加热法、电子束加热法、激光束加热法。该制备方法具有纳米微粒表面光洁、谢谢阅读感谢阅读(4)化学气相反应法(CVD)让一种或几种气体通过光、热、电、磁、化学等作用而发生热分解、还原或谢谢阅读精品文档放心下载金属的氧、氮、碳化合物的纳米粉。分为:1.激光诱导化学气相沉积11.等离子体诱导化学气相沉积(PLCVD)热化学气相沉积(5)反应性激光蒸发法在NCH、O232442等反应性气氛中，将激光照射到金属块状靶上，金精品文档放心下载等纳米粒子。2.4模板合成法谢谢阅读的合成。模板可分为硬模板和软模板，以适宜尺寸和结构的模板，如多孔玻璃、精品文档放心下载谢谢阅读感谢阅读状、管状和层状的纳米材料。2.5自组装技术谢谢阅读结构的过程。利用自组装技术，从分子水平上控制粒子的形状、尺寸、取向和结谢谢阅读构。如膜技术便是利用两亲分子在气一液界面上的定向吸附，再转移到固体精品文档放心下载谢谢阅读特殊结构的共聚物的自组装是近年来所谓仿生合成的研究热点之一。精品文档放心下载8欢迎下载。精品文档3.纳米材料的表征3.1光子相关光谱法光子相关光谱法是基于布朗运动所导致的粒子散射光强变化频度的不同来感谢阅读精品文档放心下载度和黏度系数等因素。PCSGB/T19627等，谢谢阅读其适用于尺寸为3nm~3m的悬浮液，可获得准确的尺寸分布，测试速度也相当谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读PCS法测定平均粒径小于100nm谢谢阅读形颗粒分散体系，则要求测得的平均粒径与标定的平均粒径的相对误差应在谢谢阅读之内。3.2X射线衍射法X射线衍射法可用于纳米晶体材料结构分析、尺寸测试和物相鉴定。谢谢阅读波长在0.05~0.25nm之间的X射线与晶体中的原子间距相当，当其通过晶精品文档放心下载X射线衍精品文档放心下载射线宽化法（X-raydiffractometrybroadeningmethod，XRD-LB）可用谢谢阅读感谢阅读因此，只能得到较宏观的测量结果。此外，采用该方法进行测试时，需要用X谢谢阅读谢谢阅读包括GB/T、GB/T、GB/T15991等。精品文档放心下载XRD物相分析是基于纳米多晶样品产生的衍射角的位置以及衍射线的强度感谢阅读来测定各组分的结晶情况、所属晶相、晶体结构以及各种元素在晶体中的价态、感谢阅读感谢阅读般只能测定含量在以上的物相；且定量分析的准确度也不高，一般在的数谢谢阅读量级。同时，所需要的样品量较大，一般需要几十至几百毫克，才能得到比较准谢谢阅读9欢迎下载。精品文档X谢谢阅读对非晶纳米材料进行分析。3.3X射线小角散射法X射线小角散射法是利用X射线在倒易点阵原点（000结点）附近的相干散精品文档放心下载射现象来测定长周期结构和纳米粒子尺寸分布的分析方法。精品文档放心下载SAXS可用于纳米级尺度的各种金属、无机非金属、有机聚合物粉末以及生谢谢阅读精品文档放心下载米级孔洞、偏聚区、析出相等的尺寸进行分析研究。其测试范围为1~300nm，谢谢阅读感谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载致测量结果有所偏低。关于该方法的标准有GB/T、GB/T15988等。为了感谢阅读精品文档放心下载荐采用粒度分布已定值的纳米粉末标样或经该方法测定过粒度分布的特定样品精品文档放心下载进行试验验证，其中粒径偏差应控制在10%以内。3.4电子显微镜法感谢阅读用的方法，一般包括扫描电子显微镜法（scanningelectronmicroscopy,SEM）谢谢阅读和透射电子显微镜法（transmission感谢阅读SEM是利用入射电子束与表面相互作用所产生的二次电子、背散射电子、特谢谢阅读征X射线等来观察材料表面特性的分析技术。SEM的特点是放大倍数连续可调，谢谢阅读感谢阅读感谢阅读感谢阅读表面进行点、线、面分析，分析速度快、探测效率高、谱线重复性好，但是一般谢谢阅读要求所测元素的质量分数大于。关于电镜在纳米材料应用中的标准较多，如谢谢阅读GB/T、GB/T、GB/TISO/TS10798等。精品文档放心下载TEM达到0.1~0.2nm。该法是集形貌观察、结构分析、缺陷分析、成分分析的综合谢谢阅读10欢迎下载。精品文档SEM的相同功感谢阅读能外，利用电子衍射功能，TEM可对同素异构体加以区分。相较于XRD，还能对谢谢阅读含量过低的某些相进行分析，且可以结合形貌分析，得到该相的分布情况。TEM感谢阅读影响观察结果的客观性。目前，TEM在纳米材料方面的应用正逐步被开发出来，精品文档放心下载、精品文档放心下载GB/T28044等。精品文档放心下载实验重复性差，测试速度慢；且由于纳米材料的表面活性非常高，易团聚，在测谢谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读品对仪器进行校正。3.5扫描探针显微镜法SPM感谢阅读谢谢阅读术。尤以原子力显微镜（atomicforcemicroscopy，AFM）为代表，其不仅能直感谢阅读感谢阅读AFM还可用于大气、溶液以及不同温度下的原谢谢阅读精品文档放心下载AFM还可用于研究纳米材料的硬度、弹性、塑性等力学及表面微区摩擦性感谢阅读能。SPM技术在纳米材料测量和表征方面的独特性越来越得到体现，如感谢阅读GB/Z26083-2010、国家项目20078478-T-491等，SPM有可能成为纳米尺度精确精品文档放心下载SPM谢谢阅读SPM探针形状测量和精品文档放心下载校正、SPM最佳化应用及不确定度评估、标准物质的制备、仪器性能的标准化、精品文档放心下载ASTME2530和VDI/VDE26563.6X射线光电子能谱法谢谢阅读11欢迎下载。精品文档XPS法以X谢谢阅读特征能量分布（能谱）而对其表面元素进行分析，也称为化学分析光电子能谱谢谢阅读（electronspectroscopyforchemicalanalysis，ESCA）法。由于原子在某谢谢阅读X射线光电子能谱图指感谢阅读纹特征可进行除氢、氦外的各种元素的定性分析和半定量分析。精品文档放心下载XPS主要用于纳米材料表面的化学精品文档放心下载谢谢阅读谢谢阅读一般10-18g左右即可[23]；但相对灵敏度通常只能达到千分之一左右，且对液精品文档放心下载X谢谢阅读感谢阅读精品文档放心下载仪器的校准，GB/T22571-2008中已有明确规定。感谢阅读3.7俄歇电子能谱法AESAES法是利用电子枪所发射的电子束逐出的俄歇电子对材料表面进行分析精品文档放心下载感谢阅读感谢阅读的能量无关，也就是说与激发源无关