纳米计算电子教案

纳米微粒结构特性计算返回1研究矿物、材料的晶体学特征

化学组成，晶体结构，晶体化学，形态特征，物理性质，成因产状，高新用途

2观察测定矿物不同尺度微粒的形态

（1）扫描电子显微镜

（2）透射电子显微镜

（3）激光粒度分析

3不同尺度的

纳米微粒的体积（V纳米微粒）的计算

根据微粒的形状，例如：球状、粒状、柱状、片状、板状、针状等体积公式，求出不同尺度的纳米微粒的体积（V纳米微粒）

4团簇结构、幻数与纳米晶胞理想数

5纳米微粒形态的确定纳米微粒结构与性能计算测定晶胞参数，求出晶胞体积

（V晶胞）

根据X射线分析方法或电子衍射分析方法确定晶体的点群、空间群（格子类型和空间对称素的组合），晶胞参数a、b、c、α、β、γ,Z，V.

7不同纳米微粒中晶胞数目计算

（N总体晶胞数）

用不同纳米微粒的体积，分别除以单位晶胞的体积，就可以得到不同纳米微粒中总体晶胞数目，也可以求出总原子数目和各种元素中原子的数目，并以此为依据作出各种变化曲线。

V纳米微粒／V晶胞＝N总体晶胞数纳米微粒结构与性能计算求出纳米微粒一个晶胞尺度表层的体积

（V纳米微粒表层）

大量高分辩率的透射电子显微镜研究的结果表明，表面、界面的晶体结构变化，在一般情况下局限于一、二个晶胞的尺度范围内，所以可以根据纳米微粒的形状，求出纳米微粒一个晶胞尺度表层（需要的情况下也可以求出次表面层的体积）的体积，即：V纳米微粒表层

9求出纳米微粒表层活性晶胞数目

（N表层晶胞数）

以纳米微粒一个晶胞尺度表层的体积（V纳米微粒表层）除以单位晶胞的体积就可以得到：

V纳米微粒表层／V晶胞＝N表层晶胞数纳米微粒结构与性能计算根据纳米微粒表层中的活性晶胞数，求出活性分子数、活性元素种类及每种元素的活性原子数

用不同纳米微粒的表面体积，分别除以单位晶胞的体积，就可以得到不同纳米微粒表面中总体晶胞数目，也可以求出表面总原子数目和各种元素中原子的数目，并以此为依据作出各种变化曲线。

13表层活性晶胞数、活性分子数、每种元素的活性原子数在总体纳米微粒中的比例

14据不同研究的要求确定坐标值并作变化曲线，求出科学合理的最佳纳米尺度纳米微粒结构与性能计算晶体结构具有化学稳定性的最小尺度

从计算出的晶体化学式分析，可以确定单个晶胞中元素的种类和每种元素的原子数目。

1）用单晶X射线衍射仪，测定晶体结构。

2）以空间几何对称理论为基础，确定立区原子坐标。

3）以共角顶的原子为1／8个、共棱的原子为1／4个、共面的原子为1／2个、晶胞内原子为1个，计算一个晶胞(纳米以下级),也可以计算多个晶胞(纳米级至微米级)的表面原子数。

16化学键的类型

1)金属键2)离子键3)共价键4)分子键5)氢键6)过渡型键7)单型键8)混合型键

电气石晶体结构中的化学键包括有：离子键、共价键、分子键、氢键、过渡型键、混合型键纳米微粒结构与性能计算17不同化学键的剪切

1）助磨剂

2）活化剂

3）分散剂：加入反絮剂在纳微粒表面形成双电层。

4）包膜剂：加入表（界）面活性剂包裹微粒。

18晶体结构类型

1）配位型晶体结构

只有一种化学键存在，它可以是离子键、共价键或金属键。键在三度空间均匀分布。

配位多面体以共面、共棱或共角顶联结，同一角顶所联结的配位多面体不少于三个。

如金刚石。纳米微粒结构与性能计算2）架状型晶体结构

最强键在三度空间均匀分布，配位多面体以共角顶为主，同一角顶联结的配位多面体不超过两个，结构开阔。如石英。

3）岛状型晶体结构

结构中存在着原子团，在团内联结的键强远大于团外的连结。如石榴石、橄榄石等。

4）链状型晶体结构

最强的键趋向于单向分布原子或离子的配位多面体联结成链状，链间以弱键或较少的强键连结。

如辉石、矽线石(矽线石纳米化转换成莫来石)、金红石等。纳米微粒结构与性能计算5）层状型晶体结构

最强的键沿两度空间分布，原子或离子的配位多面体联结成平面网层。

层间以分子键或其它弱键相连结。

如层状硅酸盐矿物系列（高岭石、滑石、叶腊石、海泡石、蛭石等纳米化）、石墨等。

6）混合型晶体结构

电气石。

c轴为极轴。

电气石晶体结构中的化学键包括有：

离子键、共价键、分子键、氢键、过渡型键、混合型键。纳米微粒结构与性能计算

纳米级电气石超微结构研究（韩炜）

电气石纳米化过程中的物理化学机理（瞿金蓉）

不同取向超微结构,

沿3次极轴方向超微结构变化，垂直3次极轴方向超微结构变化及其环带超微结构成因，不同纳米级尺度超微结构，表面界面结构（胡锴帆）

纳米级电气石物理及化学性质研究

纳米级电气石在健康环保材料中的意义纳米微粒结构与性能计算返回

14

种

空

间

格

子

晶族晶系对称特点对称型种类对称型符号晶类名称圣弗利斯符号国际符号高级晶族等轴晶系有四个L328．3L24L329．3L24L33PC30．3L4i4L36P31．3L44L36L232．3L44L36L29PCTThTdOOh23m3-43m43m3m五角三四面体偏方复十二面体六四面体五角三八面体六八面体高级晶簇、一种晶系、5种对称型（点群）

单晶胞角顶原子共享示意图

最小假设微粒示意图

原子堆积模型（a）十面体，（b）（c）二十面体

金属元素

（1）多数呈立方最紧密堆积

具立方最紧密堆积，立方面心格子的铜型结构，如自然铜Cu，

Fm3m,a=0.361nm,Z=4，V=0.3613nm3。自然金Au，

Fm3m,a=0.4078nm,Z=4，V=0.40853nm3。自然银Ag，

Fm3m,a=0.4085nm,Z=4，V=0.40783nm3。自然铂Pt，

Fm3m,a=0.3913-0.3924nm,Z=4，V=0.39133-0.39243nm3。自然钯Pd

（2）少数呈六方最紧密堆积，具六方格子

如自然锇，自然Ir;自然钌Ru……。自然锇Os，P63/mmc,a=0.27341nm,c=0.43197nm,Z=2。

纳米微粒形态：

1立方体：V=a3

2球体：V=4πR3/33棒状（线状）：V=πR2

直径，圆切面积，外表面积，管长度

4管状：

内径，外径，内壁表面积，外壁表面积，管的长度

5板状（片、层状），薄膜状：

6规则多面体：7网格图及圆圈作图

8不规则多面体（粒状）：

MyExperimentalResultsPVP:AgNO3=3:1Diameter=70nmLength>15mmPVP:AgNO3=10:1Diameter=70~100nmLength=5~10mminjectedrate0.12ml/mintemperature160°CAgNO360mg/5ml=0.07MPVP200mg/5ml=0.6MReacttime40minSolutionAAgNO3+3mlEGSolutionBPVP+3mlEGSolutionC5mlEGSilverNanowiresPVP:AgNO3=10:1Diameter=70~100nmLength=5~10mmNext:IwanttosynthesizelongernanowirestooPVPtogrowintolongersilverSilverNanorod+Nanoparticleinjectedrate0.12ml/mintemperature160°CAgNO360mg/5ml=0.07MPVP110mg/5ml=0.21MReacttime40minSolutionAAgNO3+3mlEGSolutionBPVP+3mlEGSolutionC5mlEGPVP:AgNO3=3:1Next:IdidsomechangeaboutpreparedsolutionLowPVPcannotprotectAgatomfromaggregative?injectedrate0.12ml/mintemperature160°CAgNO360mg/5ml=0.07MPVP110mg/5ml=0.21MReacttime40minSolutionAAgNO3+3mlEGSolutionB+CPVP+8mlEGcombinateSilverNanowiresPVP:AgNO3=3:1Diameter=70nmLength>15mm…...PVP+EG

..….AgNO3(solutionA)Heatedtheexperimentsuggest:PVPindifferentpreparedsolutionwillresultindifferentmorphologyHowtotreattheprodut?PtnanotubeTemperature?Molratio?Howlongreacttime?Highconcentration:0.25mol>0.1Quickinjectrate:0.375>0.1Publishedinscience…...

SolutionC…...…….metalsalt(solutionA)Surfactant(solutionB)HeatedConclusionsfromthereference: