纳米材料的性能与制备方法

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1、第三章纳米材料的性能及制备方法提问：问题一：谈谈你对材料及其重要性的认识。问题二：什么是纳米材料？问题三：纳米材料的两个必备条件？问题四：请说出纳米材料的分类依据并举例。问题一：谈谈你对材料及其重要性的认识。现代社会的三大支柱之一：材料、信息和能源21世纪新技术革命的主要标志之一：信息技术、新材料技术和生物技术。陶瓷：500万年前；金属：公元前3000年出现了青铜器（铜－锡合金）；塑料：19世纪前半叶；新型陶瓷材料：1940年开始出现，区别于传统陶瓷。材料的发展历史：问题二：什么是纳米材料？处于0.1-100nm尺度范围内的超微颗粒及其聚集体。包括原子簇

2、、纳米颗粒；纳米线、纳米管；纳米薄膜和纳米固体在内的材料总称。问题三：纳米材料的两个必备条件？纳米尺度和新物性是确定纳米材料的两个必备条件。问题四：请说出纳米材料的分类依据并举例（1）按结构的维数分：零维结构材料（OD)：纳米颗粒、原子团簇；一维结构材料（1D)：纳米丝、纳米棒、纳米管；二维结构材料（2D)：超薄膜、多层膜、超晶格；三维结构材料（3D)：纳米块体材料。请说出纳米材料的分类依据并举例（2）按化学组成及其特性：（3）按材料物性：纳米金属纳米半导体纳米陶瓷纳米磁性材料纳米玻璃纳米光学材料纳米高分子纳米超导材料纳米复合材料。纳米热电材料等（4）按其

3、应用：纳米电子材料纳米光电子材料纳米生物医用材料纳米敏感材料纳米储能材料等。纳米材料的微结构研究的几个层次：零维调制（原子团簇和纳米微粒）；一维调制（纳米管、丝、棒）；二维调制（纳米多层膜）；三维调制（纳米体相材料）。一般地，材料所具有的各种物理化学性质和使用性能，主要由材料的化学组成和显微结构决定。材料的结构（Structure）表明材料中的物质成分的排列和运动方式:1、原子结构2、分子结构3、晶体结构4、显微结构5、介观结构6、宏观结构3.1纳米结构单元3.2纳米粒子的性质3.3纳米粒子的制备方法3.4其它合成方法3.1纳米结构单元3.1.1团簇3.1

4、.2纳米微粒3.1.3人造原子3.1.3纳米管、纳米棒、纳米丝和纳米线3.1.1团簇一类新发现的化学物种，指粒径小于或等于1nm的、由几个至几百个原子的聚集体。可分为：一元原子团簇Fen,碳簇,Nan,Nin等二元原子团簇CunSm,CnHm等多元原子团簇Vn(C6H6)m等原子簇化合物团簇与其它分子以配位键形成的化合物团簇的独特性质：表面/界面效应幻数效应原子团尺寸小于临界值时的“库仑爆炸”原子团逸出功的振荡行为团簇物理主要研究内容：（1）团簇结构的光谱、光电子能谱研究目的是确定各种团簇的能级和振动能级，从而确定电子能级。（2）团簇特性确定各种尺寸团簇的

5、磁化率等特性。如C60及富勒烯衍生物的结构和它们的各种性质。（3）团簇理论团簇的尺寸由小而大的结构及构型的互相转化。各种可能构型的稳定性。碳簇的各种结构和拓扑学。碳簇的电子能级、能带结构。典型的团簇：碳簇C60(足球稀)------------富勒烯系列全碳分子的代表富勒烯（fullerene）是由碳原子形成的一系列笼形分子的总称，它是碳单质的第三种稳定的存在形式，C60是富勒烯系列全碳分子的代表。C60结构图示意图结构特点：由12个五边形和20个六边形组成的球形32面体，属于In点群。C60是碳单质的第三种稳定的存在形式：Diamond(WestAfri

6、ca,20.09ct)足球烯发现的偶然性与必然性：偶然的合作和发现：1985年英国萨塞克斯大学的波谱学家H.W.Kroto与美国莱斯大学两名教授R.E.Smalley和R.F.Curl合作研究，发现碳元素可以形成由60个或70个碳原子构成的有笼状结构的C60和C70分子。这一发现成为本世纪后半叶的重大科学发现之一。11年后，三位科学家因为发现C60并提出其分子结构模型而荣获1996年诺贝尔化学奖。C60的发现过程在惰性气体环境下，用高功率的激光照射石墨表面，照射释放出来的由碳原子构成的碎片等离子体进入真空室。在一个杯形集结区内，碎片离子经气相的热碰撞反应成

7、为新的碳原子簇。这些新生成的碳原子簇随氦气进入真空室，由于气体的膨胀而被迅速冷却下来。质谱仪上观察到质量较大的碳原子簇所含的碳原子个数均是偶数，其中分子质量数落在720处的质谱峰信号最强，它恰好对应一个由60个碳原子组成的分子，另外一个相当于C70分子的质谱峰清晰地出现在分子质量数840处。Smalley经过反复尝试，终于用20个正六边形和12个正五边形拼成一个60个顶点的C60分子结构模型。C60分子就以短程线圈顶结构设计者巴克明斯特.富勒(BuckminsterFuller)的名字命名，称为Buckminsterfullerene简称富勒烯(Fulle

8、rene)。C60的发现过程C60发现的偶然性：C60研究小组最初