纳米材料的结构特征

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1、纳米材料的结构特征纳米材料的机构特征一、自然界中的纳米结构与纳米材料二、纳米材料概论三、纳米材料的分类3.1、纳米微粒3.2、纳米固体3.3、纳米纤维3.4、纳米薄膜一、自然界中的纳米结构与纳米材料从纳米科技发展历史的角度来讲，1861年随着胶体化学的建立，科学家们才开始对直径为1-100nm的粒子体系进行研究工作；真正有意识进行纳米粒子实验的是20世纪30年代日本人为了军事目的进行的“沉烟实验”,1959年著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼发表了重要演讲，提出了纳米技术的设想，之后纳米材料和纳米科技得到了蓬勃的发展。但是，“纳米”并不是人类的专利，早在宇宙诞生之初，它们就存在了。生命起源

2、中的纳米尺度进程化学起源说生物纳米结构荷叶壁虎水黾蜜蜂蝴蝶蜘蛛二、纳米材料概论基本概念什么是纳米？纳米(nanometer)是一个长度单位，1纳米(nm)=10-9米(m)。lnm的长度约相当于10个氢原子紧密地排列在一起所具有的长度。什么是纳米结构？纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下(1-100nm)的微小结构。什么是纳米材料？纳米材料是指三维空间尺度上至少有一维处于纳米量级或由它们作为基本单元构成的材料。什么是纳米科技？纳米科技(纳米科学技术)是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及利用这种特性开发新产品的一门科学技术。纳米结构单元构成纳米材料的结构单元包括限定的团簇或人造原子

3、团簇、纳米微粒、纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆、纳米单层膜及多层膜等。1、原子团簇指几个至几百个原子的聚集体，如Fen，CunSm，CnHm（n和m都是整数）和碳簇（C60，C70和富勒烯等）等。一元原子团簇：包括金属团簇(如Nan,Nin等)和非金属团簇(如C60,C70团簇)；二元原子团簇：包括InnPm,AgnSm；多元原子团簇：Vn(C6H6)m，原子簇化合物：原子团簇与其他分子以配位化学键结合形成的化合物。2.纳米微粒：纳米微粒(nanoparticles)是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子团簇(cluster)，小于通常的微粉，通常把仅包含几个到数百个原

4、子或尺寸小于1nm的粒子称为簇，它是介于单个原子与固态之间的原子集合体。3.人造原子：是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们的尺寸小于100nm。研究人造原子特有的量子效应将为设计和制造纳米结构器件奠定理论基础。三、纳米材料的分类零维(0D)材料【量子点】一维(1D)材料【量子线】二维(2D)材料【量子阱】三维(3D)材料【纳米块体】按空间维度纳米微粒纳米固体纳米纤维纳米薄膜按结构纳米半导体纳米磁性材料纳米铁电体纳米超导材料纳米热电材料按材料物性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按应用3.1、纳米微粒定义尺度颗粒：指在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。

5、这里所说的一定一定尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。一般而言，在室温下，物理化学性质发生显著变化的颗粒尺寸，多数处于0.1微米以下，因而从功能材料角度出发，可以将超细微颗粒尺寸的上限定位0.1微米，即100纳米。目前机械法粉碎获得颗粒的尺寸一般只能到1微米。超微颗粒是指超越常规制粉手段所获得的微粒。因此1微米可作为超微颗粒的上限，所以笼统的说超微颗粒尺寸在1到1000纳米之间（小于1微米）。大于1微米就是通常的微粉，小于1纳米的粒子称为原子簇。超细微颗粒也被称为纳米粒子，纳米颗粒、纳米微粒等。纳米颗粒的尺度范围纳米颗粒的形貌纳米微粒的结晶形态多为球形

6、或类球形，有分散的，也有链条的。纳米微粒的形貌与制备工艺密切相关晶体结构和结晶性质与成分和温度有关。由于诸多因素的影响，例如：温度、动力学、杂质和表面能因素，粒子可以有特殊的结构、形状和尺寸分布。由于制备方法不同，纳米微粒不仅粒径不同，而且形状也不同。例如，对于纳米Cr微粒，当直径小于20纳米时，微粒基本是球形，并且成链条形状，如图（a）所示。对于大于20纳米的微粒，他的二维形态是正方形或矩形，如图（b）所示。而对于粒子大于20纳米的微粒，他的截面呈六边形，如图（c）所示。纳米Cr微粒的外形几种典型的纳米金属微粒的晶体惯态3.2纳米固体纳米固体材料是一类有广阔应用前景的新型材料,它是由纳

7、米量级的超细微粒压制烧结而成的人工凝聚态固体。这种材料具有新型的固态结构,其性质与处于晶态或非晶态的同种材料大不一样,因此将它称为纳米固体材料。1963年，日本名古屋大学教授田良二首先用蒸发冷凝法获得了表面清洁的纳米粒子。1984年由德国H.格莱特教授领导的小组首先研制成第一批人工金属固体(Cu、Pa、Ag和Fe)。同年美国阿贡实验室研制成TiO2纳米固体。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立