纳米材料的物理制备方法

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1、纳米材料的物理制备方法摘要：重点在于对纳米材料的分类、相关的应用领域及其物理的制备方法进行了较系统的概述，在此基础上来促进纳米材料的物理制备方法的新发明。关键词：纳米材料；纳米微粒；纳米薄膜；纳米固体；物理制备方法；溅射1引言早在1959年著名科学家FeynmanRichard就曾设想，有一天如果能按自己的愿望任意摆布原子的排列，人类就将成为真正意义上的''造物主”。纳米科学的兴起和发展，将使Feynmano梦想最终成为现实。纳米科学技术是20世纪80年代中后期逐渐发展起来的，融介观体系物理、量子力学等现代科学为

2、一体并与超微细加工、计算机、扫描隧道显微镜等先进工程技术相结合的多方位、多学科的新科技。它是在1-100nm尺度上研究自然界现象中原子、分子行为与规律，以期在深化对客观世界认识的基础上，实现由人类按需要制造出性能独特的产品。纳米科技的出现，无疑是现代科学的重大突破，它在材料科学、凝聚态物理学、机械制造、信息科学、电子技术、生物遗传、高分子化学以及国防和空间技术等众多领域都有着广阔的应用前景，因而对它的研究受到了世界范围的高度重视。纳米科技的研究与发展，无疑将极大地改变人们的思维方式和传统观念，深刻影响国民经济的未

3、来发展。纳米科技的急速发展已引发了若干新的研究分支，如纳米材料学、纳米物理学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米摩擦学与微加工技术等。在纳米科技中，当前人们普遍关心和有待解决的理论与实践问题主要有：微材料特性、微观摩擦、微系统优化设计理论及纳米级结构和制备工2纳米材料的分类及其相关的应用领域纳米材料一般分为：纳米微粒、纳米薄膜、纳米固体。纳米微粒是纳米体系的典型代表，一般为球形或类球形，它属于超微粒子范围。由于尺寸小、比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性，也有异于传统材料科学中的尺寸效

4、应。比如，当尺寸减小到数个至数十个纳米时，原来是良导体的金属会变成绝缘体，原为典型共价键无极性的绝缘体其电阻大大下降甚至成为导体，原为P型的半导体可能变为n型。常规固体在一定条件下其物理性能是稳定的，而在纳米态下其性能就受到了颗粒尺寸的强烈影响，出现幻数效应。从技术应用的角度讲，纳米颗粒的表面效应等使它在催化、粉末冶金、燃料、磁记录、涂料、传热、雷达波隐形、光吸收、光电转换、气敏传感等方面有巨大的应用前景。纳米薄膜是由纳米晶粒组成的准二维系统，它具有约占50%的界面组元，因而显示出与晶态、非晶态物质均不同的崭新性

5、质。比如，纳米晶Si膜具有热稳定性好、光吸收能力强、掺杂效应高、室温电导率可在大范围内变化等优点。据估计，纳米薄膜将在压阻传感器、光电磁器件及其它薄膜微电子器件中发挥重要作用。纳米固体是由大量纳米微粒在保持表面清洁条件下组成的三维系统，其界面原子所占比例很高，因此，与传统材料科学不同，表面和界面不再往往只被看成为一种缺陷，而成为一重要的组元，从而具有高热膨胀性、高比热、高扩散性、高电导性、高强度、高溶解度及界面合金化、低熔点、高韧性和低饱和磁化率等许多异常特性，可以在表面催化、磁记录、传感器以及工程技术上有广泛的

6、应用。总体而言，目前对纳米材料的研究主要有两个方面。一是探索新的合成方法，发展新型的纳米材料。二是系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特征等，对照常规材料探究纳米材料的特殊规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论。3纳米材料的物理制备方法纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。另外，中国

7、古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜。然而,人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，从而用人工方法有意识地获得纳米粒子则是在20世纪60年代。1963年，RyoziUyeda等人用气体蒸发法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。1984年，Gleiter等人口］用同样的方法制备出了纳米相材料TiO2o值得指出的是，俄罗斯和前苏联的科学家在纳米材料方面也有不少开创性工作［2］，只是由于英文翻译迟等原因而未能在国际上得到应有的关注和肯定。比如Morokho

8、v等人［3］早在1977年就首次制备成功了纳米晶材料并研究其性质。“纳米材料”这一概念在20世纪80年代初正式形成［4］,它现已成为材料科学和凝聚态物理领域的研究热点，而其制备科学在当前的纳米材料研究中占据着极为关键的地位［5,6］o人们一般将纳米材料的制备方法划分为物理方法和化学方法两大类。以下主要就纳米材料的物理制备方法进行概述。惰性气体冷凝法制备纳米粉体这是目前用物