纳米微粒的结构与物理化学特性

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1、教学目的：讲授纳米微粒的结构与物理化学特性重点内容：纳米微粒的结构物理特性：热学性能，磁学性能，光学性能，电学性能，表面活性及敏感特性，光催化性能，力学性能难点内容：物理特性第六章纳米微粒的结构与物理化学特性熟悉内容:动力学性质化学特性：吸附，分散与团聚主要应用领域主要英文词汇Specificheat,MagneticSusceptibility,Coerciveforce,MeltingPoint,Absorbance,Adsorption,Blue-shift,Superplastic,Photocatalysis,Electricresistanc

2、e,Dispersion,Agglomeration.§6.1纳米微粒的结构与形貌纳米微粒一般为球形或类球形。往往呈现多面体或截角多面体。表面存在原子台阶。其他的形状可以与不同合成方法和其晶体结构有关。Bi球形粒子Bi蒸发FePt纳米粒子表面存在原子台阶V2O5纳米晶体内部原子排列整齐球形PMMA乳液聚合法，与无机物不同，高分子大多数是无定形或结晶度比较低。表面能最低。Ni链蒸发链状的，高温下，由许多粒子边界融合连接而成。立方体形，与FCC结构有关，由(100)面包围。表面能(110)>(100)>(111)Ag液相法Ag液相法多面体形，主要由(111)

3、包围Ag三棱柱形和球形面，由(111)、(110)包围。三棱柱形和六棱柱形Ag液相法Ag/PVA纳米电缆PhotoinducedConversionofSilverNanospherestoNanoprismsScience,2001紫外光诱导银纳米粒子的变形出现等离子体共振吸收峰600—800nm随着照射时间的延长，纳米球向纳米棱柱转变。[111]电子入射方向，六个衍射点为（220）A三棱柱B截角三棱柱，发生蓝移。瑞利散射溶液法制备ZnO纳米棒纤维锌矿生长方向[001]ZnO纳米片碱式碳酸锌热解制备聚苯胺-氧化钒纳米片，与V2O5层状结构有关。插层劈裂

4、MoO3纳米带与正交晶体结构有关(010)面间距比较大，容易劈裂。a=3.946Å,b=13.726Å,c=3.687Å粒子的形状通常由生长动力学或表面能决定。动力学控制：形状由不同晶面增长的速率决定。热力学不平衡状态。表面能控制：在热平衡条件下，形状和结晶性由表面能的大小来决定。以溶相法合成纳米晶体为例。从胶体科学的角度来看，任何纳米颗粒的生长都会经过成核、生长两个过程，其中成核所需的过饱和度较生长所需更高。从液相化学反应形成胶体颗粒的过程来看，一般起始物首先形成澄清透明的溶液。改变条件推动化学反应进行，使难溶的生成物出现，过饱和度上升，出现固相形成的

5、推动力。反应达到一定程度，过饱和度突破成核所需临界值，难溶物结晶析出，成核阶段完成。之后溶液保持较低过饱和度，是纳米晶生长的过程。如果这一生长阶段中，某一区域局部的过饱和度再次突破成核所需临界值，会再次成核。两次或多次成核造成胶体颗粒生长时间不一致，会导致产品粒度差异变大。这一成核－生长过程完毕之后的“熟化”过程（Ostwaldripening）是一个大颗粒“吃”小颗粒的过程。从晶体学的角度来看，纳米晶的形成是一个各个晶面竞争生长的过程。由于各晶面原子密度不同，表面能量不同，由此导致吸附和沉积行为不同，生长速率不同，生长快的晶面会自动消失。因此一般纳米晶

6、最后结晶比较完美的产品都是被某些特定的晶面族所包裹。对于最终产品维度、尺寸和形貌的控制，手段依颗粒种类、尺寸形貌等结构的要求的不同而不同，可以在合成的各个阶段实现。1成核过程成核过程是液相纳米晶体生长的起始过程。晶体生长过程主要分为成核控制和扩散控制。对于很小的晶体，可能不存在位错或其它缺陷，生长是由分子或离子一层一层地沉积进行的。因此，对于成核控制的晶体生长，成核速率可看作是晶体生长速率。当晶体的某一层长到足够大时，溶液中的离子在完整表面上不能找到有效吸附点而使晶体的生长停止，这时，单个表面晶核和溶液之间形成不稳定状态。对于纳米晶粒的生长而言，成核过程

7、对于获得单分散纳米颗粒是关键。要想大量制备尺寸均一的纳米颗粒，必须在尽可能短的时间内以爆发的方式成核，使成核和生长两个阶段分开，统一的生长过程可以造就尺寸大致一致的纳米颗粒。为此需要降低成核所需克服的能量，使成核相对容易，增加成核数量。根据成核理论，成核半径：其中，σ为液体与固体界面的表面张力，ΔGv为恒体积条件下反应的自由能变化。由上式推论：如果要促进成核，减小成核半径Rk，那么可以通过增加反应的ΔGv，或者减小表面能σ来实现。对于确定的反应，ΔGv是很难改变多少的，固液界面的张力却可以通过添加表面活性剂来实现。均相成核方法：“hot-injectio

8、n”and“heating-up”Co纳米晶的合成是这方面比较成功的例子。将有机