第09章粉体制备_资源加工学ppt课件.ppt

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1、9.1　超细颗粒与纳米颗粒宏观体系：通常指人们眼睛可以看到的物质体系微观体系：把原子、分子级别的体系介观体系：在宏观与微观之间的物质颗粒纳米颗粒：物质颗粒表面效应和体积效应两者或之一显著出现的颗粒9粉体制备9.1.1基本概念1)表面效应纳米颗粒的表面特性表面原子受内部原子向内的吸引处于较高能量状态活泼的表面增强了纳米颗粒的活性和化学反应性，使纳米颗粒呈现出不稳定状态表面原子的活性引起纳米颗粒表面原子输运、结构以及表面电子自旋构象和电子能谱的变化表面原子易与其它原子结合，使其稳定化9.1.2纳米颗粒的纳米效应单一立方晶格结构的原子尽量以接近圆（或球）形进行配置的纳

2、米颗粒模式产生表面效应的原因物质表面原子与内部原子的性质完全不同半径为r的球状纳米颗粒，设原子直径为a，则表面原子所占的比例大体上为：4πr2a/（4/3πr3）=3a/r普通物质：a<

3、0665.910316605.9104纳米Cu颗粒尺寸与表面积、表面能的关系2)体积效应纳米颗粒体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。久保效应——是纳米颗粒体积效应的一种指金属微粒中电子能级不连续，低温下，当费米能级附近的平均能级间隔δ>kT时，金属微粒显示出与块状物质明显不同的热性质的现象。例：强磁性颗粒(Fe-Co合金、氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时，具有高矫顽力，可制成磁性信用卡、磁性钥匙、磁性车票等超顺磁性纳米颗粒制成磁性液体，用于电声器件、阻

4、尼器件、旋转密封、润滑、选矿等领域通过改变颗粒尺寸来控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐型飞机等3)小尺寸效应原因：当纳米颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米颗粒表面层附近原子密度减小所致。颗粒在声、光、电磁、热力学等方面表面出的上述特性为小尺寸效应。具体表现为：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移磁有序态向磁无序态、超导相向正常相的转变声子谱发生改变纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，以

5、及能隙加宽而发生发光带或吸收带由长波长移向短波长的“蓝移”现象均称为量子尺寸效应表征能级间距和金属颗粒直径关系——久保公式4)量子尺寸效应δ—能级间距EF—费米能级N—总电子数粒径与能级间隔的关系说明：宏观物体中N→∞，于是δ→0，即大粒子或宏观物体的能级间距几乎为零纳米颗粒中N值很小，δ有一定的值，即能级间距发生分裂块状金属电子能谱为准连续能带，而当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导凝聚态能时，必须考虑量子尺寸效应。随着颗粒尺寸减小，价带和导带之间能隙增大，使得光的吸收或发光带的特征波长不同隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力宏观量子隧道效

6、应：宏观量(如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等)所具有的隧道效应。其限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限5)宏观量子隧道效应表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子尺寸效应及量子隧道效应是纳米颗粒的基本特性，它使纳米颗粒呈现出许多奇异的物理、化学性质，出现一些“反常现象”。9.1.3超细颗粒与纳米颗粒的物理特性1)结构与形貌电子显微镜下超细颗粒一般呈球形，但随着制备条件不同，特别是当粒子尺寸在l～100nm之间变化时，粒子形貌并非都呈球形或类球形纳米颗粒表面原子的最近邻近配位数低于体内而导致非键电子对排斥力降低等，导致颗粒内部特别是表面层晶格的畸变乃至结

7、构发生改变熔点表面能高、比表面原子数多表面原子邻近配位不全活性大体积远小于大块材料结果：熔化所需增加的内能小，熔点急剧下降2)热学性Au蒸汽压随粒径减少而上升式中：P、P0—超细颗粒和块状物质的蒸汽压M—摩尔质量R—气体常数T—绝对温度蒸汽压烧结时高界面能成为原子运动动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团湮没，在较低温度下烧结就能达到致密化的目的，烧结温度降低。开始烧结温度非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉体，纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。8nm、15nm和35nm粒径的A12O3粒子快速长大的开始温度分别约为1073K、1273K和1423K。超细

8、颗粒的熔点、开始烧结温度