纳米材料与绿色化学ppt课件.ppt

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1、一、纳米时代与纳米材料◆纳米科学和纳米技术的对象就是纳米尺度上的物质世界◆纳米科学和纳米技术在21世纪将改变几乎每一件人造物体的特性。材料性能的重大改变和制造模式方法的改变，将引发一场工业革命◆纳米材料和纳米技术如何让世界变得更加美好？1.什么是纳米及纳米材料？●纳米(Nanometer)是长度单位，用nm表示，nm=10-9m氢原子的直径：0.08nm非金属原子直径一般为0.1~0.2nm金属原子的直径为0.3~0.4nm◆纳米粒子和纳米材料：粒径在1nm~100nm的粒子称作纳米粒子，微粒的集合材料称为

2、纳米材料血液中的红血球大小为200~300nm。病毒几十个nm所以纳米粒子小于红血球，与病毒大小相当。●原子团簇：由几个或几十个几百个粒径小于1nm的相同原子的集合成为原子簇或“团簇”(cluster)。当前最大的原子团簇有C60，由20个六边形，12个五边形组成足球结构中空球形分子组成，直径为0.7nm。原子分子原子团簇纳米粒子纳米材料宏观物体微观宏观2.纳米粒子的特性◆量子尺寸效应：电子能级间距E：费米能级N：微粒总导电电子数d：颗粒的直径纳米粒子强烈趋向于电中性，Ag微粒在温度1K时出现量子尺寸效应(由

3、导体变成绝缘体)，临界粒径为20nm。电子能级能隙d较小时d较大时◆小尺寸效应粒子的粒径小于光波的波长，则粒子是透明的。因此光学、磁学、声学和力学性质发生变化。◆表面效应纳米粒子由于粒径小，比表面积大，表面原子占有率高，表面活性高一般规律10nm，表面原子占有率20%1nm，表面原子占有率99%◆宏观量子的隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力，称隧道效应是未来微电子器件的基础，考虑微电子器件进一步微型化的极限，微电子器件进一步细微化，必须要考虑上述量子效应。3.纳米粒子在化学和物理上出现奇异的特性◆熔点降低Au106

4、4℃2nmAu327℃Cu327℃20nmCu39℃Ag900℃纳米Ag100℃◆表面积增大，表面能增大例如Cu粒径表面积(m2/g)表面能(J/mol)100nm6.659010nm6659001nm66059000◆化学活性高高催化活性的催化剂，与普通催化剂相比，催化活性提高到几十倍到上百倍经固相反应可得到新的物种。4.纳米材料的应用◆陶瓷材料的增韧性：陶瓷材料耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化高温材料的广泛的应用：例如气缸内衬、汽车点火器等。但也有缺点，可塑性差、韧性差、不易加工。例如纳米SiC陶瓷断裂韧性比普通S

5、iC提高100倍。制备出纳米复合陶瓷：德国将20%纳米SiC掺入到粗晶α-SiC粉末中，断裂韧性提高了25%。◆光学上的应用：●纳米SiO2光导纤维，光传播快，不失真●红外吸收和紫外吸收材料，隐身材料在日常生活和国际上都有主要的应用，纳米Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3及其复合材料对人体红外有强烈吸收，可以起到保暖作用，减轻衣服重量，对登山运动员、军人战士防寒，以及在军事上，防止敌人的红外探测器发现。隐身就是隐蔽，把自己外表伪装起来，红外探测器可以发射红外线，搜索红外发射物体，人身就是红外线的发射体，现代

6、化战争隐身材料占极其重要的地位。1991年海湾战争中，美国战斗机表面包覆了纳米材料（纳米材料，Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3纳米的硼化物、氮化硼，碳化硼及其复合材料都是隐身材料），吸收宽频带的微波，可以逃避雷达的监视，而伊拉克的军事目标没有这种设施，失效惨重。美国又研制了纳米磁性材料，在一定条件下产生光发散效应，改变光传播方向，达到扰乱敌人探测的目标。紫外光吸收：纳米TiO2、Al2O3、SiO2、ZnO纳米方面对250nm以下的波长有较强的吸收。185nm的短波紫外线对人体健康有损害，而且对日光灯的寿

7、命有影响，若将Al2O3粉末掺入稀土荧光粉中，吸收掉这些有害的紫外光。同理可作防晒剂和化妆品中。加入高分子材料可作抗老剂，防止高分子材料老化。◆磁性材料●磁流体（磁性液体材料）强磁性纳米微粒外包覆一层长链的表面活性剂，并稳定地分散在基液中形成胶体，具有强磁性，又具有液体的流动性。例如纳米Fe3O4（10nm）分散到含有油酸的水中，再经脱水分散在基液中。磁性流体目前主要应用在旋转轴防尘动态密封，例如计算机硬盘轴处防尘密封。北京钢铁研究院开发的FeN磁流体产品。●磁记录材料21世纪信息记录材料，1cm2面积需记录100

8、0万条以上的信息粒子不能小于变超磁性的临界尺寸(约10nm)，而且对形貌有要求，针状磁性粒子，一般选用Fe2O3包Co或CrO2Fe及Ba铁氧体。●纳米微晶软磁材料Fe-Si-B是非晶态的软磁材料，加入Cu、Nb有利于铁微晶的成核及细化，广泛应用于各种变压器(脉冲、高频)、传感器、磁开关。◆医药上的应用纳米磁性材料(Fe3O4)作载体，将医药负载到载体上，注