西南科技大学本科生毕业论文

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1、西南科技大学本科生毕业论文1绪论1.1纳米材料概述1.1.1纳米材料及其特性纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由他们组成的纳米薄膜和固体。现在，广义的，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为三类[1]:(1)零维，指在空间三维尺度均处于纳米尺度，如纳米颗粒、纳米团簇等；(2)一维，指在空间尺度上两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；(3)二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，薄膜、多层膜、超晶格等

2、。纳米粒子是由数目较少的原子或分子组成的原子群，由于纳米粒子的特殊结构类型，导致了纳米粒子特殊的表面效应和体积效应，并由此产生许多与块状样品不同的物理化学性质。(1)表面与界面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比，它们之间的关系如表1-1。表1-1纳米粒子尺寸与表面原子数的关系[2]Table1-1Therelationbetweensizeandextemalatoms粒子半径/nm原子个数比表面积m2/g表面原子所占比例/%103×104902044×1032254022.5×10245

3、08013090099(2)小尺寸效应颗粒尺寸的变化，在一定条件下会引起颗粒性质的改变。颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。(3)宏观量子隧道效应30西南科技大学本科生毕业论文每一种元素的原子都具有特定的光谱，如钠原子具有黄色的光谱。原子模型与量子力学己用能级的概念进行了合理的解释，由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能

4、级；能级间的间距随颗粒尺寸变小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现石系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应[3]。1.1.2纳米ZnO特性2005年4月1日起，包括纳米氧化锌(ZnO)在内的《纳米材料术语》等七项纳米材料国家标准正式实施，这是世界上首次以国家标准形式发布的纳米高新技术标准[4]。纳米氧化锌作为一种重要的新型无机功能材料，由于其具有的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应以及高透明度、高分

5、散性等特点，使其在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和化学性能，具有普通氧化锌所无法比拟的特殊性能和用途，在橡胶、涂料、塑料、陶瓷、催化剂、化纤、电子、化妆品等行业具有广泛的应用，因而制备技术和工业生产的研究也变得更为重要。纳米ZnO粒径介于1~100nm之间，与普通ZnO相比[5]，表现出许多特殊性能，如抗菌、防霉、除臭、护肤美容、光催化、光致发光、导电、增强、屏蔽光线、吸波、节能等，已被广泛用于制作太阳能电池、气体传感器、电阻片、催化剂、光电器件和静电屏蔽材料，在化妆品、功能纤维、高档油漆、涂料、橡胶、塑料、医药等领域都有重要的应用。其独

6、特的颜色效应、光催化作用及散射和吸收紫外线的能力，使其一经面世即倍受青睐，在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保、精细陶瓷、生物工程、图象记录材料等方面有着十分广泛的应用前景，被誉为面向21世纪的现代功能材料。1.2纳米ZnO的研究现状1.2.1ZnO的基本性能ZnO晶体结构为六方晶系P63mc空间群，Zn2+离子的配位数为4，O2-离子的配位数也是4，属于纤锌矿结构，见图1-1。O2-离子按六方紧密堆积排列，Zn2+离子充填于二分之一的四面体空隙中。按ZnO的r+/r-值，Zn2+离子的配位数应为6，应属于NaCl30西南科技大学本科生毕业论文型结构。

7、而实际上，ZnO是纤锌矿结构，Zn2+离子配位数为4，其原因是ZnO中离子极化，使r+/r-值下降，从而导致配位数和键性的变化。分子结合的类型介于离子键与共价键之间，d(Zn-O)=0.194nm，C轴方向有极性。图1-1纤锌矿结构ZnO的结构图Fig1-1StructureofWurtziteZnO表1-2纤锌矿结构ZnO的基本性能（300K）[6]Tab1-2BasicpropertyofWurtziteZnO（300K）参量数值空间群晶格常数禁带宽度（RT）激子束缚能密度熔点莫氏硬度热导率本征载流子浓度n型霍尔迁移率抗辐射能电阻率介电常数P63mca＝0

8、.3253nm，b＝0.5213nm3