納米材料基本概念和分類

1、一、納米科學技術的基本概念和內涵一、納米科學技術的基本概念和內涵n“納納”( (nanonano) )來自于希臘文，本意是來自于希臘文，本意是“矮子矮子”或或”侏儒侏儒”的意思的意思。n納米(nanometer)是一個長度單位，簡寫為nm。1 nm=10(-9) m=10 埃。1,000納米 = 1微米(m)。n頭發(fā)直徑：50-100 m, 1 nm相當于頭發(fā)的1/50000。n氫原子的直徑為1埃，所以1納米等于10個氫原子一個一個排起來的長度。納米科學離我們并不遙遠納米科學離我們并不遙遠n原子是構成物質的基本單元，納米科學與技術的研究實際上原子是構成物質的基本單元，納米科學與技術的研究實際上

2、就是在原子層次上認識世界。就是在原子層次上認識世界。n1990年，世界上最小的年，世界上最小的“I-B-M”3個字母在實驗室誕生了。個字母在實驗室誕生了。 1990 1990年，美國年，美國IBMIBM公司阿爾馬登研究公司阿爾馬登研究中心（中心（AlmadenAlmadenResearchResearchCenterCenter）的科）的科學家使用學家使用STMSTM把把3535個氙原子個氙原子移動到各自的移動到各自的位置，在鎳金屬表面組成了位置，在鎳金屬表面組成了“IBMIBM”三個三個字母，這三個字母加起來不到字母，這三個字母加起來不到3 3納米長，納米長，成為世界上最小的成為世界上最小的

3、IBMIBM商標。商標。 荷葉自清潔效應荷葉自清潔效應n水滴落在荷葉上，會變成了一個個自由滾動的水珠，而且，水珠在滾動中能帶走和葉表面塵土。荷葉的基本化學成分是葉綠素、纖維素、淀粉等多糖類的碳水化合物，有豐富的羥基（-OH）、（-NH）等極性基團，在自然環(huán)境中很容易吸附水分或污漬。而荷葉葉面都具有極強的疏水性，灑在葉面上的水會自動聚集成水珠，水珠的滾動把落在葉面上的塵土污泥粘吸滾出葉面，使葉面始終保持干凈，這就是著名的“荷葉自潔效應”n研究表明，包括蜜蜂、海龜?shù)仍趦鹊脑S多生物體內都研究表明，包括蜜蜂、海龜?shù)仍趦鹊脑S多生物體內都存在著納米尺寸的磁性顆粒。這些磁性納米顆粒對于存在著納米尺寸的磁性顆

4、粒。這些磁性納米顆粒對于生物的定位與運動行為具有重要意義。最新的科學研生物的定位與運動行為具有重要意義。最新的科學研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂的腹部存在著磁性納米粒子，這種磁性究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂的腹部存在著磁性納米粒子，這種磁性的納米粒子具有類似指南針的功能，蜜蜂利用這種的納米粒子具有類似指南針的功能，蜜蜂利用這種“羅盤羅盤”來確定其周圍環(huán)境，利用在磁性納米粒子中存來確定其周圍環(huán)境，利用在磁性納米粒子中存儲的圖像來判明方向。當蜜蜂采蜜歸來時，實際上就儲的圖像來判明方向。當蜜蜂采蜜歸來時，實際上就是把自己原來存儲的圖像和所見到的圖像進行對比，是把自己原來存儲的圖像和所見到的圖像進行對比，直到兩個圖像達到一致，由此來

5、判斷自己的蜂巢。利直到兩個圖像達到一致，由此來判斷自己的蜂巢。利用這種納米磁性顆粒進行導航，蜜蜂可以完成數(shù)公里用這種納米磁性顆粒進行導航，蜜蜂可以完成數(shù)公里的旅程。的旅程。橫行霸道橫行霸道億萬年前，螃蟹并非如此“橫行”。因其第一對觸角里有幾顆磁性納米微粒，螃蟹便擁有了用于定向的幾只小“指南針”?？窟@種高精度的“指南針”，螃蟹的祖先堂堂正正地前進后退，行定自如。后來，由于地球的磁場發(fā)生多次劇烈倒轉，螃蟹觸角里的那幾顆珍貴的納米小磁粒發(fā)生錯亂，失去了正確指示方向的功能。于是，暈暈乎乎的螃蟹便開始橫行，從此落得個蠻橫的名聲。飛檐走壁的壁虎飛檐走壁的壁虎n壁虎可以在任何墻面上爬行，反貼在天花板上，甚至

6、用一只腳在天花板上倒掛。它依靠的就是納米技術。壁虎腳上覆蓋著十分纖細的茸毛，可以使壁虎以幾納米的距離大面積地貼近墻面。盡管這些絨毛很纖弱，但足以使所謂的范德華鍵發(fā)揮作用，為壁虎提供數(shù)百萬個的附著點，從而支撐其體重。這種附著力可通過“剝落”輕易打破，就像撕開膠帶一樣，因此壁虎能夠穿過天花板。蝴蝶翅膀上的斑蝴蝶翅膀上的斑斕斕色彩色彩蝴蝶因為其翅膀上變化多端、絢爛美好的花紋而使人著迷。這也讓生物學家們感到疑惑：蝴蝶令人眼花繚亂的顏色是如何形成的，又有什么不同意義呢？最近，荷蘭格羅寧根大學的希拉爾多博士發(fā)現(xiàn)了解決這個問題的通道。在研究了菜粉蝶和其它蝴蝶翅膀的表面后，希拉爾多博士揭示了這個秘密：翅膀上的

7、納米結構正是蝴蝶的“色彩工廠”。他的研究表明，蝴蝶翅膀上炫目的色彩來自一種微小的鱗片狀物質，它們就像圣誕樹上小小的彩燈，在光線的照耀下能折射出斑斕的色彩。蝴蝶翅膀上的顏色其實是一個身份標志。不同顏色的翅膀，讓形色萬千的蝴蝶能在很遠的地方就識別出同伴，甚至辨別出對方是雄是雌。n通過電子顯微鏡的觀察，希拉爾多博士發(fā)現(xiàn)粉蝶翅膀的結構非常奇特；盡管不同種類的蝴蝶，鱗片的結構不同，但彼此之間還是有共同特征。一般來說，蝴蝶翅膀由兩層僅有3至4微米厚的鱗片組成，上面一層鱗片像微小的屋瓦一樣交替，每個鱗片的構造也很復雜。而下一層則比較光滑。蝴蝶翅膀這種井然有序的安排形成了所謂的光子晶體，也就是納米結構。通過這

8、種結構，蝴蝶翅膀能捕捉光線，僅讓某種波長的光線透過。這便決定了不同的顏色。納米器件納米器件n“自上而下自上而下”是指通過微加工或固態(tài)技術，不斷在尺是指通過微加工或固態(tài)技術，不斷在尺寸上將人類創(chuàng)造的功能產品微型化；寸上將人類創(chuàng)造的功能產品微型化；n“自下而上自下而上”是指以原子、分子為基本單元，根據(jù)是指以原子、分子為基本單元，根據(jù)人們的意志進行設計和組裝，從而構筑成具有特定人們的意志進行設計和組裝，從而構筑成具有特定功能的產品。功能的產品。n目前，在納米化工廠、生物傳感器、生物分子計算目前，在納米化工廠、生物傳感器、生物分子計算機、納米分子馬達等方面，都做了重要的嘗試。機、納米分子馬達等方面，都

9、做了重要的嘗試。納米材料定義納米材料定義n按國際制（按國際制（SI）詞冠中納米尺寸概念以及納米度量單位與其它度量單位的）詞冠中納米尺寸概念以及納米度量單位與其它度量單位的關系如下：關系如下：n1艾米（艾米（exametre）1000拍米（拍米（petametre）n1拍米（拍米（petametre）1000太米（太米（terametre）n1太米（太米（terametre）1000吉米（吉米（gigametre）n1吉米（吉米（gigametre）1000兆米（兆米（megametre）n1兆米（兆米（megametre）1000千米（千米（kilometre）n1千米（千米（kilometr

10、e）10百米（百米（hectometre）納米材料定義納米材料定義n1百米（百米（hectometre）10十米（十米（decametre）n十米（十米（decametre）100分米（分米（decimetre）n1分米（分米（decimetre）10厘米（厘米（centimetre）n1厘米（厘米（centimetre）10毫米（毫米（miillimetre）n1毫米（毫米（miillimetre）1000微米（微米（micrometre）n1微米（微米（micrometre）1000納米（納米（nanometre）n1納米（納米（nanometre）1000皮米（皮米（picometre）

11、n1皮米（皮米（picometre）1000飛米（飛米（femtometre）n1飛米（飛米（femtometre）1000阿米（阿米（attometre）納米材料定義納米材料定義n納米材料，是指在結構上具有納米尺度特征的材料，納米納米材料，是指在結構上具有納米尺度特征的材料，納米尺度一般是指尺度一般是指1-100nm。n廣義定義：材料的基本單元至少有一維的尺寸在廣義定義：材料的基本單元至少有一維的尺寸在1-100nm范范圍內。圍內。n同時具備的兩個基本特征：同時具備的兩個基本特征：納米尺度和性能的特異變化納米尺度和性能的特異變化。納米材料的定義及發(fā)展納米材料的定義及發(fā)展納米材料的分類納米材料

12、的分類n按材質按材質 納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復合材料。合材料。n按形態(tài)按形態(tài) 納米顆粒材料、納米固體材料（也稱納米塊體材料）、納米膜材料以及納納米顆粒材料、納米固體材料（也稱納米塊體材料）、納米膜材料以及納米液體材料。米液體材料。n按功能按功能 納米生物材料、納米磁性材料、納米藥物材料、納米催化材料、納米智能納米生物材料、納米磁性材料、納米藥物材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料以及納米環(huán)保材料等。材料、納米吸波材料、納米熱敏材料以及納米環(huán)保材料等。納米材料的分類納米材料的分類n按納米尺度在

13、空間的表達特征按納米尺度在空間的表達特征零維納米材料，即納米顆粒材料零維納米材料，即納米顆粒材料一維納米材料，如納米線、棒、絲、管和纖維等一維納米材料，如納米線、棒、絲、管和纖維等二維納米材料，如納米膜、納米盤和超晶格等二維納米材料，如納米膜、納米盤和超晶格等三維納米材料，指在三維空間中含有上述納米材料三維納米材料，指在三維空間中含有上述納米材料的塊體，如納米陶瓷材料，如介孔材料等。的塊體，如納米陶瓷材料，如介孔材料等。第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n當材料的結構進入納米尺度調制范圍時，會表現(xiàn)出小當材料的結構進入納米尺度調制范圍時，會表現(xiàn)出小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應和宏

14、觀量尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等納米效應。子隧道效應等納米效應。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n當納米粒子的尺寸與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長當納米粒子的尺寸與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長以及超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理尺寸相當或比它們以及超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理尺寸相當或比它們更小時，會使晶體原有的周期性的邊界條件被破壞，聲、光、更小時，會使晶體原有的周期性的邊界條件被破壞，聲、光、電、磁、熱力學特性等均會隨著粒子尺寸的減小發(fā)生顯著的電、磁、熱力學特性等均會隨著粒子尺寸的減小發(fā)

15、生顯著的變化。這種因尺寸的減小而導致的變化稱為小尺寸效應，也變化。這種因尺寸的減小而導致的變化稱為小尺寸效應，也叫體積效應。叫體積效應。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應小尺寸效應小尺寸效應(1)特殊的光學性質n當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l%，大約幾微米的厚度就能完全消光。(2)特殊的熱學性質n固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后，卻發(fā)現(xiàn)其熔點顯著降低，當顆粒

16、小于10nm時變得尤為顯著。n如塊狀的金的熔點為1064，當顆粒尺寸減到10nm時，則降低為1037，降低27，2nm時變?yōu)?27；第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n普通的材料當其處于納米狀態(tài)或具有納米結構時會具有很高普通的材料當其處于納米狀態(tài)或具有納米結構時會具有很高的熱容量。納米金屬的熱容量。納米金屬Cu的比熱容是傳統(tǒng)的比熱容是傳統(tǒng)Cu的的2倍。倍。n一些納米材料的熱導率很低。一些納米材料的熱導率很低。SiO2氣凝膠固態(tài)熱導率可比相氣凝膠固態(tài)熱導率可比相應的玻璃態(tài)材料低應的玻璃態(tài)材料低2-3個數(shù)量級。個數(shù)量級。SiO2氣凝膠在常溫下熱導率氣凝膠在常溫下熱導率僅為僅為0.013W/(

17、mK)，成為最好的固體絕熱材料。，成為最好的固體絕熱材料。n另有一些納米材料其熱交換性能非常好。納米另有一些納米材料其熱交換性能非常好。納米Ag晶體用于稀晶體用于稀釋制冷機的熱交換器效率較相應的非納米材料高釋制冷機的熱交換器效率較相應的非納米材料高30%。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性熱學特性熱學特性20n磁性液體（磁性液體（magnetic liquidsmagnetic liquids）是一種液態(tài)的磁性材料。該）是一種液態(tài)的磁性材料。該材料材料既具有固體的磁性又具有液體的流動性既具有固體的磁性又具有液體的流動性。它是由粒徑為。它是由粒徑為納米尺寸（幾個到幾十個納米）的磁性微粒

18、，依靠表面活性納米尺寸（幾個到幾十個納米）的磁性微粒，依靠表面活性劑的幫助，均勻分散、懸浮在載液（基液加表面活性劑）中劑的幫助，均勻分散、懸浮在載液（基液加表面活性劑）中，構成的一種固液兩相的膠體混合物，這種材料即使，構成的一種固液兩相的膠體混合物，這種材料即使在重力在重力、離心力或電磁力作用下也不會發(fā)生固液分離、離心力或電磁力作用下也不會發(fā)生固液分離，是一種典型，是一種典型的納米復合材料。的納米復合材料。第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n也稱界面效應，也稱界面效應，是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質上的變化

19、。徑的變小而急劇增大后所引起的性質上的變化。n隨著粒徑的減小，納米粒子的表面原子數(shù)、比表面積、表面能隨著粒徑的減小，納米粒子的表面原子數(shù)、比表面積、表面能及表面結合能都迅速增大。及表面結合能都迅速增大。n表面原子處于裸露狀態(tài)，周圍缺少相鄰原子，有許多剩余鍵力，表面原子處于裸露狀態(tài)，周圍缺少相鄰原子，有許多剩余鍵力，易與其他原子結合而穩(wěn)定，具有較高的化學活性。易與其他原子結合而穩(wěn)定，具有較高的化學活性。n納米材料的很多物性主要由界面決定。納米材料的很多物性主要由界面決定。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應表面效應表面效應第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n當粒子尺寸下降到

20、某一值時，金屬費米能級附近的當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象，以及半導電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象，以及半導體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)分子軌道，能隙變寬的現(xiàn)象，均稱為量子尺被占據(jù)分子軌道，能隙變寬的現(xiàn)象，均稱為量子尺寸效應。寸效應。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應量子尺寸效應量子尺寸效應第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n能帶理論表明，金屬費米能級附近電子能級一般是能帶理論表明，金屬費米能級附近電子能級一般是連續(xù)的，但只有在高溫或宏觀尺寸情況下才成立

21、。連續(xù)的，但只有在高溫或宏觀尺寸情況下才成立。n對于只有有限個導電電子的超微粒子來說，低溫下對于只有有限個導電電子的超微粒子來說，低溫下能級是離散的。能級是離散的。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應量子尺寸效應量子尺寸效應第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n對于宏觀物體包含無限個原子，能級間距對于宏觀物體包含無限個原子，能級間距Eg0；而對納；而對納米微粒，所包含原子數(shù)有限，米微粒，所包含原子數(shù)有限，N值很小，這就導致值很小，這就導致Eg有有一定的值，即能級間距發(fā)生分裂。一定的值，即能級間距發(fā)生分裂。n當能級間距大于熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能當能級間距大于熱能、

22、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量或超導態(tài)的凝聚能時，必須考慮量子尺寸效應，這會量或超導態(tài)的凝聚能時，必須考慮量子尺寸效應，這會導致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導電性與宏觀導致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導電性與宏觀特性有著顯著的不同。特性有著顯著的不同。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應量子尺寸效應量子尺寸效應第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n例如，納米微粒的比熱、磁化率與所含的電子奇偶例如，納米微粒的比熱、磁化率與所含的電子奇偶性有關性有關n導體轉變?yōu)榻^緣體。如，普通銀為良導體，而納米導體轉變?yōu)榻^緣體。如，普通銀為良導體，而納米銀在粒徑小于銀在粒徑小于20nm

23、時卻是絕緣體等。時卻是絕緣體等。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應量子尺寸效應量子尺寸效應26n納米微粒的量子尺寸效應等使它對某種波長的光吸納米微粒的量子尺寸效應等使它對某種波長的光吸收帶有收帶有藍移藍移現(xiàn)象。納米微粒粉體對各種波長光的吸現(xiàn)象。納米微粒粉體對各種波長光的吸收帶有寬化現(xiàn)象。納米微粒的紫外吸收材料就是利收帶有寬化現(xiàn)象。納米微粒的紫外吸收材料就是利用這兩個特性。用這兩個特性。n通常的通常的納米微粒紫外吸收材料納米微粒紫外吸收材料是將納米微粒分散到是將納米微粒分散到樹脂中制成膜，這種膜對紫外有吸收能力依賴于納樹脂中制成膜，這種膜對紫外有吸收能力依賴于納米粒子的尺寸和樹

24、脂中納米粒子的摻加量和組分。米粒子的尺寸和樹脂中納米粒子的摻加量和組分。目前，對紫外吸收好的幾種材料有：目前，對紫外吸收好的幾種材料有：30-40nm30-40nm的的TiOTiO2 2納米粒子的樹脂膜；納米粒子的樹脂膜；FeFe2 2O O3 3納米微粒的聚固醇樹脂膜納米微粒的聚固醇樹脂膜。第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n宏觀量子隧道效應是基本的量子現(xiàn)象之一，即當微宏觀量子隧道效應是基本的量子現(xiàn)象之一，即當微觀粒子的總觀粒子的總能量能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微

25、顆粒的顆粒的磁化強度磁化強度，量子相干器件中的，量子相干器件中的磁通量磁通量等亦有等亦有隧道效應，稱為宏觀的量子隧道效應。隧道效應，稱為宏觀的量子隧道效應。2.1 2.1 納米材料的基本效應納米材料的基本效應宏觀量子隧道效應宏觀量子隧道效應n納米材料中的粒子具有穿過勢壘的能力納米材料中的粒子具有穿過勢壘的能力被稱為隧道效應。被稱為隧道效應。n例如磁化強度，具有鐵磁性的磁鐵，其例如磁化強度，具有鐵磁性的磁鐵，其粒子尺寸達到納米級時，即由鐵磁性變粒子尺寸達到納米級時，即由鐵磁性變?yōu)轫槾判曰蜍洿判?。為順磁性或軟磁性。吸收光譜蘭移的原因：n1）量子尺寸效應。即顆粒尺寸下降導致能隙變寬，從而導致光吸收帶

26、移向短波方向。Ball等的普適性解釋是：已被電子占據(jù)的分子軌道能級(HOMO)與未被電子占據(jù)的分子軌道能級之間的寬度（能隙）隨顆粒直徑的減小而增大，從而導致蘭移現(xiàn)象。這種解釋對半導體和絕緣體均適用。塊體半導體與半導體納米晶的能帶示意圖n2）表面效應。納米顆粒的大的表面張力使晶格畸變，晶格常數(shù)變小。對納米氧化物和氮化物的研究表明，第一近鄰和第二近鄰的距離變短，鍵長的縮短導致納米顆粒的鍵本征振動頻率增大，結果使紅外吸收帶移向高波數(shù)。第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n3.發(fā)光現(xiàn)象發(fā)光現(xiàn)象n納米微粒出現(xiàn)了常規(guī)材料所沒有的新的發(fā)光現(xiàn)象。納米微粒出現(xiàn)了常規(guī)材料所沒有的新的發(fā)光現(xiàn)象。n普通的硅具有良

27、好半導體特性，但不能發(fā)光。普通的硅具有良好半導體特性，但不能發(fā)光。n1990年，日本佳能公司首次在年，日本佳能公司首次在6nm大小的硅顆粒試樣中在室大小的硅顆粒試樣中在室溫下觀察到波長為溫下觀察到波長為800nm附近有強的發(fā)光帶，隨著尺寸進一附近有強的發(fā)光帶，隨著尺寸進一步減小到步減小到4nm，發(fā)光帶的短波邊緣可延伸到可見光范圍。，發(fā)光帶的短波邊緣可延伸到可見光范圍。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n納米微粒電性能的一個最大特點是與顆粒尺寸有很納米微粒電性能的一個最大特點是與顆粒尺寸有很強的依賴關系。強的依賴關系。n對同一種納米材料，當顆粒達

28、到納米級，電阻、電對同一種納米材料，當顆粒達到納米級，電阻、電阻溫度系數(shù)都會發(fā)生變化。阻溫度系數(shù)都會發(fā)生變化。n銀是優(yōu)異的良導體，但銀是優(yōu)異的良導體，但10-15nm的銀微粒電阻會突然的銀微粒電阻會突然升高，失去金屬良導體的特征，變成了非導體。升高，失去金屬良導體的特征，變成了非導體。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性電阻和電磁特性電阻和電磁特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n奇異的磁特性主要表現(xiàn)在它具有超順磁性或高的矯頑力上。奇異的磁特性主要表現(xiàn)在它具有超順磁性或高的矯頑力上。n尺寸小到一定臨界值時進入超順磁狀態(tài)，例如尺寸小到一定臨界值時進入超順磁狀態(tài)，例如-Fe、Fe3

29、O4和和-Fe2O3分別為分別為5nm、16nm和和20nm時變成超順磁體；時變成超順磁體；n粒徑為粒徑為85nm的納米鎳微粒，矯頑力很高，表明處于單疇狀態(tài)；的納米鎳微粒，矯頑力很高，表明處于單疇狀態(tài)；而粒徑小于而粒徑小于15nm的鎳微粒，矯頑力的鎳微粒，矯頑力Hc0，這說明它們進入，這說明它們進入了超順磁狀態(tài)。了超順磁狀態(tài)。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性電阻和電磁特性電阻和電磁特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n超順磁狀態(tài)的起源可歸為以下原因：由于在小尺寸下，超順磁狀態(tài)的起源可歸為以下原因：由于在小尺寸下，當各向異性能減小到與熱運動能可相比擬時，磁化方向當各向異性能減

30、小到與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不再固定在一個易磁化方向，磁化方向將呈現(xiàn)劇烈起就不再固定在一個易磁化方向，磁化方向將呈現(xiàn)劇烈起伏，結果導致超順磁性的出現(xiàn)。伏，結果導致超順磁性的出現(xiàn)。n不同種類的納米磁性微粒所呈現(xiàn)的超順磁性的臨界尺寸不同種類的納米磁性微粒所呈現(xiàn)的超順磁性的臨界尺寸是有所不同。是有所不同。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性電阻和電磁特性電阻和電磁特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n1、量子光電特性、量子光電特性n當半導體粒子尺寸與其激子波爾半徑相近時，隨著粒子當半導體粒子尺寸與其激子波爾半徑相近時，隨著粒子尺寸的減小，半導體粒子的有效帶隙增加，相應的吸收尺

31、寸的減小，半導體粒子的有效帶隙增加，相應的吸收光譜和熒光光譜發(fā)生藍移，在能帶中形成一系列分立的光譜和熒光光譜發(fā)生藍移，在能帶中形成一系列分立的能級?？梢酝扑阄展庾V發(fā)生藍移的量子尺寸效應。能級?？梢酝扑阄展庾V發(fā)生藍移的量子尺寸效應。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性量子光電和介電特性量子光電和介電特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n2、光電轉換特性、光電轉換特性n一些半導體材料具有光電轉換功能。一些半導體材料具有光電轉換功能。n一種納米一種納米TiO2光電轉換電池在模擬太陽光源照射下，其光電轉換效光電轉換電池在模擬太陽光源照射下，其光電轉換效率可達率可達12。光電流密度大

32、于。光電流密度大于12mA/cm2。n這是由于納米這是由于納米TiO2組成的多孔電極表面能夠吸附的染料分子數(shù)比普組成的多孔電極表面能夠吸附的染料分子數(shù)比普通電極表面所能吸附的染料分子數(shù)多了通電極表面所能吸附的染料分子數(shù)多了50倍以上，而且?guī)缀趺總€染倍以上，而且?guī)缀趺總€染料分子都與料分子都與TiO2直接接觸，光生載流子的界面電子轉移很快，形成直接接觸，光生載流子的界面電子轉移很快，形成了具有優(yōu)異的光吸收及光電轉換特性。了具有優(yōu)異的光吸收及光電轉換特性。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性量子光電和介電特性量子光電和介電特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n3、介電和壓電特性、介電

33、和壓電特性n納米半導體材料的介電常數(shù)隨工作頻率的減小，表現(xiàn)出明顯納米半導體材料的介電常數(shù)隨工作頻率的減小，表現(xiàn)出明顯上升的趨勢，而相應的非納米材料的介電常數(shù)較低，在低頻上升的趨勢，而相應的非納米材料的介電常數(shù)較低，在低頻范圍內上升趨勢遠遠低于納米材料。范圍內上升趨勢遠遠低于納米材料。n在低頻范圍，納米材料的介電常數(shù)呈現(xiàn)出尺寸效應，即粒徑在低頻范圍，納米材料的介電常數(shù)呈現(xiàn)出尺寸效應，即粒徑很小時，其介電常數(shù)較低，隨粒徑增大，介電常數(shù)明顯增加，很小時，其介電常數(shù)較低，隨粒徑增大，介電常數(shù)明顯增加，在某一臨界尺寸呈極大值。在某一臨界尺寸呈極大值。n相應的介電常數(shù)損耗也呈現(xiàn)一損耗峰。一般認為這是由于納

34、相應的介電常數(shù)損耗也呈現(xiàn)一損耗峰。一般認為這是由于納米粒子中的離子轉向極化和離子弛豫極化造成的。米粒子中的離子轉向極化和離子弛豫極化造成的。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性量子光電和介電特性量子光電和介電特性第二章第二章納米材料的特性納米材料的特性n3、介電和壓電特性、介電和壓電特性n對一些納米材料來說，由于其界面存在大量的懸掛鍵，導致對一些納米材料來說，由于其界面存在大量的懸掛鍵，導致界面電荷分布發(fā)生變化，形成局域電偶極矩。在受外加壓力界面電荷分布發(fā)生變化，形成局域電偶極矩。在受外加壓力的作用下能使偶極矩的取向分布等狀況發(fā)生變化，在宏觀上的作用下能使偶極矩的取向分布等狀況發(fā)生變化

35、，在宏觀上產生電荷積累，產生強烈的壓電效應。產生電荷積累，產生強烈的壓電效應。n而同樣材料若是粗大的顆粒則由于材料粒徑超出了納米數(shù)量而同樣材料若是粗大的顆粒則由于材料粒徑超出了納米數(shù)量級，因此其界面急劇減小，從而導致壓電效應消失。級，因此其界面急劇減小，從而導致壓電效應消失。2.2 2.2 納米材料的特性納米材料的特性量子光電和介電特性量子光電和介電特性p機械粉碎法制備的納米機械粉碎法制備的納米微粒形成機理微粒形成機理:固體物料的粉碎過程，固體物料的粉碎過程，實際上就是在粉碎力的作用下，實際上就是在粉碎力的作用下，使較大的固體料塊或顆粒發(fā)生使較大的固體料塊或顆粒發(fā)生變形進而破裂的過程。變形進而

36、破裂的過程。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理圖圖3-13-1p蒸發(fā)過程中納米微粒的形成機理蒸發(fā)過程中納米微粒的形成機理氣體蒸發(fā)中的納米微粒生成過程可分為三個階段氣體蒸發(fā)中的納米微粒生成過程可分為三個階段（1）原料物質熔融、蒸發(fā)；）原料物質熔融、蒸發(fā)；（2）被蒸發(fā)物質在低分壓或保護氣體）被蒸發(fā)物質在低分壓或保護氣體中的擴散；中的擴散；（3）蒸氣分子的凝結。）蒸氣分子的凝結。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理圖圖3-23-2p蒸發(fā)過程中納米微粒的形成機理蒸發(fā)過程中納米微粒的形成機理蒸氣中晶核的生長是一個復雜的瞬變現(xiàn)象。蒸氣中晶核的生長是一個復雜的瞬

37、變現(xiàn)象。晶核生長過程與最終形成顆粒的大小取決于蒸氣的濃度和晶核生長過程與最終形成顆粒的大小取決于蒸氣的濃度和 凝聚核的密度。凝聚核的密度。凝聚是在高蒸氣濃度下發(fā)生的，如果凝聚結核的溫度相同，凝聚是在高蒸氣濃度下發(fā)生的，如果凝聚結核的溫度相同， 大顆粒的產生符合一般的實驗結果。大顆粒的產生符合一般的實驗結果。凝聚發(fā)生很劇烈，情況也可能相反。這時更有可能由于密凝聚發(fā)生很劇烈，情況也可能相反。這時更有可能由于密度足夠高，能夠超額補償高的蒸氣壓，就有可能形成大量度足夠高，能夠超額補償高的蒸氣壓，就有可能形成大量的小尺寸顆粒。的小尺寸顆粒。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理p蒸發(fā)

38、過程中納米微粒的形成機理蒸發(fā)過程中納米微粒的形成機理粒子首先通過蒸氣生長為小粒子，當小粒子密度高時，就粒子首先通過蒸氣生長為小粒子，當小粒子密度高時，就有可能發(fā)生多次凝聚生長過程，形成大顆粒。有可能發(fā)生多次凝聚生長過程，形成大顆粒。小粒子可以通過布朗運動相碰撞，凝并為大顆粒，這種晶小粒子可以通過布朗運動相碰撞，凝并為大顆粒，這種晶核生長機制稱為凝聚生長。核生長機制稱為凝聚生長。凝聚概率與顆粒在凝聚區(qū)域中停留時間有關，而凝聚時間凝聚概率與顆粒在凝聚區(qū)域中停留時間有關，而凝聚時間又取決于系統(tǒng)的溫度和系統(tǒng)本身的結構。又取決于系統(tǒng)的溫度和系統(tǒng)本身的結構。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成

39、的基本原理p氣相化學反應中顆粒的生成及機理氣相化學反應中顆粒的生成及機理化學反應首先在原料物質之間發(fā)生，形成產物的前驅體，化學反應首先在原料物質之間發(fā)生，形成產物的前驅體，并使之達到稍后過程所需要的飽和度。并使之達到稍后過程所需要的飽和度。形成顆粒核或反應產物間發(fā)生縮聚反應生成晶核。形成顆粒核或反應產物間發(fā)生縮聚反應生成晶核。晶核通過對反應生成的前驅體單體的吸附或重構，或是通晶核通過對反應生成的前驅體單體的吸附或重構，或是通過對反應器中原料及反應中間體吸附反應而使原有的晶核過對反應器中原料及反應中間體吸附反應而使原有的晶核得到生長，這就是顆粒生長的過程。得到生長，這就是顆粒生長的過程。氣相中形

40、成的單體、分子團簇和初級粒子在布朗運動作用氣相中形成的單體、分子團簇和初級粒子在布朗運動作用下會發(fā)生碰撞，凝并成顆粒。下會發(fā)生碰撞，凝并成顆粒。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理p氣相化學反應中顆粒的生成及機理氣相化學反應中顆粒的生成及機理一個關鍵的因素是氣相中粒子的生成。一個關鍵的因素是氣相中粒子的生成。為了得到納米微粒，首先需要在均勻單一的氣相中產生大為了得到納米微粒，首先需要在均勻單一的氣相中產生大量的氣態(tài)核粒子。為了在氣相反應中生成大量的氣態(tài)核，量的氣態(tài)核粒子。為了在氣相反應中生成大量的氣態(tài)核，首先必須選擇平衡常數(shù)大的反應體系，這是氣態(tài)核生成的首先必須選擇平衡常

41、數(shù)大的反應體系，這是氣態(tài)核生成的必要條件；其次，在反應容器不變的情況下，要確實保證必要條件；其次，在反應容器不變的情況下，要確實保證具有較高的反應物濃度，以形成較大的反應物分壓，并不具有較高的反應物濃度，以形成較大的反應物分壓，并不斷地將生成物從反應區(qū)移去，使生成物分壓降低。斷地將生成物從反應區(qū)移去，使生成物分壓降低。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理p液相化學合成納米顆粒形成及抗聚集機制液相化學合成納米顆粒形成及抗聚集機制沉淀法是在含有可溶鹽或懸浮鹽的水溶液中或非水溶液中沉淀法是在含有可溶鹽或懸浮鹽的水溶液中或非水溶液中發(fā)生反應，一旦溶液被產物過飽和，就會由均相成核過

42、程發(fā)生反應，一旦溶液被產物過飽和，就會由均相成核過程或非均相成核過程發(fā)展形成沉淀。核一旦形成，會通過擴或非均相成核過程發(fā)展形成沉淀。核一旦形成，會通過擴散的形式長大。散的形式長大。受擴散控制的核長大過程中，濃度梯度、溫度至關重要。受擴散控制的核長大過程中，濃度梯度、溫度至關重要。要想形成分布窄的單分散性顆粒，要求所有核必須同時形要想形成分布窄的單分散性顆粒，要求所有核必須同時形成，而且在長大過程不再有成核過程，也沒有顆粒的聚集。成，而且在長大過程不再有成核過程，也沒有顆粒的聚集。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理p液相化學合成納米顆粒形成及抗聚集機制液相化學合成納米顆粒

43、形成及抗聚集機制納米顆粒的形成機制與納米顆粒穩(wěn)定、抗聚集長大的問題有著密納米顆粒的形成機制與納米顆粒穩(wěn)定、抗聚集長大的問題有著密切的關系。切的關系。范德華引力的存在或者使體系總表面能趨于減少的因素的存在都范德華引力的存在或者使體系總表面能趨于減少的因素的存在都會引起微顆粒的聚集。會引起微顆粒的聚集。要避免這些顆粒的聚集，關鍵是需要在顆粒間引入排斥力。要避免這些顆粒的聚集，關鍵是需要在顆粒間引入排斥力。表面活性劑能夠形成空間位阻，在合成過程中保證形成分散狀態(tài)表面活性劑能夠形成空間位阻，在合成過程中保證形成分散狀態(tài)穩(wěn)定的納米微粒，也可以將已經聚集的微粒均勻分散開來。穩(wěn)定的納米微粒，也可以將已經聚集

44、的微粒均勻分散開來。第三章第三章 納米材料形成的基本原理納米材料形成的基本原理納米材料的分類納米材料的分類納米金屬納米金屬納米晶體納米晶體納米陶瓷納米陶瓷納米玻璃納米玻璃納米高分子納米高分子納米復合材料納米復合材料47按按化學組分化學組分分類分類納米晶體n是指晶粒為納米尺寸的晶體材料，或具有晶體結構的納米顆粒。一般晶粒尺寸小于100nm的材料才稱為納米晶體。尺寸小于10納米的半導體納米晶體通常被稱為量子點。納米晶體能夠提供單體的晶體結構，通過研究這些單體的晶體結構可以提供信息來解釋相似材料的宏觀樣品的行為，而不用考慮復雜的晶界和其他晶體缺陷。48納米晶體納米晶體 - 增長原理增長原理n納米晶體

45、能夠或是通過附加上來自溶液中的含有金屬的單體物或是通過與其它納米晶體以隨機結合的方式進行融合來穩(wěn)定地增長。該后一種過程并沒有在納米增長的經典模型中被考慮進去。研究人員提出，納米晶體會根據(jù)它們的大小和依賴于形態(tài)學的內部能量而采用不同的增長途徑。49n納米陶瓷粉體是介于固體與分子之間的具有納米數(shù)量級（0.1100nm）尺寸的亞穩(wěn)態(tài)中間物質。隨著粉體的超細化，其表面電子結構和晶體結構發(fā)生變化，產生了塊狀材料所不具有的特殊的效應。n具體地說納米粉體材料具有以下的優(yōu)良性能：極小的粒徑、大的比表面積和高的化學性能，可以顯著降低材料的燒結溫度、節(jié)能能源；使陶瓷材料的組成結構致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能

46、，提高其使用可靠性；可以從納米材料的結構層次（l100nm）上控制材料的成分和結構，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能。n另外，由于陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結構和宏觀性能。如果粉料的顆粒堆積均勻，燒成收縮一致且晶粒均勻長大，那么顆粒越小產生的缺陷越小，所制備的材料的強度就相應越高，這就可能出現(xiàn)一些大顆粒材料所不具備的獨特性能。50納米玻璃n納米玻璃，是利用納米技術，用特殊的裝置，對玻璃進行原子、分子級的操作，改變其特性，使之具有全新的性能。n玻璃的概念玻璃的概念n一種熔融時形成連續(xù)網絡結構，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結晶的硅酸鹽類非金屬材料。n玻璃最初由火山噴出的酸性巖凝固而

47、得。約公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃裝飾品和簡單玻璃器皿，當時只有有色玻璃，約公元前1000年前，中國制造出無色玻璃。公元12世紀，出現(xiàn)了商品玻璃，并開始成為工業(yè)材料。18世紀，為適應研制望遠鏡的需要，制出光學玻璃。1873年，比利時首先制出平板玻璃。1906年，美國制出平板玻璃引上機。此后，隨著玻璃生產的工業(yè)化和規(guī)?；?，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世?，F(xiàn)代，玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域的重要材料。51納米材料的分類納米材料的分類納米半導體納米半導體納米磁性材料納米磁性材料納米非線性光學材料納米非線性光學材料納米鐵電體納米鐵電體納米超導材料納米超導材料納米熱電材料納米熱電材

48、料52按材料按材料物性物性分類分類納米材料的分類納米材料的分類納米電子材料納米電子材料納米光電子材料納米光電子材料納米生物醫(yī)用材料納米生物醫(yī)用材料納米敏感材料納米敏感材料納米儲能材料納米儲能材料53按按應用應用分類分類納米敏感材料納米敏感材料n所謂敏感材料，是指能將各種物理的或化學的非電參量轉換成電參量的功能材料。這類材料的共同特點是電阻率隨溫度、電壓、濕度以及周圍氣體環(huán)境等的變化而變化。n用敏感材料制成的傳感器具有信息感受、交換和傳遞的功能，可分別用于熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、聲敏以及色敏等不同領域。n敏感材料是當前最活躍的無機功能材料，各種傳感器的開發(fā)應用具有重要意義，對遙感技術、自動控制技

49、術、化工檢測、防爆、防火、防毒、防止缺氧以及家庭生活現(xiàn)代化等都有直接的關系。n54納米材料的分類納米材料的分類零維納米材料零維納米材料一維納米材料一維納米材料二維納米材料二維納米材料三維納米材料三維納米材料55按按結構結構分類分類零維納米材料零維納米材料n定義：指空間三維尺度均在定義：指空間三維尺度均在納米尺度納米尺度（100 100 nmnm）以內以內的材料，如的材料，如 納米顆粒納米顆粒（納米粒子）、（納米粒子）、原子團簇原子團簇等。等。56量子點量子點（QuantumDot）n量子點是在把導帶電子、價帶空穴及激子在量子點是在把導帶電子、價帶空穴及激子在三個空間方向上束縛住的三個空間方向上

50、束縛住的半導體半導體納米結構納米結構。電子運動在電子運動在三維空間三維空間都受到了限制，因此有都受到了限制，因此有時被稱為時被稱為“人造原子人造原子”、“超晶格超晶格”、“超超原子原子”或或“量子點原子量子點原子”，是，是2020世紀世紀9090年代年代提出來的一個新概念。提出來的一個新概念。57n量子點是由量子點是由有限數(shù)目的原子有限數(shù)目的原子組成，三個維度尺寸均組成，三個維度尺寸均在納米數(shù)量級。量子點一般為球形或類球形，是由在納米數(shù)量級。量子點一般為球形或類球形，是由半導體材料半導體材料( (通常由通常由IIBIIBAA或或IIIAIIIAVAVA元素組成元素組成) )制成的、制成的、穩(wěn)定

51、直徑在穩(wěn)定直徑在2 220 nm20 nm的納米粒子。的納米粒子。n量子點是在納米尺度上的量子點是在納米尺度上的原子和分子的集合體原子和分子的集合體，既，既可由一種半導體材料組成，如由可由一種半導體材料組成，如由IIBIIB、VIAVIA族元素族元素( (如如CdSCdS、CdSeCdSe、CdTeCdTe、ZnSeZnSe等等) )或或IIIAIIIA、VAVA族元素族元素( (如如InPInP、InAsInAs等等) )組成，也可以由兩種或兩種以上組成，也可以由兩種或兩種以上的半導體材料組成。的半導體材料組成。58一維納米材料一維納米材料n定義：指空間二個維度上尺寸為定義：指空間二個維度上

52、尺寸為納米尺度納米尺度（100 nm100 nm）以內以內的材料，如的材料，如 納米線（納米納米線（納米絲）、納米帶、納米棒、納米管絲）、納米帶、納米棒、納米管等。等。59二維納米材料二維納米材料n定義：指空間一個維度上尺寸為定義：指空間一個維度上尺寸為納米尺度納米尺度（100 nm100 nm）以內以內的材料，如的材料，如 超薄膜、多層膜、超薄膜、多層膜、超晶格超晶格等。等。60粉碎定義：固體物料粒子尺寸由大粉碎定義：固體物料粒子尺寸由大變小過程的總稱，它包括變小過程的總稱，它包括“破碎破碎”和和“粉磨粉磨”。前者是由大料塊變成。前者是由大料塊變成小料塊的過程，后者是由小料塊變小料塊的過程，

53、后者是由小料塊變成粉體的過程。粉碎作用力的類型成粉體的過程。粉碎作用力的類型如右圖所示幾種。如右圖所示幾種。基本粉碎方式：壓碎、剪碎、沖擊基本粉碎方式：壓碎、剪碎、沖擊粉碎和磨碎。粉碎和磨碎。種類：濕法粉碎種類：濕法粉碎 干法粉碎干法粉碎一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機和振動一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機和振動磨是磨碎與沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎、磨磨是磨碎與沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎、磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等等。碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等等。機械粉碎法機械粉碎法一種：顆粒之間或顆粒與磨球之間互相摩擦一種：顆粒之間或

54、顆粒與磨球之間互相摩擦,使得一使得一定粒度范圍內的顆粒造成表面粉碎定粒度范圍內的顆粒造成表面粉碎,結果形成大和小結果形成大和小兩種粒度的新顆粒兩種粒度的新顆粒,稱為稱為摩擦粉碎或表面粉碎摩擦粉碎或表面粉碎。另一種：由于球對顆?；蝾w粒對顆粒的沖擊、碰撞另一種：由于球對顆?；蝾w粒對顆粒的沖擊、碰撞和剪切等作用和剪切等作用,從顆粒中近似等體積地分割出兩個小從顆粒中近似等體積地分割出兩個小顆粒顆粒,稱為稱為沖擊壓縮粉碎或體積粉碎。沖擊壓縮粉碎或體積粉碎。球磨過程中引起粉末粒度發(fā)生變化的機理球磨過程中引起粉末粒度發(fā)生變化的機理有兩種：有兩種：粉碎過程的另一現(xiàn)象粉碎過程的另一現(xiàn)象“逆粉碎現(xiàn)象逆粉碎現(xiàn)象”物

55、料在超細粉碎過程中，隨著粉碎時間的延長，顆粒物料在超細粉碎過程中，隨著粉碎時間的延長，顆粒粒度的減小，比表面積的增加，顆粒的表面能增大，粒度的減小，比表面積的增加，顆粒的表面能增大，顆粒之間的相互作用增強，團聚現(xiàn)象增加，達到一定顆粒之間的相互作用增強，團聚現(xiàn)象增加，達到一定時間后，顆粒的粉碎與團聚達到平衡。時間后，顆粒的粉碎與團聚達到平衡。 粉碎粉碎 團聚團聚是各種粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是各種粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是相似條件下濕法球磨比干法粒度下限低的原因是相似條件下濕法球磨比干法粒度下限低的原因.機械粉碎法機械粉碎法例如：例如：A：在干法研磨水泥熟料時加入乙二醇作為助磨劑

56、，產率：在干法研磨水泥熟料時加入乙二醇作為助磨劑，產率可提高可提高2550；B：在濕法球磨鋯英石時加入在濕法球磨鋯英石時加入0.2的三乙醇胺，研磨時的三乙醇胺，研磨時間減少間減少3/4。打破以上平衡打破以上平衡,可采取的一個重要方法就是加入可采取的一個重要方法就是加入助磨劑：助磨劑：粉碎粉碎團聚團聚助磨劑的使用助磨劑的使用定義：在超細粉碎過程中，能夠顯著提高粉碎效定義：在超細粉碎過程中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學物質稱為助磨劑。率或降低能耗的化學物質稱為助磨劑。機械粉碎法機械粉碎法機械粉碎法機械粉碎法 在納米粉碎中，隨著粒子粒徑的減小，被粉碎物在納米粉碎中，隨著粒子粒徑的減小，被粉碎

57、物料的結晶均勻性增加，粒子強度增大，斷裂能提高，粉料的結晶均勻性增加，粒子強度增大，斷裂能提高，粉碎所需的機械應力也大大增加。因而粒度越細，粉碎的碎所需的機械應力也大大增加。因而粒度越細，粉碎的難度就越大。粉碎到一定程度后，盡管繼續(xù)施加機械應難度就越大。粉碎到一定程度后，盡管繼續(xù)施加機械應力，粉體物料的粒度不再繼續(xù)減小或減小的速率相當緩力，粉體物料的粒度不再繼續(xù)減小或減小的速率相當緩慢，這就是物料的粉碎極限。慢，這就是物料的粉碎極限。采用機械粉碎法需注意的問題：采用機械粉碎法需注意的問題：1 1）安全性問題）安全性問題 對于易燃、易爆物料，其粉碎生產過程中還會伴隨對于易燃、易爆物料，其粉碎生產

58、過程中還會伴隨有燃燒、爆炸的可能性。有燃燒、爆炸的可能性。2 2）納米機械粉碎極限）納米機械粉碎極限機械粉碎法機械粉碎法球磨機是目前廣球磨機是目前廣泛采用的納米磨碎泛采用的納米磨碎設備。設備。它是利用介質和它是利用介質和物料之間的相互研物料之間的相互研磨和沖擊使物料粒磨和沖擊使物料粒子粉碎，經幾百小子粉碎，經幾百小時的球磨，可使小時的球磨，可使小于于lm的粒子達到的粒子達到20。1球磨球磨(Milling)1）研磨碗自轉和公轉）研磨碗自轉和公轉轉速的傳動比率任意轉速的傳動比率任意可調。可調。2 ） 最 終 顆 粒 大 ?。?最 終 顆 粒 大 小1m。3）可充入惰性氣體進）可充入惰性氣體進行機

59、械合金，機械復行機械合金，機械復合，納米材料及復合合，納米材料及復合材 料 的 合 成 。材 料 的 合 成 。 4）材質可選擇瑪瑙，）材質可選擇瑪瑙，氮化硅，氧化鋁，氧氮化硅，氧化鋁，氧化鋯，不銹鋼，普通化鋯，不銹鋼，普通鋼，碳化鎢，包裹塑鋼，碳化鎢，包裹塑料的不銹鋼。料的不銹鋼。高能球磨高能球磨n高能球磨基本原理：將磨球和材料粉末一同放入球磨容器中，高能球磨基本原理：將磨球和材料粉末一同放入球磨容器中，利用具有很大動能的磨球相互撞擊，使磨球間的粉末壓延、利用具有很大動能的磨球相互撞擊，使磨球間的粉末壓延、壓合、破碎、再壓合，形成層狀復合體。這種復合體顆粒再壓合、破碎、再壓合，形成層狀復合體

60、。這種復合體顆粒再經過重復破碎和壓合，如此反復，隨著復合體顆粒的層狀結經過重復破碎和壓合，如此反復，隨著復合體顆粒的層狀結構不斷細化、纏繞，起始的顆粒層狀特征逐漸消失，最后形構不斷細化、纏繞，起始的顆粒層狀特征逐漸消失，最后形成非常均勻的亞穩(wěn)態(tài)結構。成非常均勻的亞穩(wěn)態(tài)結構。n高能球磨機利用介質和物料之間長時間反復的相互研磨高能球磨機利用介質和物料之間長時間反復的相互研磨和沖擊使物料顆粒粉碎到要求或極限尺寸。和沖擊使物料顆粒粉碎到要求或極限尺寸。n目前，已經發(fā)展了應用于不同目的的各種高能球磨方法，目前，已經發(fā)展了應用于不同目的的各種高能球磨方法，包括滾轉磨、摩擦磨、行星磨等。包括滾轉磨、摩擦磨、