納米材料的制備 第一組.ppt

1、準(zhǔn)備納米材料，班：華公園2008級(jí)2班制作組：鄧美娜里洪、鄭智河、高延、河彬豪丹、寇將軍、李淵、利薩圖老師：唐杰、優(yōu)奈德集團(tuán)是力量的源泉，人們是智慧的搖籃、1、以蒸汽機(jī)等機(jī)器發(fā)明為主要象征的第一個(gè)工業(yè)革命，將人類認(rèn)識(shí)推向毫米水平。繼1959年諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?、愛因斯坦之后，被認(rèn)為是最強(qiáng)大的理論物理學(xué)學(xué)者的理查德費(fèi)因曼(Richard Feinman)在加利福尼亞理工大學(xué)大學(xué)發(fā)表了題為“地上還有很多空間”的演講。這是關(guān)于納米技術(shù)第一個(gè)夢(mèng)，當(dāng)時(shí)沒有引起人們的充分注意。4，20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們從另一個(gè)角度開始提出對(duì)納米科學(xué)技術(shù)的設(shè)想，1974年，科學(xué)家唐尼古奇首次使用納米技術(shù)這個(gè)詞來描述精密加工

2、。德國人邁出第一步，落下美國人拉開序幕。1982年，德國科學(xué)家發(fā)明了用于納米研究的重要工具掃描隧道顯微鏡，人類從此直觀地觀察單個(gè)原子，揭示了可見原子、分子世界，對(duì)納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。1990年美國加州IBM實(shí)驗(yàn)室，將35個(gè)氙原子部署為“IBM”3字?？偯娣e只有幾平方納米，人類首次進(jìn)行單原子操作，納米技術(shù)的序幕拉開。6，1990年七月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國巴爾的摩舉行，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。7，1991年，碳納米管，人類的發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量是同體積鋼的六分之一，但強(qiáng)度是鋼的十倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。8，到1999年，納米技術(shù)逐漸市場(chǎng)，年納米產(chǎn)品銷售額逐漸增加

3、，只有1999年的500億美元，2，納米材料，在狹義上是所謂納米材料，原子簇，納米顆粒，納米線，納米薄膜，碳納米管和納米固體材料的總稱。廣義上說，所謂的納米材料，即晶體或晶界等顯微結(jié)構(gòu)能達(dá)到納米尺寸水平的材料。納米材料分類納米材料結(jié)構(gòu)、納米材料分類、廣義：納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊等四種茄子狹義，根據(jù)化學(xué)成分：納米金屬、納米晶、納米陶瓷、納米玻璃、納米聚合物、納米復(fù)合材料、納米半導(dǎo)體、材料，按維：零維納米粒子和原子簇、一維納米線、納米棒和納米管、二維納米薄膜、納米涂層和超晶格等，按結(jié)構(gòu)狀態(tài)：納米晶體、納米非晶、納米準(zhǔn)晶材料。納米粉末，納米粉末：也稱為超細(xì)粉末或超細(xì)纖維，通常是指粒度在1

4、00納米以下的粉末或粒子，是原子、分子和宏觀物體之間處于中間物狀態(tài)的固體顆粒物質(zhì)?？捎茫焊呙芏却庞涗洸牧?；吸收隱身材料；磁流體材料防輻射材料單晶硅和精密光學(xué)拋光材料；微籌碼導(dǎo)熱基板和布線材料；微電子學(xué)包裝材料光電材料先進(jìn)電池電極材料太陽能電池材料高效催化高效燃燒劑；敏感組件高性能陶瓷材料(用于不破碎的陶瓷、陶瓷引擎等)人體修復(fù)材料抗癌劑等。納米纖維、納米纖維：直徑為納米尺寸、長(zhǎng)度大的線性材料?？捎茫何⒔z、微纖維(未來量子計(jì)算機(jī)和光子計(jì)算機(jī)的重要組成部分)材料新型激光或發(fā)光二極管材料等。納米膜，納米膜：納米膜分為顆粒膜和致密膜。顆粒膜是納米顆粒之間有很小間隙的薄膜。致密膜是指膜層致密，但結(jié)晶尺寸

5、納米級(jí)薄膜?？捎茫簹怏w催化劑(如汽車尾氣處理)材料；過濾材料高密度磁記錄材料；光敏材料平面顯示器材料超導(dǎo)材料等。納米塊，納米塊：通過成型納米粉末高壓或控制金屬液體結(jié)晶而獲得的納米結(jié)晶材料。主要用途：超高強(qiáng)度材料；智能金屬材料等納米材料結(jié)構(gòu)、納米材料結(jié)構(gòu)包括納米微粒、納米實(shí)體和納米裝配系統(tǒng)三個(gè)階段。其顯微結(jié)構(gòu)的物相具有納米尺度。各種納米材料結(jié)構(gòu)、納米材料主要形態(tài)、納米粒子、納米線、納米帶、納米膜、納米管、納米固體材料、3、納米材料的主要特性和用途、特性1)、光學(xué)特性2)、光電催化特性4)、吸收特性3)納米微粒的尺寸例如，納米金屬粉末具有軍事用高性能毫米波隱身材料、紅外隱形材料和結(jié)構(gòu)隱形材料、可用

6、作手機(jī)輻射屏蔽材料的電磁波吸收作用。2)、光電催化特性、Ueda等太陽能觸發(fā)研究了納米材料半導(dǎo)體的微多相光電催化反應(yīng)。這些反應(yīng)主要集中在光解H2O、CO2、N2固定化、污染物的光催化降解、光催化有機(jī)合成等方面。3)，奇特的選擇性，納米材料大小不同，材料本身的選擇性也不同。Anpo等通過研究表明，鎢化的TiO2光燭光化的丙酮和水蒸氣的反應(yīng)中，TiO2納米材料選擇性隨著粒子直徑的減少而減少。4)，吸收特性，納米半導(dǎo)體粒子強(qiáng)吸收特性，使光生載流子優(yōu)先順序?qū)ξ讲牧献龀龇磻?yīng)。溶液中七電真物質(zhì)的氧還原前衛(wèi)順序無關(guān)。在納米半導(dǎo)體懸浮系統(tǒng)中，由于強(qiáng)吸收特性，單位質(zhì)量的粒子數(shù)量增加，吸收效率比其他吸附劑提高了

7、很多倍，未能輕易達(dá)到光吸收飽和度。5)，光電轉(zhuǎn)換特性，這種特性，納米材料在光電轉(zhuǎn)換中充分運(yùn)用。1991年，Gratzel等人研究了三對(duì)吡啶釕敏納米TiO2PEC電池的優(yōu)越性，在模擬太陽光源的照射下，光電效率為12%，光電流密度高于12 mA/cm2，納米材料主要用途是利用藥物：原子，分子安置制造具有特定功能的藥品，智能地包裝在多層納米粒子包裹中生活：具有抗菌、除味、防腐、抗衰老、防紫外線等作用的納米材料納米材料多功能塑料、電冰床、空調(diào)箱內(nèi)抗菌除味塑料。產(chǎn)業(yè)：現(xiàn)在生產(chǎn)的納米材料內(nèi)存芯片是芯片的數(shù)千倍。計(jì)算機(jī)普遍采用納米材料后，可以縮小為“掌上電腦”。使用納米材料技術(shù)對(duì)機(jī)器的關(guān)鍵元件進(jìn)行金屬表面納

8、米粉末涂層處理，可以提高機(jī)器設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)合粉末材料，可以制作殺菌、防霉、除臭劑和防紫外線內(nèi)衣及服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可以制造符合國防工業(yè)要求的防紫外線功能纖維。環(huán)境：環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)具有獨(dú)特功能的納米幕。牙齒膜可以檢測(cè)化學(xué)和生物制劑引起的污染，過濾這些制劑，消除污染。其他方面也有很多應(yīng)用案例。，根據(jù)反應(yīng)環(huán)境，液相法，氣相法，固體根據(jù)反應(yīng)的性質(zhì)，可分為物理制備方法、化學(xué)制備方法、化學(xué)物理制備方法。根據(jù)準(zhǔn)備方法的不同，納米粒子性能和大小可能會(huì)有所不同。物理方法、物理準(zhǔn)備方法、化學(xué)準(zhǔn)備方法和化學(xué)物理準(zhǔn)備方法、液

9、相法、氣相法和固相方法、物理方法、所謂物理方法，主要是在真空或惰性氣氛中蒸發(fā)物質(zhì)的光、傳記技術(shù)，然后形成原子或分子的納米顆粒、球磨、噴霧等，以力學(xué)過程為主。1、真空凝固法是真空蒸發(fā)、加熱、加熱其特點(diǎn)是純度高，晶體組織好，粒度可調(diào)，但技術(shù)設(shè)備要求高。2，物理粉碎法通過機(jī)械粉碎，火花爆炸等納米粒子。其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均。3、機(jī)械球磨采用球磨方法控制適當(dāng)?shù)臈l件，得到純?cè)?、合金或?fù)合材料納米粒子。其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均。典型物理方法的例子，實(shí)驗(yàn)原理電阻加熱法利用納米粉末在真空狀態(tài)及惰性氣體氬氣和氫氣中的電阻發(fā)熱體蒸發(fā)金屬、合金或陶瓷，然后

10、與惰性氣體發(fā)生碰撞、冷卻、凝結(jié)，形成納米微粒。蒸發(fā)-凝固法的典型裝置，用惰性氣體蒸發(fā)法，納米同分，原理：兩個(gè)金屬板分別用正極和負(fù)極，負(fù)極用蒸發(fā)材料，在兩個(gè)電極之間填充Ar氣體(40 250Pa)。由于陽極之間的輝光放電形成Ar牙齒，在電場(chǎng)的作用下，它撞擊Ar牙齒陰極靶表面，使靶原子從表面蒸發(fā)，形成超微分子，沉積在附著面上。構(gòu)筑法，構(gòu)建法是由小的極限原子或分子的集合體，將超微粒子，塊狀材料，原子分子化，納米粒子，如何通過物理將塊狀材料原子化？如何聚集很多原子或分子，形成納米粒子？，蒸發(fā)，離子濺射，溶劑分散，惰性氣體中或在非活性氣體中凝聚的有機(jī)表面上凝結(jié)的冷凍干燥法，共沉淀法在含有多種陽離子的溶液

11、中加入沉淀劑，使金屬離子完全沉淀的方法稱為共沉淀法。均勻沉淀法在溶液中添加緩慢生成沉淀劑的物質(zhì)，使溶液中的沉淀物均勻出現(xiàn)，這稱為均勻沉淀法。多元醇沉淀法許多無機(jī)化合物可以溶于多元醇。多元醇可以沸點(diǎn)高，大于100，因此可以通過高溫強(qiáng)制水解反應(yīng)準(zhǔn)備納米顆粒。沉淀轉(zhuǎn)化法本法根據(jù)化合物間溶解度，改變沉淀轉(zhuǎn)化劑的濃度、轉(zhuǎn)化溫度、表面活性劑，控制顆粒生長(zhǎng)，防止顆粒團(tuán)聚。(2)化學(xué)還原法、水溶液還原法使用水合、葡萄糖、溴化鈉(鉀)等還原劑，在水溶液中準(zhǔn)備超細(xì)粉末或非結(jié)晶粉末，使用聚合物保護(hù)聚乙烯基吡咯酮(PVP)防止顆粒團(tuán)聚，防止結(jié)晶尺寸減少。優(yōu)點(diǎn)是獲得的粒子分散性好，粒子形狀基本上是球形，可以控制過程。多

12、元醇還原法牙齒工藝主要采用金屬鹽，可溶于乙二醇(EG)、1軸2乙二醇(DEG)等酒精，也可懸浮，加熱到酒精沸點(diǎn)時(shí)與多元醇還原反應(yīng)，產(chǎn)生金屬沉淀物，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度或引入外核劑，即可獲得納米級(jí)粒子。氣相還原法本法也是制備微粉的一般方法。例如，15%H2-85%Ar還原金屬復(fù)合氧化物可以生成粒子大小小于35nm的CuRh、g-Ni0.33Fe0.66等。碳熱還原法碳熱還原法的基本原理是，以碳煙、SiO2為原料，在高溫下，在我氮保護(hù)下，通過碳熱還原反應(yīng)得到微型粉末，通過控制工藝條件，可以獲得多種產(chǎn)物。目前研究較多的是Si3N4、SiC粉末及SiC-Si3N4復(fù)合粉末的制備。(3)溶膠-凝膠法是在接近常溫

13、或常溫的室溫下將金屬純鹽溶液分解成水，同時(shí)發(fā)生縮聚反應(yīng)，使之成為溶膠，進(jìn)一步反應(yīng)，形成凝膠，固化，然后通過低溫?zé)崽幚慝@得無機(jī)材料的方法。加熱的溫度遠(yuǎn)低于氧化物的熔化溫度，因此被稱為低溫合成法。水分解，縮聚等化學(xué)反應(yīng)利用，也稱為玻璃化學(xué)合成方法。(4)水熱法，水熱法在高壓釜中的高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境下，將水用作反應(yīng)介質(zhì)，通常不溶或不溶物質(zhì)溶解，反應(yīng)也可以再結(jié)晶。水熱法具有兩種茄子特征，一種是相對(duì)較低的溫度，另一種是在密閉容器中進(jìn)行，避免群組揮發(fā)。水熱條件下粉末的制備：水熱結(jié)晶法(如Al(OH)3 Al203H2O水熱合成法)，如FeTiO3 K0H K2OnTiO2水熱分解法，如ZR SIO 4 NAOH ZRO2 NA2 NA2 SIO3水熱脫水法水熱使用水溶性劑代替牙齒非溶劑的方法不僅擴(kuò)大了水熱法技術(shù)的應(yīng)用范圍，還可以實(shí)現(xiàn)在一般條件下無法實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)，包括具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的材料的制備。(大衛(wèi)亞設(shè)，美國電視電視劇，健康)，化學(xué)方法的典型例子，(1)溶劑熱法準(zhǔn)備的特殊納米材料，Sem image of the fractal cluster morphology of Zr(Sem image of the fractal cluster morphology of Zr) 使用revealing their twisted surface with stepped