納米材料的表面.ppt

1、第一節(jié) 納米材料,基本概念和內(nèi)涵 納米材料的表面形貌 納米材料的表征 納米材料的特征 納米材料的制備,主要內(nèi)容,納米材料的表界面,什么是納米(nanometer)？ 什么是納米結(jié)構(gòu)(nanostructure)？什么是納米材料(nanomaterial)? 什么是納米技術(shù)(nanotechnology)？什么是納米科學(xué)(nanoscience)？ 什么是納米科學(xué)技術(shù)(Nano-ST)？,基本概念和內(nèi)涵,人高,20億 納米,100萬 納米,針頭,紅血球,分子及DNA,1千 納米,1 納米,0.1 納米,氫原子,Earth 1.2 x 107 m,In Greek, “nano” means dw

2、arf 納米是一個(gè)長度計(jì)量單位，1納米 = 10-9 米。,什么是納米(nanometer)？,Earth 1.2 x 107 m,什么是納米(nanometer)？,（2） 納米是社會(huì)實(shí)踐體系 a. 掀起廣泛深入的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng) b. 各國政府紛紛納入戰(zhàn)略規(guī)劃 c. 納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐,社會(huì)意義：,（1） 納米是新的物質(zhì)觀，新的方法論；,什么是納米結(jié)構(gòu)(nanostructure)？,納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑或組裝一種新的體系，它包括一維、二維和三維體系。,In this design, two rigid diamondoid rings are fused a

3、t a quasi-tetrahedral junction and sized, through the addition or subtraction of repeat subunits in each ring, to accommodate two carbon nanotubes of different diameters. The crimping of the nanotubes is a result of van der Waals packing of the rings, a feature that can be enhanced or removed by adj

4、usting the ring size. (grey = carbon, white = hydrogen, blue = nitrogen, red = oxygen),In this design, two diamondoid rings replace small segments of a carbon nanotube, providing a lock for a third, larger ring. The larger ring includes a stitch-work of oxygens to create an electron-rich interior wh

5、ose effective circular van der Waals packing just touches that of the nanotube framework.,Low-friction bearing assembly with two carbon allotropes,Crimp junctions for perpendicular carbon nanotube scaffolding,什么是納米材料(nanomaterial)?,納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(10-910-7m)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料,什么是納米科學(xué)(nanoscie

6、nce)？,在納米尺度上研究材料的制備及其性質(zhì)、現(xiàn)象的科學(xué)。,什么是納米技術(shù)(nanotechnology)？,在納米尺寸上對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行研究處理的技術(shù)稱為納米技術(shù)。納米技術(shù)本質(zhì)上是一種用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的技術(shù)。,納米技術(shù)是一門高新技術(shù)，它對(duì)21世紀(jì)材料科學(xué)和微型器 件技術(shù)的發(fā)展具有重要影響。 納米技術(shù)，就是要做到，從小到大，從下到上。要什么東西，將分子、原子搭起來，就是什么東西，原材料浪費(fèi)為零，能耗降到極低，徹底從技術(shù)上解決了環(huán)保問題。,納米技術(shù)是當(dāng)前全球都在談?wù)摰臒衢T話題。 所謂納米技術(shù)，是指用數(shù)千個(gè)分子或原子制造新型材料或微型器件的科學(xué)技術(shù)。 納米技術(shù)涉及的范圍很廣，納米材料只是

7、其中的一部分，但它卻是納米技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。 牛津大學(xué)材料系目前研究的納米技術(shù)項(xiàng)目有40多個(gè)，其中主要的有超細(xì)薄膜、碳納米管、納米陶瓷、金屬納米晶體和量子點(diǎn)線等。,-英國牛津大學(xué)材料系納米材料專家保爾華倫博士接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說,什么是納米技術(shù)(nanotechnology)？,什么是納米科技(Nano-ST)？,創(chuàng)造和制備各種新型具有優(yōu)異性能的納米材料 設(shè)計(jì)、制備各種納米器件和裝置 探測分析納米材料,器件的結(jié)構(gòu),性質(zhì)及其相互關(guān)系和機(jī)理,制造和研究納米尺度（10-9 10-7m）的器件和材料的科學(xué)技術(shù)。,納米科技將引發(fā)一場新的工業(yè)革命,國家自然科學(xué)基金與納米科技,國家自然科學(xué)基金資助“納米”

8、科技項(xiàng)目和經(jīng)費(fèi)逐年增加 (根據(jù)題目上出現(xiàn)納米字樣的部分基金項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)結(jié)果),納米科技是一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，各科學(xué)部分別從不同角度予以了資助,納米科技的科學(xué)意義,（1）納米科技將促使人類認(rèn)知的革命; （2）納米科技將引發(fā)一場新的工業(yè)革命; （3）納米科技是一門綜合性的交叉學(xué)科.,師昌緒院士為國家自然科學(xué)基金資助納米科技研究成果展覽題詞,納米科技的前景展望,材料和制備 微電子和 計(jì)算機(jī)技術(shù) 環(huán)境和能源 醫(yī)學(xué)與健康 生物技術(shù) 航天和航空 國家安全,FROM: ,納米材料的存在形式,納米材料的分類,納米微粒的結(jié)構(gòu)與形貌,Al2O3,形貌,NATURE Vol.

9、4371 September 2005,Ag,Au,Nanofibers,NATURE Vol. 4371 September 2005,Nanobelt /nanoribbon,ZnO SCIENCE VOL 291 9 MARCH 2001,ZnO Materials Letters 59 (2005) 16961700,Nano peapod,high-resolution, low-temperature scanning tunneling microscope (STM) (Science-1 February 2002),Nano rings,JACS 2005,Nano-flo

10、wers,中科院物理所先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室李超榮副研究員、張曉娜、表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曹則賢研究員通過應(yīng)力自組裝在無機(jī)體系A(chǔ)g/SiOx微米級(jí)的內(nèi)核/殼層結(jié)構(gòu)上成功地獲得了三角格子鋪排和斐波納契數(shù)花樣。,研究內(nèi)容以Report形式于2005年8月5日發(fā)表在Science上。文章發(fā)表后在國際上引起了強(qiáng)烈的反響。Nanotechweb 和 ORF ON Science網(wǎng)站當(dāng)天就分別以“應(yīng)變的微結(jié)構(gòu)形成類植物花樣” 和“微觀世界的花朵”作了長篇介紹。,納米粒子的表征,TEM(隧道顯微鏡),Four basic types of nanotech tools are available: Vis

11、ualization tools, primarily scanning probe and electron microscopes; Measurement (or metrology) tools, including spectroscopic and optics based; Fabrication/production tools, including nanomanipulators and nanolithographic devices; Simulation/modeling tools, which aid in the design and development o

12、f nanotechnology products.,SEM(掃描顯微鏡),AFM(原子力顯微鏡),STM(掃描隧道顯微鏡),納米微粒的四大效應(yīng),（1）表面效應(yīng) 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引起的性質(zhì)上的變化。 （2）量子尺寸效應(yīng) 當(dāng)粒子尺寸降低到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)榉至⒛芗?jí)和納米半導(dǎo)體微粒的能隙變寬的現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。,納米微粒的四大效應(yīng),（3）小尺寸效應(yīng) 當(dāng)納米粒子尺寸與德布羅意波以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，對(duì)于晶體其周期性的邊界條件將被破壞，對(duì)于非晶態(tài)納米粒子其表面層附近原子密度減小，這些都會(huì)

13、導(dǎo)致電、磁、光、聲、熱力學(xué)等性質(zhì)的變化，這稱為小尺寸效應(yīng)。 （4）宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有穿越勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，故稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。,（1）表面效應(yīng) 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引起的性質(zhì)上的變化。,Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size,（2）量子尺寸效應(yīng) 當(dāng)粒子尺寸極小時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子

14、能級(jí)將由準(zhǔn)連續(xù)態(tài)分裂為分立能級(jí)的現(xiàn)象。,量子尺寸效應(yīng)可導(dǎo)致納米顆粒的磁、光、聲、電、熱以及超導(dǎo)電性與同一物質(zhì)原有性質(zhì)有顯著差異，即出現(xiàn)反常現(xiàn)象。 例如金屬都是導(dǎo)體，但納米金屬顆粒在低溫時(shí)，由于量子尺寸效應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)絕緣性。 美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)當(dāng)半導(dǎo)體硒化鎘顆粒隨尺寸的減小能帶間隙加寬，發(fā)光顏色由紅色向藍(lán)色轉(zhuǎn)移。美國伯克利實(shí)驗(yàn)室控制硒化鎘納米顆粒尺寸，所制備的發(fā)光二極管可在紅、綠和藍(lán)光之間變化。 量子尺寸效應(yīng)使納米技術(shù)在微電子學(xué)和光電子學(xué)地位顯赫。,尺寸及形貌導(dǎo)致顏色不同,（3）小尺寸效應(yīng) 當(dāng)納米粒子尺寸與德布羅意波以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，對(duì)于晶體其周期性的邊界條件

15、將被破壞，對(duì)于非晶態(tài)納米粒子其表面層附近原子密度減小，這些都會(huì)導(dǎo)致電、磁、光、聲、熱力學(xué)等性質(zhì)的變化，這稱為小尺寸效應(yīng)。,隨著納米顆粒尺寸的減小，與體積成比例的能量，如磁各向異性等亦相應(yīng)降低，當(dāng)體積能與熱能相當(dāng)或更小時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)磁狀態(tài)向超順磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 當(dāng)顆粒尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子德布羅意波長、超導(dǎo)體的相干長度或透射深度等物理特性尺度相當(dāng)或更小時(shí)，其聲、光、電、磁和熱力學(xué)等特性均會(huì)呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。將導(dǎo)致光的等離子共振頻移、介電常數(shù)與超導(dǎo)性能發(fā)生變化。,（4）宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有穿越勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦

16、具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，故稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。,電子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此存在隧道效應(yīng)。 量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將會(huì)是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者說它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)。 例如，在制造半導(dǎo)體集成電路時(shí)，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長時(shí)，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0.25微米。,納米微粒的一些奇異特性,納米金屬的熔點(diǎn)比普通金屬低幾百度； 氣體在納米材料中的擴(kuò)散速度比在普通材料中快幾千倍； 納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提

17、高倍； 納米陶瓷的強(qiáng)度和韌性顯著提高 納米氧化鋁粉體添加到常規(guī)85瓷、95瓷中，觀察到強(qiáng)度和韌性均提高50以上； 納米材料具有奇特韌性，在經(jīng)受彎曲不斷裂； 納米材料在溫度下，塑性提高。,納米復(fù)合材料對(duì)光的反射度極低，但對(duì)電磁波的吸收性能極強(qiáng)，是隱形技術(shù)的突破； 納米材料顆粒與生物細(xì)胞結(jié)合力很強(qiáng)。 催化活性增強(qiáng) 以粒徑小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超細(xì)微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機(jī)物氫化的效率提高到傳統(tǒng)鎳催化劑的10倍。 直徑幾十納米的Si3N4納米線的彎曲強(qiáng)度在103Mpa量級(jí)，比塊體Si3N4材料高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。,納米微粒的一些奇異特性,第二節(jié)納米粒子的表面,自然界中的納米粒子

18、塵埃、煙 20世紀(jì)初人們已開始用蒸發(fā)法制備金屬及其氧化物的納米粒子 20世紀(jì)中期人們探索機(jī)械粉碎法使物質(zhì)粒子細(xì)化（極限為數(shù)微米） 近幾十年來機(jī)械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右 多種化學(xué)方法（表面活性劑的應(yīng)用）和物理方法的開發(fā) 近十年來各種高技術(shù)，如激光技術(shù)、等離子體技術(shù)等的應(yīng)用，使得制備粒度均勻、高純、超細(xì)、分散性好的納米粒子成為可能，但問題是如何規(guī)?；?物理方法粉碎法,幾種典型的粉碎技術(shù)： 球磨、振動(dòng)球磨、振動(dòng)磨、攪拌磨、膠體磨、納米氣流粉碎氣流磨,一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機(jī)和振動(dòng)磨是磨碎和沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等

19、等。,物料被粉碎時(shí)常常會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在：,物理方法粉碎法,1、粒子結(jié)構(gòu)變化，如表面結(jié)構(gòu)自發(fā)的重組，形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或重結(jié)晶。 2、粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì)變化，如電性、吸附、分散與團(tuán)聚等性質(zhì)。 3、受反復(fù)應(yīng)力使局部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致物料中化學(xué)組成發(fā)生變化。,構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子,物理方法構(gòu)筑法,化學(xué)法主要是“自下而上”的方法，即是通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)之間的原子必然進(jìn)行組排，這種過程決定物質(zhì)的存在狀態(tài)），包括液相、氣相和固相反應(yīng)，從分子、原子出發(fā)制備納米顆粒物質(zhì)。 化學(xué)法包括氣相反應(yīng)法和液相反應(yīng)法。,氣相反應(yīng)法可分為：氣

20、相分解法、氣相合成法及氣固反應(yīng)法等 液相反應(yīng)法可分為：沉淀法、溶劑熱法、溶膠凝膠法、反相膠束法等,化學(xué)合成方法,又稱單一化合物熱分解法。一般是將待分解的化合物或經(jīng)前期預(yù)處理的中間化合物行加熱、蒸發(fā)、分解，得到目標(biāo)物質(zhì)的納米粒子。一般的反應(yīng)形式為： A（氣） B（固） C（氣）,化學(xué)方法氣相分解法,氣相分解法的原料通常是容易揮發(fā)、蒸汽壓高、反應(yīng)性好的有機(jī)硅、金屬氯化物或其它化合物,Fe(CO)5(g) Fe(s)+5CO(g) SiH4(g) Si(s)+2H2(g) 3Si(NH)2 Si3N4(s)+2NH3(g) (CH3)4Si SiC(s)+6H2(g) 2Si(OH)4 2SiO2(

21、s)+4H2O(g),通常是利用兩種以上物質(zhì)之間的氣相化學(xué)反應(yīng)，在高溫下合成為相應(yīng)的化合物，再經(jīng)過快速冷凝，從而制備各類物質(zhì)的納米粒子。 一般的反應(yīng)形式為： A（氣） B（氣） C（固） D（氣）,激光誘導(dǎo)氣相反應(yīng),化學(xué)方法氣相合成法,3SiH4(g)+4NH3(g) Si3H4(s)+12H2(g) 3SiCl4(g)+4NH3(g) Si3N4(s)+12HCl(g) 2SiH4(g)+C2H4(g) 2SiC(s)+6H2(g) BCl3(g)+3/2NH3(g) B(s)+3HCl(g),沉淀法通常是在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽浼{米粒子的前驅(qū)體

22、沉淀物，再將此沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的納米粒子。存在于溶液中的離子A和B結(jié)合，形成晶核，由晶核生長和在重力的作用下發(fā)生沉降，形成沉淀物。,液相反應(yīng)法沉淀法,一般而言，當(dāng)顆粒粒徑成為1微米以上時(shí)就形成沉淀。 沉淀物的粒徑取決于核形成與核成長的相對(duì)速度。即核形成速度低于核成長，那么生成的顆粒數(shù)就少，單個(gè)顆粒的粒徑就變大。,液相反應(yīng)法沉淀法,沉淀法主要分為： 直接沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法、水解沉淀法、化合物沉淀法等,例如： 1. 在Ba，Ti的硝酸鹽溶液中加入草酸沉淀劑后，形成了單相化合物BaTiO(C2H4)2.4H2O沉淀。經(jīng)高溫分解，可制得BaTiO3的納米粒子。,在含有多種陽

23、離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子完全沉淀的方法稱為共沉淀法。根據(jù)沉淀的類型可分為單相共沉淀和混合共沉淀。,關(guān)鍵在于： 如何使組成材料的多種離子同時(shí) 沉淀？, 高速攪拌 過量沉淀劑 調(diào)節(jié)pH值,沉淀法共沉淀法,液相反應(yīng)法沉淀法,例如： 將尿素水溶液加熱到70oC左右，就會(huì)發(fā)生如下水解反應(yīng)： (NH2)2CO + 3H2O 2NH4OH + CO2 該反應(yīng)在內(nèi)部生成了沉淀劑NH4OH。,在金屬鹽溶液中加入沉淀劑溶液時(shí)，即使沉淀劑的含量很低，不斷攪拌，沉淀劑濃度在局部溶液中也會(huì)變得很高。 均勻沉淀法是不外加沉淀劑，而是使沉淀劑在溶液內(nèi)緩慢地生成，消除了沉淀劑的局部不均勻性。,反應(yīng)的產(chǎn)物一般是氫氧化

24、物或水合物。因?yàn)樵鲜撬夥磻?yīng)的對(duì)象是金屬鹽和水，所以如果能高度精制金屬鹽，就很容易得到高純度的納米粒子。,常用的原料有：氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽等無機(jī)鹽以及金屬醇鹽。,通過配置無機(jī)鹽的水合物，控制其水解條件，合成單分散性的球、立方體等形狀的納米粒子。例如對(duì)鈦鹽溶液的水解可以使其沉淀，合成球狀的單分散形態(tài)的二氧化鈦納米粒子。通過水解三價(jià)鐵鹽溶液，可以得Fe2O3納米粒子。,無機(jī)鹽水解法,液相反應(yīng)法水解沉淀法,水熱氧化： mM + nH2O MmOn + H2 水熱沉淀： KF + MnCl2 KMnF2 水熱合成： FeTiO3 + KOH K2O.nTiO2 水熱還原： MexOy +

25、yH2 xMe + yH2O 水熱分解： ZrSiO4 + NaOH ZrO2 + Na2SiO3 水熱結(jié)晶： Al(OH)3 Al2O3.H2O,液相反應(yīng)法水熱法,水熱過程是指在高溫、高壓下在水、水溶液或蒸氣等流體中所進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱條件能加速離子反應(yīng)和促進(jìn)水解反應(yīng)。,5mL 0.02M AgNO3 和5mL 0.02M NaCl ，加入到30mL蒸餾水中，攪拌生成AgCl膠體，然后0.04g,0.2mmol的葡萄糖溶在上述膠體溶液中，移入內(nèi)襯Teflon的50mL合成彈中，在加熱爐中180C下保持18小時(shí)，空氣中冷卻至室溫，蒸餾水和酒精沖洗銀灰色沉淀，真空60 C干燥2小時(shí)。,

26、水熱法合成Ag納米粒子,SEM image of samples obtained at 180C after a reaction time of A)6h, B)9h, C)12h,Chem. Eur. J. 2005, 11, 160-163.,基本原理是：將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分，最后得到無機(jī)材料。,液相反應(yīng)法溶膠凝膠法,金屬納米粒子的化學(xué)合成方法,Shipway, A.N.; Katz, E.; Willner, I. CHEMPHYSCHM. 2000, 1, 18-52.,1. Metal Comp

27、ound 2. Solvents ：Water Polar/Non-polar organic solvents 3. Reducing agent ：Gaseous hydrogen, Hydridic compounds Reducing organics, e.g. alcohols 4. Stabilizers (Stabilizing agents/ligands/capping agents/passivating agents): organic ligands, surfactants, polymers, polyoxoanions, et al., prevent unco

28、ntrollable growth of particles prevent particle aggregation control growth rate controls particle size allows particle solubility in various solvents,金屬納米粒子的化學(xué)合成方法,金屬納米粒子的化學(xué)合成方法,金屬納米粒子的化學(xué)合成方法,(1),(2),(3),A) dictation by the anisotropic crystallographic structure of a solid; B) confinement by a liqui

29、d droplet as in the vapor-liquid-solid process; C) direction through the use of a template; D) kinetic control provided by a capping reagent; E) self-assembly of 0D nanostructures; F) size-reduction of a 1D microstructure.,一維納米材料合成方法,Schematic illustrations of six different strategies that have been

30、 demonstrated for achieving 1D growth:,氣相一維控制生長是目前研究最多的，也是最成熟的一維納米材料的制備方法。但受前驅(qū)體的影響，利用此方法難以得到三元組分化合物以及摻雜化合物。同時(shí)，沉積在基底上的納米材料基本上是雜亂無章的，只能用刻蝕的方法預(yù)先獲得圖案狀的基底，隨后沉積得到廣義上的非單分散的陣列。隨著刻蝕技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸實(shí)現(xiàn)了單根納米管/線的CVD可控生長。,氣相法合成一維納米材料,利用氣相生長來制備一維納米材料，一般需要將前驅(qū)體加熱到一定溫度。常見的處理包括直接加熱金屬表面和化學(xué)氣相沉積。,氣 相 生 長,Cu新鮮表面快速升溫到400 700,Y.

31、N. Xia, Nano Lett. 2002, 2, 1333.,CuO納米線,CVD制備碳納米管,H.J,Dai Science 1999, 283, 512,氣 相 生 長,P.D.Yang Science 2001, 292, 1897.,ZnO納米線,設(shè)想存在一個(gè)納米尺寸的籠子(納米尺寸的反應(yīng)器)，讓原子的成核和生長在該“納米反應(yīng)器”中進(jìn)行。在反應(yīng)充分 進(jìn)行后，“納米反應(yīng)器”的大小和形狀就決定了作為產(chǎn)物的納米材料的尺寸和形狀。無數(shù)多個(gè)“納米反應(yīng)器”的集合就是模板合成技術(shù)中的“模板”。,模板生長,模板法使得納米材料的生長可以按照人們的意愿來進(jìn)行，產(chǎn)物基本涵蓋了目前可制備的一維納米材料。

32、一些輔助手段保證了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)完整性和形貌可控性，并且很容易獲得良好的納米陣列。,二者的共性是都能提供一個(gè)有限大小的反應(yīng)空間，區(qū)別在于前者提供的是靜態(tài)的孔道，物質(zhì)只能從開口處進(jìn)入孔道內(nèi)部，而后者提供的則是處于動(dòng)態(tài)平衡的空腔，物質(zhì)可以透過腔壁擴(kuò)散進(jìn)出。,模板的分類,軟模板和硬模板,硬模板有多孔氧化鋁、介孔沸石、蛋白、MCM41、納米管、多孔Si模板、金屬模板以及經(jīng)過特殊處理的多孔高分子薄膜等。 軟模板則常常是由表面活性劑分子聚集而成的膠團(tuán)、反膠團(tuán)、囊泡等。,首先是模板與產(chǎn)物的分離比較麻煩，很容易對(duì)納米管/線造成損傷；其次，模板的結(jié)構(gòu)一般只是在很小的范圍內(nèi)是有序的，很難在大范圍內(nèi)改變，這就使納米材料

33、的尺寸不能隨意地改變；第三，模板的使用造成了對(duì)反應(yīng)條件的限制，為了遷就模板的適用范圍，將不可避免地對(duì)產(chǎn)物的應(yīng)用造成影響。,缺點(diǎn)：,模板生長,模板生長,模板應(yīng)該包含有一維方向上的重復(fù)結(jié)構(gòu)，利用這個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一維納米結(jié)構(gòu)的可控生長。 帶有臺(tái)階的基底； 準(zhǔn)直孔道的多孔化合物； 一維納米材料模板； 生物DNA長鏈分子,J. R. Heath, Science 2003, 300, 112,帶有臺(tái)階的基底為模板,模板生長,貴金屬（Pd、Cu、 Ag、Au）金屬氧化物（MoO2、MnO2、Cu2O、Fe2O3）,R. M Penner, Science 2001, 293, 2227,模板生長,碳納米管為模板,C. M. Lieber, Chem. Mater. 1996, 8, 2041,模板生長,P. D. Yang, Nature, 2003, 422, 599,模板生長,生物模板 metall