纳米材料的性能、制备、表征及应用方面的进展(材料0707李龙飞)VIP免费

纳米材料的性能、应用、制备方法及表征方法中南大学材料院材料0707班李龙飞0603070731【摘要】本文结合国内外近年来的研究工作，简要介绍纳米材料的一些基本的性能，重点介绍纳米材料的制备方法，以及在现实过程中的一些制备技术，再深入的介绍纳米材料的表征和应用方面。【关键词】纳米材料性能应用制备方法表征方法1、前言1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下：一相任一维的尺寸达到100nm以下的材料为纳米材料[1]。因此，纳米材料是由尺度在1~100nm的微小颗粒组成的体系，由于独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。近十几年来，随着高尖端技术的快速发展，关于高性能新型纳米材料的开发促使人们对固体微粒的制备、结构、性质和应用前景进行了广泛深入的研究随着物质的超微化，纳米材料表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的四大效应小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，使得其具有传统材料所不具备的一系列优异的力、磁、电、光学和化学等宏观特性，从而使其作为一种新型材料在宇航、电子、冶金、化工生物和医学领域展现出广阔的应用前景，因而使得纳米材料的研究成为当今世界材料科学凝聚态物理、化学等领域中的一个热门课题[2-5]。经过最近十多年的研究与探索，现已在纳米材料的制备方法、结构表征、物理和化学性能、实际应用等方面取得显著进展。纳米材料的研究范围不断拓宽，研究成果更是日新月异，本文仅对纳米材料的性能，制备、表征和应用方面的进展作简要介绍。2、纳米材料的性能纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100nm的粒子组成的新型材料。由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，它具有常规粗晶材料不具备的特殊性能。2.1小尺寸效应：当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。例如:光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等[6]。2．2表面效应：纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。这是由于粒径小,表面积急剧变大所致。由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应[7]。2.3量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低轨道能级而使能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。量子尺寸效应直接解释了纳米粒子特别的热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量以及超导态的凝聚能等一系列的与宏观特性有着显著不同的特性[8]。2.4宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现了一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应,称为宏观的量子隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要意义。它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限[9]。量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微化的极限。当微电子器件进一步细微化时,必须要考虑上述的量子效应[10]。2.5纳米材料奇特的物理性能：2.5.1奇特的光学特性：一是宽频带强吸收：纳米粒子对光的反射率很低，吸收率很强导致粒子变黑。二是蓝移现象：纳米微粒的吸收带普遍向短波方向移动。三是纳米微粒出现了常规材料不出现的新的发光现象[11]。2.5.2扩散及烧结性能：由于在纳米结构材料中有大的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。因此，与单晶材料相比，纳米结构具有较高的扩散率。较高的扩散率对蠕变、超塑性等力学性能有显著影响，同时可以在较低的温度对材料进行有效的掺...