硫化铜纳米棒的低热固相合成及其光学性能
V o l.26高等学校化学学报 N o.4 2005年4月 CH E M I CAL JOU RNAL O F CH I N ESE UN I V ER S IT IES 620～622
硫化铜纳米棒的低热固相合成及其光学性能
周 杰,贾殿赠,刘 浪
(新疆大学应用化学研究所,乌鲁木齐830046)
摘要 在表面活性剂PEG2400存在的条件下,以醋酸铜和硫代乙酰胺为原料,利用低热固相化学反应,一步制备出分散均匀的硫化铜纳米棒.X射线粉末衍射和能量散射X射线能谱分析证明,产物为纯六角相的硫化铜.透射电镜和扫描电镜形貌分析表明,产物为棒状,直径为80～100nm,长度为200～500nm.紫外2可见光谱和光致发光光谱表明,硫化铜纳米棒的紫外和荧光最大吸收和发射波长与常规硫化铜相比均发生了明显的蓝移,表明所制备的硫化铜纳米棒具有良好的光学性质.
关键词 纳米棒;硫化铜;固相反应;光学性能
中图分类号 O613.5;O614.24 文献标识码 A 文章编号 025120790(2005)0420620203
过渡金属硫化物因在半导体、发光装置及超导等方面具有潜在的应用价值而引起关注[1～3].纳米材料由于其较大的比表面以及量子尺寸效应等在光吸收、发射、热电及光电等方面表现出与常规体相材料不同的特殊性能.硫化铜作为一种重要的半导体材料,被广泛地应用于热电偶、光记录、滤光器和太阳能电池等[4～6]方面.目前,硫化铜纳米材料的制备主要有化学沉积法[7]、声化学法[8]、水热合成法[9]和微波辐射法[10],这些方法一般需要较长的反应时间、较高的温度和压力以及特殊的反应装置.因此,寻找反应条件温和,易于操作,适用范围较广,成本低的制备一维纳米材料的新方法尤为重要.低热固相化学反应法近年来日益受到重视,并在材料合成方面显示出较大的优势[11].目前,已用低热固相化学反应法和固相反应前驱体法成功地制备了纳米氧化物、复合氧化物、硫化物和卤化物等[12～15].
本文报道了在表面活性剂PEG2400存在的条件下,以醋酸铜和硫代乙酰胺为原料,利用低热固相化学反应,一步制备出分散均匀的硫化铜纳米棒.制备的硫化铜纳米棒直径为80～100nm,长度为200～500nm.产物具有较好的晶型和较高的产率.
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
所用试剂均为分析纯.醋酸铜[Cu(A c)2?H2O,北京试剂厂];PEG2400和硫代乙酰胺(CH3CSN H2)(上海化学试剂公司);乙醇(中国医药公司).
用日本日立公司的H2600型透射电子显微镜(T E M)(加速电压为100kV)和德国L EO公司的L EO1430V P型扫描电子显微镜(SE M)对样品进行形貌分析;用日本马克公司的M XP18A H F型X射线衍射仪(XRD)(铜靶,扫描电压为40kV,扫描电流为100mA,使用水平单色器,扫描步长为0101°,扫描范围为10°～80°)进行成分和物相分析;用日本日立U23010型紫外2可见光谱仪(UV2V is)和上海分析仪器总厂的棱光970CR T型荧光光谱仪(PL)进行光学性质的分析.
1.2 实验方法
称取319930g Cu(A c)2?H2O(0102m o l),将其置于玛瑙研钵中充分研磨后,加入5mL PEG2 400混匀,再加入充分研磨的310052g CH3CSN H2(0104m o l),将混合物研磨反应5m in,体系由蓝色
收稿日期:2004205220.
基金项目:国家自然科学基金(批准号:20161003,20366005)资助.
联系人简介:贾殿赠(1962年出生),男,教授,主要从事低热固相反应及纳米材料研究.E2m ail:jdz@https://www.360docs.net/doc/aa17153520.html,
变成墨绿色,并有醋酸气味放出,继续研磨体系颜色加深,40m in 后完全变成黑色.将其置于80℃恒温水浴中加热12h ,自然冷却,用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤3次,真空干燥,得黑色产物.
2 结果与讨论
2.1 XR D 分析F ig .1 XR D pattern of the as -prepared
copper sulf ide nanorods 由产物的粉末X 射线衍射图(图1)可见,所有的衍射峰都指标化为纯六角相的CuS (JCPD S N o .0620464),未观察到如Cu 2S ,CuO 和S 等的杂峰.
计算晶胞参数为a =013796nm ,c =11631nm ,符
合文献值(a =013792nm ,c =11634nm ).固相产
物的衍射峰均有明显的宽化,说明产物具有小的尺
寸.产物的能量散射
X 射线能谱(EDX )分析结果
表明,产物仅有Cu 和S 存在,在样品表面未检测
到其它物质,表明样品是纯的硫化铜.
2.2 TE M 和
SE M
图2(A )为表面活性剂PEG 2400存在的条件下,以醋酸铜和硫代乙酰胺为原料制得的固相反应
产物的T E M 照片.可见,在表面活性剂存在下,固相反应产物为平均直径约80～100nm ,长约200～500nm 的棒.图2(B )为固相反应产物的SE M 照片,进一步证明了CuS 的棒状结构.与不加表面活性剂所得的固相反应产物的形貌相比[11],表面活性剂聚乙二醇在该固相化学反应制备硫化铜纳米棒的过程中起到关键作用.众所周知,聚乙二醇具有长的链状结构,反应物可能在聚乙二醇的链状结构表面进行反应,表面活性剂聚乙二醇修饰了原来的固态反应界面,并诱导产物粒子沿某一方向定向生长,最终得到纳米棒.
F ig .2 TE M (A )and SE M (B )i m ages of the copper sulf ide nanorods
2.3 紫外和荧光分析
F ig .3 UV -V is spectra (A )and f luorescen t spectra (B )of as -prepared copper sulf ide nanorods
图3(A )为利用固相化学反应制得的产物的紫外2可见光谱图(谱线a ),可见,产物的吸收边和吸收峰分别在348和335nm 处,其相应的带隙能分别为3157和3171eV ,相对于本体相的吸收峰(谱线
126N o .4周 杰等:硫化铜纳米棒的低热固相合成及其光学性能
226 高等学校化学学报V o l.26
b,344nm,3161eV)有一定程度的蓝移,表明存在纳米材料的量子限域效应.图中产物的紫外吸收性能增强的主要原因是产物的粒径减小,其比表面积增大,表面缺陷数增多.图3(B)为利用固相化学反应制备的产物(谱线a)和本体相(谱线b)的荧光发射光谱图,当激发波长为350nm时,产物在640nm 处有发射峰,保留了半导体的荧光发光特性,并有别于其本体相.
综上,在表面活性剂PEG2400存在的条件下,以醋酸铜和硫代乙酰胺为原料,利用低热固相化学反应,一步即可制得一维硫化铜纳米棒.这是一种简单、快速、有效的制备一维硫化物半导体纳米材料的方法.样品的紫外和荧光分析结果表明,产物具有良好的光学性能,在发光装置方面具有潜在的应用前景.
参 考 文 献
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Optica l Properties and Syn thesis of Copper Sulf ide Nanorods by
Sol id-sta te Reaction a t L ow Hea ti ng Tem pera ture
ZHOU J ie,J I A D ian2Zeng3,L I U L ang
(Institu te of A pp lied Che m istry,X inj iang U niversity,U rum qi830046,Ch ina)
Abstract W ell2dispersed copper acetam ide su lfide nano rods w ere p repared by m ean s of the so lid2state reacti on of copp er acetate and th i oacetam ide in the p resence of su rfactan t PEG2400at a low heating tem p eratu re.T he pow der X2ray diffracti on pattern and EDX indicated that the p roduct w as pu re hexagonal p hase copper su lfide nano rods.T he m o rpho logy of the nano rods w as characterized by tran s m issi on electron m icro scop y(T E M)and scann ing electron m icro scopy(SE M).T he diam eter and length of CuS nano rods ob tained are80—100nm and200—500nm,respectively.A nd the m ax i m um p eak po siti on s of ab so rp ti on sp ectrum and excited spectrum of CuS nano rods w ere ob served to sh ift tow ards h igher w ave num ber com pared w ith tho se of the bu lk CuS.T he resu lts clearly show the fine op tical p roperties of CuS nano rods.
Keywords N ano rod;Copper su lfide;So lid2state reacti on;Op tical p roperty
(Ed.:K,G)
619 Syn thesis of M oS2 Carbon Co m posite Nanotubes
SON G Xu2Chun3,ZH EN G Y i2Fan,
HAN Gu i,Y I N H ao2Yong,
CAO Guang2Sheng
Che m.J.Ch inese U niv.,2005,26(4),617_
619
622 Optica l Properties and Syn thesis of Copper Sulf ide Nanorods by Sol id-sta te Reaction
a t L ow Hea ti ng Te m pera ture
ZHOU J ie,J I A D ian2Zeng3,L I U L ang
Che m.J.Ch inese U niv.,2005,26(4),620_622
627 Prepara tion of Nano-iron N itr ide by Te m pera ture-programm ed Reaction fro m
Nano-iron Ox ides
ZH EN G M ing2Yuan,CH EN G R u i2H ua,
CH EN X iao2W ei,L I N ing,CON G Yu,
W AN G X iao2Dong,ZHAN G T ao3
Che m.J.Ch inese U niv.,2005,26(4),623_627
637 Starch Nanoparticle a s Tran sgen ic Veh icle M ed i a ted by Ultra sound
L I U Jun,L I U Xuan2M ing3,X I AO Su2
Yao, TON G Chun2Y i,TAN G Dong2Y ing,
ZHAO L i2J ian
Che m.J.Ch inese U niv.,2005,26(4),634_637
641 Ana lysis of Nord iterpeno id A lka lo ids i n Roots of A con itum kusnezof f ii by Electrospray
Ion iza tion Tande m M a ss Spectrom etry
XU Q ing2Xuan,W AN G Yong,
L I U Zh i2Q iang,L I U Shu2Y ing3,
T I AN Cheng
Che m.J.Ch inese U niv.,2005,26(4),638_641
646 M olecular I m pr i n ti ng-che m ilu m i nescence
D eter m i na tion of Ana lg i n
H E Yun2H ua,
L U J iu2R u3,
ZHAN G Hong2Ge,DU J ian2X iu
Che m.J.Ch inese U niv.,2005,26(4),642_646
层状磷酸锆纳米晶的低热固相合成及表征
层状磷酸锆纳米晶的低热固相合成及表征Ξ 吴文伟3,赖水彬,廖 森,吴学航,侯生益 (广西大学化学化工学院,广西南宁530004) 摘要:以Z rOCl2?8H2O和(NH4)3PO4?3H2O为原料,先在室温下研磨反应混合物使其进行固相反应,然后将其在80℃下密封保温96h,接着用水洗去混合物中的可溶性无机盐后于80℃下烘干,即得磷酸锆纳米晶产品。采用TG/DT A,IR,XRD和TE M对产品及其热解产品进行表征。结果表明,80℃下保温3h得到结晶良好、空间群为P21/c(14)、平均粒径约为23nm的Z r(HPO4)2?H2O,其晶体结构稳定的温度可高达450℃。在900℃下煅烧Z r(HPO4)2?H2O则得到结晶良好、空间群为Pa23(205)、平均粒径约为31nm的Z rP2O7晶体。 关键词:磷酸锆;纳米晶;低热固相合成;表征 中图分类号:TG13 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2007)06-0798-04 在目前各种重要的无机材料中,层状多价金属磷酸盐占据了特别重要的地位。这是由于具有层状结构的多价金属磷酸盐是一类有应用前景的高选择性离子交换剂、高效酸催化剂、质子导体和新功能材料[1～4]。其中,磷酸锆是一种四价金属磷酸盐,它的合成及应用一直深受人们的关注。磷酸锆有两种基本形式,即α2和γ2磷酸锆,分别以Z r(HPO4)2?H2O(α2Z rP)和Z r(PO4)(H2PO4)?2H2O(γ2Z rP)表示。这些化合物首先由Clear field等[5]通过回流法制得;后来,Benbam za等[6]采用溶胶2凝胶法制得了α2Z rP 晶体;Alberti[7]采用直接沉淀法(或称为氟配合物法)制得了结晶度高的α2Z rP;T arafdar等[8]采用碳酸锆配合物、磷酸氢二铵为原料,在溴化十四烷基三甲铵(TT Br)表面活性剂存在下的碱性介质中用直接沉淀法则制得了球形中等层间距磷酸锆。由于α2Z rP 层间距的可调性,因此可将某些有机分子或表面活性剂分子通过“层离一插层法”嵌入α2Z rP层间,来改变α2Z rP层间距或它的疏水性,从而制备出聚合物/α2Z rP纳米复合材料[9]或新型层柱催化材料[10]。层状α2Z rP及其改性产品的应用前景取决于它的性质及其是否价廉易得。因此,探索出简单、有效的合成方法是实现产品应用的关键。 低热固相反应法是一种有前途的新的合成法,已成功用于多种化合物的合成,如原子簇化合物、多酸化合物、某些低价金属磷酸盐和纳米氧化物[11～13]。基于低热固相反应法所具有的优点,本文尝试用该法进行了结晶磷酸锆的合成。 1 实 验 1.1 试剂与仪器 Z rOCl2?8H2O和(NH4)3PO4?3H2O均为市售分析纯。 Netsch40PC型热重/差热分析仪;Nexus470型傅里叶变换红外分光光度计;Rigaku D/Max2500V 型X射线衍射仪,Cu靶,带石墨单色器;J E M2 2000EX/S透射电子显微镜。 1.2 Z r(HPO4)2?H2O的制备 先将8.64g(NH4)3PO4?3H2O和5.00g Z rOCl2?8H2O分别置于两个研钵中研磨成粉末,然后将(NH4)3PO4?3H2O粉末加入盛有Z rOCl2?8H2O粉末的研钵中,在室温下用研磨棒研磨50min,研磨速度约为90圈/min,强度适中。研磨结束后将糊状的反应混合物转入100ml烧杯中用磷酸调节糊状反应混合物至pH=1～2后,套上保温膜置于80℃的烘箱中保温96h使无定型产品转变成晶体。然后用水洗去混合物中的可溶性盐,接着用无水乙醇淋洗沉淀两次,再将沉淀抽干。将沉淀置于80℃烘箱中干燥3h,即得Z r(HPO4)2?H2O产品。 第31卷 第6期V ol.31№.6 稀 有 金 属 CHI NESE JOURNA L OF RARE MET A LS 2007年12月 Dec.2007 Ξ收稿日期:2007-03-11;修订日期:2007-04-20 基金项目:广西自然科学基金(0640009);广西大型仪器协作共用网资助基金(360220062049)资助项目作者简介:吴文伟(1961-),男,广西合浦人,硕士,教授;研究方向:无机功能材料和有色冶金新工艺3通讯联系人(E2mail:gxuwuwenwei@https://www.360docs.net/doc/aa17153520.html,)
金银纳米颗粒的制备与光学性质研究
2011届毕业设计（论文） 题目： 专业：光电子材料与器件 班级：光电1101 姓名：王麒 指导老师：朱杰君 起讫日期： 2015年 6 月
金银纳米结构的制备与光学性质研究 摘要 现代技术的发展在很大程度上依赖于现有材料的改进及新材料的产生。在纳米材料的研究热潮中，贵金属（尤其是Au和Ag）纳米材料因其独特的光、电、催化等特性受到众多研究领域的广泛关注。研究表明，金属纳米材料的性能与纳米粒子的尺寸和形貌密切相关。 本文主要研究了银纳米线和金纳米片的制备和其光学特性，通过简单的多羟基法成功制备了银纳米线和金纳米片。在反应温度为170℃的条件下，改变PVP与AgNO3的摩尔比R和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的聚合度k，制备出了银纳米线和银纳米颗粒的混合物，研究了其光学性质以及生长机制。在反应初期阶段，Ag离子与PVP链的极性基团的化学吸附可以促进银纳米线的生长。利用多羟基方法制备尺寸可控的金纳米片（厚度为数十纳米，尺寸在微米量级），在温度为180℃的情况下，改变PVP-K30与金离子摩尔比R(R=1，10，20，40)，探讨了金纳米片的最佳生长条件。 关键词：金银纳米结构多羟基过程液相合成生长机制表面等离激元共振
Study on the Synthesis and Optical Properties of Gold and Silver Nanostructures Abstract The evolution of all modern technologies strongly depends on the improvement of existing materials and the development of new materials. In the hot research topic of nanomaterials, noble metal(especially for gold and silver) nanostructures have attracted particular attention because of their unique optical, electrical, catalytic properties. Recent investigations demonstrate that their properties are strongly depended on the size and shape of metal nanoparticles. This paper mainly studies the synthesis and optical properties of silver nanowires and gold nanoplates, which were prepared by a simple poly(vinyl pyrrolidone)-directed polyol synthesis process. Under a synthesis condition of T=170℃, a mixture of Ag nanowires and nanoparticles was obtained by changing the molar ratios of PVP /AgNO3, and the chain length of PVP. The growth mechanism and optical properties of the nanowires were studied. It is proposed that the chemical adsorption of Ag+ on the PVP chains at the initial stage promotes the growth of Ag nanowires. Gold nanoplates(tens of nanometers in thickness and micrometers in size) have been synthesized through a polyol process. Under the condition of T=180℃, the suitable growth conditions for gold nanoplates was studied by changing the molar ratios of PVP/HAuCl4 (R=1,10,20,40). Key words: silver and gold nanostructures; polyol process; growth mechanism; surface plasma resonance(SPR)
金纳米棒的制备和应用
金纳米棒的制备及其在生命科学 上的应用 第一章研究背景 金属纳米微粒的研究，尤其是对其形貌可控制备及其相关应用的性质和应用研究一直是材料科学以及相关领域的前沿热点。非球形的金纳米颗粒如棒、线、管及核壳结构相继被成功合成，其各种性质不仅仅依赖于尺寸而且还依赖于拓扑结构，其中金纳米棒（gold nanorods，GNRs）是最受关注的一类。 金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。金是一种贵金属材料，化学性质非常稳定，金纳米颗粒沿袭了其体相材料的这个性质，因此具有相对稳定，却非常丰富的化学物理性质。金纳米棒拥有随长宽比变化，从可见到近红外连续可调的表面等离子体共振波长，极高的表面电场强度增强效应（高至107倍），极大的光学吸收、散射截面，以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质，金纳米棒在材料科学界正受到强烈的关注，并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究。 第二章 GNRs的制备及修饰 2.1 GNRs的制备 近年来，对于金纳米棒的合成已经研究出来许多有效的方法。主要分为晶种生长法，模板法，电化学法和光化学法等不同方法制备出分散性好颗粒均匀的金纳米棒。
2.1.1 晶种法 晶种法研究的时间最长，因此研究的最深入。晶种可以是球型金纳米粒子，或者是短的金纳米棒。晶种法合成金纳米棒可以分为三个步骤：晶种的制备、生长液的配置、金纳米棒的生成。 1 种子制备：将5mL 0.50 mM氯金酸（HAuCl4)溶液与5 mL 0.2M 十六烷基溴化铵（CTAB）混合，加入0.6 mL 冰冻的0.01 M 硼 氢化钠（NaBH4）溶液，搅拌 2 min 后 25℃静置2h。 2 生长溶液制备：向反应容器中依次加入5mL 0.20 M CTAB，5 mL 1 mM HAuCl4， 0.5 mL硝酸银（AgNO3）， 0.07 mL 0.10 M 抗坏血酸（AA），搅拌 2 min。 3 GNRs制备：在生长溶液中加入0.012 mL种子溶液,搅拌2min后 28℃，静置3h，得到充分生长的GNRs。 在生长过程中纳米棒的纵横比可以通过改变晶种与金属盐的比例进行控制。在随后的研究中,通过调节溶液的 pH 也可改善纳米棒的合成。对于长的金纳米棒的制备，侧需使生长液中同时存在一定比例的CTAB 与 BDAC。另外通过控制 CTAB 浓度，也能进一步还原并获得高纵横比的金纳米棒。而 Danielle K. Smith等报道应用不同厂家生产的CTAB都会对金纳米棒的制备产生影响。一定范围内Ag+的加入量能控制金纳米棒的纵横比，提高金纳米棒的产率。这种方法设备要求低，制备过程简单，改变反应物浓度就可改变纵横比，使用最广泛。 2.1.2 模板法 模板法是指用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板，使前驱体进入后在模板的孔壁上反应，结合电化学沉淀法、溶胶凝胶法和气相沉淀法等技术，形成所需的纳米棒。模板法具有良好的可控制性：通过对模板尺寸的控制，可以制备出粒径分布范围窄、粒径可控、反应易于控制等贵金属纳米颗粒。 Martin等最早利用模板法制备金纳米棒，利用金纳米棒的生长空间受限的原理，来合成金纳米棒。van der Zande等发展了该方法，利用电化学沉积法将金沉积在纳米多孔聚碳酸酯或氧化铝模板内，先喷上少量的导电基底，再电沉积金，随后去除模板，加入PVP以保护和分散金纳米棒，具体的制备流程如图1所示。邵桂妮等利用HAuCl4以柠檬酸三钠为还原剂，利用在多孔氧化铝(AAO)模板中浸泡金溶胶，制备出一维金
固相合成基础 SPPS
一、多肽合成概论 1．多肽化学合成概述： 1963年，R.B.Merrifield［1］创立了将氨基酸的C末端固定在不溶性树脂上，然后在此树脂上依次缩合氨基酸，延长肽链、合成蛋白质的固相合成法，在固相法中，每步反应后只需简单地洗涤树脂，便可达到纯化目的.克服了经典液相合成法中的每一步产物都需纯化的困难，为自动化合成肽奠定了基础.为此，Merrifield获得1984年诺贝尔化学奖. 今天，固相法得到了很大发展.除了Merrifield所建立的Boc法(Boc:叔丁氧羰基)之外，又发展了Fmoc 固相法(Fmoc:9-芴甲氧羰基).以这两种方法为基础的各种肽自动合成仪也相继出现和发展，并仍在不断得到改造和完善. Merrifield所建立的Boc合成法［2］是采用TFA(三氟乙酸)可脱除的Boc为α-氨基保护基，侧链保护采用苄醇类.合成时将一个Boc－氨基酸衍生物共价交联到树脂上，用TFA脱除Boc，用三乙胺中和游离的氨基末端，然后通过Dcc活化、耦联下一个氨基酸，最终脱保护多采用HF法或TFMSA(三氟甲磺酸)法.用Boc法已成功地合成了许多生物大分子，如活性酶、生长因子、人工蛋白等. 多肽是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质。它是分子结构介于氨基酸和蛋白质之间的一类化合物,由多种氨基酸按照一定的排列顺序通过肽键结合而成。到现在，人们已发现和分离出一百多种存在于人体的肽，对于多肽的研究和利用，出现了一个空前的繁荣景象。多肽的全合成不仅具有很重要的理论意义，而且具有重要的应用价值。通过多肽全合成可以验证一个新的多肽的结构；设计新的多肽，用于研究结构与功能的关系；为多肽生物合成反应机制提供重要信息；建立模型酶以及合成新的多肽药物等。 多肽的化学合成技术无论是液相法还是固相法都已成熟。近几十年来，固相法合成多肽更以其省时、省力、省料、便于计算机控制、便于普及推广的突出优势而成为肽合成的常规方法并扩展到核苷酸合成等其它有机物领域。本文概述了固相合成的基本原理、实验过程，对其现状进行分析并展望了今后的发展趋势。 从1963年Merrifield发展成功了固相多肽合成方法以来，经过不断的改进和完善，到今天固相法已成为多肽和蛋白质合成中的一个常用技术，表现出了经典液相合成法无法比拟的优点。其基本原理是：先将所要合成肽链的羟末端氨基酸的羟基以共价键的结构同一个不溶性的高分子树脂相连，然后以此结合在固相载体上的氨基酸作为氨基组份经过脱去氨基保护基并同过量的活化羧基组分反应，接长肽链。重复（缩合→洗涤→去保护→中和及洗涤→下一轮缩合）操作，达到所要合成的肽链长度，最后将肽链从树脂上裂解下来，经过纯化等处理，即得所要的多肽。其中α-氨基用BOC（叔丁氧羰基）保护的称为BOC固相合成法，α-氨基用FMOC（9-芴甲氧羰基）保护的称为FMOC固相合成法， 2．固相合成的基本原理
低温固相合成综述
研究生课程论文封面 课程名称 材料制备与合成 开课时间 10-11学年第一学期 学院 数理与信息学院 学科专业 凝聚态物理 学 号 2009210663 姓名 朱伶俊 学位类别 理学 任课教师 李正全 交稿日期 成绩 评阅日期 评阅教师 签名 浙江师范大学研究生学院制
低温固相合成综述 目前，环境污染、能源过度消耗队地球及人类带来的危害已经越来越大。人们在发展经济的同时也在积极面对怎样克服对环境的污染，保护我们的生态平衡。近十几年来，由于传统的化学反应里在溶液或气相中进行，其反应需要能耗高，时间长，污染环境严重以及工艺复杂，因此越来越多的人将目光投向曾经被人类很早就利用过的固相化学反应。低温固相化学反应法是20世纪80年代发展起来的一种新的合成方法，并且发展极为迅速。其制备工艺简单，反应条件温和，节约能源，产率高，污染低等优点，使其再化学合成领域中日益受到重视。固相反应法已经成为了人们制备新型无机功能材料的重要手段之一。 1、低温固相合成的发展 固相化学反应是人类最早使用的化学反应之一，我们的祖先早就掌握了制陶工艺，将制得的陶器用作生活日用品。但固相化学作为一门学科被确认却是在20世纪初，原因自然是多方面的，除了科学技术不发达的限制外，更重要的原因是人们长期的思想束缚。自亚里士多德时起，直至距今80多年前，人们广泛相信“不存在液体就不发生固体间的化学反应”。直到1912年，Hedvall在Berichte 杂志发表了《关于林曼绿》（CaO和ZnO的粉末固体反应）为题的论文，有关固相化学的历史才正式拉开序幕。事实上，许多固相反应在低温条件下便可发生。早在1904年，Pfeifer等发现加热[Cr(en)3]Cl3或[Cr(en)3](SCN)3分别生成cis-[Cr(en)2Cl2]Cl和trans-[Cr(en)2(SCN)2]SCN；1963年，Tscherniajew等首先用K2[PtI6]与KCN固-固反应，制取了稳定产物 K2[Pt(CN)6]。虽然这些早期的工作已发现了低温下的固相化学反应，但由于受到传统固相反应观念的束缚，人们对它的研究没有像对待高温固相反应那样引起足够的重视，更未能在合成化学领域中得到广泛应用。然而研究低温固相反应并开发其合成应用的价值的意义是不言而喻的。 1993年Mallouk教授在 Science 上发表评述：“传统固相化学反应合成所得的是热力学稳定的产物，而那些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存在，它们在高温时分解或重组成热力学稳定的产物。为了得到介稳固态相反应产物，扩大材料的选择范围，有必要降低固相反应温度。”可见，降低反应温度，不仅可获得更新的化合物，为人类创造更加丰富的物质财富，而且可最直接地提供人们了解固相反应机理所需要的实验佐证，为人类尽早地实现能动、合理地利用固相化学反应进行定向合成和分子装配，最大限度地发挥固相反
半导体纳米材料的光学性能及研究进展
?综合评述? 半导体纳米材料的光学性能及研究进展Ξ 关柏鸥 张桂兰 汤国庆 (南开大学现代光学研究所,天津300071) 韩关云 (天津大学电子工程系,300072) 摘要 本文综述了近年来半导体纳米材料光学性能方面的研究进展情况,着重介绍了半导体纳米材料的光吸收、光致发光和三阶非线性光学特性。 关键词 半导体纳米材料;光学性能 The Optica l Properties and Progress of Nanosize Sem iconductor M a ter i a ls Guan B ai ou Zhang Gu ilan T ang Guoqing H an Guanyun (Institute of M odern Op tics,N ankaiU niversity,T ianjin300071) Abstract T he study of nano size sem iconducto r particles has advanced a new step in the understanding of m atter.T h is paper summ arizes the p rogress of recent study on op tical p roperties of nano size sem icon2 ducto r m aterials,especially emphasizes on the op tical2abso rp ti on,pho to lum inescence,nonlinear op tical p roperties of nano size sem iconducto r m aterials. Key words nano size sem iconducto r m aterials;op tical p roperties 1 引言 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。 低维材料一般分为以下三种:(1)二维材料,包括薄膜、量子阱和超晶格等,在某一维度上的尺寸为纳米量级;(2)一维材料,或称量子线,线的粗细为纳米量级;(3)零维材料,或称量子点,是尺寸为纳米量级的超细微粒,又称纳米微粒。随着维数的减小,半导体材料的电子能态发生变化,其光、电、声、磁等方面性能与常规体材料相比有着显著不同。低维材料开辟了材料科学研究的新领域。本文仅就半导体纳米微粒和由纳米微粒构成的纳米固体的光学性能及其研究进展情况做概括介绍。2 半导体纳米微粒中电子的能量状态 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子、空穴)的运动将受限,导致动能的增加,原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。 关于半导体纳米微粒中电子能态的理论工作最早是由AL.L.Efro s和A.L.Efro s开展的[1]。他们采用有效质量近似方法(E M A),根据微粒尺寸R与体材料激子玻尔半径a B之比分为弱受限(Rμa B,a B=a e+ a h,a e,a h分别为电子和空穴的玻尔半径)、中等受限(a h 第二章气体和溶剂 P45 1.使用气体应注意哪些安全问题 答：防毒 防火防爆 2.试述气体的来源和净化步骤，如何除去气体中的水分 答：来源 1.工业制备 2.实验室制备 净化步骤： 1.除去液雾和固体颗粒 2.干燥 3.除氧 4.除氮 去除气体中水分有两条途径： 1.让气体通过低温冷降，使气体中的水分冷冻下来 2.让气体通过干燥剂，将水分除去 3.干燥气体的干燥剂有哪些选择干燥剂应考虑哪些因素 答：干燥剂有两类： 1.可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂 2.可吸附气体中水分的干燥剂 应从以下方面考虑： 干燥剂的吸附容量，干燥剂的吸附容量越大越好 吸附速率，吸附速率越快越好 残留水的蒸汽压，吸附平衡后蒸汽压越小越好 干燥剂的再生 4.如何进行无氧实验操作 1.无水无氧操作室 2保护气体及其净化 3 试剂的储存和转移 4 反应、过滤和离心分离及升华提纯 5 样品的保存和转移 5.溶剂有哪些类型质子溶剂有什么特点质子惰性溶剂分为几类举例说明溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂 质子溶剂的特点：自电离 质子惰性溶剂分类： a惰性溶剂四氯化碳，环己烷等 b偶极质子惰性溶剂。乙腈，二甲基亚砜等 c两性溶剂三氟化溴 d无机分子溶剂二氧化硫，四氧化二氮。 6. 使用溶剂时应考虑哪些因素依据哪些原则 答：因素：反应物的性质,生成物的性质,溶剂的性质 a反应物充分溶解 b反应物不与溶剂作用 c使副反应最少 d易于使产物分离。 7.规则溶液理论的是用范围是什么 答：规则溶液理论只能适用于混合物，在这个混合物中没有化学反应和溶剂化效应。 8.下列反应在水和液氨中进行效果有什么不同 答：在水中进行时，反应产物为氯化银有白色沉淀。在液氨进行时，溶液为无色透明，发生了络合效应。 9.什么叫拉平效应和区分效应 答：拉平效应：将各种不同强度的酸拉平到溶剂化质子的水平的效应区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 10.举例说明非水溶剂在无机合成中的应用。 答：a水溶液中难以生成化合物的制备。 b无水盐的制备 c异常氧化态特殊配位化合物的制备 d控制制备反应的速度 e提高制备反应的产率。 第三章经典合成方法 1. 化学气相沉积法有哪些反应类型该法对反应体系有什么要求在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质如何解释 答1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。 2、要求： 1）反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。 2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发 3）沉积装置简单操作方便。 3、金属烷基化物，其M-C键能一般小于C-C键能，可广泛用于沉积高附着 性的金属膜。若元素的烷氧基配合物，由于M-O键能大C-键能，所以可用来沉积氧化物。 2.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同 答：方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉 第五章高分子试剂及固相合成 在化学工业中，化学试剂的功能强弱及质量高低，直接影响着产品的产量和质量。随着化学工业的发展以及合成工业的发展，相关的研究进一步深入，对化学试剂的要求越来越高，对试剂往往不仅要求收率高，反应活性好，而且要求具有较高的选择性甚至专一性。使用高效的化学试剂不仅可以提高材料的使用效率，还可以简化反应过程。高分子试剂即带有反应性官能团的高聚物，将低分子试剂连接到高分子载体上，就成为高分子试剂。具有特殊功能和性质的高分子试剂的使用推动了化学工业和有机合成工业的发展，氧化、还原、卤化、氢化、酰化、缩合等反应已经广泛采用高分子试剂。高分子试剂具有许多小分子试剂无法比拟的优点，解决了许多小分子试剂无法解决的问题。高分子试剂的最初发展是为了使某些均相反应转化为多相反应，从而简化分离过程，提高试剂的稳定性。随着多相反应以及高分子化学的进一步深入，高分子试剂中高分子骨架的参与和邻近基团效应使得高分子试剂显示出许多小分子试剂所不具备的功能，如无限稀释效应、立体选择效应、邻近协同效应等等。高分子试剂在功能上远远超过了小分子试剂，其多孔性、不溶性、高选择性和化学稳定性都是该材料获得了飞速的发展，为有机合成研究和化学工业工艺流程作出了贡献。 第一节高分子试剂概述 高分子化学试剂与低分子化学试剂相比有以下优点： 1 操作过程简单 具有一定交联度的高分子试剂在反应体系中只能溶胀不能溶解，可以简单的用过滤的方法使小分子原料和产物相互分离，简化了操作过程，提高了产品纯度。同时为提高反应速率和产品收率，可采用过量的高分子试剂，反应的高分子试剂大多可以用简单的方法回收利用，活性无明显降低。这是高分子试剂最为显著的优点，为工业化生产带来了许多方便。另外，利用高分子试剂的可回收可再生性，可将某些贵重的试剂高分子化后使用，通过回收利用达到降低成本的目的。高分子试剂反应后再生使用的实例见下式，多肽合成时使用高分子酰化试剂，产物分离步骤简单，十分有效。 1.1引言 水质监测与金纳米棒 纳米材料具有独特的物理化学和光学性质，被誉为“21世纪最有前途的材料”，与生物技术、信息技术共同作为21世纪社会经济发展的三大支柱和战略制高点[1]。其中，自罗马帝国和早期中国采用经验法合成金纳米和银纳米胶体颗粒以来，贵金属纳米颗粒自的光学特性就备受追捧[2-4]。然而，只是在近二十年来，科学家们在真正掌握合成形状可控的各向异性的金属纳米颗粒。金纳米棒由于具有特殊的物理特性，在纳米电子学、光学、生物医药等领域[5]都有广泛应用。本文综述了金纳米棒的合成方法和机理以及其在化学生物传感方面的研究，并对其在离子检测方面进行了一定的研究。 1.2 金纳米棒的合成 成功合成出均一稳定的金纳米棒对其应用至关重要。球形金纳米颗粒的合成可以追溯到一个世纪以前，合成金纳米棒颗粒最普遍的方法是柠檬酸盐还原法。这种方法将一定量的柠檬酸盐加入到沸腾的氯金酸溶液中，通过调节柠檬酸盐和氯金酸的比例可以轻松调节制备的金纳米颗粒的尺寸[6-8]。而金纳米棒的合成方法更加复杂，合成金纳米棒的较为成功有效的方法在过去十年中才实现。比较幸运的是，金纳米棒有趣的是光学特性，吸引了大量的研究人员为之不懈努力。合成不同结构的金纳米棒的方法有多种。第一种是Murphy [9]和El-Sayed[10]等发明的湿化学合成法，然而，所有这些技术制备的只是单晶纳米棒。第二种是在某种模板表面还原金，这种方法制备的为多晶的纳米棒。最后一种方法为在一些有机溶剂中合成不同形态的纳米棒，像超薄纳米棒和纳米线。 1.2.1 晶种生长法 在多种金纳米棒的合成方法中，由于晶种生长法过程操作简单，并且高质量、高产量，纳米棒尺寸控制简单，易于表面改性[11]，所以应用最为广泛。Jana[12]等首次在2001年证明了种子生长法制备金纳米棒。该方法首先通过硼氢化钠在含有柠檬酸钠的环境中还原氯金酸，来制备柠檬酸盐包覆的3~4nm金纳米种子溶液，然后将种子溶液加入到含有氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、抗坏血酸和硝酸银的混合溶液中，使种子溶液中的金纳米颗粒生长。通过调节种子溶液的加入量，制备不同长径比的金纳米棒。 纳米材料的光学特性 美国著名物理学家，1965年诺贝尔物理奖获得者R.P Feynman在1959年曾经说过：“如果有一天能按人的意志安排一个个原子分子将会产生什么样的奇迹”，纳米科学技术的诞生将使这个美好的设想成为现实。 纳米材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。纳米材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级（1~100nm）的固态材料。由于极细的晶粒，大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，纳米材料与同组成的微米晶体（体相）材料相比，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能，因而成为材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。 1 纳米材料的分类和结构 根据不同的结构，纳米材料可分为四类，即：纳米结构晶体或三维纳米结构；二维纳米结构或纤维状纳米结构；一维纳米结构或层状纳米结构和零维原子簇或簇组装。纳米材料的分类如图表1所示。纳米材料包括晶体、赝晶体、无定性金属、陶瓷和化合物。 2 纳米材料的光学性质 纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别，突出地表现在小尺寸颗粒和庞大的体积百分数的界面，界面原子排列和键的组态的较大无规则性。这就使纳米材料的光学性质出现了一些不同于常规材料的新现象。 纳米材料的光学性质研究之一为其线性光学性质。纳米材料的红外吸收研究是近年来比较活跃的领域，主要集中在纳米氧化物、氮化物和纳米半导体材料上，如纳米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均观察到了异常红外振动吸收，纳米晶粒构成的Si膜的红外吸收中观察到了红外吸收带随沉积温度增加出现频移的现象，非晶纳米氮化硅中观察到了频移和吸收带的宽化且红外吸收强度强烈地依赖于退火温度等现象。对于以上现象的解释基于纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、晶场效应、尺寸分布效应和界面效应。目前，纳米材料拉曼光谱的研究也日益引起研究者的关注。 半导体硅是一种间接带隙半导体材料，在通常情况下，发光效率很弱，但当硅晶粒尺寸减小到5nm或更小时，其能带结构发生了变化，带边向高能态迁移，观察到了很强的可见光发射。研究纳米晶Ge的光致发光时，发现当Ge晶体的尺寸减小到4nm以下时，即可产生很强的可见光发射，并认为纳料晶的结构与金刚石结构的Ge 不同，这些Ge纳米晶可能具有直接光跃迁的性质。Y.Masumato发现掺CuCl纳米晶体的NaCl在高密度激光下能产生双激子发光,并导致激光的产生,其光学增益比CuCl 大晶体高得多。不断的研究发现另外一些材料，例如Cds、CuCl、ZnO、SnO2、Bi2O3、Al2O3、TiO2、SnO2、Fe2O3、CaS、CaSO4等，当它们的晶粒尺寸减小到纳米量级时，也同样观察到常规材料中根本没有的发光观象。纳米材料的特有发光现象的研究目前正处在开始阶段，综观研究情况，对纳米材料发光现象的解释主要基于电子跃迁的选择定则，量子限域效应，缺陷能级和杂质能级等方面。 纳米材料光学性质研究的另一个方面为非线性光学效应。纳米材料由于自身的特性，光激发引发的吸收变化一般可分为两大部分：由光激发引起的自由电子-空穴对所产生的快速非线性部分；受陷阱作用的载流子的慢非线性过程。其中研究最深入的为CdS纳米微粒。由于能带结构的变化，纳米晶体中载流子的迁移、跃迁和复合过程均呈现与常规材料不同的规律，因而其具有不同的非线性光学效应。 纳米材料非线性光学效应可分为共振光学非线性效应和非共振非线性光学效应。非共振非线性光学效应是指用高于纳米材料的光吸收边的光照射样品后导致的非线性效应。共振光学非线性效应是指用波长低于共振吸收区的光照射样品而导致的光学非线性效应，其来源于电子在不同电子能级的分布而引起电子结构的非线性，电子结构的非线性使纳米材料的非线性响应显著增大。目前，主要采用Z-扫找（Z-SCAN）和DFWM技术来测量纳米材料的光学非线性。 金纳米棒用于双光子荧光成像 2016-04-18 12:31来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 金纳米棒受激发后光物理过程 对活体生物组织的实时成像是人们一直追求的目标。实现活体成像的一个难点是如何提高深层组织的检测信号强度。由于一般激光和发射光很难透过组织，自身背景荧光的干扰及光在体内组织上的散射等因素都会降低活体深层组织成像的灵敏度，而加大激发光的强度又会对生物体产生伤害。因此，具有在近红外区光学性质可调控的金纳米棒可以在一定程度上解决这一问题。 新型荧光成像技术探索的道路上面临着两个难题：一是细胞在可见光区的自发荧光对标记分子所发信号的掩盖；二是对所研究分子很难进行长期荧光标记观察。这就迫切需要研制开发光稳定性好的近红外荧光探针。 目前，双光子激发有以下优点： (1) 由于用近红外光激发，所需能量低于破坏活体细胞能量阀值几个数量级，对活细胞的损伤很小，适于活体观察，光漂白作用也小； (2) 在组织中由于600～900 nm近红外光比可见光的透过率高，可达几个厘米，因此可观察样品中更深层的荧光像, 能够进行体外或在体内的非破坏、非介入性分析； (3) 许多原本只能在可见区甚至是紫外区使用的荧光探测试剂也可以应用在近红外区域。 (4) TPL信号能很好的与组织自发荧光区分。 Boyd等人最早于1986年报道了金纳米结构的双光子荧光性质(TPL)，但金膜的光电发射效率很低。金纳米棒在受到激光脉冲激发后能发出强烈的TPL, 特别适合做基于TPL的成像试剂。图为金纳米棒受激发后光物理示意图。近红外激光照射金纳米棒，诱导纵向等离子体共振激发，导致大部分光被吸收，少量散射。吸收双光子后，d轨道电子跃迁到sp轨道，形成空穴-电子对，空穴和电子分别再结合后发出双光子荧光。发热也是由电子振荡造成的。 V o l.26高等学校化学学报 N o.4 2005年4月 CH E M I CAL JOU RNAL O F CH I N ESE UN I V ER S IT IES 620～622 硫化铜纳米棒的低热固相合成及其光学性能 周 杰,贾殿赠,刘 浪 (新疆大学应用化学研究所,乌鲁木齐830046) 摘要 在表面活性剂PEG2400存在的条件下,以醋酸铜和硫代乙酰胺为原料,利用低热固相化学反应,一步制备出分散均匀的硫化铜纳米棒.X射线粉末衍射和能量散射X射线能谱分析证明,产物为纯六角相的硫化铜.透射电镜和扫描电镜形貌分析表明,产物为棒状,直径为80～100nm,长度为200～500nm.紫外2可见光谱和光致发光光谱表明,硫化铜纳米棒的紫外和荧光最大吸收和发射波长与常规硫化铜相比均发生了明显的蓝移,表明所制备的硫化铜纳米棒具有良好的光学性质. 关键词 纳米棒;硫化铜;固相反应;光学性能 中图分类号 O613.5;O614.24 文献标识码 A 文章编号 025120790(2005)0420620203 过渡金属硫化物因在半导体、发光装置及超导等方面具有潜在的应用价值而引起关注[1～3].纳米材料由于其较大的比表面以及量子尺寸效应等在光吸收、发射、热电及光电等方面表现出与常规体相材料不同的特殊性能.硫化铜作为一种重要的半导体材料,被广泛地应用于热电偶、光记录、滤光器和太阳能电池等[4～6]方面.目前,硫化铜纳米材料的制备主要有化学沉积法[7]、声化学法[8]、水热合成法[9]和微波辐射法[10],这些方法一般需要较长的反应时间、较高的温度和压力以及特殊的反应装置.因此,寻找反应条件温和,易于操作,适用范围较广,成本低的制备一维纳米材料的新方法尤为重要.低热固相化学反应法近年来日益受到重视,并在材料合成方面显示出较大的优势[11].目前,已用低热固相化学反应法和固相反应前驱体法成功地制备了纳米氧化物、复合氧化物、硫化物和卤化物等[12～15]. 本文报道了在表面活性剂PEG2400存在的条件下,以醋酸铜和硫代乙酰胺为原料,利用低热固相化学反应,一步制备出分散均匀的硫化铜纳米棒.制备的硫化铜纳米棒直径为80～100nm,长度为200～500nm.产物具有较好的晶型和较高的产率. 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 所用试剂均为分析纯.醋酸铜[Cu(A c)2?H2O,北京试剂厂];PEG2400和硫代乙酰胺(CH3CSN H2)(上海化学试剂公司);乙醇(中国医药公司). 用日本日立公司的H2600型透射电子显微镜(T E M)(加速电压为100kV)和德国L EO公司的L EO1430V P型扫描电子显微镜(SE M)对样品进行形貌分析;用日本马克公司的M XP18A H F型X射线衍射仪(XRD)(铜靶,扫描电压为40kV,扫描电流为100mA,使用水平单色器,扫描步长为0101°,扫描范围为10°～80°)进行成分和物相分析;用日本日立U23010型紫外2可见光谱仪(UV2V is)和上海分析仪器总厂的棱光970CR T型荧光光谱仪(PL)进行光学性质的分析. 1.2 实验方法 称取319930g Cu(A c)2?H2O(0102m o l),将其置于玛瑙研钵中充分研磨后,加入5mL PEG2 400混匀,再加入充分研磨的310052g CH3CSN H2(0104m o l),将混合物研磨反应5m in,体系由蓝色 收稿日期:2004205220. 基金项目:国家自然科学基金(批准号:20161003,20366005)资助. 联系人简介:贾殿赠(1962年出生),男,教授,主要从事低热固相反应及纳米材料研究.E2m ail:jdz@https://www.360docs.net/doc/aa17153520.html, 浅谈纳米材料的应用 【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命等方面的主要，并简单展望了纳米材料的应用前景。 【关键词】纳米材料；纳米技术；应用 有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。世界各国相继投入巨资进行，美国从2000年启动了国家纳米计划，国际纳米结构材料会议自1992年以来每两年召开一次，与纳米技术有关的国际期刊也很多。 一、纳米材料的特殊性质 纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 （一）力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 （二）磁学性质 当代机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 （三）电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电 半导体纳米材料的的光学性能 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子,空穴)的运动将受限,导致动能的增加,原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。 由于量子尺寸效应导致能隙增大,半导体纳米材料的吸收光谱向高能方向移动,即吸收蓝移。同时,由于电子和空穴的运动受限,他们之间的波函数重叠增大,激子态振子强度增大,导致激子吸收增强,因此很容易观察到激子吸收峰,导致吸收光谱结构化. 通常通过吸收光谱来研究半导体纳米微粒的量子尺寸效应和激子能级结构,近年来,研究较多的有[14～20]:Ⅲ-Ⅴ族半导体GaAs、InSb和GaP;Ⅱ-Ⅵ族半导体ZnS、CdS、CdSe和CdTe;Ⅰ-Ⅶ族半导体Cu-Cl、CuBr和CuI;PbS、PbI和间接带隙半导体材料Ag-Br;过渡金属氧化物Fe2O3、Cu2O、ZnO和非过渡金属氧化物SnO2、In2O3、Bi2O3等。余保龙等人[21]研究发现,SnO2纳米微粒用表面活性剂分子包覆时,由于表面的介电限域效应其吸收带边发生红移,而且随着表面包覆物与SnO2的介电常数差值增大和包覆物的浓度增大,其红移量增大。 半导体纳米微粒受光激发后产生电子-空穴对(即激子),电子与空穴复合的途径有 (1)电子和空穴直接复合,产生激子态发光。由于量子尺寸效应的作用,发射波长随着微粒尺寸的减小向高能方向移动(蓝移)。 (2)通过表面缺陷态间接复合发光[9,22]。在纳米微粒的表面存在着许多悬挂键、吸附类等,从而形成许多表面缺陷态。微粒受光激发后,光生载流子以极快的速度受限于表面缺陷态,产生表面态发光。微粒表面越完好,表面对载流子的陷获能力越弱,表面态发光就越弱。 (3)通过杂质能级复合发光。 对半导体纳米材料的研究开辟了人类认识世界的新层次,也开辟了材料科学研究的新领域。总的看来,半导体纳米材料的光学性能研究已取得了很大进展,人们已建立起了半导体纳米微粒中电子能态的理论模型,在材料的线性和非线性光学性能方面都开展了大量的工作,获得了很多有重要意义的成果。但是还有许多问题需要进一步深入研究,例如半导体纳米材料激子能级的理论结果与实验数据之间仍有差距,间接带隙半导体纳米材料的发光机理还有待研究,非线性光学性能的实验工作所涉及纳米材料的范围不够广,掺杂半导体纳米体系中杂质离子与基质间的相互作用还有许多新的物理内容需要揭示和探索等等。随着研究的进一步深入,一些与传统材料物理不同的新现象、新概念还会不断无机合成化学复习资料
第五章高分子试剂及固相合成
金纳米棒综述
纳米材料的光学特性
金纳米棒用于双光子荧光成像
硫化铜纳米棒的低热固相合成及其光学性能
纳米材料在光学方面的应用要点
半导体纳米材料的的光学性能