纳米材料期末小抄

1，什么是纳米？

纳米是一个长度单位，简写为nm。1 nm=10(-9) m=10 埃。

2．纳米材料的定义和分类？

即三维空间中至少有一维尺寸在1-100纳米范围的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。

0维材料, 1维材料, 2维材料, 体相纳米材料,纳米孔材料

3,纳米科技从研究可以分为哪几类？

1. 纳米材料

2. 纳米器件

3. 纳米尺度的检测和表征

4，制造纳米材料的路线

1、无意识的方面

2、有意识的制作

3、自觉地研究

4、系统研究

5，常见纳米结构单元

原子团簇，纳米微粒、人造原子、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米带、纳米环、纳米螺旋和同轴纳米电缆

6，量子点

是指载流子在三个方向上的运动都要受到约束的材料体系，即电子在三个维度上的能量都是量子化的。也叫零维量子点。量子点是指尺寸小于体材料玻尔激子尺寸的半导体纳米晶。7，原子团簇，纳米微粒、微米颗粒的区别

原子团簇粒径小于或等于l nm，其许多性质既不同于单个原子分子，也不同于固体和液体。微米材料半径大于或等于1um。纳米颗粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒，它的尺度大于原子团簇，小于通常的微分，一般在1-100nm。

8，多壁碳纳米管一般由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成，可以有直形、弯形、螺旋等不同外形。管间距为0.34nm左右，相当于石墨的[0002]面间距。直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级。

单壁碳纳米管:根据螺旋角θ的不同存在三种类型的结构：分别称为单臂碳纳米管armchair、锯齿形碳纳米管zigzag和手性形碳纳米管chiral。

石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，同时也是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

透射电子显微镜TEM 扫描电子显微镜SEM 扫描隧道显微镜STM 原子力显微镜AFM XRD RAMAN

9，1926年，物理学家布施利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用，可以实现电子波聚焦，为电镜的发明奠定了基础。

10，1932年，德国的Ruska和Knoll等在柏林制成了第一台电子显微镜。其加速电压为70 kV，放大率只有l3倍，表明电子波可以用于显微镜。1986诺贝尔奖见图。采用双透镜可达1714倍。

11，TEM法测纳米样品的优缺点

优点；分辨率高，1-3? ，放大倍数可达几百万倍，亮度高，可靠性和直观性强，是颗粒度测定的绝对方法。缺点：缺乏统计性，立体感差，制样难，不能观察活体，可观察范围小，从几个微米到几个埃。[1] 取样时样品少，可能不具代表性。[2] 铜网捞取的样品少。

[3] 观察范围小，铜网几平方毫米就是1012平方纳米。[4] 粒子团聚严重时，观察不到粒子真实尺寸。检测到电信号。

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12，SEM分析样品的优缺点：优点：1)仪器分辨本领较高，通过二次电子像能够观察试样表面30 ?左右的细节。2) 放大倍数变化范围大(一般为l0—800000倍)，且能近续可调。3)观察试样的景深大，图像富有立体感。可用于观察粗糙表面，如金属断口、催化剂等。4)样品制备简单。缺点：不导电的样品需喷金(Pt、Au)处理，价格高，分辨率比TEM低。电信号。

13，STM的理论基础是隧道效应。对于一种金属－绝缘体－金属(MIM)结构，当绝缘层足够薄时，就可以发生隧道效应。隧道电流I是电极距离和所包含的电子态的函数。

14，AFM原理：将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定。另一端的针尖与样品表面轻轻接触。

15，XRD，X射线粉末衍射，可以用来测定晶体结构及纳米颗粒的晶粒尺寸。

16，金属块体材料，根据能带理论,在金属晶格中原子非常密集能组成许多分子轨道, 而且相邻的两分子轨道间的能量差非常小。原子相互靠得很近,原子间的相互作用使得能级发生分裂,从而能级之间的间隔更小,可以看成是连续的。

17，久保理论：久保理论是针对金属超微颗粒费米面附近电子能级状态分布而提出来的，不同于大块材料费米面附近电子态能级分布的传统理论。其内容为：当微粒尺寸进人到纳米级时，由于量子尺寸效应，原大块金属的准连续能级产生离散现象。

18，表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。19，纳米材料的制备根据制备环境可以分为气相法和液相法。

20，化学气相沉积法CVD气相沉积是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上生成固态沉积物的技术。

21，化学气相沉积的特点①保形性: 沉积反应如在气固界面上发生，则沉积物将按照原有固态基底的形状包覆一层薄膜。如果采用某种基底材料，在沉积物达到一定厚度以后又容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。②可以得到单一的无机合成物质。③可以沉积生成晶体或细粉状物质，甚至是纳米尺度的微粒。

22，分类根据反应类型不同分为热解化学气相沉积、化学合成气相沉积、化学输运反应。23，一维纳米材料是指在一维方向上为纳米尺度，长度比其他二维方向上的尺度大得多，甚至为宏观量的纳米材料。

24，准一维纳米材料的制备方法按照其策略归纳起来大致有下列六个方面(见图):

(a)固体各向异性的晶体学结构所决定的定向生长;晶体中各个面的能量及其生长速度。(b)引入一个液-固界面来减少籽晶的对称性，如在VLS生长机制中的液滴所产生的限域;(c)应用各种具有一维形貌的模板来引导一维纳米结构的形成;(d)应用合适的包敷剂来动力学地控制籽晶的不同晶面的生长速率;(e)零维纳米结构的自组装;(f)减小一维微结构的尺寸。

25，液相法：共沉淀法化，合物沉淀法，水解沉淀法，沉淀法，水热法，溶胶－凝胶法，冷冻干燥法，喷雾法。

26，水热法是在高压釜里的高温(100～1000℃) 、高压(1～100 Mpa)反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，在高压环境下制备纳米微粒的方法。

27，水热技术具有以下特点：1）、其温度相对较低。对比气相法2）、在封闭容器中进行，避免了组分的挥发。3）、体系一般处于非理想、非平衡状态。4）、溶剂处于接近临界、临界或超临界状态。

28，溶剂热法是采用有机溶剂代替水作介质，类似水热法合成纳米粉体的一种方法。

29，溶胶凝胶法是指金属有机和无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而形成氧化物或其它化合物纳米材料的方法。

30，奥斯特沃尔德熟化由于粒度之间的差别，诱发了奥斯特沃尔德熟化作用(Ostwald ripening)。溶液中产生的较小的晶体微粒因曲率较大，能量较高，所以会逐逐渐溶解到周围的介质中，然后会在较大的晶体微粒的表面重新析出，这使得较大的晶体微粒进一步增大。总的粒子数下降。

31，熔点下降的原因：由于纳米颗粒尺寸小，表面原子数比例提高，表面原子的平均配位数降低，这些表面原子近邻配位不全，具有更高的能量，活性大(为原子运动提供动力)，纳米粒子熔化时所需增加的内能小，这就使得纳米微粒熔点急剧下降。

32，主要磁特性可以归纳如下：(1) 超顺磁性纳米微粒尺寸小到一定临界值时，热运动能对微粒自发磁化方向的影响引起的磁性，称为超顺磁性。

33，巨磁电阻效应(Giant Magneto-Resistive，GMR) 由磁场引起材料电阻变化的现象称为磁电阻或磁阻(Magnetoresistance)效应。

34，纳米微粒吸收带“蓝移”的解释有两个方面：

一、量子尺寸效应

由于颗粒尺寸下降，能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向。

Ball等对这种蓝移现象给出了普适性的解释：已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因，这种解释对半导体和绝缘体都适用。

二、表面效应

由于纳米微粒颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。已经证明：5nm Ni点阵参数比常规块体收缩2.4%。对纳米氧化物和氮化物微粒研究表明：表面层第一近邻和第二近邻的距离变短。键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，结果使红外光吸收带移向了高波数。蓝移

35，减小半导体催化剂的微粒尺寸，可以显著提高其光催化效率。有以下3方面的原因：(i)能隙变宽当半导体粒子的粒径小于某一临界值(一般约为10nm)时，量子尺寸效应变得显著，电荷载体就会显示出量子行为，主要表现在导带和价带变成分立能级，能隙变宽，价带电位变得更正，导带电位变得更负，这实际上增加了光生电子和空穴的氧化—还原能力，提高了半导体光催化氧化有机物的活性。

(ii) 电子空穴分离效率高

半导体纳米粒子粒径通常小于空间电荷层的厚度，在离开粒子中心的L距离处的势垒高度为：LD是半导体的德拜长度，空间电荷层的任何影响都可以忽略。光生载流子(电子、空穴）通过简单的扩散从粒子的内部迁移到粒子的表面与电子给体或受体发生氧化或还原反应。(iii)吸附能力强

纳米粒子的尺寸很小，处于表面的原子很多，比表面积很大，吸附有机污染物的能力提高，光催化降解有机污染物的能力提高。