二维纳米材料综述

图1 几种二维纳米材料的示意图 Fig.1 Structures of several 2-D materials 基于液相体系的超声剥离制备二维纳米材料

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摘要：二维纳米材料因其在光学、电化学、催化等领域表现出的巨大应用潜能已成为纳米材料领域研究的热点。简述了基于液相体系超声剥离制备二维纳米材料的方法及其主要的研究方向和成果，主要包括基于液相体系中剥离原理提出的溶剂的选取方法；综合考虑环保、规模化生产以及材料应用提出的液相体系的改进；为提高单层率、片层尺寸以及剥离产率而提出的超声剥离预处理的方法。关键词：液相体系；超声；剥离；插层

引言

自2004年石墨烯的发现以来,二维纳米材料(two-dimensional nanomaterials )以其独特的性质得到广泛的关注,相关制备和应用的研究近年来也呈现井喷式的上升趋势。如今已发现的层状二维纳米材料主要有以下几类。a) 以石墨烯和h-BN 为代表的六元环蜂窝状的二维纳米单原子层晶体；b)以过渡金属硫属化合物(MoS 2、WS 2)和金属卤化(PbI 、MoCl )为代表的三原子层晶体，其中金属原子层被夹在相邻的卤原子与硫原子层之间。c)金属氧化物（MnO 2、WoO 3）以及双金属氢氧物（Mg 6Al 2(OH)16）[1]。同时一些其他二维层状材料也被相继报道，例如过渡金属碳/氮化合物(MXenes )，黑磷（Phosphorene ）以及于2015年Science 上发表的合成硼烯（Borophene ）等。这些材料的优异性能使其在能源储存、吸附、催化、光电等方面展现出巨大应用潜能。以石墨烯为例，单层石墨烯拥有高体征迁移率、大比表面积、优异的力学强度、高透光性。它可以被制成触摸显示屏、发光二极管，更为重要的是通过打开石墨烯的带隙其可被制成场效应晶体管。在光电子领域，

石墨烯可以被应用于光电探测器和光学调

制器。除此之外，石墨烯俨然成为制备高效率、可再生的能源产生和收集装置的候选材料[2]。

尽管二维纳米材料展现出诱人的前景，但是制约其发展的瓶颈在于如何能够规模化制备高质量、大片层的层状材料。目前常用的二维纳米材料的制备法可以归为两大类：自下而上合成法和自上而下剥离法。其中基于液相体系的三维层状材料剥离方法由于具有原材料丰富、可操控性高、制备流程简便、易大批量制备等优点，已经成为可控制备二维纳米材料的常用方法。所谓的三维层状晶体(layered materials)是指材料中原子在平面内以共价键的形式结合形成原子级厚度的片层，这些片层间同时以范德华力的形式结合。本文主要讨论基于液相超声剥离制备二维层状材料的方法及其研究进展。

1 超声参数的优化超声剥离是通过超声在溶液中产生空穴，空穴破裂产生的高能冲击将导致三维层状晶体发生层间的解离，进而产生单层或者少层的片状材料，其优点在于控制合适的超声参数可以获得高浓度的分散体系和无缺陷的二维层状材料。超声的参数主要包括：超声的时间、超声的功率、原料的起始浓度以及溶液体系种类。 Ronan 等人以SC/H 2O 溶液体系，探究超声功率、超声时间、原材料的起始浓度等条件对MoS 2分散体系浓度的影响[3]。借助紫外可见光谱，实验发现随着这些参数的增加，

体系的分散浓度也相应的增加。同时另一个受到关注的指标是相对于初始原料浓度的分散产率，由图2可知在其他参数保持不变的情况下，在一定范围内增加原料的起始浓度，分散产率保持不变，这和Arlene 等人的实验结果相吻合[4]。他们报道的测量二维纳米材料消光系数的方法也的到了广泛的应用[5,19]。

2 液相分散体系的选取

对于液相剥离来说，合适的分散体系至关重要。它可以降低存在于层状材料片层之间的能垒，并通过表面相互作用来稳定纳米片层，成功的分散体系必须满足两个条件：1) 能够在合理的时间内很好的分散三维层状材料；2) 被分散的材料可以被充分的剥离并保持稳定状态。

Coleman 等人对剥离TMD 的有机溶剂

进行了搜寻，如图3所示，发现能够得到大量TMD 纳米片层的溶剂的表面张力大多集中在40 mJ ?m -2，例如N-2-甲基吡咯烷酮(NMP )和二甲基甲酰胺（DMF ）[5]。这表明TMD 材料的表面能接近70 mJ ?m -2。表面张力作为溶解度参数存在一个主要问题是虽然有些溶剂的表面张力接近，但是剥离的效果却截然不同，因此更精确的参数-汉森溶解度参数被引入来帮助我们寻找更加有效的剥离溶剂。

虽然一些参数已经被提出用来指导我

图2 超声参数与MoS 2分散浓度之间的关系 Fig.2 MoS 2 concentration as a function of sonication parameter

们选择合适的溶剂，但是溶剂和溶质具体作用机理仍然没有定论，相关的研究也受到较多的关注。

Shen 等人以分子间引力引起吉布斯自由能变为切入点探索液相剥离（LBE ）过程，提出有效的液相剥离应当保证最小化吉布斯自由能变。根据OWRK 理论将界面张力分为色散力σd 和极性力σp ，考虑表面张力和吉布斯自由能变的关系并忽略固体表面和液滴之间的极性—分散相互作用，给出了以下表达式：

如图5所示当二维纳米材料的σp /σd 与溶剂的σp /σd 相匹配时，剥离效果达到最佳。同时溶剂的总表面张力也对剥离效果有一定的影响[6]。

Halim 等人提出最稳定的剥离过程中溶剂和层状材料最稳定的作用状态是使固液之间的界面能达到最小。结合杨氏方程γsl =γsg ?γlg cosθc ，考虑到对于特定材料（石墨、MoS 2）γsg 为定值，故要求γlg cosθc 达到最大。该法的创新之处在于，利用共溶效应，以醇/水混合体系代替有毒、高沸点的有机溶剂，通过调节醇/水体系组分的比例设计出理论化、简便化选择溶剂的方法。同先前的仅根据溶解度参数匹配溶剂相比，文章选取一系列醇的同系物/水的混合体系使溶液体系选取更有系统性，并表明醇分子的大小对剥离效果的影响[7]。

3 液相体系的改进

有机溶剂由于具有很好的分散性能和剥离效果，而被广泛应用于层状材料的剥离，但是它们的毒性制约了其作为规模化生产二维纳米材料的液相体系。同时这些溶剂具有的高沸点特性使得在剥离过程结束后很难将其去除，残留的部分会对二维层状材料的性能产生较大的影响，尤其是在传感器、催化剂这些要求有较大材料比表面积的领

域。Emily 等人报道有机溶剂NMP 在后续的处理中很难被彻底的清除，残余的NMP 似乎和材料表面形成了某种相互作用[8]，因此需要对液相体系进行改进。

改进的第一种思路是采用低沸点的溶剂。O’Neill 等人报道在低沸点溶剂异丙醇（82℃）和三氯甲烷（61℃）中，可以制备较高浓度、稳定性能优良的石墨烯[9]。获得石墨烯的平均片层尺寸约为1 um ×0.35 um ，厚度少于10层，浓度可达0.5 mg ?ml -1。Choi 等人报道在挥发性溶剂丙醇中制备石墨烯，分散体系浓度达到1 mg ?ml -1 [10]。溶剂的快速的蒸发可以帮助单层石墨烯无聚合的沉积在基底上。

另一种思路是使用稳定剂（stabilizers ）包括表面活性剂、高分子聚合物以及芘衍生物。稳定剂的应用可以有效的调和水溶液的表面张力使得剥离成为可能，以下主要介绍关于表面活性剂应用的一些研究。

Lotya 等人报道石墨可以在十二烷基苯磺酸钠（SDBS ）水溶液体系中剥离，扫描电子显微镜（TEM ）分析表明得到的片层的尺寸在0.1-3 um 之间，单层率为3%，少层（< 5层）率为43%。傅里叶变换红外光谱（FTIR ）和拉曼光谱(Raman)显示只有少量的氧化导致片层边缘的缺陷，分散体系的浓度达到0.1 mg/ml 。分散体系通过静电斥力而保持相对稳定状态，为阐述分散系的稳定机理，引入DLVO 理论框架，给出了大致的稳定机理数学模型[10]。Coleman 等人采用胆酸钠水溶液体系剥离石墨，超声400 h 得到分散体系的浓度达0.3 mg ?ml -1，片层厚度集中在4层，片层长、宽约为1 um 和400 nm ，单层率达到20%[11]。

Guardia 等对比了非离子表面活性剂和离子型表面活性剂对超声制备石墨烯分散浓度的影响，结果表明非离子型表面活性剂水溶液体系可以得到更高的分散浓度。这可能与静电斥力和空间斥力的有效性有关[13]。Smith 等人选取了12种典型的离子型和非离子型表面活性剂详细研究了这些表面活性剂在剥离过程中的稳定机理，结果显示分散浓度和空间斥力的能垒呈线性相关[14]。

尽管上述改进在一定程度上弥补了以

1sl σ=+????

图3 A)MoS2，B)WS2，C)BN分散浓度（离心后）随溶剂表面张力的变化。

Fig.3 A)MoS2,B)WS2,C)BN concentration remaining after centrifugation(plotted

as A/l) as a function of solvent surface tension.

图4BN、MoS2、WS2纳米片

层不同放大倍数下的TEM图。

Fig.4 low and high resolution

TEM images of flakes of BN,

MoS2, WS2 respectively.

图5 石墨、WS2、MoS2、h-BN分散浓度随极性力与色散力比值的变化。

Fig.5 The dispersion concentration of E) graphite, F)WS2, G)MoS2, H) h-BN

as a function of polar/dispersion ration.

有机溶剂作为液相体系剥离的缺点，但是考虑到规模化生产的经济性问题和溶剂残留对二维纳米材料应用限制的问题，以纯水直接作为溶剂剥离层状材料似乎是最理想的状况。Kim 等人探究石墨、h-BN 、MoS 2等材料在纯水中直接超声的效果，通过简单的控制超声过程中液相体系温度和超声后分散体系的储存温度，得到了稳定分散的二维层状材料。超声产生的空穴所引起的水对石墨边缘的基团化可以解释石墨在纯水中被剥离的机理，而通过控制温度进而控制空穴化的程度可以提高石墨的分散浓度[15]。

3 预处理过程为了进一步提高超声剥离的液相体系的浓度和片层尺寸，需要对超声材料进行预处理，插层是最常见的预处理方法。通过客体分子（guest species ）与被插层主体（host species ）之间进行的电子交换，客体分子进入材料的层间形成复合物，这将有效的扩大三维层状晶体的层间距，削弱层间的范德华作用力，使得随后的超声剥离更加容易。

常用的插层试剂包括锂的有机金属化合物，水合肼等，其中处理效果最好的还是锂的金属有机化合物。1986年，Joensen 等人报道了以正丁基锂为插层试剂制备单层MoS 2的方法[16]。通过插层物质与水反应产生H 2迫使三维晶体MoS 2发生片层分离，X 射线粉末衍射（XRD ）图谱与理论计算相吻合，证明了单层的存在。但是锂插层存在的最大

缺点是插层会使MoS 2和WS 2等晶体发生晶

型的转变（2H 到1T ）。Cheng 等人利用透射电镜观察到在插层初期即出现H 型MoS 2向T 型LiMoS 2转变的现象，并伴随着Mo 和LiS 2

图6 MoS 2预插层示意图

Fig.6 Schematic of pre-intercalating of MoS 2

图7 A ）不同BuLi 用量下MoS 2晶体的XRD 图谱 B ）不同化学反应计量比下MoS 2晶体的高分辨率XPS 图谱。 Fig.7 A)XRD pattern of MoS 2 crystals after reaction with different amount of BuLi B) High-resolution XPS spectra of the MoS 2 crystals after reaction with different substoichiometric amounts of BuLi. A

的生成[17]。自然状态下的MoS2通常采用2H 结构，剥离而得的单层晶体通常是很好的半导体材料（直接能隙约为1.9 eV），而1T晶型具有金属性质，所以晶型的转变会限制MoS2的应用[18]。

为了能够提高剥离的浓度和单层产率，Fan等人提出了预插层的概念，如图6所示，通过合理调控插层试剂BuLi和MoS2的摩尔比，可以避免上述晶型的转变。实验显示当n（n-BuLi）:n(MoS2)=1:10时，被剥离的MoS2保持原有晶型，光电子能谱（XPS）以及X射线粉末衍射（XRD）图谱，如图7，证实了上述结论。剥离的质量产率为11-15%，片层数集中在三层，片层尺寸达到微米级别[19]。Fan 等人同时报道了超声辅助快速插层制备单层MoS2的方法，在大大提高插层效率的同时，剥离的单层率达95%以上，并且提出以红外激光诱导MoS2晶体由1T到2H的转变，扫描电镜和拉曼光谱验证了该法的有效性[20]。

最近Yang等人报道了微波处理氧化石墨烯（GO）制备高质量石墨烯的方法。通过轻度退火处理恢复部分导电性，再使用微波处理，Raman光谱和光电子能谱显示此方法可以非常有效的去除氧化石墨片层上含氧官能团。[21]

同时随着对插层化合物本身奇特性质的研究，一些新的插层试剂被提出。Ayrat等人提出以(NH4)2S2O8/浓H2SO4体系为插层试剂处理石墨，得到的石墨插层复合物（GLCs）经过水洗快速退插层之后，得到的石墨存在极少被氧化的部分。利用光学显微镜和拉曼光谱监测退插层过程，发现当插层物质从石墨片层间退出时，会引起上层片层的剥离，鉴于上述插层体系的特点，其在插层剥离层状材料方面拥有潜在的应用价值[22,23]。

结论和展望

文章介绍了基于液相体系的超声剥离制备二维纳米材料方法的一些主要研究方向和进展。超声液相剥离与常用的化学处理以及气相沉积方法相比拥有多方面的优势，首先在于方法操作的简便可行性，其次在于该法易于用于规模化生产，最重要的是该法制备二维层状材料的低缺陷性。但是其缺点也是显而易见的：单层率低、片层尺寸分布广、产率低。这些缺点的存在需要今后在上述方面做出更多的研究和突破，提出更先进的剥离理念。

三维层状材料晶体剥离过程中维度的变化带来的材料物理性质的变化令人激动，单片层的二维纳米材料更是以其特殊的结构形式，优异的光、电、磁、热等性质得到了广泛的关注，许多报道已经证实二维纳米材料在储能、催化、传感、导热等领域所具有的巨大应用潜力。近年来出现的以二维材料堆叠实现多结构、多功能的三维层状材料的理念在给理论物理带来极大挑战的同时，也使二维层状材料的规模化、高质量制备迫在眉睫。

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功能材料文献综述

聚丙烯酸系高效减水剂在高强高性能混凝土中的作用摘要：高效减水剂是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌和用水量的外加剂。聚丙烯酸高效减水剂具有强度高、耐热性、耐久性、耐候性等优异性能，正是由于聚丙烯酸高效减水剂的这些优良特性而使它成为世界性的研究热点。本文则通过查阅国内外文献，总结阐述聚丙烯酸系减水剂在高强高性能混凝土中的作用，它的研究进展，以及未来发展方向。关键字：聚丙烯酸系高效减水剂高强混凝土高性能混凝土一、前言高性能混凝土是指符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，当混凝土的某些特征是为某一特定的用途和环境而设定时，这就是高性能混凝土。而高强混凝土是以混凝土的抗压强度指标为特征而命名的，我国现阶段通常将强度等级达到或超过C60的混凝土称为高强混凝土。可以看出当高性能混凝土的强度很高时便是高强混凝土，即高强混凝土是高性能混凝土的一种，故下文将聚丙烯酸系高效减水剂在高强高性能混凝土中的作用统称为在高性能混凝土中的作用。混凝土与水泥砂浆一样，具有抗压强度高、稳定性好、施工机械简单、成本低廉等优点，是应用最广泛的建筑材料之一。但由于其自身存在诸如坍落度损失大、水泥用量大、耐久性不够好等缺陷，使其功能和使用范围受到一定限制。而外加剂具有改善混凝土拌合物和易性、合理降低水泥用量和提高混凝土抗渗、抗冻性能等优点，所以，利用外加剂改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土硬化后的力学性能、体积稳定性和耐久性，是现代高性能混凝土技术发展的方向。在混凝土中减水剂不仅具有改善混凝土拌合物流变性能的作用，同时还具有提高硬化后的混凝土力学性能、体积稳定性和耐久性能的作用。高效减水剂是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌和用水量的外加剂。在这些高效减水剂中，聚丙烯酸系减水剂是当今混凝土高性能减水剂研究中较为前沿的研究课题，该类减水剂具有低掺量、高减水率、抑制坍落度经时损失等特点。本文通过查阅国内外文献，总结阐述聚丙烯酸系减水剂在高强高性能混凝土中的作用，聚丙烯酸系减水剂的研究进展，以及未来发展方向。二、聚丙烯酸系高效减水剂的作用机理聚丙烯酸系减水剂由于其优异性能而引起广泛的关注，为了有效研究和开发这一类型的减水剂，对其减水机理的研究非常重要。减水剂的分散减水机理主要包括以下几个方面： 1、聚丙烯酸减水剂可以有效降低水泥颗粒固液界面能 H 聚丙烯酸减水剂由于分子结构中有大分子的主链和侧基- COOH，- OH，- SO 3等，既有亲水性又有亲油性，在水泥- 水界面上具有很强的吸附能力。减水剂吸附在水泥颗粒表面，能够降低水泥颗粒固液界面能，降低水泥- 水分散体系的总能量，从而提高分散体系的热力学稳定性，这样有利于水泥颗粒的分散。 2、聚丙烯酸减水剂静电斥力的作用新拌混凝土中掺入减水剂后，由于减水剂分子结构中的- COOH、- OH、- SO H 3等极性基团的电离作用，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，并且电荷量随

碳纳米材料综述

碳纳米材料综述课程: 纳米材料日期：2015 年1２月

碳纳米材料综述摘要:纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能,这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域,引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注,也成为当前世界最热门的科学研究热点。物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。毫无疑问,基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。因此,对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。其中,碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。我们知道,碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有ｓp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。因此,以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。关键词:纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯１.前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前)、毫米时代(工业革命到２0世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今)。自20世纪80年代初，德国科学家Ｇｌeｉter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体,并对其各种物性进行系统的研究以来,纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1—１00 nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲,纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒),一维材料(直径为纳米量级的纤维),二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜)，以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域[1］。碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等,是纳米科学技术中不可或缺的材料,从１98５年富勒烯(Fullereｎe）的出现到1991年碳纳米管(ｃaｒｂon ｎanotubｅ,CNＴs)的发现，碳纳米材料所具有的独特物理和化学性质引起了国内外研究人员广泛而深入的研究，二十年来取得了很多的成果。２004 年Ｇeｉm研究组的报道使得石墨烯（Ｇｒaｐhene)成为碳纳米材料新一轮的研究热点，其出现充实了碳纳米材料家族,石墨烯具有由碳原子组成的单层蜂巢状二维结构,由于它只有一个原子的厚度，可以将其视为形成其它各种维度的石墨相关结构碳材料的基本建筑块,石墨烯既可翘曲形成零维的富勒烯及卷曲形成一维的碳纳米管，亦可面对面堆积形成石墨,由于石墨烯具有优异的电学、导热和机械性能及较大的比表面积，因而在储氢材料、超级电容器、高效催化剂及纳米生物传感等方面有着广泛的应用[２]。 2．常见的碳纳米材料

材料导论碳纳米管综述

姓名：欧阳一鸣学号：2013012532 班级：高材 1313

潜在的碳纳米管场效应晶体管的模拟电路介绍在集成电路晶体管的指数增长摩尔定律所描述的内容持续了近一个半世纪里。然而,2010年的国际半导体技术发展路线图预测增长将减缓到2013年底。这主要是因为互补金属氧化物半导体（CMOS的比例正迅速接近其物理限制带来了许多障碍，如更高的亚阈值传导，栅氧化层和结泄漏增加，低输出电阻和跨导，增加热量生产。这使得半导体行业探索不同的材料和设备更加超越摩尔定律（如通过创造ITRS）。在这些材料和器件研究，碳纳米管场效应晶体管（CNFET）已经获得了，因为它们规模小，流动性高，近弹道输运，大电流密度和较低的固有电容。自推出CNFETs该研究已主要重点对他们的数字电路使用。甚至中等规模薄流明碳纳米管（CNT的集成电路已报告了灵活塑料基板。然而，开/关比（也称为噪声余量）通常很小对于目前制造CNFETs因为存在金属碳纳米管［，因此需要更多的调查，他们用于数字电路。与此相反，CNFETs具有更多潜在用于高性能模拟电路，其中所述晶体管不需要充分关闭。此外，特性perform-ANCE 度量类似物或RF晶体管是更适合材料和碳纳米管的设备性能和制造tol-era nces ，也可以更轻松得的。 CNFETS础知识场效应管的结构和MOSFE样的CNFETs 在传统的MOSFET源区和漏区是由两个重掺杂区中的硅衬底形成，并且栅极由多晶硅材料，其是绝缘的形成从基板由薄的二氧化硅层。如果电压被施加到栅极端，下方的连续信道栅极形成用于电流流动的源极和漏极之间。另一方面为CNFETs栅极，源极和漏极接触由像铬或钨金属与 4.5电子伏特的功函数。H是金属接触的高度，L是长度。值得一提的是，出两种类型CNFETs 即肖特基势垒和MOSFE等的，选择后者，因为它具有较高的离子/IOFF比率，过渡频率f 低的，更低的寄生电容，更好的AC性能和更高的制造可行性。在MOSTFE样的CNFE■之间的电流源和漏接触使用碳纳米管。根据贝壳的数量形成管状结构这些碳纳米管可以作为折叠见石墨烯成管状结构，可以单壁和多壁。单壁碳

有机光电材料综述

有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机 EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即 OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即 PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料 OLED。一.原理部分与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、

太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。 2.吸收和发射

纳米材料的自组装综述

纳米材料的自组装综述专业：高分子材料与工程摘要：自组装技术是制备纳米结构的几种为数不多的方法之一。本文对最近几年自组装技术在纳米科技领域中的一些重大突破和成果进行较为系统地综述,主要包括以下几个方面:自组装单层膜、纳米尺度的表面改性、超分子材料、分子电子学与光子晶体。关键词：自组装; 纳米技术; 材料；超分子材料 1 引言纳米科学与技术是一门在0. 1～100 nm 尺度空间研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。它以现代先进科学技术为基础,是现代科学(混沌物理、量子物理、介观物理、分子生物学) 和现代技术(计算机技术、微电子技术、扫描隧道显微技术、核分析技术) 相结合的产物。它的最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子,制造具有特定功能的产品。纳米技术作为21 世纪新的推动力,将对经济发展、国家安全、人民生活、以至于人们的思维产生深远的影响[1 ] 。自组装是在无人为干涉条件下,组元自发地组织成一定形状与结构的过程[2 ] 。自组装纳米结构的形成过程、表征及性质测试,吸引了众多化学家、物理学家与材料科学家的兴趣,已经成为目前一个非常活跃并正飞速发展的研究领域[3 ] 。它一般是利用非共价作用将组元(如分子、纳米晶体等) 组织起来,这些非共价作用包括氢键、范德华力、静电力等[1 ,4 ] 。通过选择合适的化学反应条件,有序的纳米

结构材料能够通过简单地自组装过程而形成,也就是说,这种结构能够在没有外界干涉的状态下,通过它们自身的组装而产生。因此,自组装是制备纳米结构的几种为数不多的方法之一[2 ] ,它已成为纳米科技一个重要的核心理论和技术。纳米材料因其尺寸上的微观性，从而表现出特殊的光、电、磁及界面特性。这些特性使得纳米材料广泛应用于各种领域：涂料 [5 ]、催化剂[6-7] 、电化学[8] 、光化学[ 9]及材料科学[10-12 ](如光电子器件)。 2 自组装单层膜分子与生物分子膜正在被广泛应用到许多研究领域。自组装单层膜就是其中的一个研究重点。它是分子通过化学键相互作用,自发吸附在固/ 液或固/ 气界面,形成热力学稳定和能量最低的有序膜。在适当的条件下,自组装单层膜可以通过不同类型的分子和衬底来制备,常用的衬底有Au (111) 、Pt(111) 、Ag 、Al 、Si 、云母、玻璃等。目前,研究最多的自组装单层膜可以分为三种类型[13 ] :由脂肪酸自组装的单层膜; 由有机硅及其衍生物自组装的单层膜;烷烃硫醇在金表面自组装的单层膜。它们的原理很简单,一个烷烃长链分子 (带有10～20 个亚甲基单元) ,其头部基团吸附到所用的衬底上,如硫醇(S —H) 头部基团和Au (111) 衬底已被证明可以进行完美的结合,它代表了一种控制表面性质的模式。硫醇分子在溶液中很容易吸附到金衬底上,形成一密集的单层,尾部基团从表面伸向外部,通过应用带有不同尾基的硫醇分子,化学样品的表面功能可以在很大范围内进行调节。自组装单层膜有着广泛的应用,如电子传输的研究、生物

纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料

纳米磁性材料的制备和研究进展综述一．前言纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，

天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。二、主题 1、纳米磁性材料的发展史磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。

三维纳米材料制备技术综述

三维纳米材料制备技术综述摘要：纳米材料的制备方法甚多。目前，制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集，并控制聚集微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。本文主要介绍纳米材料分类和性能，同时介绍了一些三维纳米材料的制备方法，如水热法、溶剂热法和微乳液法。关键词：纳米材料；纳米器件；纳米阵列；水热法；溶剂热法；微乳液法 1.引言随着信息科学技术的飞速发展，人们对物质世界认识随之也从宏观转移到了微观，也就是说从宏观的块体材料转移到了微观的纳米材料。所谓纳米材料，是材料尺寸在三维空间中，至少有一个维度处于纳米尺度范围的材料。如果按照维度的数量来划分，纳米材料的的种类基本可以分为四类：（1）零维，指在空间中三维都处在纳米尺度，如量子点，尺度在纳米级的颗粒等；（2）—维，指在空间中两个维度处于纳米尺度，还有一个处于宏观尺度的结构，例如纳米棒、纳米线、纳米管等；（3）二维，是指在空间中只有一个维度处于纳米尺度，其它两个维度具有宏观尺度的材料，典型的二维纳米材料具有层状结构，如多层膜结构、一维超晶格结构等；（4）三维，即在空间中三维都属于宏观尺度的纳米材料，如纳米花、纳米球等各种形貌[1]。当物质进入纳米级别，其在催化、光、电和热力学等方面都出现特异性，这种现象被称为“纳米效应”。纳米材料具有普通材料所不具备的3大效应：（1）小尺寸效应——其光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化；（2）表面效应——在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；（3）宏观量子隧道效应，例如纳米微粒表现出令人难以置信的奇特的宏观物理特性，如高强度和高韧性，高热膨胀系数、高比热容和低熔点，异常的导电率和磁化率，极强的吸波性,高扩散性，以及高的物理、化学和生物活性等[2]。纳米科学发展前期，人们更多关注于一维纳米材料，并研究其基本性能。随着纳米科学快速发展，当今研究热点开始转向以微纳结构和纳米结构器件为方向的对纳米阵列组装体系的研究。以特定尺寸和形貌的一维纳米材料为基本单元，采用物理和化学的方法在两维或三维空间内构筑纳米体系，可得到包括纳米阵

纳米材料综述要点

纳米材料综述一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符号为 nm。 2、纳米技术纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段：第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合， ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合， ?纳米复合薄膜(0-2复合。第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。

图1 纳米颗粒材料SEM图二、纳米材料的基本性质由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、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，所以纳米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多年历史，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。 2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、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电子器件具有超高速、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

关于碳纳米管的研究进展综述

关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有

纳米材料文献综述

北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY 碳纳米管的性质与应用姓名：赵开专业：应用化学班级： 0804 学号： 080105097 2011年05月

文献综述前言本人论题为《碳纳米管的性质与应用》。碳纳米管是一维碳基纳米材料，其径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口。碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等力学，电磁学特点。近年来，碳纳米管在力学、电磁学、医学等方面得到了广泛应用。本文根据众多学者对碳纳米管的研究成果，借鉴他们的成功经验，就碳纳米管的性质及其功能等方面结合最新碳纳米管的应用做一些简要介绍。本文主要查阅近几年关于碳纳米管相关研究的文献期刊。

碳纳米管（CNT）是碳的同素异形体之一，是由六元碳环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管（SWNT），多层石墨平面卷曲形成多壁碳纳米管（MWNT）。自从1991年日本科学家lijima发现碳纳米管以来，其以优异的力学、热学以及光电特性受到了化学、物理、生物、医学、材料等多个领域研究者的广关注。一、碳纳米管的性质碳纳米管的分类研究碳纳米管的性质首先要对其进行分类。（1）按照石墨层数分类，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。（2）按照手性分类，碳纳米管可分为手性管和非手性管。其中非手性管又可分为扶手椅型管和锯齿型管。（3）按照导电性能分类，碳纳米管可分为导体管和半导体管。碳纳米管的力学性能碳纳米管无缝管状结构和管身良好的石墨化程度赋予了碳纳米管优异的力学性能。其拉伸强度是钢的100倍，而质量只有钢的1/ 6，并且延伸率可达到20 %，其长度和直径之比可达100～1000，远远超出一般材料的长径比，因而被称为“超强纤维”。碳纳米管具有如此优良的力学性能是一种绝好的纤维材料。它具有碳纤维的固有性质，强度及韧性均远优于其他纤维材料[1]。单壁碳纳米管的杨氏模量在1012Pa范围内，在轴向施加压力或弯曲碳纳米管时，当外力大于欧拉强度极限或弯曲强度，它不会断裂而是先发生大角度弯曲然后打卷形成麻花状物体，但是当外力释放后碳纳米管仍可以恢复原状。碳纳米管的电磁性能

纳米材料的发展及研究现状

纳米材料的发展及研究现状在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单

元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基

完整word版,功能高分子材料综述

功能高分子材料综述【文摘】功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。【关键词】材料；高分子；高分子材料；功能材料；功能高分子材料的定义为：与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能的聚合物大分子(主要指全人工和半人工合成的聚合物)都应归属于功能高分子材料范畴。而以这些材料为研究对象，研究它们的结构组成、构效关系、制备方法，以及开发应用的科学，应称为功能高分子材料科学。功能高分子材料科学是研究功能高分子材料规律的科学，是高分子材料科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域。它是建立在高分子化学、高分子物理等相关学科的基础之上，并与物理学、医学甚至生物学密切联系的一门学科。功能高分子材料是对物质、能量、信息具有传输、转换或贮存作用的高分子及其复合材料的一类高分子材料，有时也被称为精细高分子或者特种高分子(包括高性能高分子) 。其于20 世纪60年代末迅速发展起来的新型高分子材料，内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料。功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。例如吸水树脂，它是由水溶性高分子通过适度交联而制得，遇水时将水封闭在高分子的网络内，吸水后呈透明凝胶，因而产生吸水和保水的功能。在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。 1 功能高分子材料研究 1.1 导电高分子材料近几年来，导电性高分子的研究取得了长足的发展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域，它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大的意义。现有的研究成果表明，发展导电高分子不仅可以满足人们对导电材料的需要，而且由于它兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能，具有重量轻，易加工成各种复杂的形状，化学稳定性好及电阻率可在较大范围内调节等特点。此外在电子工业中的应用日趋广泛，促进了现代科学技术的发展。因此，自然引起了学术界和工业界的广泛兴趣。导电高分子材料根据材料的组成可以分成复合型导电高分子材料(composite conductive polymers)和本征型导电高分子材料(intrinsic conductive polymers)两大类。复合型导电高分子材料是由普通高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯

纳米材料制备方法综述

纳米材料制备方法综述摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。一、气相法气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD）在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔

纳米材料综述论文

纳米材料综述 1 引言纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100一102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子;二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。 1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构. 在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。纳米相材料和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。其常规纳米材料中的基本颗粒直径不到l00nm，包含的原子不到几万个。一个直径为3nm的原子团包含大约900个原子，几乎是英文里一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条300多米长的帆船跟整个地球的比例。 2 纳米材料特性一般在宏观领域中，某种物质固体的理化特性与该固体的尺度大小无关。当物质颗粒小于100 nm时，物质本身的许多固有特性均发生质的变化。这种现象称为“纳米效应”。纳米材料具有三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 2.1表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。当粒径降到1 nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。 2.2小尺寸效应由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，比表面积增加，从而产生一系列新奇的性质： 1)特殊的光学性质：纳米金属的光吸收性显著增强。粒度越小，光反射率越低。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑。金属超微颗粒对光的反射率通常可低于l％，约几微米的厚度就能完全消光。相反，一些

碳纳米管综述

碳纳米管综述摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。正文：碳纳米管的制备：碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。电弧法利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。 T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD) 催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单，关键是催化剂的制备和分散。目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面：大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂，粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体，乙炔、丙烯及甲烷等作碳源，氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气，在530℃~1130℃范围内，碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。1993年Yacaman等人[5]采用此方法，用Fe催化裂解乙炔，在770℃下合成了多壁碳纳米管，后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源，也都取得了成功。为使碳离子均匀分布，科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。激光蒸发法