零维纳米材料
0维纳米材料
纳米粉
应用
（一）纳米涂层 纳米涂层是运用表面技术，将部分或全部含有纳米粉的材料涂于基体，由于纳米粉体的独特表面
性质，从而赋予材料新的各种性质。 ① 可以做成表面涂料从而改变物质表面的光学性质。 ②纳米红外涂层。 ③纳米紫外涂层。 ④纳米隐身技术。
（二）环境保护方面的应用 矿物能源的短缺，环境污染困扰着人们，纳米材料在环境保护，环境治理和减少污染方面的应用，
缺点：是设备要求较高，投资 较大
液相法：:溶胶-凝胶(SOL-GEL)法、 水 热 (hydrothermal synthesis) 法 和 沉 淀 (co-precipitation) 法 等 。 其 中SOL-GEL得到广泛的应用。
主要原因是:①操作简单，处理时间 短，无需极端条件和复杂仪器设备; ②各组分在溶液中实现分子级混合， 可制备组分复杂大分布均匀的各种纳 米粉;③适应性强，不但可以制备微 粉，还可以方便的用于制备纤维、薄 膜、多孔载体和复合材料。
三维
纳米多层膜பைடு நூலகம்纳米阵列 纳米多孔材料 纳米复合材料
PART TWO 纳米粉
纳米粉
定义
纳 米 粉 也 叫 纳 米 颗 粒 , 一 般 指 尺 寸 在 1100nm之间的超细粒子,有人称它是超微粒子。 它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒。
纳米粉
制备方法
气相法：化学气相沉积(CVD， chemical vapor deposition)、 激 光 气 相 沉 积 (LCVD, laser chemical vapor deposition)、 真空蒸汽和电子束和射线束溅 射等
纳米球在电子显微镜下的状态
纳米球
作用机理
纳米球是一种以多元合金为原料的纳米级尺度的球状原子团簇，能够吸附在受损的摩擦表面，形成新 的超高硬度、极低摩擦系数、抗磨损、耐腐蚀的保护膜，实现润滑、修复和保护作用，实验显示其摩擦阻 力仅为普通润滑剂的1/3。同时，纳米球润滑剂在润滑和修复的同时，提高了机械密封型，控制燃料和空 气比重，燃料燃烧更充分，增强发动机动力，减少不完全燃烧过程中产生的多种有害气体污染，实现节能 和减排的目的。
GaAs简单介绍
纳米材料的基本单元可按维数分为三类：
零维纳米材料：类似于点状结构，立体空间的三个方向均 在纳米尺度，如纳米微粒，原子团簇等。 一维纳米材料：类似于现状结构，立体空间的三个方向有 两个方向在纳米尺度，如纳米线、纳米棒、纳米管等。
二维纳米材料：类似于面状结构，立体空间的三个方向有 一个方向在纳米尺度，如纳米薄膜、纳米多层膜、超晶格 薄膜等。
GaAs简单介绍：
砷化镓(Gallium Arsenide）:简称GaAs，是镓和砷两种元素 所合成的化合物，也是重要的要的IIIA族、VA族化合物半 导体材料，用来制作微波集成电路、红外线二极管、半导 体激光器和太阳电池等原件。 优点：GaAs与硅不同，它是直接带隙材料，具有电子饱和 漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、 低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集 成方面占有独特的优势。
超晶格：
超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到几 十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性 的多层膜，事实上就是特定形式的层状精细 复合材料。
量子阱、量子线、量子点图示
量子线、量子点、量子阱概念介绍
量子线：在凝聚态物理中,量子线指导电性质受 到量子效应影响的导线.由于传导电子在切向上 受到量子束缚,切向能量呈现量子化 量子点：是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳 米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子 点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观 恰似一极小的点状物 量子阱：量子阱（QW）是指由2种不同的半导体 材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的 电子或空穴的势阱。
2D
1D
0D
零维，一维，二维纳米材料称为低维材料
纳米材料的分类
纳米材料的分类
如果按维数,
纳米材料的基本单元可以分为3 类:
(1)0维,指在空间3维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒,原子团簇等; (2)1维,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等 (3)2维,指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜多层膜,超晶格等。
按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。
按材料物性可分为:纳米半导体、纳米磁性材料、纳米
线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。
按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。
纳米材料大部分都是用人工制备的,属于人工材料,
但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。
例如天体
的陨石碎片,人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的
, 而浩瀚的海洋就是一个庞大超微粒的聚集场所.
按照材质，可分为金属纳米材料、无机纳米材料、有机纳米材料等; 按照几何结构，可分为零维纳米材料(颗粒)、一维纳米材料(纳米管或纤维)、二维纳米材料(薄膜)、三维纳米材料(纳米块体);
按照用途，可分为功能纳米材料和结构纳米材料;
按照特殊性能，又可分为纳米润滑剂、纳米光电材料、纳米半透膜等。
碳点 cie
碳点cie：碳点（Carbon Dots，CDs）是一类新型的零维碳纳米材料，具有优异的水溶性、生物相容性、良好的稳定性、以及独特的光学性质等特性。
自2004年首次在制备单壁碳纳米管时发现以来，碳点已经引起了学界的研究热情。
碳点的发光具有尺寸和波长依赖性，并且发光具有高稳定性，无光漂白，克服了有机染料发光不稳定的缺点。
碳点低毒，具有良好的生物相容性，克服了无机量子点高毒而不利于在生物体内应用的缺点，其表面含有大量的官能团，易于修饰。
为了简单、低成本、大规模、尺寸控制地制备碳点，人们利用不同的前驱体尝试了多种方法。
经过十余年的发展历程，在合成方法、微观结构以及物理化学性质等方面的多样性得到了极大的丰富与延展。
碳点的概念也不再局限于最初报道中获得的特定结构，而逐步外延至以碳为主要构成元素的三维纳米尺度材料。
0维纳米材料
0维纳米材料0维纳米材料是指在一维、二维和三维纳米材料的基础上，将纳米材料的尺寸进一步缩小至纳米级别的新型材料。
与传统的一维、二维和三维纳米材料相比，0维纳米材料具有更小的尺寸和更高的比表面积，因此在材料的物理、化学和生物学性质上表现出独特的特点。
本文将从0维纳米材料的定义、制备方法、性质和应用等方面进行介绍。
首先，0维纳米材料的定义。
0维纳米材料是指在三个空间维度上尺寸均在纳米级别的材料，也就是说，其长度、宽度和高度均小于100纳米。
由于其尺寸极小，因此0维纳米材料通常具有量子尺寸效应，表现出与宏观材料完全不同的物理和化学性质。
其次，0维纳米材料的制备方法。
目前，制备0维纳米材料的方法主要包括化学合成法、物理气相法、生物制备法等。
化学合成法是通过化学反应在溶液中合成纳米材料，物理气相法是利用物理气相沉积技术在高温高压条件下制备纳米材料，生物制备法则是利用生物体或生物体提取物作为模板合成纳米材料。
这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的方法。
接下来，是0维纳米材料的性质。
由于其极小的尺寸，0维纳米材料通常具有较大的比表面积和量子尺寸效应。
这使得0维纳米材料在光电、磁电、热电、力学等性质上表现出与传统材料完全不同的特点。
例如，量子点是一种典型的0维纳米材料，具有较大的光学吸收截面和较高的荧光量子效率，因此在光电器件、生物成像等领域有着广泛的应用前景。
最后，是0维纳米材料的应用。
由于其独特的性质，0维纳米材料在光电器件、催化剂、生物医学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
例如，量子点被广泛应用于LED显示屏、生物成像、太阳能电池等领域，纳米金刚石颗粒被用作高效的催化剂，纳米药物载体被用于肿瘤治疗等。
综上所述，0维纳米材料是一类具有独特物理、化学和生物学性质的纳米材料，其制备方法多样，性质独特，应用广泛。
随着纳米技术的不断发展，相信0维纳米材料在未来会有更广阔的应用前景。
《零维纳米材料》课件
零维纳米材料的研究前景
1 新材料的发现
纳米材料为开发新型材料 提供了巨大机遇。
2 跨学科合作
纳米领域需要物理学、化 、生物学等多学科的交 叉融合。
3 可持续发展
纳米技术有望推动能源、 环境和健康领域的可持续 发展。
总结回顾
通过本课件，我们对零维纳米材料的定义、种类、制备方法、应用和研究前景有了系统的了解。希望您对纳米 领域有了更深入的认识和兴趣，愿您继续探索科学的精彩世界。
《零维纳米材料》PPT课 件
欢迎来到《零维纳米材料》PPT课件，本课程将带您探索纳米领域的奇妙世界。 从定义到制备方法，从应用到研究前景，让我们一起深入了解零维纳米材料。
什么是零维纳米材料？
零维纳米材料是指那些在所有维度中尺寸都控制在纳米级别的材料。它们具 有独特的物理和化学特性，引起了科学家们的广泛关注。
2
气相法
通过控制气相反应的条件，将气体中的原子或分子聚集成纳米尺寸的物质。
3
物理法
利用物理方法如球磨、溅射等来制备纳米颗粒或纳米结构。
零维纳米材料的应用
电子学
纳米材料的特殊电学性质被应用 于高性能电子器件的制备。
医学
纳米药物递送系统可以实现精准 治疗，提高药物疗效。
能源
纳米材料在太阳能电池、储能材 料等领域展现出巨大潜力。
零维纳米材料的种类
量子点
具有尺寸相关的光学性质，广泛应用于显示技术和生物成像领域。
纳米线
具有高比表面积和优异的导电性能，用于传感器、能量储存等领域。
纳米颗粒
具有独特的化学反应性，用于催化剂、药物递送和生物医学应用等。
零维纳米材料的制备方法
1
溶液法
通过溶剂中超饱和度和反应条件的调控，控制纳米颗粒的生成。
量子点
量子点量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成。
粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。
量子点，通常是一种由II一Vl族或III-V族元素组成的纳米颗粒，尺寸小于或者接近激子波尔半径（一般直径不超过10nm），具有明显的量子效应。
量子点是在把导带电子、价带空穴及激子在三量子点个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。
量子点是在把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。
这种约束可以归结于静电势（由外部的电极，掺杂，应变，杂质产生），两种不同半导体材料的界面（例如：在自组量子点中），半导体的表面（例如：半导体纳米晶体），或者以上三者的结合。
量子点具有分离的量子化的能谱。
所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中。
一个量子点具有少量的（1-100个）整数个的电子、空穴或空穴电子对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。
主要性质：(l)量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。
通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。
(2)量子点具有很好的光稳定性。
量子点的荧光强度比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍，它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。
因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察，这也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提供了有力的工具。
(3)量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。
使用同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在中的应用。
而传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄，不同荧光染料通常需要多种波长的激发光来激发，这给实际的研究工作带来了很多不便。
此外，量子点具有窄而对称的荧光发射峰，且无拖尾，多色量子点同时使用时不容易出现光谱交叠。
(4)量子点具有较大的斯托克斯位移。
零维纳米材料
零维纳米材料
零维纳米材料是一种新型材料，其特殊的结构和性质使其在材料科学和纳米技
术领域备受关注。
零维纳米材料是指在三个维度上均小于100纳米的纳米材料，通常具有独特的电子、光学、磁性和力学性质，因此被广泛应用于电子器件、传感器、催化剂等领域。
首先，零维纳米材料的特殊结构赋予其独特的性能。
由于其尺寸在纳米级别，
其电子在量子尺寸效应的影响下表现出不同于宏观材料的行为。
例如，零维纳米材料的能带结构和能级分布会发生改变，从而影响其电子传输性能。
此外，由于零维纳米材料的表面积大大增加，使得其在催化剂和传感器等领域具有更高的活性和灵敏度。
其次，零维纳米材料在电子器件方面具有巨大的潜力。
由于其尺寸小、电子迁
移率高和能带结构可调节等特点，零维纳米材料被广泛应用于新型纳米电子器件的制备中。
例如，零维纳米材料可以作为场效应晶体管的通道材料，具有优异的电子传输性能；此外，零维纳米材料还可以作为新型存储器件的介质层，实现高密度、低能耗的数据存储。
此外，零维纳米材料在光学和光电器件领域也有重要应用。
由于其尺寸接近光
波长的数量级，零维纳米材料表现出与光子的强耦合效应，可以用于制备纳米激光器、纳米光学器件等。
同时，零维纳米材料还具有优异的光电转换性能，可以应用于太阳能电池、光电探测器等领域。
总的来说，零维纳米材料由于其独特的结构和性能，在电子、光学、催化等领
域具有广阔的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信零维纳米材料将会在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原子团簇
7
第三章 零维纳米材料
原子团簇
8
第三章 零维纳米材料
纯C60固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具 有金属性的导体 ，适当的掺杂成分可以使 C60固 体成为超导体
Hebard等首先发现了临界温度（ Tc）为18K的 K3C60超导体
随后改变掺杂元素， 获得了Tc更高的超导体。因 此C60的研究热潮立即应运而来
纳米材料学基础 本章内容
（第三章）
1
零维纳米材料
2
零维纳米材料的制备技术
3
零维纳米材料的物理化学性质
1
第三章 零维纳米材料
1、零维纳米材料
零维纳米材料是指在三个维数上都进入了纳米尺 度范围的材料
零维纳米材料主要包括： 1、团簇(clusters) 2、纳米微粒（nanoparticle）
2
这些原子、离子或分子与金属熔体对流与扩散 使金属蒸发。
23
第三章 零维纳米材料
物理制备方法
物理气相沉积 (PVD)
单源单层蒸发 真空蒸发 单源多层蒸发
多源反应共蒸发
溅射沉积
直流溅射 真空溅射 射频溅射
磁控溅射
离子束溅射
单离子束(反应)溅射 双离子束(反应)溅射 多离子束反应共溅射
24
第三章 零维纳米材料
真空蒸发沉积
蒸发： 在高真空中用加热蒸发的方法使源物质转化
第三章 零维纳米材料
原子团簇
团簇作为一类新的化学物种，直到20世纪80年代才被发现
������ 团簇是指几个至几百个原子的聚集体, 其粒径小于或 等于1 nm，如Fen, CunSm , CnHm和碳族（C60，C70)等等。
从结构上，既不同于分子，也不同于块体。 在性质上，既不同于单个原子和分子，又不同于
为气相
在蒸法沉积中，有3种加热方式： （1） 电阻加热 （2）高频感应加热（RF） （3）等离子体加热 （4）电子束加热
25
第三章 零维纳米材料
（3） 等离子体加热法
原理：
温度高,达2000K以上，包含大量的高活性原子、 离子。
等离子体粒子流高速作用到原料表面，可使原 料迅速熔融，并大量迅速地溶解于原料熔体中
近十几年来，各种高科技手段应用于 纳米粒子的制备研究：激光技术、等 离子体技术、电子束技术和粒子束技 术等等
19
第三章 零维纳米材料
制备方法分类
气相法 物理气相沉积（PVD）
化学气相沉积（CVD）
制备方法 液相法 固相法
20
第三章 零维纳米材料
气相法制备
气相法合成纳米颗粒的思路：
直接利用气体，或通过各种手段将物质变成气体，使 之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却中 凝聚、长大，形成纳米颗粒
22
第三章 零维纳米材料
物理气相沉积生长
物理气相沉积（physical vapor depositon-PVD） 是指在凝聚、沉积的过程中，最后得到的材料组 分与蒸发源或溅射靶的材料组分一致，在气相中 不发生化学反应，只是物质转移和形态改变的过 程
PVD过程中气相的产生主要包括蒸发和溅射两种 方法
10
第三章 零维纳米材料
11
第三章 零维纳米材料
纳米晶
12
第三章 零维纳米材料
13
第三章 零维纳米材料
SiO2胶体微球
14
PS胶体微球
第三章 零维纳米材料
制备方法评述
2、零维纳米材料的制备技术
纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般 指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介 于原子、分于与宏观物体之间处于中间物态的固 体颗粒材料
固体和液体，而是介于气态和固态之间的物质结 构的新形态，常被称作“物质第五态”
3
第三章 零维纳米材料
原子团簇
4
第三章 零维纳米材料
原子团簇
原子团簇的独特性质：
1）具有硕大的比表面积而呈现出表面或界面效应； 2）幻数效应；
形状和对称性多种多样 3）“库伦爆炸”
是自然界中的一种与电荷相关的基本相互作用之一。例如当一个 金属球充电以后，电荷与电荷之间的相互排斥作用会导致系统的能量 升高。当电荷量超过了临界值（瑞利不稳定极限）时，金属球会发生 爆炸而分裂成几个小球，并以此来降低系统的库仑排斥能。
气相法中物质经历相变化，而相变中能量变化是 主要决定因素
21
第三章 零维纳米材料
气相成核理论
纳米微粒的形成源自一个生长核心，其形成分为 两种机制：
（1）异相成核：以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂 质或固体表面上的台阶等缺陷作为核心，进行微粒的成核 和长大
（2）均相成核：无外来杂质和缺陷的参与，过饱和蒸 气中的原子相互碰撞而失去动能，聚集形成核心，当核心 半径大于临界半径rc时，可不断吸收撞击到表面的其他原 子、继续长大、最终形成微粒
15
第三章 零维纳米材料
自从1984年德国科学家 Gleiter等人首次用惰性气 体凝聚法成功地制得铁纳 米微粒以来，纳米材料的 制备、性能和应用等各方 面的研究取得了重大进展
其中纳米材料合成方法的研 究是十分重要的研究领域
16
第三章 零维纳米材料
纳米材料的研究现已从最初的单相金属发展到了 合金、化合物、金属-无机载体、金属-有机载体 和化合物-无机载体、化合物-有机载体等复合材 料以及纳米管、纳米纤维(丝或棒)等一维材料
4）原子团逸出功的振荡行为等。
5
第三章 零维纳米材料
纳米碳球
主要代表就是C60，亦称作富勒碳
60个C原子组成的封闭的球形， 32面体，20个六边形和12个五边 形构成一个完成富勒碳。
其结构与常规的碳的同素异性体 金钢石和石墨完全不同，物化性 质非常奇特，如电学、光学和超 导特性。
6
原子团簇
9
第三章 零维纳米材料
纳米颗粒
纳米颗粒（也称作纳米微粒、超微粒子或纳米粉）
颗粒尺度为纳米量级的超微颗粒，尺度大于原子团簇， 一般在100nm以内。
纳米颗粒是肉眼和一般光学显微镜看不见的微小粒子。 通常纳米颗粒小于红血球的千分之一、是细菌的几十分之 一，与病毒大小相当。
日本上田良二教授：用电子显微镜（TEM）能看到的 微粒称为纳米颗粒
合成方法日新月异
17
第三章 零维纳米材料
纳米粒子的合成目前已发展了多种方 法，制备的关键是控制颗粒的大小和 获得较窄的粒径分布，有些需要控制 产物的晶相，所需的设备尽可能简单 易行
18
第三章 零维纳米材料
2.1 制备方法评述
制备方法的分类：
物理方法：由大到小的方法
化学方法：由小到大的方法