功能材料

一、功能材料

功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。（1）功能材料的分类:金属功能材料无机非金属功能材料有机功能材料

晶体：原子在空间呈有规则地周期性重复排列；

非晶体：原子无规则排列。非晶体:熔化范围各向同性

晶体:固定熔点各向异性

空间点阵：这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。

晶胞：具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。

（2）晶体的缺陷：

单晶体：一块晶体材料，其内部的晶体位向完全一致时，即整个材料是一个晶体，这块晶体就称之为“单晶体”，实用材料中如半导体集成电路用的单晶硅。

多晶体：实际应用的工程材料中，那怕是一块尺寸很小材料，绝大多数包含着许许多多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向却不相同。称这种由多个小晶体组成的晶体结构称之为“多晶体”。

晶粒：多晶体材料中每个小晶体的外形多为不规则的颗粒状，通常把它们叫做“晶粒”。晶体缺陷：即使在每个晶粒的内部，也并不完全象晶体学中论述的(理想晶体)那样，原子完全呈现周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。

1、点缺陷在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。

空位在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。

间隙原子在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。

异类原子在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。

2、线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错

3、面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。

（3）导体、半导体和绝缘体

它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。

导体：在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流。从能级图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。

绝缘体：在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。

Eg 约3～6 eV），共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。半导体：的能带结构,满带与空带

E g 约0.1～2 eV )。

绝缘体与半导体的击穿：当外电场非常强时，它们的共有化电子还是

能越过禁带跃迁到上面的空带中的。

半导体的性能：

本证半导体：本征半导体是指纯净的半导体。

本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。

. 电子导电……半导体的载流子是电子

空穴导电……半导体的载流子是空穴

满带上的一个电子跃迁到空带后,满带中出现一个空位。

纳米材料

固体颗粒小到纳米尺度的超微粒子（也称之为纳米粉）和晶粒尺寸小到纳米量级的固体和薄膜。三维空间中至少有一维处于1－100nm或由它们作为基本单元构成的材料。

自然界的纳米材料

1、人体和兽类的牙齿

2、蛋白石

3、蜜蜂的“罗盘”—腹部的磁性纳米粒子

4、螃蟹的横行—磁性粒子“指南针”定位作用的紊乱

5、海龟在大西洋的巡航—头部磁性粒子的导航

按维数分类

0 维—空间三维尺寸均在纳米尺度（纳米尺度颗粒、原子团簇、纳米尺度孔洞）

1 维—空间有二维处于纳米尺度（纳米丝、纳米棒、纳米管等）

2 维—三维空间有一维在纳米尺度（超薄膜、多层膜、超晶格等）

3维—纳米相材料（纳米介孔材料）

几种典型的纳米材料

1、纳米纤维

2、碳纳米管

3、纳米二氧化钛

纳米材料的表征方法

纳米材料的仪器表征法

1、X射线衍射分析(XRD)

2、红外光谱法

3、元素分析法

4、拉曼光谱

5、电子顺磁共振谱

6、X射线光电子能谱（XPS）

X射线衍射的应用

原理：

已知X射线的波长测定晶体的晶格常数。

1、X射线衍射分析

2、物质状态鉴别

3、XRD物相定性分析

4、物相定量分析

5、晶粒大小的测定原理

6、介孔结构测定；

7、多层膜分析

纳米材料的特有表征方法

透射电镜法（TEM）扫描电镜法（SEM）隧道扫描电镜法（STM）

原子力显微镜（AFM）

制备方法的分类：

A. 根据是否发生化学反应，纳米粒子的制备方法通常分为两大类：物理方法和化学方法。

B. 根据制备状态的不同，制备纳米粒子的方法可以分为气相法、液相法和固相法等;

C. 按反应物状态分为干法和湿法。

大部分方法具有粒径均匀，粒度可控，操作简单等优点；有的也存在可生产材料范围较窄，反应条件较苛刻，如高温高压、真空等缺点。

纳米材料的改性

一、对纳米材料进行结构方面的调整，如晶体掺杂，纳米颗粒形状改变，球形，土豆形，棒状或胶囊状，纳米管状之类的，另外就是将这些纳米颗粒按一定方式堆积形成致密或多孔状材料等，具体要看目的了。

二、是在纳米颗粒表面进行沉积或包覆纳米粒子，从而使材料具有某些特性。

１．需要改性的原因：纳米材料由于粒径小、表面原子所占的比例高，所以具有极高的比表面积、表面活性和奇异的物理化学性质，但这些特性使纳米材料不稳定，具有很高的表面能，易于相互作用，导致团聚，从而减小材料的比表面积和体系gibbs(j吉布斯。美国物理