第三章 纳米颗粒的物理特性.
纳米粒子的制备方法及应用
纳米粒子的制备方法及应用纳米粒子的制备方法分为物理方法和化学方法。
物理方法主要包括雾化法、机械合金法、燃烧法等，化学方法主要包括溶胀法、微乳液法、共沉淀法、水热法等。
以下是关于纳米粒子的常见制备方法及其应用的详细介绍。
1. 雾化法：将物质通过高温、高压的气体和固液混合物的喷雾，使其迅速冷却固化，形成纳米粒子。
这种方法的特点是造粒速度快、控制性好，应用广泛。
例如，铜纳米粒子制备后可以应用于导电涂料、导电油墨等领域。
2. 机械合金法：通过机械能强化作用，将材料在高能物理场中研磨、冲击或研磨脱臭，使其形成纳米粒子。
这种方法能够制备高纯度的纳米材料，并且可以控制纳米颗粒的形貌和粒度。
例如，铁-铁氧化物纳米复合粒子可以应用于催化剂、磁性材料等领域。
3. 燃烧法：通过在适当的氧气中燃烧金属颗粒或金属盐溶液，使其生成纳米颗粒。
这种方法具有操作简单、制备快速的优点。
例如，钛纳米颗粒可以应用于太阳能电池、生物材料等领域。
4. 溶胀法：利用高分子溶胀、凝胶与干燥法，通过控制溶胀度和架链密度，形成纳米颗粒。
这种方法制备的纳米粒子具有较大的比表面积和较高的孔隙度，适用于吸附、分离等领域。
5. 微乳液法：利用表面活性剂和油水体系，通过溶胶-凝胶转化或乳化反应制备纳米颗粒。
这种方法具有制备精密、单分散的纳米颗粒的优点，例如，二氧化钛纳米颗粒可以应用于催化剂、阳光防护剂等领域。
6. 共沉淀法：将溶液中的金属离子还原后，通过慢慢加热和搅拌，使其形成纳米颗粒。
这种方法的优点是制备过程简单、成本低廉，适用于大批量生产。
例如，氧化铁纳米颗粒可以应用于医学成像、磁性流体等领域。
7. 水热法：将溶液放入高温高压设备中，在水的超临界状态下进行溶解、析出和固化，形成纳米颗粒。
这种方法制备的纳米材料具有优异的结晶度和热稳定性，广泛应用于催化剂、电池材料等领域。
纳米粒子具有特殊的物理、化学和光学性质，因此在众多领域中有重要的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 生物医学：纳米粒子在生物医学领域中具有广泛的应用，如药物载体、分子成像、肿瘤治疗等。
纳米材料的奇妙特性
纳米材料的奇妙特性纳米材料是指具有几十到几百纳米尺寸的材料，其尺寸小于光的波长，因此具备了许多令人惊叹的奇妙特性。
这些特性包括独特的力学、光学、电子和化学性质，使得纳米材料在许多领域具有广泛的应用潜力。
首先，纳米材料具有出色的力学特性。
由于其粒径远小于常规材料，纳米材料具备高比表面积和较高的表面能。
这导致纳米材料具有强度和硬度的显著增加，从而改善了其力学性能。
例如，纳米金属具有出色的塑性，不仅可以在高温和高压下保持稳定的形态，还能够通过表面的形变来实现出色的耐磨性。
这些优异的力学特性使得纳米材料成为制备轻量、高强度结构材料的理想选择。
其次，纳米材料展现了独特的光学性质。
由于纳米颗粒的尺寸接近光的波长，它们能够与光强烈的相互作用。
纳米颗粒可以通过表面等离子体共振来增强吸收和散射光线，因此呈现出令人叹为观止的颜色效应。
这种颜色效应可以应用于纳米材料在传感器、显示器和太阳能电池等领域的应用中。
此外，纳米材料还具备可调控的光学性质，例如纳米线和纳米带的量子尺寸效应，使得它们能够发出特定波长的光，有望在光电子学和激光技术中发挥重要作用。
除了力学和光学特性，纳米材料的电子性质也具备了惊人的变化。
一方面，纳米结构可以改变电子结构和能隙大小，使得纳米材料呈现出独特的电子传输特性。
例如，纳米线和纳米颗粒能够显示出量子限制效应，电子在其中受限于三维空间，导致电荷输运出现新的物理现象。
另一方面，纳米颗粒的大比表面积使得其在催化、传感和电子器件等领域具有广阔的应用前景。
纳米材料的电子性质可通过控制形状、尺寸和结构来调节，因此具备了很大的设计潜力。
纳米材料的化学性质也受到尺寸效应的显著影响。
相比于宏观和微米级材料，纳米材料的化学反应速率更快，其表面原子数目远大于内部原子数目，因此表面活性极高。
这使得纳米材料成为催化剂、传感器和吸附剂等应用领域的理想选择。
纳米结构不仅能够增加反应速率，还可以调节反应的选择性和有效性。
例如，通过调控纳米颗粒的形状和组成，可以实现对催化反应选择性的精确控制，提高反应的效率。
第三章纳米材料的制备方法
第三章纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法可以分为物理方法、化学方法和生物方法三类。
物理方法包括机械法、气相法和溶液法等；化学方法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等；而生物方法主要是利用生物体或生物分子在生物环境下合成纳米材料。
机械法是指通过力的作用将宏观材料制备成纳米尺寸的材料，常见的方法有高能球磨法和挤压法。
高能球磨法是通过高能球磨机将粗颗粒材料和球磨介质一起置于球磨罐中进行强烈碰撞实现的。
挤压法则是将粗颗粒材料置于特定的装置中，通过外力作用使材料变形而制备纳米材料。
气相法是通过气相反应将气态物质制备成纳米材料，常见的方法有气相沉积法和气溶胶法两种。
气相沉积法是将气态前体输送到反应器中，在特定温度和压力条件下发生化学反应，生成纳米颗粒。
气溶胶法则是将气态前体生产成准稳态悬浮液，再经过控制条件使气溶胶中的颗粒在特定条件下成长。
溶液法是通过将溶液中溶解的化合物沉淀出来形成纳米颗粒的方法，常见的方法有沉淀法和溶胶-凝胶法。
沉淀法是将两种反应物溶解在溶液中，然后通过添加沉淀剂使沉淀物形成纳米颗粒。
溶胶-凝胶法则是将溶胶转变成凝胶，在适当条件下控制凝胶的形成和热处理过程，最终制备成纳米材料。
化学气相沉积法是通过在可控的气相条件下，将气态前体沉积在衬底上生成纳米颗粒的方法，主要应用于金属和半导体纳米材料的制备。
该方法需要控制反应气体的成分和温度，以及反应时间和衬底的性质。
生物方法是指利用生物体或生物分子在生物环境下合成纳米材料，包括微生物法和生物模板法两种。
微生物法是利用微生物在代谢过程中产生的酶或其他生物分子对金属离子进行还原或沉淀，形成金属纳米材料。
生物模板法则是利用生物体的分子结构作为模板，在其表面沉积纳米材料，通过控制反应条件可以得到不同形状和尺寸的纳米材料。
总结而言，纳米材料的制备方法多种多样，从物理方法到化学方法再到生物方法，每种方法都有其独特的优势和适用范围。
在制备纳米材料时，需要考虑材料性质、制备条件以及后续应用等因素，以选择最适合的制备方法。
纳米材料的特性
6、纳米微粒分散物系的光学性质
纳米微粒分散于分散介质中形成分散物系(溶胶)，纳米微粒在这里又 称作胶体粒子或分散相。由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性使得 分散物系具有特殊的光学特征。例如，如果让一束聚集的光线通过这种 分散物系，在入射光的垂直方向可看到一个发光的圆锥体，如图所示。 这种现象是由英国物理学家丁达尔(Tyndal)所发现，故称丁达尔效应。这 个圆锥为丁达尔圆锥。
与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现 象，即吸收带移向短波长方向。
例如，纳米SiC颗粒和大块SiC固体的红外吸收频率峰值 分别为814cm-1和794cm-1。纳米SiC颗粒的红外吸收频率较大 块固体蓝移了20cm-1。
纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的红外吸收频率峰值 分别是949cm-1和935cm-1，纳米氮化硅颗粒的红外吸收频率比 大块固体蓝移了14cm-1。
CdSexS1-x玻璃的吸收光谱
曲线1所代表的粒径大于10nm 曲线2所代表的粒径为5nm
5、纳米微粒发光现象
当纳米微粒的尺寸小到一定值时可在 一定波长的光激发下发光。所谓光致发光 (photoluminescence)是指在一定波长光照射 下被激发到高能级激发态的电子重新跃回到 低能级被空穴俘获而发射出光子的现象。
固体材料的光学性质与其内部的微结构，特别是电子态、缺陷态 和能级结构有密切的关系。
纳米材料与常规固体材料在结构上差别很大，表现为： 小尺寸、能级离散性显著、表(界)面原子比例高、界面原子排 列和键的组态的无规则性较大等。这些特征导致纳米材料的 光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶态的新现象。
二、纳米材料的光学性质
激子的分类：
1) 弱束缚激子，亦称Wannier激子。此类激子的电子与空穴之间的 束缚比较弱，表现为束缚能小，电子与空穴间的平均距离远大于原 子间距。大多数半导体材料中的激子属于弱束缚激子。
第三章 纳米粉体的分散
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第三章 第1节
超声分散机理
❖ 气泡可重新溶解于气体中，也可上浮并消失，也 可能脱离超声场的共振相位而溃陷。
❖ 这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或消失的 现象，就是空化作用
❖ 空化作用会产生局部的高温高压，并产生巨大的 冲击力和微射流，纳米粉体在其作用下，表面能 被削弱，从而实现对纳米粉体的分散作用
采用电位滴定法确定离解度随pH的变化
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第三章 第3节
❖ 实验步骤
1、在聚合物酸溶液中加几滴HNO3，pH值调至2.5 2、加入KNO3电解质以维持其离子强度，用标准NaOH溶液
滴定至pH＝12.5，记录pH值随NaOH加入量的变化 3、滴定空白曲线：相同离子强度不含聚合物酸的溶液用相
δ0
ZrO2
pH值 ❖ 当pH<4时，聚丙烯酸（PAA）
纳米材料的基本概念与性质
对介于原子、分子与大块固体之间的纳米晶体，大块材料 中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒 尺寸减小而增大。
如导电的金属在纳米颗粒时可以变成绝缘体；当温度为1K， Ag纳米粒子直径小于14nm，Ag纳米粒子变为绝缘体。
合成了一维氮化硅纳米 线体。
氮化硅纳米丝
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1.2 纳米微粒的基本性质
1.电子能级的不连续性 - kubo理论 2. 量子尺寸效应 3. 小尺寸效应 4. 表面效应 5. 宏观量子隧道效应
1.2.1电子能级的不连续性 - kubo理论
久保(Kubo)理论是关于金属粒子电子性质的理 论．它是由久保及其合作者提出的，以后久保和其他 研究者进一步发展了这个理论．1986年Halperin对这一 理论进行了较全面归纳，用这一理论对金属超微粒子 的量子尺寸效应进行了深入分析。
碳纳米管的发现
❖ 饭岛澄男(Iilijima Sumio)分别在1991 和1993年发表论文
❖ “Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 354, 56 - 58 (07 November 1991) ”
❖ “Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Nature 363, 603 - 605 (17 June 1993) ”。
制备C60常用的方法：
采用两个石墨碳棒在惰性气体（He，Ar）中进行直流 电弧放电，并用围于碳棒周围的冷凝板收集挥发物。挥 发物中除了有C60外，还含有C70，C20等其它碳团簇。可 以采用酸溶去其它团簇，但往往还混有C70。
纳米颗粒在药物输送系统中的作用详细描述
纳米颗粒在药物输送系统中的作用详细描述纳米颗粒（nanoparticles）是指尺寸在1到100纳米之间的微小颗粒，具有独特的物理和化学特性。
在药物输送系统中，纳米颗粒被广泛应用于药物的包裹和传递，以提高药物的生物利用度和疗效。
纳米颗粒能够克服传统药物治疗的一些限制，如生物不耐受性、药物迅速代谢和降解等问题，从而极大地改善了药物治疗的效果。
本文详细描述纳米颗粒在药物输送系统中的作用。
首先，纳米颗粒具有较大的比表面积，这使得药物可以更好地与纳米颗粒表面相互作用，实现药物的包裹和稳定储存。
纳米颗粒通过纳米尺度的特殊结构，提供了较大的药物装载量和更高的稳定性，可以有效地避免药物在输送过程中的损失和降解。
纳米颗粒还可以通过表面改性，如聚合物修饰、药物缓释控制等手段，调控药物的释放速率和时间，实现药物的延时释放和长效疗效。
其次，纳米颗粒可通过其特殊的生物分布特性实现针对性的药物输送。
由于尺寸合适，纳米颗粒可以通过血管壁进入各种组织和细胞，从而实现药物的靶向输送。
在肿瘤治疗中，特异性识别纳米颗粒与肿瘤细胞的靶点结合可以增加药物在肿瘤组织的富集度，减少对正常细胞的毒性作用，从而提高疗效并降低副作用。
此外，纳米颗粒在通过细胞膜进入细胞内后，还能够在细胞内释放药物，实现药物的内部靶向治疗。
第三，纳米颗粒可以提高药物在体内的生物利用度。
纳米颗粒具有较小的尺寸，可以更好地避免药物在体内的排泄和代谢，并延长药物在体内的停留时间。
通过控制纳米颗粒的体内分布和代谢途径，可以实现药物在特定组织和器官的积累和持续释放，进一步提高药物的疗效。
纳米颗粒还可以用于改善药物的水溶性和稳定性，提高口服给药的吸收率，降低必要用药剂量和投药次数，从而提高患者的依从性和治疗效果。
此外，纳米颗粒还可以增强药物的穿透性和透过血脑屏障的能力。
由于纳米颗粒尺寸较小，因此可以经过血脑屏障，将药物输送到中枢神经系统。
这在治疗神经系统疾病和脑肿瘤方面具有重要意义。
质粒和纳米颗粒的关系-概述说明以及解释
质粒和纳米颗粒的关系-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：质粒和纳米颗粒是两个在纳米科学和生物学领域中具有重要意义的概念。
质粒通常是环状DNA分子，它们存在于细胞质中，可以自主复制和传递基因信息。
而纳米颗粒是尺寸在纳米级别的微小颗粒，由于其特殊的物理和化学性质，使得它们在纳米科学、材料科学和医学等领域的应用前景广阔。
本文将讨论质粒和纳米颗粒之间的关系，并探讨它们在科学研究和应用中的相互作用和重要性。
首先，我们将介绍质粒的定义和特点，包括其结构、功能和生物学意义。
然后，我们将探讨纳米颗粒的定义和特点，包括其制备方法、物理性质和应用领域。
接下来，我们将深入探讨质粒与纳米颗粒之间的相互作用，包括它们在纳米颗粒载体和基因传递系统中的应用。
最后，我们将总结质粒和纳米颗粒的关系，并对未来的研究和应用提出展望。
通过对质粒和纳米颗粒的深入理解，我们可以更好地了解它们在生物学、医学和材料科学等领域中的潜在应用。
此外，进一步研究质粒和纳米颗粒之间的相互作用，也有助于推动纳米科学和生物学之间的交叉研究，促进科学技术的发展。
因此，本文的目的是为读者提供对质粒和纳米颗粒关系的深入理解，并为未来的研究和应用提供一些思路和启示。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将首先介绍质粒和纳米颗粒的定义和特点，分别从微观和宏观角度观察它们的结构和性质。
随后，我们将探讨质粒与纳米颗粒之间的相互作用，包括它们在生物学、化学和材料科学中的作用机制和影响。
接着，我们将探讨质粒和纳米颗粒在不同应用领域中的关系，如药物输送、基因工程和环境治理等方面的应用。
最后，我们将总结质粒和纳米颗粒之间的关系，展望未来研究的方向和趋势。
通过本文的阐述，读者将更深入地了解质粒和纳米颗粒之间的关系，以及它们在现代科学和技术领域中的重要性和应用前景。
1.3 目的:本文旨在探讨质粒和纳米颗粒之间的关系，以及它们在生物学、医学、材料科学等领域的应用。
通过深入分析质粒和纳米颗粒的定义、特点以及相互作用，我们将揭示它们在科学研究和实际应用中的重要性和潜在的发展方向。