新材料化学1

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新材料化学知识点总结

新材料化学知识点总结

新材料化学知识点总结新材料化学的基本概念新材料化学是研究和探索新材料的科学,它旨在开发出具有特定性能和功能的新型材料,并为其应用提供技术支持。

新材料化学的基本任务是通过研究材料的结构、性能和应用,提高材料的性能,开发出更加符合人类需求的新型材料。

新材料化学的研究内容涵盖了化学、物理、材料学等多个学科领域,是一个综合性强、前沿性强的学科领域。

新材料化学的研究内容新材料化学的研究内容包括材料的合成、结构表征、性能测试以及应用研究等多个方面。

其中,材料的合成是新材料化学的基础工作,它包括物质的合成方法、反应机理、合成过程中的控制和调控等内容;结构表征主要是对材料的结构进行分析和表征,包括X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析等技术手段;性能测试是对材料的力学性能、热学性能、电学性能等进行测试和评价,以了解材料的性能特点;应用研究是将新型材料应用于具体领域,满足特定需求,并为材料在工业和生活中的应用提供技术支持。

新材料化学的研究方法新材料化学的研究方法主要包括理论计算、实验研究、制备工艺等多种手段。

理论计算是通过模拟和计算的方法,对材料的结构和性能进行预测和分析,为实验研究提供指导;实验研究是通过实验手段对材料进行合成、结构表征和性能测试等工作,获取实验数据和结果;制备工艺是根据新材料的特性和需求,设计和开发合适的制备方法和工艺流程,实现新材料的规模化生产。

新材料化学的应用领域新材料化学的研究成果广泛应用于各个领域,包括电子信息、能源材料、生物医药、环境保护、先进制造等多个领域。

在电子信息领域,新型材料的研究应用为信息存储、信息传输、光电器件等提供了新的选择和技术支持;在能源材料领域,新型材料的研究应用为新能源的开发利用、能量转化和储存等提供了新的途径和技术支持;在生物医药领域,新型材料的研究应用为药物载体、医用材料、医学影像等提供了新的选择和技术支持;在环境保护领域,新型材料的研究应用为污染治理、废弃物资源化利用等提供了新的途径和技术支持;在先进制造领域,新型材料的研究应用为高性能材料、先进工艺、智能制造等提供了新的选择和技术支持。

化学与新材料开发的关系与应用

化学与新材料开发的关系与应用

化学与新材料开发的关系与应用随着社会的发展和科学技术的进步,化学作为一门重要的基础科学,在新材料开发中起着至关重要的作用。

本文将探讨化学与新材料开发之间的关系以及在实际应用中的具体应用。

一、化学与新材料开发的关系化学作为一门研究物质组成、性质和变化的学科,为新材料的开发提供了基础。

化学的理论和技术成果为新材料的合成、制备和改性提供了关键的支撑。

例如,有机合成化学为研发新型的有机高分子材料提供了基础,无机化学为合成新型的无机材料提供了技术支持。

此外,化学的理论研究以及化学分析方法的不断发展,也为新材料的研究提供了重要的参考依据。

二、化学在新材料开发中的应用1. 合成新材料通过化学合成,可以制备出各种新型的材料,如高分子材料、纳米材料等。

比如,利用聚合物反应原理和有机合成化学的方法可以合成出具有特定性能的高分子材料,这些高分子材料可以用于制备塑料、橡胶、纤维等各种日常用品。

而纳米材料的研究则是通过化学方法控制材料的微观结构和性能,例如,通过溶胶-凝胶法合成二氧化硅纳米颗粒,使其具备更好的电化学性能,应用于锂电池等领域。

2. 改性现有材料化学还可以通过对现有材料的改性,使其具备更好的性能和应用价值。

例如,通过对聚合物材料进行交联改性,可以提高其力学性能和耐热性,使其可以应用于高温环境下的工业领域;通过表面处理改性可以使材料具备抗菌、防水、抗紫外线等功能,扩大材料的应用范围。

3. 材料分析与表征化学的分析方法为新材料的研究提供了重要的手段。

通过化学分析方法,可以对材料的组成、结构和性能进行全面的分析与表征,为新材料的研究提供准确可靠的数据。

例如,利用质谱、红外光谱等分析方法可以对材料的组成和结构进行表征,通过热分析和光谱分析则可以研究材料的热性能和光学性能。

三、化学与新材料开发的应用案例1. 高分子材料在塑料工业中的应用高分子材料是一类重要的新材料,由于其良好的可塑性和可加工性,在塑料工业中得到广泛应用。

化学工程的新材料

化学工程的新材料

化学工程的新材料化学工程作为一门综合性学科,旨在研究和应用化学原理和技术来解决工业生产中的问题。

其中,新材料的研发与应用一直是化学工程领域的关注焦点。

在现代社会的发展进程中,新材料对于推动科技创新、提升产业竞争力至关重要。

本文将探讨当前化学工程领域中的新材料和其在工业应用中的前景。

一、高性能聚合物材料高性能聚合物是当前化学工程中的研究热点之一。

它们具有优异的力学性能、化学稳定性和耐高温性能,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电器等领域。

例如,聚醚醚酮(PEEK)作为一种具有优异热稳定性的高性能聚合物,被广泛应用于航空航天和医疗器械领域。

二、纳米材料纳米材料是一种材料结构尺寸在纳米尺度范围内的材料。

由于其特殊的物理、化学性质,纳米材料在许多领域具有广泛的应用前景。

在化学工程中,纳米材料可以应用于催化剂、储氢材料、传感器等方面。

例如,纳米金催化剂可以提高反应速率和选择性,被广泛应用于化工生产中。

三、膜分离材料膜分离是一种通过不同材料的选择性渗透性,实现对物质分子进行分离的技术。

膜分离技术在化学工程中具有广泛的应用,如水处理、气体分离等。

聚合物膜是目前膜分离领域的主流材料之一,具有良好的渗透性能和选择性。

另外,无机材料如氧化锆膜、氧化铝膜等也具有优异的分离性能和稳定性。

四、先进功能材料先进功能材料是指通过特殊的结构和功能调控,赋予材料各种特殊的性能和功能。

在化学工程领域,先进功能材料的研发和应用涉及电子材料、光学材料、磁性材料等多个方面。

例如,人工合成的钙钛矿太阳能电池材料具有良好的光电转换效率,被认为是太阳能电池领域的一种新材料。

总结:化学工程的新材料在工业应用中发挥着重要作用。

高性能聚合物材料、纳米材料、膜分离材料和先进功能材料是当前研究和应用较为广泛的新材料。

这些新材料的研究和开发不仅仅为化学工程领域的发展提供了新的技术手段,也为许多相关领域的创新和发展提供了无限的潜力。

随着技术的不断进步和人们对于材料性能和功能的要求不断提高,化学工程的新材料研究仍然具有广阔的前景和应用前景。

化学合成新材料的方法与应用

化学合成新材料的方法与应用

化学合成新材料的方法与应用随着科学技术的不断进步,化学合成新材料已成为一项重要的研究领域。

本文将探讨化学合成新材料的方法和应用,并介绍几种常见的合成方法和其在各个领域中的应用。

一、化学合成新材料的方法1. 溶剂热法:溶剂热法是一种常用的化学合成方法。

该方法利用高温高压条件下溶剂中的反应活性,通过溶剂的选择和调节反应条件来合成新材料。

例如,通过溶剂热法可以合成出具有特殊结构和性能的金属氧化物纳米材料。

2. 水热法:水热法是一种以水为溶剂,在高温高压的条件下进行物质变化的合成方法。

水热法具有简单、环境友好、反应条件温和等优点,被广泛应用于制备纳米材料、纳米复合材料、功能材料等领域。

3. 气相沉积法:气相沉积法是一种以气体为反应介质,在高温条件下进行新材料的合成。

该方法可用于合成具有高纯度、高均匀性和大面积的薄膜材料,常见的气相沉积法包括化学气相沉积、物理气相沉积等。

4. 溶剂溶胶法:溶剂溶胶法是一种将溶液中的物质在气体或固体基底上进行沉积的方法。

通过溶剂溶胶法,可以制备出结晶度高、纯度高、颗粒尺寸可控的新型材料。

二、化学合成新材料的应用1. 光电子材料:化学合成方法在光电子材料的合成中具有重要应用价值。

例如,利用溶剂热法和气相沉积法可以合成具有优异光电性能的纳米材料,用于太阳能电池、光电探测器等领域。

2. 催化剂材料:化学合成新材料在催化剂领域有广泛的应用。

通过精确控制材料的结构和成分,可以合成具有高效催化活性和选择性的催化剂材料,用于催化反应和环境保护领域。

3. 生物医学材料:化学合成新材料在生物医学领域的应用也逐渐展开。

例如,利用溶剂溶胶法可以制备出具有特殊结构和功能的生物医学纳米材料,用于药物输送、医学诊断和组织工程等方面。

4. 能源材料:新材料在能源领域中的应用是实现可持续发展的重要领域之一。

通过化学合成方法,可以制备出具有高能量密度、长循环寿命和高效能量转化效率的能源材料,用于电池、超级电容器等能源存储与转换装置。

化学合成的新材料和新能源

化学合成的新材料和新能源

化学合成的新材料和新能源随着科技的不断发展,人类对于新材料和新能源的需求日益增长。

化学合成作为一种重要的手段,正在不断地被应用于新材料和新能源的研究中。

本文将从化学合成的角度探讨新材料和新能源的发展。

一、新材料1.有机高分子材料有机高分子材料是由有机化合物通过化学反应合成而成的一类材料。

这种材料通常具有较好的柔韧性、可塑性和可加工性,适用于制造塑料、橡胶、纤维和电子材料等。

目前,有机高分子材料的研究正在不断深入。

例如,聚合物太阳能电池是一种新型的太阳能电池,采用有机高分子材料作为电池的光电转换材料。

这种太阳能电池的成本低,制造工艺简单,且对环境友好,因此备受关注。

此外,有机高分子材料还可用于生物医学领域,如人工肌肉、细胞培养基等领域。

2.纳米材料纳米材料是指尺寸在1~100纳米之间的材料。

由于其具有特殊的物理、化学和生物学特性,因此在材料科学、能源领域、生物医学领域和环境领域等方面显示出了极大的应用潜力。

例如,纳米材料可以用来制造高效电池、催化剂、光催化剂、生物传感器等。

此外,碳纳米管具有很高的强度和导电性能,可以用于制造晶体管、半导体、纳米传感器等。

3.金属有机框架材料金属有机框架材料是一种由金属离子或簇中心与有机配体通过配位作用形成的三维结构材料。

它们具有高度可控性的微观结构、可调控的物理、化学性质以及可重复利用等特点。

目前,某些金属有机框架材料已经被应用于气体吸附、分离和储存领域,以及传感器、催化剂、电子存储器等领域。

二、新能源1.太阳能能源太阳能能源是一种无污染、无噪音、可再生的能源。

目前,太阳能电池在能源领域正在发挥越来越大的作用。

太阳能电池可以将太阳能转化为电能,供应给建筑物、交通系统、通讯系统、电子设备等。

目前,太阳能电池的效率和稳定性仍然是研究的重点。

化学合成技术可以制造高效、稳定的太阳能电池材料和器件,以提高太阳能电池的效率和稳定性。

2.燃料电池燃料电池是一种以氢气、乙醇、甲醇等作为燃料,在氧气的存在下,通过化学反应将化学能直接转换为电能的设备。

化学新材料的分类及应用

化学新材料的分类及应用

化学新材料的分类及应用化学新材料是指在化学科学技术的基础上,具有新的结构、新的性能、新的用途的材料。

化学新材料是一种在实验室研发的需经过一定工艺制造生产的新材料,是新材料中的一种,是应用在工程上的新材料,具有新的性能、特殊的功能以及广阔的应用前景。

化学新材料广泛应用于航天、航空、船舶、汽车、家电、电子、通信、工程、建筑、医药、环保等各个领域。

根据材料的性能和用途的不同,化学新材料可以分为多种分类,主要包括高聚物材料、无机非金属新材料、复合材料等。

首先是高聚物材料,高分子材料是由重复连接构成的巨大分子的材料,具有独特的物化性能。

根据来源和制备方法的不同,可分为合成高分子和天然高分子。

合成高聚物主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等,这些高分子材料在包装、建筑、医疗、电工、电子等领域有广泛的应用。

而天然高聚物主要包括天然橡胶、天然纤维素等,这些材料在橡胶制品、纺织品等领域有广泛应用。

其次是无机非金属新材料,无机非金属新材料是指在无机材料领域中,由无机物质构成,具有特殊性能和用途的材料。

主要包括陶瓷材料、玻璃材料、新型建筑材料等。

陶瓷材料在航空航天、电子信息、汽车制造等领域有广泛的应用。

玻璃材料在建筑、家居、电子产品等领域也有广泛的应用。

新型建筑材料如高强水泥、新型节能砖等在建筑领域也有重要的应用。

最后是复合材料,复合材料是由两种或两种以上的材料组成的一种新型材料。

常见的复合材料有玻璃钢、碳纤维复合材料、金属基复合材料等。

这些复合材料具有结构轻、强度高、耐腐蚀、耐热等特点,在航空航天、汽车制造、建筑等领域有广泛的应用。

化学新材料在各个领域都有着极为广泛的应用,它们的问世使得许多领域在性能、品质等方面都有了很大的提升,推动了相关行业的技术进步。

目前,化学新材料已经成为工业和科技领域的一个重要领域,对人类生产生活的发展起着重要的推动作用。

化学新材料在材料科学领域的应用越来越广泛。

新材料的涌现冲破了传统材料的束缚,广泛应用于航空航天、能源、交通与运输、信息与通信、医疗卫生、环境保护等方面。

有机化学中的新材料与应用

有机化学中的新材料与应用

有机化学中的新材料与应用有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学科学,广泛应用于许多领域,为我们的生活带来了许多新材料和应用。

本文将探讨有机化学中的一些新材料以及它们的应用。

一、生物降解塑料生物降解塑料是一种环境友好型的塑料,它可以在正常的环境条件下被微生物代谢和降解,降解产物对环境没有污染。

这种塑料主要由可再生资源制成,如玉米淀粉和纤维素。

它在塑料包装、食品容器和农业薄膜等领域得到广泛应用,有效减少了对环境的影响。

二、光致变色材料光致变色材料是一种能够在光照射下改变颜色的材料。

它们的分子结构可以通过紫外光、可见光或红外光的照射而发生可逆的结构变化,从而改变材料的颜色。

这种材料在信息显示、可见光通信和光子学等领域具有潜在的应用前景。

三、有机光电材料有机光电材料是一种能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料。

这些材料通常由有机分子构成,其分子结构可以通过吸收光子而发生电荷分离或电荷重组,从而实现光电转换。

有机太阳能电池、有机发光二极管和有机光电传感器等就是利用有机光电材料的典型应用。

四、荧光探针荧光探针是一种可用于检测、定量和监测特定物质的有机化合物。

通过引入特定的分子结构,荧光探针可以与目标物质发生特定的相互作用并发生荧光变化。

这种材料在生物医学和环境监测等领域的应用非常广泛,可以用于检测重金属离子、有毒气体和生物分子等。

五、有机电子材料有机电子材料是一种能够在电子设备中实现电荷输运和电子传导的有机化合物。

这些材料通常具有良好的分子自组装性质和光电特性,可以用于制备柔性显示器、有机场效应晶体管和有机电子器件等。

有机电子材料的研究和应用为电子学领域带来了许多新的可能性。

结语有机化学中的新材料与应用给许多领域带来了革命性的变化。

生物降解塑料解决了塑料污染的问题;光致变色材料实现了信息显示的创新;有机光电材料实现了光电转换的突破;荧光探针帮助我们监测和检测特定物质;有机电子材料掀起了柔性电子的新浪潮。

化学与新材料研究

化学与新材料研究

化学与新材料研究化学与新材料研究是一门探索物质性质、组成、结构与变化规律的科学,旨在为人类社会提供新型、高性能、环保的材料。

以下是相关知识点的详细介绍:1.化学基本概念:化学是一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的基础自然科学。

化学研究的对象是原子、分子、离子等微观粒子,以及它们之间的相互作用。

2.物质的组成与结构:物质是由原子、分子、离子等微观粒子组成的。

原子是物质的基本单位,由核子(质子和中子)和电子组成。

分子是由两个或多个原子通过化学键连接而成的。

离子是带电的原子或分子。

3.物质的性质:物质的性质分为物理性质和化学性质。

物理性质是指物质在不发生化学变化的情况下所表现出的性质,如颜色、状态、密度、硬度等。

化学性质是指物质在发生化学变化时所表现出的性质,如氧化性、还原性、酸碱性等。

4.化学反应:化学反应是指物质之间发生原子、离子或分子重新组合,生成新物质的过程。

化学反应遵循质量守恒定律、能量守恒定律和电荷守恒定律。

5.材料的分类:材料可分为无机材料、有机材料和复合材料。

无机材料包括金属材料、陶瓷材料和无机非金属材料(如玻璃、沙子等)。

有机材料包括塑料、橡胶、纤维等。

复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的具有特殊性能的材料。

6.新材料的研究与发展:新材料是指具有传统材料所不具备的优异性能或特殊功能的材料。

新材料研究旨在为人类社会提供具有高性能、环保、可持续发展的材料。

常见的新材料包括纳米材料、生物材料、能源材料、高性能复合材料等。

7.化学与生活:化学在生活中的应用十分广泛,如日用品、食品、医疗、环保等方面。

了解化学知识有助于我们更好地保护身体健康、提高生活质量。

8.化学与环保:化学在环境保护中起着重要作用。

通过化学手段可以治理污染、回收废旧物质、开发绿色能源等,为保护地球环境作出贡献。

9.化学与新技术:化学在新技术领域具有重要作用,如半导体材料、光电子材料、生物芯片等。

这些新技术的发展为人类社会带来巨大的变革。

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当纳米颗粒尺寸小到一定程度时,费米面附近电子能 级的离散性非常显著,量子尺寸效应不容忽视,最后导致
低温下导体向绝缘体的转变

(如kBT)
制作人:刘娟 282456221@
第一节 纳米材料
4.宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一,即当微观粒子的总 能量小于势垒高度时,该粒子仍能穿越这一势垒。近年来 ,人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器 件中的磁通量及电荷也具有隧道效应,他们可以穿越宏观 系统的势阱而产生变化,故称之为宏观量子隧道效应。
另外,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。这是载流子的量子限域效应引起的。
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第一节 纳米材料
(2)力学性质
金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更高的
强度和硬度,甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良好的塑性
和韧性。如A12O3基体中加入纳米SiC晶粒制成的陶瓷材料, 其最高强度大于1500MPa,最高使用温度也可以原来的 800℃提高到1200 ℃,纳米Ag微粒只要低于373K就开始 熔化,而常规Ag的熔点却在1173K左右。
当粒径小于15nm时,其矫顽力Hc→0,即进入了超顺磁状
态。
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第一节 纳米材料
二、纳米材料的主要制备方法 1、物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组 织好、粒度可控,但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米
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第一节 纳米材料
(3)热学性质
纳米微粒的熔
点、烧结温度
和晶化温度均
比常规粉体低
得多。这是纳 米微粒量子效 应造成的。
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第一节 纳米材料
(4)磁学性质
纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效 应,使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。
第一节 纳米材料
纳米材料的基本特性:
1. 量子尺寸效应
2. 表面效应
3.小尺寸效应
4.宏观量子隧道效应
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第一节 纳米材料
1.表面效应
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 ( 40 ) 20
0 0 10 20 30 40 50
第一节 纳米材料
2. 化学方法
(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材
料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。
(2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理 得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大 ,适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,
主要表现为:超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁
化率。
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第一节 纳米材料
超顺磁状态的起因: 由于小尺寸下,当各向异性能减小到与热运动能可相 比时,磁化方向就不再固定在一个易磁化方向,易磁化方 向作无规律的变化,结果导致超顺磁性的出现。 例如,粒径为85nm的纳米镍Ni微粒,矫顽力很高,而
• 从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统
既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一 种典型人介观系统,它具有表面效应、小尺寸效 应和宏观量子隧道效应。
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原子排成的“原子”字样
1nm=1/10亿米,10个氢原子 紧密排列,20nm是头发丝直 径的3000分之一
第一节 纳米材料
2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应
纳米微粒分散于介质中形成分散物系(溶胶),纳米
微粒称为胶体(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性,例如丁达尔效应。丁达尔效应 ——如果让一束聚集的光线通过分散物系,在入射光的垂 直方向上可以看到一个发光的圆锥体。
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%
第一节 纳米材料
2.小尺寸效应
金属纳米固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺寸
效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小
时,小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。
e_
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第一节 纳米材料
3.量子尺寸效应
粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分
布不均匀。
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第一节 纳米材料
(3)机械球磨法 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素
纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点
操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
二、纳米材料的主要制备方法 三、纳米材料的应用领域
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
• 纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成
。纳米粒子也叫超微颗粒,一般是指尺寸在1~
100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的 过渡区域。
第六章 新材料化学
新材料是指新近发展的或正 在研发的、性能超群的一些材料, 具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志,
通过物理研究、 材料设计、材料
加工、试验评价等一系列研究过
程,创造出能满足各种需要的新 型材料的技术。
第六章 新材料化学
第一节 纳米材料 第二节 复合材料 第三节 生物材料 第四节 智能材料 第五节 新能源材料
制作人:刘娟 282456221@
第一节 纳米材料
由于纳米材料的组织粒子极其小,其中所包含的原子 个数极少、质量极轻,许多物理和化学性质表现就不能用 宏观上块状物质的性质来描述,而是出现一些“反常现象
”。
(1)光学性质
(2)力学性质
(3)热学性质 (4)磁学性质
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第一节 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ米材料
(1)光学性质
1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时,各种金属纳米微粒几乎都呈
黑色,它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强
吸收率、低反射率。
例如,铂金纳米粒子的反射率为1%。
纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频 带强吸收谱。
制作人:刘娟 282456221@
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