高瑞珍微粒的基本性质
纳米微粒的物理特性
（2）原因
颗粒小; 表面能高、比表面原子数多; 表面原子近邻配位不全，活性大; 体积远小于大块材料; 纳米粒子熔化时所需增加的内能小得 多，纳米微粒熔点急剧下降。
2、开始烧结温度降低
（1）烧结温度：所谓烧结温度是指在低于熔点的温度 下使粉末互相结合成块，密度接近常规材料的最低加 热温度。 （2）原因：纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材 后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子 运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的 湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的 目的，即烧结温度降低。
2．蓝移现象 与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在 “蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。 例： 纳米SiC颗粒：峰值红外吸收频率是814cm-1 大块SiC固体：峰值红外吸收频率是794cm-l。 纳米氮化硅颗粒：峰值红外吸收频率是 949cm-l 大块Si3N4固体：峰值红外吸收频率是935cm-l
激子：在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在 价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚 态，称为激子。 分类：通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦 克尔（Frenkel）激子。 万尼尔激子：电子和空穴分布在较大的空间范围，库 仑束缚较弱，电子“感受”到的是平均晶格势与空穴的 库仑静电势，这种激子主要是在半导体中； 弗伦克尔激子：电子和空穴束缚在体元胞范围内，库 仑作用较强，这种激子主要是在绝缘体中。
隐身：就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。 隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂 上红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通 过发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测 飞机的。 例：1991年海湾战争中，美国F117A型飞机的隐身 材料就是含有多种纳米粒子对不同的电磁波有强烈的 吸收能力。在42天战斗中，执行任务的的飞机1270架 次，摧毁了伊拉克95%的军事设施而美国战机无一受 损。 科索沃战争中B2隐形轰炸机轰炸我南联盟大使馆
纳米微粒的基础理论课件
沉淀法是通过化学反应使溶液中的离子形成沉淀，再 经过洗涤、干燥得到纳米微粒的方法。
化学法是通过化学反应制备纳米微粒的方法， 主要包括化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、沉淀 法等。
溶胶-凝胶法是利用溶胶中的胶体粒子相互聚结 形成凝胶，再通过干燥和热处理得到纳米微粒的 方法。
生物法
1
生物法是利用生物体系中的酶、微生物等生物分 子进行催化或合成纳米微粒的方法，主要包括生 物合成法和生物提取法。
根据应用需求选择合适的制备方法， 如根据所需纳米微粒的尺寸、形貌、 化学成分等特性选择合适的制备方法 。
03
纳米微粒的性质与应用
纳米微粒的物理性质
小尺寸效应
由于纳米微粒的尺寸在纳米级别，其电子能级发 生分裂，导致新的光学、电学和磁学等性质。
表面效应
纳米微粒的巨大表面积与体积比使其表面原子活 性增加，影响其化学反应活性。
量子效应
在纳米尺度上，电子的运动受到限制，表现出显 著的量子效应，影响材料的导电性和磁性。
纳米微粒的化学性质
01
02
03
高反应活性
纳米微粒具有高表面能， 使其在化学反应中表现出 高反应活性。
催化性能
纳米微粒可作为高效的催 化剂，应用于许多化学反 应中。
稳定性与相容性
通过表面修饰，纳米微粒 可以改善其在不同介质中 的稳定性和相容性。
研究和评估。
跨学科合作
纳米微粒的研究和应用涉及多 个学科领域，需要加强跨学科 的合作和交流，促进创新发展 。
技术瓶颈
目前纳米微粒的制备、表征和 应用技术还存在一些瓶颈，需 要加强技术研发和创新。
法规和伦理问题
随着纳米微粒的广泛应用，相 关的法规和伦理问题也逐渐凸 显，需要建立相应的规范和标
1.3纳米微粒的物理特性
隐身：就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。
隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂上 红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通过 发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测飞 机的。
3、原因
（1）粒子的表面能和表面张力随粒径的减小而 增加
（2）纳米微粒的比表面积大 （3）由于表面原子的最近邻数低于体内而导致
非键电子对的排斥力降低
必然引起颗粒内部特别是表面层晶格的畸变。
例：有人用EXAFS技术研究Cu、Ni原子团发 现，随粒径减小，原子间距减小。Staduik等 人用X射线分析表明，5nm的Ni微粒点阵收缩 约为2.4%。
四、 纳米微粒的光学性质
背景：纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物 理的特征量相差不多。当纳米粒子的粒径与超 导相干波长、玻尔半径以及电子的德布罗意波 长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显著。 与此同时，大的比表面使处于表面态的原子、 电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有 很大的差别，这种表面效应和量子尺寸效应对 纳米微粒的光学特性有很大的影响，甚至使纳 米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的 新的光学特性。主要表现为以下几方面。
2．蓝移现象
与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在 “蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。
例：纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸 收频率分别是814cm-1和794cm-l。纳米颗粒 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Si3N4固体的峰值红外吸收 频率分别为949cm-l和935cm-l，纳米氮化硅 颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了14cm-1。
微粒操控技术基础教程：入门指南
微粒操控技术基础教程微粒操控技术是近年来新兴的一种技术，它通过控制微粒的大小、形状、密度等参数，实现微粒的精确操控和利用。
本篇文章将为大家介绍微粒操控技术的理论基础、实验方法、应用领域以及未来发展趋势，帮助大家更好地了解和掌握这一技术。
一、理论基础微粒操控技术的基础理论包括颗粒物理学、流体动力学、材料科学等。
其中，颗粒物理学主要研究微粒的大小、形状、密度等物理特性，以及它们之间的相互作用力；流体动力学则研究微粒在流体中的运动规律，包括受力分析、速度场、压力场等；材料科学则涉及微粒的制备和改性，以提高其性能和应用范围。
二、实验方法微粒操控技术的实验方法主要包括激光散射法、显微镜观察法、电场法、磁场法等。
激光散射法是通过测量微粒在激光照射下的散射强度，来分析微粒的大小和分布；显微镜观察法则是通过高倍显微镜观察微粒的形态和结构；电场法和磁场法则是利用电场和磁场对微粒的作用，实现对微粒的操控和分离。
三、应用领域微粒操控技术的应用领域非常广泛，包括环保、化工、医疗、食品等领域。
在环保领域，微粒操控技术可以用于水处理、空气净化等方面，提高环境质量；在化工领域，微粒操控技术可以用于催化剂制备、纳米材料合成等方面，提高生产效率和产品质量；在医疗领域，微粒操控技术可以用于药物输送、医疗器械制造等方面，提高医疗水平和患者生活质量；在食品领域，微粒操控技术可以用于食品添加剂控制、颗粒大小测定等方面，保障食品安全和品质。
四、未来发展趋势随着科技的不断进步，微粒操控技术也在不断发展。
未来，微粒操控技术将更加智能化、高效化、微型化。
例如，可以通过人工智能算法实现对微粒的精确操控和优化分离；可以通过纳米技术和生物技术的结合，制备出更加高效、环保的微粒操控材料；可以通过微型化技术和集成化技术的结合，实现微粒操控设备的微型化和便携化。
总之，微粒操控技术作为一种新兴的技术，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
我们期待着这一技术的发展，为人类带来更多的便利和福祉。
第四章纳米微粒的化学特性
§4.3流变学
4.3.2纳米Al2O3悬浮液的黏度
而图4.7表明，浓度为38vol％，粒径为约100nm的 Ａl２Ｏ３悬浮液的高剪切黏度是低剪切黏度的三倍。这与 Krieger的结果有矛盾。
§4.1吸附
吸附的概念
吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象
吸附的分类
物理吸附 吸附剂与吸附相之间是以范德瓦
耳斯力之类较弱的物理力结合
化学吸附
吸附剂与吸附相之间是以化学键强 结合
§4.1吸附
纳米微粒吸附性特点
1、纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配 位不足，与相同材质的大块材料相比较，有较强 的吸附性。 2、纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、 溶剂的性质以及溶液的性质有关。 3、电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等 都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
B、加表(界)面活性剂包裹微粒 为了防止分散的纳米粒 子团聚也可加入表面活性剂，使其吸附在粒子表面， 形成微胞状态，由于活性剂的存在而产生了粒子间的 排斥力，使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产 生。对于磁性纳米微粒，由于颗粒之间磁吸引力，很 容易团聚，加入界面活性剂（如油酸）使其包裹在磁 性粒子表面，造成粒子间排斥作用，避免了团聚体的 生成。 例子 如， PaPell在制备Fe3O4的磁性液体时就采用 油酸防止团聚，达到分散的目的。 方法将约30μm的Fe3O4粒子放人油酸和n庚烷中进行 长时间的球磨，得到约10nm的Fe3O4微粒稳定地分散在 n庚烷中的磁流体，每个Fe3O4微粒均包裹了一层油酸。
rosensweig从理论上计算了磁性粒子外包裹的油酸层所引起的排斥能假设油酸吸附的强磁性微粒之间的关系如下图所示那么排斥能量v可表示成磁性液体中吸附厚度为的强磁性微粒的示意图r为粒子半径其中n为单位体积的吸附分子数为吸附层的厚度h为粒间距函数hrr2当粒子接触时h0随粒子分离距离加大h增大
纳米微粒的基本性质
纳米微粒的基本性质
一、 电子能级的不连续性 二、 量子尺寸效应 三、 小尺寸效应（体积效应） 四、 表面效应 五、 宏观量子隧道效应 六、 库仑堵塞与量子遂穿 七、 介电限域效应
一、 电子能级的不连续性
Kubo理论
1 ．简介： Kubo 理论是关于金属粒子电子性质 的理论。 提出：该理论最初 (1962 年 ) 由 Kubo 及其合 作者提出，后经他们发展。 发展：1986年，Halperin对这一理论又进行 了比较全面的归纳，并对金属超微颗粒的量子 尺寸效应进行了深入的分析。
波数K只能取分立值→动量空间中，电子的状态 只能取一系列分立的点→ N个电子将按能量 的大小依次从K小的状态向K大的状态逐一填 充（如此分布的状态，其整体能量最低，称为 体系的基态。） → N个电子填完后最大动量 是PF，其对应的最大波数为KF； 费米动量： N个电子填完后最大动量PF； 费米能EF：根据PF可以求出电子的最大能量 对二维体系和三维体系作类似的处理也可以得 到类似的结果。
（2）纳米材料 对于只有有限个导电电子的超微粒子来说能 级是离散的（低温下） 纳米微粒，所包含原子数有限，N值很小，这 就导致δ有一定的值，即能级间距发生分裂。 （3）产生量子尺寸效应的条件 当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电 能、光子能量或超导态的凝聚能时，这时必须 要考虑量子尺寸效应。
（4）产生影响： 会导致纳米微粒磁、光、热、电以及超导电 性与宏观特性有着显著的不同。 量子尺寸效应产生的最直接影响：纳米材料吸 收光谱的边界蓝移 原因：在半导体纳米晶粒中，光照产生的电 子与空穴不再自由，而是存在库仑作用，此电 子—空穴对类似于宏观材料中的激子。由于空 间的强烈束缚导致激子吸收峰蓝移，边带以及 导带中更高激发态均相应蓝移。
128-1-0微观粒子的基本属性
联立，得
mc2 = h
P 表示光子的动量， P= mc
P = hv / c， 或 P = h /
左边是表征粒子性的物理量动量 P，右边是表征波动性的
物理量波长 。很好地揭示了光的波粒二象性本质。
1924 年，法国物理学家 Louis de Broglie 提出了微观 粒子具有波粒二象性的假设。并预言了高速运动的电子的 物质波的波长。
1927 年，德国物理学家 W. Heisenberg 提出了不确定 原理，对于具有波粒二象性的微观粒子的运动进行了描述。 其数学表达式为：
x P ≥ h / 2π
或
x v ≥ h / 2πm
式中 x 为微观粒子位置的测量偏差，P 为粒子的动量的 测量偏差，v 为粒子运动速度的测量偏差。
= h / P = h / mv
式中 h 是普朗克常数，P 是电子的动量，m 是电子的质量， v是电子的速度。
1927 年，美国物理学家 C. J. Davisson 和 L. H. Germer 进行了电子衍射实验，当高速电子流穿过薄晶体 片投射到感光屏幕上，得到一系列明暗相间的环纹，这些 环纹正像单色光通过小孔发生衍射的现象一样。电子衍射 实验证实了德布罗意的假设 微观粒子具有波粒二象 性。
正是由于波粒二象性这一微观粒子运动区别于宏观物 体运动的本质特征，所以描述微观粒子的运动不能使用经 典的牛顿力学，而要用量子力学。
2、 不确定原理
在经典力学体系中，我们研 究宏观物体的运动规律，曾涉及 匀速直线运动，变速直线运动， 圆周运动，平抛或斜抛运动等等。 人们总能找到运动物体的位移 x 与时间 t 的函数关系 x = F( t ) 以 及速度v与时间 t 的函数关系v = f( t )。于是能同时准确地知道某 一时刻运动物体的位置和速度及 具有的动量 P。
纳米微粒的物理特性ppt
由图可以看出： 随着微粒尺寸的变小 吸收边向短波方向移 动（即蓝移）。
体相PbS的禁带宽度较窄，吸收带在近红外， 但是PbS体相中的激子玻尔半径较大（大于10 nm） 43nm
αB =ħ2ε/e2(1/me+1/mh)
me-1，mh+分别为电子和空穴有效质量， ε为介电常数
8nm,15nm和35nm粒径的Al2O3粒子快速长大的开始温度分别为：
μ0 : 真空磁导率= 4π X 10-7 亨/m
μ0 : 真空磁导率= 4π X 10-7 亨/m
第一近邻和第二近邻的距离变短。键长的缩 顺磁体：指磁化率是数值较小的正数的物体，它随温度T成正比关系。
更容易观察到量子限域。当其尺寸小于3nm时，吸 收光谱已移至可见光区。（说明发生明显蓝移）。
对纳米微粒吸收带“蓝移”的解释有几 种说法，归纳起来有两个方面：
⑴ 量子尺寸效应：由于颗粒尺寸下降能隙变宽， 这就导致光吸收带移向短波方向。
Ball等对这种蓝移现象给出了普适性的解释：已 被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能 级之间的宽度（能隙）随颗粒直径减小而增大， 这是产生蓝移的根本原因。
纳米Fe的比饱和磁化强度随粒径的减小而下降。
15nm以下 减小明显
4.3光学特性
纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与 物理特征量相差不多。 例如：当纳米粒子的粒径与超导相干波长， 玻尔半径以及电子的德布罗意波长相当时， 小颗粒的量子尺寸效应十分显著。
n与此同时，大的比表面使处于表面态的 原子、电子与处于小颗粒内部的原子、电 子的行为有很大的差别。 n这种表面效应和量子尺寸效应对纳米微 粒的光学特性有很大的影响， n甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大 块物体不具备的新的光学特性。
纳米材料与技术-纳米微粒的基本特性
第三章纳米微粒的基本特性一、纳米微粒的结构二、纳米微粒的基本特性热学、磁学、光学、动力学、表面活性、光催化性能一、纳米微粒的结构纳米态：物质的第?态！区别于固、液、气态，也区别于“等离子体态”（物质第四态）、地球内部的超高温、超高压态（物质第五态），与“超导态”、“超流态”也不同。
纳米态的物质一般是球形的。
物质在球形的时候，在等体积的条件下，它的界面最小、能量最低、自组织性最强、对称性也最高，有着很好的强关联性。
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体、十面体、二十面体等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。
在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态。
尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。
纳米微粒一般为球形或类球形，可能还具有其他各种形状（与制备方法有关）。
纳米微粒的结构一般与大颗粒的相同，内部的原子排列比较整齐，但有时也会出现很大的差别：高表面能引起表层(甚至内部)晶格畸变。
二、纳米微粒的基本特性1. 纳米微粒的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的；超细微化后发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
➢大块Pb的熔点为600K，而20nm的的球形Pb微粒熔点降低288K。
➢ Ag的熔点：常规粗晶粒为960︒C；纳米Ag粉为100︒C ➢ Cu的熔点：粗晶粒为1053︒C；粒度40nm时为750︒C纳米微粒的熔点降低：由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全、活性大，因此纳米粒子熔化时所需增加的内能比块体材料小得多，使纳米微粒的熔点急剧下降。
✍应用：降低烧结温度。
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
纳米微粒的基本效应
纳米微粒的基本效应嘿，朋友们！咱们今天来聊聊纳米微粒那些神奇的基本效应。
您想啊，纳米微粒，那可不是一般的小颗粒，它们小得让人惊叹。
先来说说表面效应。
这就好比一个小娃娃，要是长得特别小巧玲珑，那跟别人接触的面积可就大多啦。
纳米微粒也是这样，因为它们个头小，表面积相对就大得惊人。
这就导致它们的表面原子数增多，表面能也跟着蹭蹭往上涨。
表面能一高，活性就变强，就像一只精力充沛的小兔子，到处蹦跶，能和各种物质发生奇妙的反应。
再讲讲量子尺寸效应。
这就好像是在一个小小的微观世界里，规则都变啦！纳米微粒小到一定程度，它们的能级就不再是连续的，而是变成了离散的。
这就好比上楼梯，不是那种平缓的斜坡，而是一格一格的台阶。
这种变化让纳米微粒的电学、光学等性质都有了独特的表现。
比如说，它们的颜色可能会变得特别鲜艳，或者导电性能跟大块材料大不一样。
还有小尺寸效应。
想象一下，一个小小的纳米微粒在一个大大的世界里闯荡，会发生什么呢？它的熔点会降低，就像一块小冰块比大冰块更容易融化一样。
它的磁性也会变化，说不定原本没有磁性的材料，变成纳米微粒后就有磁性啦！这些纳米微粒的基本效应，可给咱们的生活带来了大变化。
比如说，在医学领域，利用纳米微粒的特性，可以把药物精准地送到病变部位，这难道不神奇吗？在材料科学里，制造出更强更轻的材料，让咱们的生活更便捷。
您看，纳米微粒虽小，能量可大着呢！它们的这些基本效应就像是一把神奇的钥匙，打开了一个充满无限可能的世界。
咱们可得好好研究它们，说不定未来会有更多让人惊喜的发现和应用！。