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纳米材料及其应用

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
纳米材料科学——对介于团簇和 亚微米级体系之间1—100nm微小体 系的制备及其特性的研究的一个分 支学科。
1990年7月在美国巴尔基摩召开的国际第一 届纳米科学技术学术会议上,正式把纳米材料 科学作为材料科学的一个分支公布于世。纳米 材料科学的诞生标志着材料科学性材料应用的一个典型。 磁流体——是使强磁性超微粒子外包裹 一层长链的表面活性剂,稳定地分散在 基液中形成的胶体。 磁流体的特性——具有固体液扬声器、 磁记录等 此外,还可作为光快门、光调节器、 激光磁爱滋病毒检测仪等仪器仪表材料; 抗瘤药物磁性载体、细胞磁分离介质、 复
一、纳米微细材料的工艺方法 二、纳米材料的量子效应 三、纳米材料的热学特性 四、纳米材料的磁学特性 五、纳米材料的光学特性 六、纳米微粒的分析艺方法 1、激光诱导化学气相沉积法 (LICVD) 基本原理——利用反应气体分子对特 定波长激光束的吸收,引起反应气体分 子激光光解、激光热解、激光光敏化和 激光诱导合成,在一定工艺条件下,获 得纳米微粒。 优点——表面清洁、纳米微粒大小可 精确控粒的尺寸与光波波长、德布 罗意波长以及超导态的相干长度或透射 深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶 体周期性的边界条件将被破坏;非晶态 纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减 小,导致声、光、电、磁、热力学等特 性呈现新的变化,称为小尺寸效应。 例如,光吸收显著增加并产生吸收峰 的等离子共振频移;磁有序态向磁无序 态转变;超导相向正常相的要材料是金属。一般超微粒金 属是黑色,它具有吸收红外线的特点, 且表面积大、表面活性高,氧化物随周围环境中气体的 改变,电学性能(如电阻)发生变化, 反过来对气体进行检测和定量测定。它 可用作可燃性气体泄漏报警器和湿度传 感器。 ⑵ 红外线传感器 由金超微粒子沉积在基板上形成的膜 可用作红外线传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 身涂料 纳米机器人——“纳米微型军” 牛牛文档分享 牛牛文档分享
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,而当粒径小于15nm时,其 矫顽力Hc 3、励磁系统 4、配气系统 5、沉淀技术的优点: ① 运行气压低。 ② 等离子体密度高。 ③ 无内电极放电,杂质少,污染小。 ④ 微波能量转换率高,达95%。 ⑤ 离子能量低。 ⑥ 可稳态运行,参数易于控制。 ⑦ 速率高、纳米材料纯度高。 ⑧ 提高了反应物的活性。 ⑨ 、静电能、 光子能量或超导态的凝聚能时,就必须 要考虑量子尺寸效应。 量子尺寸效应导致纳米微粒的磁、光、 声、热、电以及超导电性与宏观特性有 着显著的不同。 例如,当温度为1K时, Ag纳米微粒粒 径< 14nm时,A气相沉积法
(PECVD)
基础——化学气相沉积法 原理——由于等离子体是不等温系统, 其中“电子气”具有比中性粒子和正离 子大得多的平均能量;电子的能量足以 使气体分子的化学键断裂,并导致化学 活性高的粒子(离子、活化分子等基团) 的产生。即,反应气体的化学键在低温 下就可以被分解,从而实现高温材料的 低温合成。 牛牛文档分享 牛牛文档分享
二、纳米材料的量子效应 1、量子尺寸效应 以下两种情形均称为量子尺寸效应: 一是纳米粒子尺寸小到某一值时,在 费米能级附近的电子能级由准连续变为 离散的现象; 二是纳米半导体微粒存在不连续的最 高被占据分子轨道和最低未被占据的分 子轨收材料 纳米微粒的量子尺寸效应使它对某种 波长的光吸收带有蓝移现象;纳米微粒 粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象。 利用这两种特性,人纳米微粒的尺寸一般比生物体的细胞、红血 球小得多,这就为生物学和医学研究和应用提 供了途径。 生物应用,主要在生物细胞分离、细胞内部 染色体等方面。生物细胞分离的目的,是快速 获取研究所需的细胞标本。 医学上的应用,大体上说,是将磁性纳米粒 子作为药物的载体,静脉注射到动物体内,在 外加磁场的作用下,通过纳米微粒的磁性导向, 使其移向病变小尺寸效应使其具有与常 规大块材料不同的光学特性。如光学非 线性、光吸收、光反射、光传输过程中 的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸的很 大的依赖关系。 ⑴ 光学纤维 光纤在现代通信和光传输上占据极为 重要的地位。而纳米微粒作为光纤的材 料可以降低光导纤维的传输损耗。关键 是要经过热处理,经过热处理的光纤比 未经纳米微粒的熔 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。 主要表现为:超顺磁性、矫化学共沉淀是利用各种组分元素的可 溶性盐类,把它们按一定的比例配制成 液体,然后加入沉降剂,如 NH 4OH 、 NH 4CO3 等,使得各种组分元素共同 形成沉淀,并通过控制溶液浓度、PH值 等来控制形成沉淀粉体的性能。最后经 过过滤、洗涤,对沉淀物进行加热分解, 得到各种组分元素的氧化物均匀复合粉 体。氧让一束聚集的光 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。 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 是载纳米微粒的小尺寸效应、表面效 应、量子效应和宏观量子隧道效应,使 得它在磁、光、电、敏感等方面呈现常 规材料不具备的特性,因此纳米微粒在 磁性材料、传感、医学、传感、军事等 方面有广泛的应用。 1、磁性材料 2、光学应用 3、生物和医学上的应用 4、传感材料 5、军事上的应用
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