纳米材料基础与应用
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（3）介孔材料
介孔材料是一种孔径介于微孔（(孔径<2nm) ）与大 孔（孔径>50nmnm）之间的具有巨大表面积和三维 孔道结构的新型材料 。如纳米ZSM-5沸石、纳米TS-1 沸石、纳米silicalite-1沸石、纳米β沸石、纳米γ沸石、 纳米X沸石、纳米A沸石、纳米HS沸石等。
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举例
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8.1 纳米结构及其分类
8.1.2纳米结构分类
从结构形式上可分为：①一维纳米结构，包括 纳米丝，纳米管等；②二维纳米结构，包括纳 米有序薄膜，纳米丝、纳米管的阵列结构；③ 三维纳米结构，如纳米胶体晶体，纳米笼，纳 米花，纳米泡沫，纳米介孔结构等。
从纳米结构体系构筑过程中的驱动力是外因还 是内因分为两类：①自组装纳米结构；②人工 构筑纳米结构。
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（1）纳米结构薄膜
一般认为纳米结构薄膜是采用纳米微粒为基本单元(也可能以其 他有机物为骨架)进行组装或者在材料表面直接进行刻印等方法 形成的有序纳米薄膜。
特点：纳米微粒在长程范围内具有一定排布规律；可以是单层 膜，也可以是多层膜。 如图8.3
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（2）有序纳米阵列
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（3）介孔材料
硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则。硅系材料可用于催化， 分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。硅基介孔材料包括MCM 系列、SBA-n 系列、MSU 系列。
非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。非硅 系介孔材料的典型代表是人造纳米沸石。
注：MCM 系列（Mobil Composition of Matter），是Mobil 公 司的研究人员开发的系列分子筛，其硅基介孔分子筛部分，即41S 系列， 包括：MCM41（Hexagonal），MCM48（Cubic），MCM50 （Lamellar）
SBA-n 系列（Santa Barbara USA），是加州大学Stucky 等人研 制的系列介孔分子筛，硅基产物包括：SBA-1（Cubic）、SBA-2 （3-D Hexagonal）、SBA-3（2-D Hexagonal）、SBA-15 （2-D Hexagonal）
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第8章 纳米结构的制备与特性
【本章教学要点】
知识要点
掌握程度
相关知识
纳米结构材料
掌握纳米结构材料的类型 及其结构特点
纳米结构材料的性能 纳米结构材料的制备
了解纳米结构材料的物理 化学特性及其应用领 域
掌握纳米结构材料的制备 方法（软模板法、硬 模板法）及工艺流程
纳米结构类型，纳米纤维、纳米结 构薄膜、纳米阵列，纳米介孔 材料
纳米薄膜(Nano-thin film)，纳米阵列(Nano-array)及 介孔结构（mesoporous-structured materials ）， 其他还有很多不常见的纳米结构，如纳米笼 (Nanocages)、纳米纤维(Nanofiber)、纳米花 (Nanoflower)、纳米泡沫(Nanofoam)、纳米网 (Nanomesh)，纳米针膜(Nanopin film)，纳米环 (Nanoring)、纳米壳(Nanoshell)、纳米线 (nanowires)等，其形貌如图8.2。
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（3）介孔材料
无序介孔材料中的孔型，形状复杂、不规则并且互为连通。 有序介孔材料是以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用
溶胶—凝胶工艺，通过有机物—无机物界面间的定向作用，组 装成孔径在2nm~30nm之间孔径分布窄且有规则孔道结构的 无机多孔材料，包括 MCM-41(六方相)、MCM-48(立方相)和 MCM-50(层状机构)，如图8.6。
高度取向的纳米结构阵列是以纳米颗粒、纳 米线、纳米管为基本单元，采用物理和化学 的方法在两维或三维空间内构筑的纳米体系。
纳米线 阵列的 表示
纳米线 阵列的 构筑过
程
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举例
常见的金属及其合金纳米线阵列有Fe、Co、Ni、 Au、Pt、Pb、Cd、Bi、Cu、Si、B、CoPt、FePt、 CoCu、FeNi、FeCo、CoNi、PdNi、FeCoNi等， 无机化合物纳米线阵列有ZnO、SnO2、TiO2、 Cu2O、SiO2、MnO2、WO3、V2O5、GeO2、 In2O3、Fe2O3、PbTiO3、BiFeO3、CoFe2O4、 ITO、AZO、Si3N4、SiC、MoS2等，半导体纳 米线阵列有Si、ZnS、InP、FeS、CdS、CdSe、 GaN、AlN、InN等，聚合物纳米线阵列有聚吡咯、 聚苯胺、聚三甲基噻吩等。此外还有纳米碳管阵列。
纳米结构的制备
人工加工技术 、自组装 、模板法 等
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8.1 纳米结构及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分类
8.1.1纳米结构（nano-structured materials）
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定的规 律构筑或营造的一种新体系。基本构筑单元包括纳米微 粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米丝和纳米尺寸的孔 洞等。
纳米阵列的电、磁，光学性能及其 应用
纳米加工技术，自组装技术，模板 合成技术
介孔材料的制备
掌握介孔材料的制备机理，
了解介孔材料的合成 纳米介孔结构的特点、介孔形成机
方法及其工艺路线
理
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目录
纳米结构及其分类
纳米结构的概念、纳米结构薄膜 、有序纳米阵 列 、介孔结构
纳米结构的性能及其应用
MSU 系列（Michigan State University），是由密歇根大学 Pinnavaia 等人研制的系列介孔分子筛，其中MSU-X（MSU-1、 MSU-2、MSU-3）为六方介孔结构，有序程度较低，XRD 谱图的小 角区仅有一个宽峰。MSU-V、MSU-G具有层状结构的囊泡结构 （Multilamellar Vesicles）；
特点：通常介孔材料具有孔径分布窄，介孔形状多样， 孔径尺寸在较宽范围(2nm~50nm)可调，孔壁组成和 性质可调控；较大的比表面积和孔道体积；孔道结构有 序度高；此外还可通过优化合成条件得到高热稳定性和 水热稳定性。
分类：按照孔的有序程度，介孔材料可以分为无序介孔 材料和有序介孔材料。按照化学组成分，介孔材料主要 有硅系和非硅系两大类。