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1、8 化学与材料-纳米材料本文由08011520贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 化学与社会 8、化学与材料-纳米材料 、化学与材料-纳米材料 化学化工学院 2010年12月 年 月 纳米与纳米技术 Nano and Nanotechnology 纳米(nm)：长度单位，1m=109 nm, 人 头发 丝的直径相当于6万纳米 ,创造具有特定功能 的新物质。 纳米材料：当物质颗粒小到纳米量级 (100nm)后，这种物质就可被称为纳米材料。 纳米效应：同一种物质，因为构造上以纳 米为单位的变化，其物理性能与化学性质便 会产生意想不到的巨变。
2、纳米颗粒 花粉是纳米级的粒子 ?室内的灰尘是纳米级的粒子, 室内的灰尘是纳米级的粒子, 其光环300nm. 其光环300nm. ?病毒也是纳米级的, 30-100nm. 病毒也是纳米级的, 30- 纳米颗粒的检测 如果一个纳米粒子放在乒乓球上，相当于把一个乒 乓球放在了地球上。 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope， STM）。STM具有惊人的分辨本领，水平分辨率小于 0.1纳米，垂直分辨率小于0.01纳米。 其他：高分辨透射电镜（High Resolution Transmission Electron Microscope，HRTEM），分辨 率1nm
3、。 由德国人宾宁(G.Binnig,1947-)和瑞士人罗勒 (H.Roher,1933-)1981年发明，根据量子力学原理中的隧道效 应而设计。 宾宁和罗勒因此获得1986年诺贝尔奖. 扫描隧道显微镜示意图 外膜蛋白 组织核 心蛋白 病毒基因 核核心蛋白 反转录酶 原理 用一个极细的尖针，针尖头部为单个原子去接近样品表面，当 针尖和样品表面靠得很近，即小于纳米时，针尖头部的原子 和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针尖和样品之间 加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳 安级的隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定， 并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可将表面形貌和表
4、面 电子态等有关表面信息记录下来。扫描隧道显微镜具有很高的 空间分辨率，横向可达.纳米，纵向可优于.纳米。 它主要用来描绘表面三维的原子结构图，在纳米尺度上研究物 质的特性，利用扫描隧道显微镜还可以实现对表面的纳米加工， 如直接操纵原子或分子，完成对表面的刻蚀、修饰以及直接书 写等。 移动原子-世界上最小的广告 1990年，IBM公司展示了 一项令世人瞠目结舌的 成果，在金属镍表面用 35个惰性气体氙原子组 成“IBM”三个英文字母。 试验中发现STM的探针不 仅能得到原子图象，而 且可以将原子在一个位 置吸住， 再搬运到另一 个地方放下。 这可真是 个了不起的发现，因为 这意味着人类从此可以
5、 进行“原子剪裁”了。 纳米神算子-分子算盘 纳米神算子-分子算盘 STM探针不仅可以将原子、 分子吸住，也可以将它们 象算盘珠子一样拨来拨去。 科学家把C60分子每10个1组 放在铜的表面组成了世界 上最小的算盘。与普通算 盘不同的是，算珠不是用 细杆穿起来，而是沿着铜 表面的原子台阶排列。 这项试验的真正意义在于 未来人们能够通过操纵原 子、 分子来随心所欲地构 造新的物质。 纳米绘画艺术 纳米绘画艺术 纳米中国 这是中国科学院化学 所的科技人员利用纳 米加工技术在石墨表 面通过搬迁碳原子而 绘制出的世界上最小 的中国地图。 碳纳米球（富勒稀） -碳的第三种形态， -碳的第三种形态，纳米碳
6、材料 碳的第三种形态 The Nobel Prize in Chemistry 1996 for discovery of fullerenes （C60). 碳原子组成的小单元看起 来和足球一样。碳原子的 活性差，导电，非常稳定。 绝佳的材料和电性能 碳纳米管 Nanotube -碳的第三种形态， -碳的第三种形态，纳米碳材料 碳的第三种形态 碳原子组成的圆柱体管状结构物质。 长度和直径之比很高的纤维，韧性极高，兼具金属性和半 导体性，强度比钢高100倍，而重量只有钢的1/6。 世界上最小的碳管-单壁碳纳米管，直径仅为0.4nm。 HOW TO MAKE THE INSOLUBLE SOLU
7、BLE 如何使碳纳米管溶解于水中？ Attaching large organic groups is key to unclumping(不聚集) nanotubes. ?If only they would swim freely in solution, nanotubes might easily realize their enormous potential for electronics and materials. But the chicken-wire-like carbon cylinders are not originally soluble. They tend t
8、o clump together(团聚) in unmanageable globby(油迹斑 斑的) ropes(毛线团）. Carbon nanotubes with organic appendages(附 加物) are highly soluble(高溶解）. 纳米碳管的应用-储氢 纳米碳管的应用-储氢 氢气的储存：气态:所占空间太大; 液化:压力太大，费用太高。 碳纳米管储氢：强吸附氢，储氢密度相当于液体氢， 压力仅有100atm。 原理：碳纳米管的内径和氢原子的直径相似。在这 种情况下，氢气的储存浓度可以达到近似液体的水 平。 Simulation snapshot(模拟快照)
9、of hydrogen snapshot(模拟快照 模拟快照) (H shown in red) adsorbing in an array of (10,10) carbon nanotubes at 298 K and 200 atm. 氧气吸附在碳纳米管使导电性变化 Chemistry Highlight 2000 Oxygen (O) molecules(green) adsorbed on Carbon nanotubes cause changes in electronic Properties -Zetti and coworkers have found. 带开口的C60 带
10、开口的C60 Japanese chemists for the first time have prepared an open-cage fullerene derivative (富 open(富 勒烯衍生物) 勒烯衍生物) with an orifice(洞口) large enough orifice(洞口) to allow a hydrogen (H) molecule to be inserted into the cage in 100% yield J. Am. Chem. Soc., 125, 7152 (2003). June 13, 2003 A NANO CONVE
11、YOR( 纳米搬运) 纳米搬运) Nature, 428, 924 (2004) Transmission electron microscope images at one-minute intervals show indium (In铟) moving along a carbon nanotube from left to right. that might someday be used to fabricate(构造) nanoscale devices. Polymer Made In A Nano Test Tube 碳纳米管内形成高分子 Fullerene epoxide p
12、olymerizes (环氧 化聚合) to form a linear chain inside a carbon nanotube November 29, 2004, Chemical & Engineering News In the case of SWCNT-TiO2, the authors observed that the photon conversion efficiency for the hybrid material was almost doubled compared with that of pure TiO2. Further experiments rev
13、ealed a positive shift in the flat-band potential of SWCNT-TiO2, which indicates electron transfer between TiO2 and SWCNTs. Figure. Schemes of CNTs as photosensitizers: (a) electron jection into the conduction band of TiO2, (b) electron back-transfer to CNTs with the formation of a hole in the valen
14、ce band of TiO2 and reduction of the hole by oxidation of adsorbed OH- species. 作为无机孔材料合成的模板剂 We discuss in detail how this system can be used as either an electronic switch involving transport through both components, or as a device for ultrafast DNA sequencing2005 American Chemical Society Hollow
15、Carbon Nanotube Microspheres and Hemimicrospheres Mingxue Tang, Yujun Qin,* Youyou Wang, and Zhi-Xin Guo* Department of Chemistry, Renmin UniVersity of China, Beijing 100872, China J. Phys. Chem. C 2009, 113, 16661671 Figure. SEM images of MWNT (multiwalled carbon nanotubes (MWNTs)hemimicrospheres produced by dissolving the PS templates of (MWNT)5/PS microspheres: at low magnification (a) and at high magnification (b). Figure. SEM images of uncoated PS microspheres (a) a
