零维纳米材料PPT课件

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1、纳米材料学基础纳米材料学基础（第三章）（第三章）王晓冬王晓冬河南理工大学河南理工大学 材料学院材料学院本章内容本章内容零维纳米材料零维纳米材料1零维纳米材料的制备技术零维纳米材料的制备技术2 零维纳米材料的物理化学性质零维纳米材料的物理化学性质3第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料1、零维纳米材料、零维纳米材料第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v零维纳米材料是指在三个维数上都进入了纳米尺零维纳米材料是指在三个维数上都进入了纳米尺度的范围的材料度的范围的材料v零维纳米材料主要包括：零维纳米材料主要包括： 1、团簇、团簇(clusters) 2、纳米微粒（、纳米微粒（nanoparticle

2、）第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子团簇原子团簇v团簇作为一类新的化学物种，直到团簇作为一类新的化学物种，直到20世纪世纪80年代才被发现。年代才被发现。 团簇是指几个至几百个原子的聚集体团簇是指几个至几百个原子的聚集体, 其粒径小于或等其粒径小于或等于于1 nm，如，如Fen, CunSm , CnHm和碳族（和碳族（C60，C70)等等。等等。v从结构上，既不同于分子，也不同于块体。从结构上，既不同于分子，也不同于块体。v在性质上，既不同于单个原子和分子，又不同于在性质上，既不同于单个原子和分子，又不同于固体和液体，而是介于气态和固态之间的物质结固体和液体，而是介于气态和固态之间的

3、物质结构的新形态，常被称作构的新形态，常被称作“物质第五态物质第五态” 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子团簇原子团簇第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子团簇原子团簇v原子团簇的独特性质：原子团簇的独特性质： 1）具有）具有硕大的比表面积硕大的比表面积而呈现出而呈现出表面或界面效应表面或界面效应； 2）幻数效应幻数效应； 形状和对称性多种多样形状和对称性多种多样 3）“库伦爆炸库伦爆炸” 是自然界中的一种与电荷相关的基本相互作用之一。例如当一个是自然界中的一种与电荷相关的基本相互作用之一。例如当一个金属球充电以后，电荷与电荷之间的相互排斥作用会导致系统的能量金属球充电以后，电荷与

4、电荷之间的相互排斥作用会导致系统的能量升高。当电荷量超过了临界值（瑞利不稳定极限）时，金属球会发生升高。当电荷量超过了临界值（瑞利不稳定极限）时，金属球会发生爆炸而分裂成几个小球，并以此来降低系统的库仑排斥能。爆炸而分裂成几个小球，并以此来降低系统的库仑排斥能。 4）原子团逸出功的）原子团逸出功的振荡行为振荡行为等。等。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子团簇原子团簇v纳米碳球纳米碳球 主要代表就是主要代表就是C60，亦称作亦称作富勒碳富勒碳v60个个C原子组成的封闭的球形，原子组成的封闭的球形，32面体，面体，20个六边形和个六边形和12个五个五边形构成一个完成富勒碳。边形构成一个完成

5、富勒碳。v其结构与常规的碳的同素异性其结构与常规的碳的同素异性体体金钢石金钢石和和石墨石墨完全不同，物完全不同，物化性质非常奇特，如电学、光化性质非常奇特，如电学、光学和超导特性。学和超导特性。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子团簇原子团簇第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子团簇原子团簇第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v纯纯C60固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具有金属性的导体有金属性的导体 ，适当的掺杂成分可以使，适当的掺杂成分可以使 C60固固体成为超导体体成为超导体vHebard等首先发现了临界温度（等首先发现了临界温度（ T

6、c）为）为18K的的K3C60超导体超导体v随后改变掺杂元素，随后改变掺杂元素， 获得了获得了Tc更高的超导体。因更高的超导体。因此此C60的研究热潮立即应运而来的研究热潮立即应运而来 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料纳米微粒（纳米微粒（nanoparticle）第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料纳米颗粒纳米颗粒v纳米颗粒（纳米颗粒（也称作也称作纳米微粒纳米微粒、超微粒子超微粒子或或纳米粉纳米粉） 颗粒尺度为纳米量级的超微颗粒，尺度大于原子团簇，颗粒尺度为纳米量级的超微颗粒，尺度大于原子团簇，一般在一般在100nm以内。以内。 纳米颗粒是肉眼和一般光学显微镜看不见的微小粒子。纳米颗粒

7、是肉眼和一般光学显微镜看不见的微小粒子。通常纳米颗粒小于通常纳米颗粒小于红血球红血球的千分之一、是细菌的几十分之的千分之一、是细菌的几十分之一，与病毒大小相当。一，与病毒大小相当。 日本上田良二教授：用日本上田良二教授：用电子显微镜电子显微镜（TEM）能看到的）能看到的微粒称为纳米颗粒微粒称为纳米颗粒第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料纳米晶纳米晶第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料SiO2胶体微球 PS胶体微球第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料2、零维纳米材料的制备技术、零维纳米材料的制备技术第三章第三章 零

8、维纳米材料零维纳米材料制备方法评述制备方法评述 纳米粉末又称为纳米粉末又称为超微粉超微粉或或超细粉超细粉，一般，一般指粒度在指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分于与宏观物体之间处于中间物态的固于原子、分于与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料体颗粒材料 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料自从自从1984年德国科学家年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展面的研究取得了重大

9、进展其中纳米材料合成方法的研其中纳米材料合成方法的研究是十分重要的研究领域究是十分重要的研究领域第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v纳米材料的研究现已从最初的单相金属发展到了纳米材料的研究现已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属合金、化合物、金属-无机载体、金属无机载体、金属-有机载体和有机载体和化合物化合物-无机载体、化合物无机载体、化合物-有机载体等复合材料以有机载体等复合材料以及纳米管、纳米纤维及纳米管、纳米纤维(丝或棒丝或棒)等一维材料等一维材料v合成方法日新月异合成方法日新月异第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v纳米粒子的合成目前已发展了多种方纳米粒子的合成目前已发展了

10、多种方法，制备的关键是控制法，制备的关键是控制颗粒的大小颗粒的大小和和获得获得较窄的粒径分布较窄的粒径分布，有些需要控制，有些需要控制产物的产物的晶相晶相，所需的设备尽可能简单，所需的设备尽可能简单易行易行第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料2.1 制备方法评述制备方法评述v制备方法的分类：制备方法的分类： 物理方法：物理方法：由由大大到到小小的方法的方法 化学方法：化学方法：由由小小到到大大的方法的方法v近十几年来，各种高科技手段应用于近十几年来，各种高科技手段应用于纳米粒子的制备研究：激光技术、等纳米粒子的制备研究：激光技术、等离子体技术、电子束技术和粒子束技离子体技术、电子束技术和粒子

11、束技术等等术等等第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料制备方法分类制备方法分类制备方法制备方法气相法气相法液相法液相法固相法固相法物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料气相法制备气相法制备v气相法合成纳米颗粒的思路：气相法合成纳米颗粒的思路： 直接利用气体，或通过各种手段将物质变成气体，使直接利用气体，或通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却中之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却中凝聚、长大，形成纳米颗粒凝聚、长大，形成纳米颗粒v气相法中物质经历相变化，而相变中能量变化是

12、气相法中物质经历相变化，而相变中能量变化是主要决定因素主要决定因素第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料气相成核理论气相成核理论v纳米微粒的形成源自一个生长核心，其形成分为纳米微粒的形成源自一个生长核心，其形成分为两种机制：两种机制： （1）异相成核：以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂）异相成核：以进入蒸气中的外来离子、粒子等杂质或固体表面上的台阶等缺陷作为核心，进行微粒的成核质或固体表面上的台阶等缺陷作为核心，进行微粒的成核和长大和长大 （2）均相成核：无外来杂质和缺陷的参与，过饱和蒸）均相成核：无外来杂质和缺陷的参与，过饱和蒸气中的原子相互碰撞而失去动能，聚集形成核心，当核心气中的原子相互碰

13、撞而失去动能，聚集形成核心，当核心半径大于临界半径半径大于临界半径rc时，可不断吸收撞击到表面的其他原时，可不断吸收撞击到表面的其他原子、继续长大、最终形成微粒子、继续长大、最终形成微粒第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料物理气相沉积生长物理气相沉积生长v物理气相沉积（物理气相沉积（physical vapor depositon-PVD）是指在凝聚、沉积的过程中，最后得到的材料组是指在凝聚、沉积的过程中，最后得到的材料组分与蒸发源或溅射靶的材料组分一致，在气相中分与蒸发源或溅射靶的材料组分一致，在气相中不发生化学反应，只是物质转移和形态改变的过不发生化学反应，只是物质转移和形态改变的过程程

14、vPVD过程中气相的产生主要包括过程中气相的产生主要包括蒸发蒸发和和溅射溅射两种两种方法方法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料物理制备方法物理制备方法物理气相沉积物理气相沉积(PVD)真空蒸发真空蒸发溅射沉积溅射沉积 单源单层蒸发单源单层蒸发单源多层蒸发单源多层蒸发多源反应共蒸发多源反应共蒸发单离子束单离子束(反应反应)溅射溅射双离子束双离子束(反应反应)溅射溅射多离子束反应共溅射多离子束反应共溅射离子束溅射离子束溅射直流溅射直流溅射射频溅射射频溅射磁控溅射磁控溅射真空溅射真空溅射第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料 真空蒸发沉积真空蒸发沉积v蒸发： 在高真空中用加热蒸发的方法使源物质转

15、化为气相v在蒸法沉积中，有3种加热方式： （1） 电阻加热 （2）高频感应加热（RF） （3）等离子体加热 （4）电子束加热第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料（1）电阻加热）电阻加热基板膜原监控档板蒸发源排气加热器电电阻阻加加热热示示意意图图第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料（2）高频加热）高频加热坩埚RF线圈RF电源高高频频加加热热示示意意图图第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料（3） 等离子体加热法等离子体加热法v原理： 温度高,达2000K以上，包含大量的高活性原子、离子。 等离子体粒子流高速作用到原料表面，可使原料迅速熔融，并大量迅速地溶解于原料熔体中 这些原子、离子或分子与

16、金属熔体对流与扩散使金属蒸发。特点： 1、采用等离子体加热蒸发法制备纳米粒子的优点在于产品收率大，特别适合制备高熔点的各类超微粒子。 2、等离子体喷射的射流容易将金属熔融物质本身吹飞，这是工业生产中应解决的技术难点。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料（4）电子束加热）电子束加热灯丝偏转线圈阳极e-HV电电子子束束加加热热示示意意图图第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料蒸发源类型蒸发源类型v三种典型的蒸发源：三种典型的蒸发源： 克努森（克努森（Knudsen）盒型）盒型 自由发挥性自由发挥性 坩埚型坩埚型第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料物理制备方法物理制备方法物理气相沉积物理气相沉积

17、(PVD)真空蒸发真空蒸发 溅射法溅射法 单源单层蒸发单源单层蒸发单源多层蒸发单源多层蒸发多源反应共蒸发多源反应共蒸发单离子束单离子束(反应反应)溅射溅射双离子束双离子束(反应反应)溅射溅射多离子束反应共溅射多离子束反应共溅射离子束溅射离子束溅射直流溅射直流溅射磁控溅射磁控溅射射频溅射射频溅射真空溅射真空溅射第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溅射法溅射法v基本概念：基本概念： 溅射法溅射法是指在真空室中，利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的是指在真空室中，利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子与惰性气体分子碰撞、冷却而凝结，或与活性气体反应而形成纳粒子与惰性气体分子碰撞、冷却而凝结，

18、或与活性气体反应而形成纳米微粒。米微粒。v发展历史：发展历史： 溅射现象早在溅射现象早在19世纪世纪就被发现，历史悠久。就被发现，历史悠久。 50年前有人利用溅射现象在实验室中制成薄膜。年前有人利用溅射现象在实验室中制成薄膜。 60年代制成集成电路的年代制成集成电路的钽钽(Ta)膜膜，开始了它在工业上的应用。，开始了它在工业上的应用。 1965年，年，IBM公司研究出公司研究出射频溅射法射频溅射法，使绝缘体的溅射制膜成为可能，使绝缘体的溅射制膜成为可能第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溅射法原理溅射法原理v溅射原理：溅射原理： 入射离子的能量在入射离子的能量在l00eVl0000eV范围时

19、，离子会从固体表面范围时，离子会从固体表面进入进入固体的固体的内部，与构成固体的原子和电子发生内部，与构成固体的原子和电子发生碰撞碰撞 碰撞的结果会使原子脱离其原来位置，成为碰撞的结果会使原子脱离其原来位置，成为反冲原子反冲原子 如果反冲原子的一部分如果反冲原子的一部分到达到达固体的固体的表面表面，且具有，且具有足够的能量足够的能量，那么这部分，那么这部分反冲原子就会克服逸出功而反冲原子就会克服逸出功而飞离飞离固体表面，这种现象即固体表面，这种现象即离子溅射离子溅射靶靶基基片片溅射原子溅射原子正离子正离子溅射镀膜通常是由三个阶段组成溅射镀膜通常是由三个阶段组成第三章第三章 零维纳米材料零维纳米

20、材料溅射沉积溅射沉积依据荷能粒子产生方法的不同，溅射沉积分成依据荷能粒子产生方法的不同，溅射沉积分成2类：类：1、真空溅射、真空溅射 在真空室中，利用低压气体放电、利用处于等离子状在真空室中，利用低压气体放电、利用处于等离子状态下的离子轰击靶表面，溅射出粒子并堆积在基片上态下的离子轰击靶表面，溅射出粒子并堆积在基片上2、离子束溅射、离子束溅射 也是在真空室中，利用离子束轰击靶表面，溅射出的也是在真空室中，利用离子束轰击靶表面，溅射出的离子在基片表面成膜离子在基片表面成膜 离子束要由特制得离子源产生，其结构复杂，价格昂离子束要由特制得离子源产生，其结构复杂，价格昂贵，较少采用贵，较少采用第三章第

21、三章 零维纳米材料零维纳米材料溅射沉积的关键问题溅射沉积的关键问题溅射产额溅射产额v溅射产额溅射产额：是指一个入：是指一个入射离子所溅射出的中性射离子所溅射出的中性原子的数目原子的数目v溅射产额是离子溅射研溅射产额是离子溅射研究中的一个究中的一个重要问题重要问题。它与入射离子的它与入射离子的能量、能量、靶材、入射角靶材、入射角等因素有等因素有关关101 102 103 104 105 1061021011010-110-210-310-410-5能量 (eV)Xe(氙氙 )ArNe(氖氖 )HeOH溅射产额(原子/离子)溅射产额与入射离子能量的关系第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料1、真空

22、溅射、真空溅射第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料物理制备方法物理制备方法物理气相沉积物理气相沉积(PVD)真空蒸发真空蒸发 溅射法溅射法 单源单层蒸发单源单层蒸发单源多层蒸发单源多层蒸发多源反应共蒸发多源反应共蒸发单离子束单离子束(反应反应)溅射溅射双离子束双离子束(反应反应)溅射溅射多离子束反应共溅射多离子束反应共溅射离子束溅射离子束溅射直流溅射直流溅射磁控溅射磁控溅射射频溅射射频溅射真空溅射真空溅射第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料1、直流二级溅射、直流二级溅射1234567891.钟钟罩罩 2. 阴阴极极屏屏蔽蔽 3. 阴阴极极 4. 阳阳极极 5. 加加热热器器 6. 高压高压

23、 7. 高压屏蔽高压屏蔽 8. 高压线路高压线路 9. 基片基片 直流二极溅射装置（左）和工作（过程）原理图（右）直流二极溅射装置（左）和工作（过程）原理图（右）直流直流二二级级溅射是溅射是最基本最简单的溅射装置。最基本最简单的溅射装置。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料2、磁控溅射、磁控溅射v磁控溅射是磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术，年代迅速发展起来的新型溅射技术，目前已在工业生产中应用目前已在工业生产中应用v与二级直流溅射相比，由于磁控溅射的与二级直流溅射相比，由于磁控溅射的速率提高速率提高了一个数量级了一个数量级，具有，具有高速、低温、低损伤高速、低温、低损伤等优点等优

24、点第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料磁控溅射的原理磁控溅射的原理v在阴极靶面上建立一个在阴极靶面上建立一个环状磁靶环状磁靶，来控制二次电子能多产生几次碰撞，来控制二次电子能多产生几次碰撞电离，以提高电离，以提高溅射效率溅射效率。磁控溅射所采用的环形磁场对二次电子的控。磁控溅射所采用的环形磁场对二次电子的控制更加严密。环状磁场迫使二次电子制更加严密。环状磁场迫使二次电子跳跃式跳跃式地沿着环状磁场转圈地沿着环状磁场转圈环状磁场控制的区域是等离子体环状磁场控制的区域是等离子体密度最高密度最高的部位。溅射时，溅射气体的部位。溅射时，溅射气体氩气在这部位发出强烈的氩气在这部位发出强烈的淡蓝色辉光淡蓝

25、色辉光，形成光环，光环下的靶材是被，形成光环，光环下的靶材是被离子轰击最严重的部位，会溅射出一条离子轰击最严重的部位，会溅射出一条环状的沟槽环状的沟槽第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料磁控溅射的优缺点磁控溅射的优缺点v能量较低的二次电子在靠近靶的封闭等离子体中做循环运动，路程足够长，每个电子使原子电离的机会增加，而且只有在电子的能量耗尽以后才能脱离靶表面落在阳极(基片)上，这是基片升温低、损伤小的主要原因。v高密度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样电离产生的正离子能十分有效地轰击靶面，基片又免受等离子体的轰击。电子与气体原子的碰撞几率高，因此气体离子化率大大增加。v磁控溅射

26、靶的溅射沟槽一旦穿透靶材，就会导致整块靶材报废，所以靶材的利用率不高，一般低于40，这是磁控溅射的主要缺点。 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料3、射频溅射、射频溅射问题？问题？ 当靶材为当靶材为绝缘体绝缘体，若使用直流溅射，则，若使用直流溅射，则ArAr+ +离离子会在靶表面积蓄，从而使靶面电位升高，结果子会在靶表面积蓄，从而使靶面电位升高，结果导致放电导致放电停止停止射频（射频（简称简称RF ）：）： 射射频频就就是是指指射射频频电电流流，它它是是一一种种高高频频交交流流变变化化电电磁磁波波的简称的简称 频频率率104Hz的的称称为为高高频电流频电流，而射频就是这样一种高频电流，而射频

27、就是这样一种高频电流第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料3、射频溅射（、射频溅射（RF溅射）溅射）vRF溅射的原理溅射的原理 在绝缘材料背面的金属板电极上通以在绝缘材料背面的金属板电极上通以10MHz以上的以上的射频电源射频电源，由于在靶上的电容偶合，就会，由于在靶上的电容偶合，就会在靶前面产生高频电压，使靶材内部发生极化而在靶前面产生高频电压，使靶材内部发生极化而产生位移电流，靶表面产生位移电流，靶表面交替接受交替接受正离子和电子轰正离子和电子轰击击 因此，射频溅射可以适用于各种材料，包括石因此，射频溅射可以适用于各种材料，包括石英、玻璃、氧化铝、蓝宝石、金刚石、氮化物、英、玻璃、氧化铝、

28、蓝宝石、金刚石、氮化物、硼化物薄膜等。硼化物薄膜等。 但大功率的射频电源但大功率的射频电源不仅价格高（成本高）不仅价格高（成本高），而且对于而且对于人身防护人身防护也成问题。因此，射频溅射不也成问题。因此，射频溅射不适于工业生产应用适于工业生产应用第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料物理制备方法物理制备方法物理气相沉积物理气相沉积(PVD)真空蒸发真空蒸发 溅射法溅射法 单源单层蒸发单源单层蒸发单源多层蒸发单源多层蒸发多源反应共蒸发多源反应共蒸发单离子束单离子束(反应反应)溅射溅射双离子束双离子束(反应反应)溅射溅射多离子束反应共溅射多离子束反应共溅射离子束溅射离子束溅射直流溅射直流溅射磁控

29、溅射磁控溅射射频溅射射频溅射真空溅射真空溅射第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料离子束溅射离子束溅射v问题？问题？ 前面介绍的各种方法都是将前面介绍的各种方法都是将靶和基片靶和基片置于置于等离子等离子体体中，因此膜面都要受到气体和带电粒子的冲击，中，因此膜面都要受到气体和带电粒子的冲击，膜的性能受等离子体状态的影响很大。膜的性能受等离子体状态的影响很大。 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料离子束溅射的工作原理离子束溅射的工作原理 离子束溅射离子束溅射是采用单独的离子源产生轰击靶材的离子是采用单独的离子源产生轰击靶材的离子 宽束离子源是用热阴极电弧放电产生等离子体。阴极灯丝发射的电子宽束离

30、子源是用热阴极电弧放电产生等离子体。阴极灯丝发射的电子加速到加速到4080eV飞向阳极，并使气体飞向阳极，并使气体(氩气氩气)电离为等离子体电离为等离子体第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料离子束溅射的特点离子束溅射的特点v离子束溅射的优点是能够独立控制轰击离子的能离子束溅射的优点是能够独立控制轰击离子的能量和束流密度，并且基片不接触等离子体，这些量和束流密度，并且基片不接触等离子体，这些都有利于控制膜层质量。此外，离子束溅射是在都有利于控制膜层质量。此外，离子束溅射是在真空度比磁控溅射更高的条件下进行的，这有利真空度比磁控溅射更高的条件下进行的，这有利于降低膜层中的杂质气体的含量于降低膜层

31、中的杂质气体的含量v离子束镀膜的缺点是镀膜速率太低，只能达到离子束镀膜的缺点是镀膜速率太低，只能达到10nm/min左右。这比磁控溅射低一个数量级，所左右。这比磁控溅射低一个数量级，所以离子束镀膜不适于镀制大面积工件。这些缺点以离子束镀膜不适于镀制大面积工件。这些缺点限制了离子束溅射在工业生产中的应用限制了离子束溅射在工业生产中的应用 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溅射制膜技术的应用溅射制膜技术的应用 （一）溅射制膜法的广泛应用性（一）溅射制膜法的广泛应用性 溅射制膜法适用性溅射制膜法适用性非常之广非常之广。 组成：组成：单质膜单质膜、合金膜合金膜、化合物膜化合物膜 结构：结构：多晶膜

32、多晶膜、单晶膜单晶膜、非晶膜非晶膜 物性：物性：光、电、声、磁或优良力学性能的各类光、电、声、磁或优良力学性能的各类功能材料膜功能材料膜第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溅射制膜技术的应用溅射制膜技术的应用（二）高温材料的低温合成。（二）高温材料的低温合成。 利用溅射技术可在利用溅射技术可在较低温度下较低温度下制备许多制备许多高温材高温材料的薄膜料的薄膜。 如如TiN、TiC、B4C、BiC、PbTiO3及及金刚石薄膜等金刚石薄膜等 以以SiC为例，熔点超过为例，熔点超过2700。通常需在。通常需在1300-1800 的的高温条件下合成，采用气相化学沉积（高温条件下合成，采用气相化学沉积（

33、CVD）也要）也要1330 左右。左右。若用溅射法，则可在约若用溅射法，则可在约500 得到得到第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溅射制膜技术的应用溅射制膜技术的应用（三）多层结构的连续形成（三）多层结构的连续形成 用溅射法容易制备化学组成按层变化的多层膜用溅射法容易制备化学组成按层变化的多层膜 1、变换放电气体法变换放电气体法 同一种靶在不同的放电气体中溅射同一种靶在不同的放电气体中溅射，就能连续形成纳米多层薄膜。，就能连续形成纳米多层薄膜。 2、多靶轮换法多靶轮换法 多靶轮换溅射多靶轮换溅射即在同一个工作室内安装即在同一个工作室内安装2个个以上的不同靶阴极。有的以上的不同靶阴极。有的是

34、是阳极可以转动阳极可以转动，转到与某个靶子相对应的位置进行溅射。也有的是，转到与某个靶子相对应的位置进行溅射。也有的是安装安装主、辅靶主、辅靶，以电路的通断来控制靶子是否被溅射，以电路的通断来控制靶子是否被溅射第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料制备方法制备方法气相法气相法液相法液相法固相法固相法物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）v基本概念基本概念: 化化学学气气相相沉沉积积是是利利用用气气态态化化合合物物或或化化合合物物的的混混合合物物在在基基体体受受热热面面上上发发生化学反应，

35、从而在基体表面上生成不挥发的涂层生化学反应，从而在基体表面上生成不挥发的涂层vCVD技术的优点技术的优点： 沉积层纯度高，沉积层纯度高， 沉积层与基体的结合力强，沉积层与基体的结合力强， 可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料，可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料， 设备简单，操作方便，工艺上重现性好，适用于批量生产和成本低廉设备简单，操作方便，工艺上重现性好，适用于批量生产和成本低廉v缺点缺点： 由于由于CVD技术是热力学条件决定的热化学过程，一般反应温度多在技术是热力学条件决定的热化学过程，一般反应温度多在1000 C以上，因此限制了这一技术的应用范围以上，因此限制了这一技术的应

36、用范围第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料CVD的工艺过程的工艺过程CVD工艺产生挥发性产生挥发性运载化合物运载化合物把挥发性化合把挥发性化合物运到沉积区物运到沉积区发生化学反应发生化学反应形成固态产物形成固态产物由此可见，由此可见，VCD反应必须满足的三个挥发性条件：反应必须满足的三个挥发性条件： 反应物必须具有足够高的蒸气压反应物必须具有足够高的蒸气压，要保证能以适当的速度被引入，要保证能以适当的速度被引入 反应室；反应室； 除了涂层物质之外的其它反应产物必须是挥发性的除了涂层物质之外的其它反应产物必须是挥发性的； 沉积物本身必须有足够低的蒸气压沉积物本身必须有足够低的蒸气压，以使其在反

37、应期间能保持在以使其在反应期间能保持在 受热基体上。受热基体上。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料CVD新技术新技术v金属有机物化学气相沉积（金属有机物化学气相沉积（MOCVD）v热解化学气相沉积（热解热解化学气相沉积（热解CVD）v等离子体辅助化学气相沉积（等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）v激光化学气相沉积（激光化学气相沉积（LCVD）v微波等离子体化学气相沉积（微波等离子体化学气相沉积（MWCVD）v超声波化学气相沉积（超声波化学气相沉积（UWCVD）v纳米薄膜的低能团簇束沉积（纳米薄膜的低能团簇束沉积（LEBCD）v第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料制备方法制备方法气相法气

38、相法液相法液相法固相法固相法物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）液相法：液相法：均以溶液为出发点，均以溶液为出发点，通过各种途径使溶质和溶剂分通过各种途径使溶质和溶剂分离，形成一定形状和大小的颗离，形成一定形状和大小的颗粒的前躯体，再经热解得到纳粒的前躯体，再经热解得到纳米微粒米微粒第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料液相成核机理液相成核机理v液相成核过程涉及在含有可溶性或悬浮盐的水或液相成核过程涉及在含有可溶性或悬浮盐的水或非水溶液中的化学反应非水溶液中的化学反应v当液体饱和时，沉积借助均相和异相成核机制而当液体饱和时，沉积借助均相和异相成核机制而生成生

39、成 均相成核均相成核：溶液自发地生成核心的过程：溶液自发地生成核心的过程 非均相成核非均相成核：溶液在外来物（如大气中的微尘）的诱：溶液在外来物（如大气中的微尘）的诱导下生成晶核的过程，非均相成核也包括二次成核：在含导下生成晶核的过程，非均相成核也包括二次成核：在含有溶质晶体的溶液中的成核过程有溶质晶体的溶液中的成核过程v成核后，由扩散控制生长成核后，由扩散控制生长v为形成单分散的颗粒，要求所有的核心必须几乎为形成单分散的颗粒，要求所有的核心必须几乎是在同时生成，且进一步生长过程中，无二次核是在同时生成，且进一步生长过程中，无二次核心和团聚出现心和团聚出现第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料

40、液相法分类液相法分类沉淀法沉淀法溶胶溶胶-凝胶法凝胶法均匀沉淀法均匀沉淀法共沉淀法共沉淀法电解生长电解生长液相法液相法沉淀转化法沉淀转化法金属醇盐水解法金属醇盐水解法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料共沉淀法共沉淀法v在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。根据沉淀的类型可分为单相共沉淀和混合共沉淀。v例如：1. 在Ba，Ti的硝酸盐溶液中加入草酸沉淀剂后，形成了单相化合物BaTiO(C2H4)24H2O沉淀。经高温分解，可制得BaTiO3的纳米粒子。2. 将Y2O3用盐酸溶解得到YCl3，然后将ZrOCl2.8H2O和YCl3配成一定浓度的混合溶液，在其

41、中加入NH4OH后便有Zr(OH)4和Y(OH)3的沉淀形成，经洗涤、脱水、煅烧可制得ZrO2(Y2O3)的纳米粒子。关键在于：关键在于：如何使组成材料的多种离子如何使组成材料的多种离子同时沉淀？同时沉淀？高速搅拌高速搅拌过量沉淀剂过量沉淀剂调节调节pH值值第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料均匀沉淀法均匀沉淀法v在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使沉淀均匀产生沉淀均匀产生v优点优点：克服了由外部向溶液中加入沉淀剂而造成：克服了由外部向溶液中加入沉淀剂而造成的沉淀剂局部不均匀的问题，进而沉淀不能在整的沉淀剂局部不均匀的问题，进而沉淀不能在整个溶

42、液中均匀出现的情况个溶液中均匀出现的情况v例如：在金属盐溶液中采用尿素热分解产生沉淀例如：在金属盐溶液中采用尿素热分解产生沉淀剂剂NH4OH，从而促使沉淀均匀生成，从而促使沉淀均匀生成第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料金属醇盐沉淀法金属醇盐沉淀法v金属醇盐（溶解在有机溶剂中）与水反应，水解金属醇盐（溶解在有机溶剂中）与水反应，水解反应生成氢氧化物和氧化物，焙烧后得到氧化物反应生成氢氧化物和氧化物，焙烧后得到氧化物的纳米微粒。的纳米微粒。v例如：例如：水解反应水解反应M(OR)4+H2O HO-M(OR)3+ROH M(OH)4+4ROH 缩合反应缩合反应(OR)3M-OH+HO-M(OR)

43、3 (RO)3M-O-M(OR)3+H2O(OR)3M-OH+RO-M(OR)3 (RO)3M-O-M(OR)3+ROHM代表金属；代表金属；R代表烷基代表烷基钛酸四丁酯（钛酸四丁酯（TBOT）和正硅酸乙酯（）和正硅酸乙酯（TEOS），乙醇做为溶），乙醇做为溶剂，与水反应，来制备剂，与水反应，来制备SiO2和和TiO2纳米颗粒。通常纳米颗粒。通常TBOT和和TEOS的浓度控制在的浓度控制在0.0050.02mol/L第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料液相法分类液相法分类沉淀法沉淀法溶胶溶胶-凝胶法凝胶法均匀沉淀法均匀沉淀法共沉淀法共沉淀法电解生长电解生长液相法液相法沉淀转化法沉淀转化法金属

44、醇盐水解法金属醇盐水解法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料电解生长电解生长v电解法包括水溶液电解和熔盐电解电解法包括水溶液电解和熔盐电解v该方法通常可制备很多通常方法不能制备或难以该方法通常可制备很多通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉，氧化物纳米微粒制备的金属超微粉，氧化物纳米微粒第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料液相法分类液相法分类沉淀法沉淀法溶胶溶胶-凝胶法凝胶法均匀沉淀法均匀沉淀法共沉淀法共沉淀法电解生长电解生长液相法液相法沉淀转化法沉淀转化法金属醇盐水解法金属醇盐水解法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溶胶溶胶-凝胶法凝胶法v溶胶凝胶法是制备纳米粒子的一种湿化学法。v基

45、本原理： 将金属醇或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机纳米材料v基本概念： 溶胶：胶体颗粒彼此独立地分布在分散介质中而形成的稳定的分散体系。 凝胶：胶体颗粒在分散介质中联结成空间三维网络体系而形成的稳定的体系溶解前驱体溶液溶胶凝胶凝胶水解缩聚老化第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溶胶与凝胶的区别溶胶与凝胶的区别溶胶体系溶胶体系凝胶体系凝胶体系第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料溶胶溶胶-凝胶法凝胶法溶胶-凝胶法包括以下几个过程： 溶胶的制备溶胶的制备溶胶溶胶-凝胶转化凝胶转化凝胶干燥凝胶干燥先沉淀后解凝先沉淀后解凝

46、控制沉淀过程直控制沉淀过程直 接获得溶胶接获得溶胶 控制电解质浓度控制电解质浓度 迫使胶粒间相互迫使胶粒间相互 靠近靠近 加热蒸发加热蒸发 焙烧等焙烧等第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料例子一例子一v醇盐水解溶胶-凝胶法已成功地制备出TiO2纳米微粒（6 nm），有的粉体平均粒径只有1.8nm（用透射电镜和小角散射来表征）。v该制备方法的工艺过程如下：在室温下（288k）40mL钛酸丁脂逐滴加到去离子水中，水的加入量为256mL和480mL两种，边滴加边搅拌并控制滴加和搅拌速度，钛酸丁脂经过水解，缩聚，形成溶胶，超声振荡20min，在红外灯下烘干，得到疏松的氢氧化钛凝胶。将此凝胶磨细，然后

47、在673K和873K烧结lh，得到TiO2超微粉。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料例子二例子二v无机盐水解溶胶-凝胶法制SnO2纳米微粒的工艺过程如下：v将20gSnCl2溶解在250mL的酒精中，搅拌半小时，经lh回流，2h老化，在室温放置5d（天）,然后在333K的水浴锅中干燥两天，再在100烘干得到SnO2纳米微粒。v老化的概念： 就是体系内部分散相均匀分布的过程，是一种不可逆的变化第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料制备方法制备方法气相法气相法液相法液相法固相法固相法物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）固相法：固相法：利用固相到固相的变利用固

48、相到固相的变化来制造超微粉体，没有相的化来制造超微粉体，没有相的变化变化第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料固相法固相法1、机械球磨法2、离子注入法3、原子排布法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料粉碎极限粉碎极限粉碎极限粉碎极限是纳米粉碎面临的一个重要问题是纳米粉碎面临的一个重要问题纳米粉碎中，随粒子粒径的减小，物料的结晶均匀性增加，纳米粉碎中，随粒子粒径的减小，物料的结晶均匀性增加，粒子强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机械应力也大大粒子强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机械应力也大大增加。因此，粉碎到一定程度，粒径不再减小或减小速率增加。因此，粉碎到一定程度，粒径不再减小或减小速率相当缓

49、慢，这就是物料的粉碎极限相当缓慢，这就是物料的粉碎极限理论上，固体粉碎的最小粒径可达理论上，固体粉碎的最小粒径可达10 50nm，但目前的粉，但目前的粉碎设备与工艺很难达到这一理想值碎设备与工艺很难达到这一理想值另外，粉碎极限还取决于物料种类、机械应力施加方式、粉另外，粉碎极限还取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等碎方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料机械球磨法的机制机械球磨法的机制v是一种在纯机械驱动下的结构演变是一种在纯机械驱动下的结构演变v被球磨物质在机械力的作用下反复变形，局域应被球磨物质在机械力的作用下反复变形，局域应变

50、的增加引起材料内部缺陷密度的增加，当局域变的增加引起材料内部缺陷密度的增加，当局域应变中的缺陷密度达到某个临界值时，粗晶内部应变中的缺陷密度达到某个临界值时，粗晶内部破碎破碎v这个过程不断反复，在粗晶内部形成纳米颗粒或这个过程不断反复，在粗晶内部形成纳米颗粒或粗晶破碎形成分立的纳米级颗粒粗晶破碎形成分立的纳米级颗粒v该过程主要是以粉碎和研磨为主体实现粉末的纳该过程主要是以粉碎和研磨为主体实现粉末的纳米化米化第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料1、 机械球磨法机械球磨法v机械球磨法即采用新型的高效超级粉碎设备，如高能球磨机、超音速气流粉碎机等将脆性固体逐级研磨、分级，再研磨，再分级，直至获得纳

51、米粉体，适用于无机矿物和脆性金属或合金的纳米粉体生产。几种典型的球磨技术：几种典型的球磨技术：球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流磨胶体磨、纳米气流粉碎气流磨第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料球磨球磨v球磨机是目前广泛采用纳米粉碎设备。v它是利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎。通常几百个小时的时间仅能够使粒径为1m粒子达到20。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料振动球磨振动球磨v以球或棒为介质，介质在粉碎室内振动，冲击物料使其粉碎。v可获得小于2m的粒子达90以上，甚至可获得500nm的粒子。第三章第三章 零维纳米材料零

52、维纳米材料搅拌磨搅拌磨v由一个静止的研磨筒和一个旋转搅拌器构成。v搅拌磨中，一般使用球形介质，介质平均直径小于6mm，纳米粉碎时，小于3mm。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料胶体磨胶体磨v胶体磨的基本原理是流体或半流体物料通过高速相对连动的定齿与动齿之间，使物料受到强大的剪切力，磨擦力及高频振动等作用，有效地被粉碎、乳化、均质、温合，从而获得满意的精细加工的产品v短时间内，产品的粒径可达1m。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料纳米气流粉碎气流磨纳米气流粉碎气流磨v利用高速气流（300-500m/s）或热蒸气（300-450 ）的能量使粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。v可获得

53、平均粒度1m的产品。v此外，气流粉碎的产品还具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好等优点。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料2、离子注入法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料离子注入法离子注入法v主要用于材料制备和改性技术，广泛用于半导体、主要用于材料制备和改性技术，广泛用于半导体、金属和绝缘体等材料金属和绝缘体等材料v该方法可在一定的衬底的表面或内部形成纳米粒该方法可在一定的衬底的表面或内部形成纳米粒子子第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料工艺过程工艺过程(a) 主体材料被何能离子主体材料被何能离子注入，箭头表示注入，箭头表示(b) 在近表面区形成过饱在近表

54、面区形成过饱和固溶体和固溶体(c) 经热处理使分立的纳经热处理使分立的纳米颗粒析出米颗粒析出（a）（b）（c）主体材料主体材料图图3-8 3-8 离子注入法形成离子注入法形成纳米粒子的基本过程纳米粒子的基本过程第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料3、原子排布法、原子排布法第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子排布法原子排布法v以直接排布原子的方式得到所希望的物质结构的以直接排布原子的方式得到所希望的物质结构的方法，这是一种终极的物质生产方式方法，这是一种终极的物质生产方式v例如：例如： 1990年，美国国际商用机器公司在镍表面用年，美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出个氙原子排

55、出“IBM”字样字样第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原子排布法原子排布法v利用扫描隧道显微镜不仅可实现在一个平面内原利用扫描隧道显微镜不仅可实现在一个平面内原子分子的排布操作，还可进行原子的三维立体搬子分子的排布操作，还可进行原子的三维立体搬迁迁图图3-10 美国惠普公司实现原子的三维立体搬迁，美国惠普公司实现原子的三维立体搬迁，形成宽约形成宽约10nm、高约、高约1.5nm的原子金字塔的原子金字塔第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料作业作业1.P69 ，第3题第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料3、零维纳米材料的物化性质第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料零维纳米材料的物化性质零

56、维纳米材料的物化性质1、热学性能、热学性能2、光学性能、光学性能3、磁学性能、磁学性能4、化学性质、化学性质第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料 1、热学性能、热学性能 比热容增加比热容增加纳米颗粒的熔点下降纳米颗粒的熔点下降 纳米颗粒的开始烧结温度降低纳米颗粒的开始烧结温度降低 纳米颗粒的晶化温度降低纳米颗粒的晶化温度降低第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料比热容比热容v比热容是物质的典型性质，表示使某固体升高一比热容是物质的典型性质，表示使某固体升高一定温度所需的热量定温度所需的热量v纳米颗粒的比热容通常比块体物质具有更高的比纳米颗粒的比热容通常比块体物质具有更高的比热容，且随粒度的减

57、小，比热容增大热容，且随粒度的减小，比热容增大v例如：例如： 150300K范围内，范围内，8nm的的Cu比传统的纯比传统的纯Cu的比热的比热容提高容提高911%，6nm的的Pd（钯）提高（钯）提高2953%第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料熔点下降熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。纳米微粒熔点急剧下降。图

58、图3-11 金纳米颗粒的粒径与熔点的关系金纳米颗粒的粒径与熔点的关系金的熔点：金的熔点：1064，2nm的金粒的金粒子的熔点为子的熔点为327 银的熔点：银的熔点：960.5，银纳米，银纳米粒子在低于粒子在低于100开始熔化开始熔化铅的熔点：铅的熔点：327.4 ，20nm球形铅粒子的熔点降低至球形铅粒子的熔点降低至39。铜的熔点：铜的熔点：1053 ，平均粒径为，平均粒径为40nm的铜粒子，的铜粒子，750 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料开始烧结温度下降开始烧结温度下降 所谓烧结温度是指把粉末所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这

59、些粉末结于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。最低加热温度。 纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面纳米颗粒尺寸小，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，空位团的湮灭，因此，力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，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。度降低。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料晶化温度降低晶化温度降低基本概念：基本概念：晶化：物质

60、由非晶体向晶化：物质由非晶体向晶体的转化过程；晶体的转化过程；晶化温度：晶化过程所晶化温度：晶化过程所需要的最低温度。需要的最低温度。非晶纳米颗粒的晶化温非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。粒径的减小而降低。不同原始粒径的纳米不同原始粒径的纳米Al2O3微粒的粒径微粒的粒径随退火温度的变化曲线随退火温度的变化曲线第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料小结小结 比热容增加、熔点降低、烧结温度降低、比热容增加、熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的

61、表（界）面效应。于纳米材料的表（界）面效应。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料2、光学性能、光学性能第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料光学性能光学性能v固体材料的光学性固体材料的光学性质与其内部的微与其内部的微结构，特构，特别是是电子子态、缺陷、缺陷态和能和能级结构有密切的关系。构有密切的关系。v纳米相材料在米相材料在结构上与常构上与常规的晶的晶态和非晶和非晶态体系体系有很大的差有很大的差别，表，表现为：小尺寸、能：小尺寸、能级离散性离散性显著、表（界）面原子比例高、界面原子排列和著、表（界）面原子比例高、界面原子排列和键的的组态的无的无规则性性较大等。大等。这些特征些特征导致致纳米材

62、米材料的光学性料的光学性质出出现一些不同于常一些不同于常规晶晶态和非晶和非晶态的新的新现象。象。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料纳米微粒的光学性能纳米微粒的光学性能 （1）宽频带强强吸收；吸收； （2）蓝移和移和红移移现象；象； （3）量子限域效）量子限域效应； （4）纳米微粒的米微粒的发光；光； （5）纳米微粒分散物系的光学性米微粒分散物系的光学性质第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(1)(1)宽频带强吸收宽频带强吸收v基本概念：基本概念：v宽频带：纳米米颗粒粒对红外外线的吸收的吸收谱宽化的化的现象象v强强吸收：与吸收：与块体材料（常体材料（常规材料）相比材料）相比对光吸收能力增光

63、吸收能力增强强的的现象象第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料 不同温度退火下纳米三氧化二铝材料的红外吸收谱不同温度退火下纳米三氧化二铝材料的红外吸收谱14分别对应分别对应873，1073，1273和和1473K退火退火4小时的样品小时的样品.第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料原因原因1）尺寸分布效）尺寸分布效应：通常：通常纳米材料的粒径有一定分布，不同米材料的粒径有一定分布，不同颗粒的表面粒的表面张力有差异，引起晶格畸力有差异，引起晶格畸变程度也不同。程度也不同。这就就导致致纳米材料米材料键长有一个分布，造成有一个分布，造成带隙的分布，隙的分布，这是引是引起起红外吸收外吸收宽化的原因之一

64、。化的原因之一。2）界面效）界面效应：界面原子的比例非常高，：界面原子的比例非常高，导致不致不饱和和键、悬挂挂键以及缺陷非常多，以及缺陷非常多，这就使界面原子就使界面原子间键长与与颗粒内粒内键长不同；另外不同；另外庞大的界面上各大的界面上各处结构也可能不同，从而构也可能不同，从而导致界面上的致界面上的键长有一个很有一个很宽的分布。在的分布。在红外光作用下外光作用下对红外光吸收的外光吸收的频率也就存在一个率也就存在一个较宽的分布。的分布。v须指出，分析具体体系要指出，分析具体体系要综合考合考虑各种因素，不能一概而各种因素，不能一概而论。纳米米结构材料构材料红外吸收的微外吸收的微观机制研究机制研究

65、还有待深入，有待深入，实验现象也尚需象也尚需进一步一步系系统化。化。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料强吸收强吸收v大大块金属具有不同的金属光金属具有不同的金属光泽，表明它，表明它们对可可见光中各种波光中各种波长的光的反射和吸收能力不同的光的反射和吸收能力不同v当尺寸减小到当尺寸减小到纳米米级时，各种金属，各种金属纳米粒子几乎米粒子几乎都呈黑色。它都呈黑色。它们对可可见光的反射率极低，而吸收光的反射率极低，而吸收率相当高。例如，率相当高。例如，Pt纳米粒子的反射率米粒子的反射率为1，Au纳米粒子的反射率小于米粒子的反射率小于10第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(2) 吸收光吸收光谱的

66、的蓝移移现象象v纳米米颗粒的吸收粒的吸收带通常通常发生生蓝移。例如，移。例如，SiC纳米米颗粒的粒的红外吸收峰外吸收峰为814cm-1，而，而块体体SiC固体固体为794cm-1。CdS溶溶胶胶颗粒的吸收光粒的吸收光谱随着尺寸的减小逐随着尺寸的减小逐渐蓝移（如下移（如下图所示）所示）。CdS溶胶颗粒在不同尺寸下的吸收光谱溶胶颗粒在不同尺寸下的吸收光谱谱线谱线A：6nm; 谱线谱线B：4nm;谱线谱线C：2.5nm; 谱线谱线D：1nm第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料CdSe纳米米颗粒的吸收光粒的吸收光谱蓝移移现象象Mittleman, D. M et al. Phys. ReV. B:

67、Condens. Matter 1994, 49, 14435.A.P.Alivisatos, J. Phys. Chem. 1996， 100, 13226Shift to higher energyin smaller sizeIncreased absorptionintensity第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料吸收光吸收光谱蓝移的原因移的原因1）量子尺寸效）量子尺寸效应：即：即颗粒尺粒尺寸下降寸下降导致能隙致能隙变宽，从，从而而导致光吸收致光吸收带移向短波移向短波方向。方向。Ball等的普适性解等的普适性解释是：已被是：已被电子占据的分子子占据的分子轨道能道能级(HOMO)与未

68、被与未被电子占据的分子子占据的分子轨道能道能级之之间的的宽度（能隙）随度（能隙）随颗粒直径的减小而增大，从粒直径的减小而增大，从而而导致致蓝移移现象。象。这种解种解释对半半导体和体和绝缘体均适体均适用。用。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料吸收光吸收光谱的的红移移v有有时候，当粒径减小至候，当粒径减小至纳米米级时，还会会观察到察到光吸收光吸收带相相对粗晶材料的粗晶材料的“红移移”现象。例如，在象。例如，在2001400nm范范围，块体体NiO单晶有八个吸收晶有八个吸收带，而在粒径，而在粒径为5484nm的的NiO材料中，有材料中，有4个吸收个吸收带发生生兰移，有移，有3个吸收个吸收带发生生

69、红移，移，有一个峰未出有一个峰未出现。v引起引起红移的因素很多，也很复移的因素很多，也很复杂，归纳起来有：起来有：1）电子子限域在小体限域在小体积中运中运动；2）粒径减小，内）粒径减小，内应力（力（P=2/r，r为半径，半径，为表面能）增加，表面能）增加，导致致电子波函数重叠；子波函数重叠；3）存）存在附加能在附加能级，如缺陷能，如缺陷能级，使，使电子子跃迁能迁能级间距减小；距减小；4）外加）外加压力使能隙减小；力使能隙减小；5）空位、）空位、杂质的存在使平均原的存在使平均原子子间距距R 增大，增大，导致能致能级间距距变小。小。v通常通常认为，红移和移和兰移两种因素共同移两种因素共同发挥作用，

70、作用，结果果视孰孰强强而定。随而定。随着粒径的减小，量子尺寸效着粒径的减小，量子尺寸效应导致致兰移；而移；而颗粒内部的内粒内部的内应力的增加力的增加会会导致能致能带结构构变化。化。电子波函数重叠加大，子波函数重叠加大，结果果带隙、能隙、能级间距距变窄，从而引起窄，从而引起红移。移。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料上节课的内容上节课的内容v纳米颗粒的制备方法纳米颗粒的制备方法 液相法、固相法液相法、固相法v0维纳米材料的物化性质维纳米材料的物化性质 1、热学性能、热学性能 2、光学性能、光学性能 3、磁学性能、磁学性能 4、化学性质、化学性质 （1）宽频带强吸收；）宽频带强吸收； （2）蓝

71、移和红移现象）蓝移和红移现象； （3）量子限域效应；）量子限域效应； （4）纳米微粒的发光；）纳米微粒的发光； （5）纳米微粒分散物系的光学性质）纳米微粒分散物系的光学性质第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料 (3) 量子限域效应量子限域效应v量子限域效应：激子的振子强度、激子带的吸收量子限域效应：激子的振子强度、激子带的吸收系数随粒径下降而增加，即激子出现增强吸收并系数随粒径下降而增加，即激子出现增强吸收并蓝移蓝移v激子：吸收光能而形成，当入射光能量小于禁带宽度时，激子：吸收光能而形成，当入射光能量小于禁带宽度时，可从原子中激发出点子，同时留下空穴，因同处一个原子可从原子中激发出点子，同时

72、留下空穴，因同处一个原子上，电子上，电子-空穴相互作用很强，构成一个系统，称为激子空穴相互作用很强，构成一个系统，称为激子v当半导体纳米颗粒的半径小于激子波尔半径，电子的平均当半导体纳米颗粒的半径小于激子波尔半径，电子的平均自由程受小粒径的限制而局限在很小的范围内，空穴很容自由程受小粒径的限制而局限在很小的范围内，空穴很容易与电子形成激子，引起电子和空穴波函数的叠加，很容易与电子形成激子，引起电子和空穴波函数的叠加，很容易产生激子吸收带易产生激子吸收带第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料 (4) 纳米微粒的米微粒的发光光v纳米微粒的尺寸小到一定程度，可在一定米微粒的尺寸小到一定程度，可在一定

73、波波长的光激的光激发下下发光，亦称光，亦称光致光致发光光。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料光致光致发光光v所所谓光致光致发光是指在一定波光是指在一定波长光照射下被激光照射下被激发到高能到高能级激激发态的的电子子重新重新跃回到低能回到低能级被空穴俘被空穴俘获而而发射出光子的射出光子的现象。象。v电子子跃迁可分迁可分为：非：非辐射射跃迁和迁和辐射射跃迁。通常当能迁。通常当能级间距很小距很小时，电子子跃迁通迁通过非非辐射性机射性机联过程程发射声子，此射声子，此时不不发光。而只有当能光。而只有当能级间距距较大大时，才有可能，才有可能实现辐射射跃迁，迁，发射光子。射光子。第三章第三章 零维纳米材料

74、零维纳米材料纳米微粒的米微粒的发光光当粒径当粒径d6nm,这种这种光发射现象消失！光发射现象消失！随粒径减小，发射随粒径减小，发射带强度增强并向短带强度增强并向短波方向移动波方向移动图图1.14不同颗粒度纳米不同颗粒度纳米Si在室温下的发光在室温下的发光第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v纳米材料的以下特点米材料的以下特点导致其致其发光不同于常光不同于常规材料材料1）由于颗粒很小，出现量子限域效应，界面结构的无序性使激子、特别是表面激子很容易形成，因此容易产生激子发光带；2）界面体积大，存在大量的缺陷，从而使能隙中产生许多附加能级；3）平移周期被破坏，在常规材料中电子跃迁的选择定则可能不适

75、用。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(5) 纳米微粒分散物米微粒分散物质的光学性的光学性质v基本概念：基本概念： 溶胶：纳米微粒分散于分散介质中就形成分散物系，或称溶胶。溶胶：纳米微粒分散于分散介质中就形成分散物系，或称溶胶。 胶体粒子（分散相）：分散介质中的纳米微粒。胶体粒子（分散相）：分散介质中的纳米微粒。v溶胶中胶体的高分散性合不均匀性使得分散物系溶胶中胶体的高分散性合不均匀性使得分散物系具有特殊的光学特性。具有特殊的光学特性。v如：如：1869年英国物理学家丁达尔发现的丁达尔效应。年英国物理学家丁达尔发现的丁达尔效应。v丁达尔效应的发生原因：丁达尔效应的发生原因： 若若 d，散射

76、（，散射（丁达尔现象丁达尔现象）第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料3、磁学性能、磁学性能 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料许多生物体内就有天然的纳米磁性许多生物体内就有天然的纳米磁性粒子，如磁性细菌，蜜蜂，螃蟹，海粒子，如磁性细菌，蜜蜂，螃蟹，海龟，人的大脑等龟，人的大脑等第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料向磁性细菌向磁性细菌1975年即发现向磁性细菌年即发现向磁性细菌-体内有一排磁性纳米粒子体内有一排磁性纳米粒子磁性纳米粒子导航作用的磁性纳米粒子导航作用的物理原理和生物过程？物理原理和生物过程？细菌体内的纳米指南针细菌体内的纳米指南针第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料 亿万

77、年前的螃蟹第一对触角里有几颗用于定方亿万年前的螃蟹第一对触角里有几颗用于定方向的纳米微粒，就像是几只小指南针。螃蟹的祖先向的纳米微粒，就像是几只小指南针。螃蟹的祖先靠这种靠这种“指南针指南针”堂堂正正地前进后退，行走自如。堂堂正正地前进后退，行走自如。后来，由于地球的磁场发生了多次剧烈的倒转，使后来，由于地球的磁场发生了多次剧烈的倒转，使螃蟹体内的小磁粒失去了原来的定向作用，于是使螃蟹体内的小磁粒失去了原来的定向作用，于是使它失去了前后行动的功能，变成了横行它失去了前后行动的功能，变成了横行。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料磁学性质磁学性质 (1) 超顺磁性超顺磁性 (2) 矫顽力矫顽力

78、 (3) 居里温度居里温度 (4) 磁化率磁化率第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(1) 超顺磁性超顺磁性v基本概念：基本概念： 超顺磁性：只有在磁场超顺磁性：只有在磁场中才表现出磁性中才表现出磁性,一旦撤去磁一旦撤去磁场场,没有剩磁没有剩磁,表现为没有磁表现为没有磁性了性了,这样粒子之间就不会有这样粒子之间就不会有相互作用相互作用v纳米磁性微粒的尺寸降低到一定临界值时，便进入超顺磁纳米磁性微粒的尺寸降低到一定临界值时，便进入超顺磁状态状态v原因是什么：原因是什么： 小尺寸下小尺寸下,当各向异性能减小到与热运动能可相比拟当各向异性能减小到与热运动能可相比拟时时,磁化方向就不再固定在一个易磁

79、化的方向磁化方向就不再固定在一个易磁化的方向,易磁化方向易磁化方向作无规律的变化作无规律的变化,结果导致超顺磁性的出现结果导致超顺磁性的出现第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(2) 矫顽力矫顽力v基本概念：基本概念： 矫顽力：通常力：通常铁磁材料在反复磁化磁材料在反复磁化过程程中会出中会出现磁滞磁滞现象。当外加磁象。当外加磁场强强度度H下下降至零降至零时，B值并不回到零而并不回到零而为r，r称称为剩余磁感剩余磁感应强强度，度，简称剩磁。称剩磁。为使使B值回回到零，必到零，必须加一个反向磁加一个反向磁场强强度度c，c称称为矫顽磁磁场强强度，俗称度，俗称矫顽力。力。v结论： 纳米微粒尺寸大于超

80、米微粒尺寸大于超顺磁磁临界界尺寸尺寸时通常表通常表现较高的高的矫顽力力Hc图图1. 磁滞曲线磁滞曲线第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料图图2. 铁磁材料磁畴示意图铁磁材料磁畴示意图左：无磁场；左：无磁场； 右：有磁场右：有磁场 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v每个磁性颗粒就是一个单磁畴，每个磁性颗粒就是一个单磁畴，每个单磁畴纳米颗粒成为一个永每个单磁畴纳米颗粒成为一个永久磁铁久磁铁v要使磁性失掉，必须使每个磁性要使磁性失掉，必须使每个磁性颗粒的整体磁矩反转，这需要很颗粒的整体磁矩反转，这需要很大的反向磁场，即进入超顺磁性大的反向磁场，即进入超顺磁性状态前磁性纳米颗粒具有很大的状态前

81、磁性纳米颗粒具有很大的矫顽力矫顽力第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料（3）居里温度）居里温度居里温度居里温度为磁性物磁性物质的重要参数的重要参数居里温度：居里温度： 19世世纪末，著名物理家居里在末，著名物理家居里在自己的自己的实验室里室里发现磁石的一个物磁石的一个物理特性，就是当磁石加理特性，就是当磁石加热到一定温到一定温度度时，原来的磁性就会消失。后来，原来的磁性就会消失。后来，人人们把把这个温度叫个温度叫“居里点居里点”或或“居居里温度里温度”。 纳米微粒的居里温度随其粒度米微粒的居里温度随其粒度的下降而有所下降。的下降而有所下降。第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料居里温度应用实

82、例居里温度应用实例“春哥春哥”吃米饭吃米饭电饭锅电饭锅第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料4、化学性、化学性质第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料v随纳米颗粒粒径减小，比表面增大、表面原子数随纳米颗粒粒径减小，比表面增大、表面原子数增多，形成大量悬键和不饱和键，使表面能升高、增多，形成大量悬键和不饱和键，使表面能升高、带来高的表面活性，从而有利于化学反应的发生带来高的表面活性，从而有利于化学反应的发生v纳米颗粒具有很强的化学活性，表现在催化性能纳米颗粒具有很强的化学活性，表现在催化性能提高、光催化性能的产生和吸附、团聚等方面提高、光催化性能的产生和吸附、团聚等方面第三章第三章 零维纳米材料

83、零维纳米材料化学性质化学性质(1)化学催化性能化学催化性能(2)光催化性能光催化性能(3)吸附和团聚吸附和团聚第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(1) 化学催化性能化学催化性能v催化剂的结构单元绝大多数为纳米颗粒催化剂的结构单元绝大多数为纳米颗粒v纳米颗粒的尺寸小，比表面积大、表面活性中心纳米颗粒的尺寸小，比表面积大、表面活性中心多，因此具有极高的催化活性多，因此具有极高的催化活性v例如：例如： 纳米级的纳米级的Ni、Cu和和Zn粉都是极好的催化剂，可替代昂贵的粉都是极好的催化剂，可替代昂贵的Pt和和Pb 30nm的的Ni可使催化加氢和脱氢反应提高可使催化加氢和脱氢反应提高15倍倍 纳米纳

84、米Ni作为火箭固体燃料的反应催化剂，可提高燃烧效率作为火箭固体燃料的反应催化剂，可提高燃烧效率100倍倍 纳米级纳米级Pt可将乙烯的氧化反应温度从可将乙烯的氧化反应温度从600降为室温降为室温v催化剂的粒径越小，比表面积越大，催化效果越催化剂的粒径越小，比表面积越大，催化效果越好好第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料(2) 光催化光催化v纳米半导体颗粒的光催化性能是一种独特的性能纳米半导体颗粒的光催化性能是一种独特的性能v可实现多种催化反应，并且有些是多相催化难以可实现多种催化反应，并且有些是多相催化难以实现的，例如：实现的，例如： 醇和烃的氧化醇和烃的氧化 无机离子氧化还原无机离子氧化还原

85、 有机物催化脱氢和加氢有机物催化脱氢和加氢 氨基酸合成氨基酸合成 固氮反应固氮反应 水净化处理及煤气交换水净化处理及煤气交换v此类材料的典型代表就是此类材料的典型代表就是TiO2第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料光催化基本原理光催化基本原理v若入射光子能量大于能隙，纳米颗粒内将产生电若入射光子能量大于能隙，纳米颗粒内将产生电子子-空穴对空穴对v氧化性的空穴与纳米半导体颗粒表面的氧化性的空穴与纳米半导体颗粒表面的OH-结合结合形成形成OH自由基，自由基，OH具有强大的氧化分解能力，具有强大的氧化分解能力，几乎可将所有的有机化合物分解成几乎可将所有的有机化合物分解成CO和其它物质和其它物质v自

86、由电子和空气中的氧结合产生活性氧自由电子和空气中的氧结合产生活性氧超级氧超级氧化离子，也具有极强的氧化分解能力，分解过程化离子，也具有极强的氧化分解能力，分解过程如下：如下： 酯酯=醇醇=醛醛=酸酸=CO2和和H2O第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料光催化活性优异的原因光催化活性优异的原因半导体纳米颗粒粒径减小使量子效应增强、能隙半导体纳米颗粒粒径减小使量子效应增强、能隙增大，使光生电子增大，使光生电子-空穴氧化能力提高空穴氧化能力提高粒径小使得光生载流子很容易从颗粒内部扩散到粒径小使得光生载流子很容易从颗粒内部扩散到表面，与电子的给体和受体发生氧化还原反应。表面，与电子的给体和受体发生氧

87、化还原反应。粒径小还使得扩散时间减少，电子粒径小还使得扩散时间减少，电子-空穴空穴分离空穴空穴分离效果提高，复合湮灭概率下降，从而提高光催化效果提高，复合湮灭概率下降，从而提高光催化活性活性光催化反应体系，反应物被吸附在催化剂的表面光催化反应体系，反应物被吸附在催化剂的表面是反应发生的前提。粒径的减小使比表面积增大，是反应发生的前提。粒径的减小使比表面积增大，强烈的吸附效应使光生载流子优先与吸附物质反强烈的吸附效应使光生载流子优先与吸附物质反应，使讲解能力提高应，使讲解能力提高第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料光触媒光触媒v目前广泛研究的光催化剂大多是属于宽禁带的目前广泛研究的光催化剂大多

88、是属于宽禁带的n型型氧化物半导体，例如：氧化物半导体，例如：TiO2、SiO2、SnO2、ZnO2、WO3、Fe2O3、In2O3、CdS、PbS等等vTiO2作为一种白色染料，为人所共知；但作为一作为一种白色染料，为人所共知；但作为一种光催化剂为人们所认识，还是种光催化剂为人们所认识，还是1967年的事情：年的事情：v当年刚刚考上研究生的藤岛昭在导师本多健一的当年刚刚考上研究生的藤岛昭在导师本多健一的指导下做了一项实验：把指导下做了一项实验：把TiO2和白金和白金Pt分别作为分别作为电极放在水中，经太阳照射，即使不通电，也从电极放在水中，经太阳照射，即使不通电，也从水中冒出了水泡，即氧气和氢

89、气。后来这一现象水中冒出了水泡，即氧气和氢气。后来这一现象被称为被称为“藤岛藤岛-本多效应本多效应”，这也就是，这也就是TiO2的光触的光触媒作用媒作用第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料吸附与团聚吸附与团聚v吸附是相互接触的不同相之间产生的结合现象吸附是相互接触的不同相之间产生的结合现象v依据作用力的不同，可分为物理吸附和化学吸附依据作用力的不同，可分为物理吸附和化学吸附 物理吸附：依靠吸附剂和吸附相之间的分子间作用力物理吸附：依靠吸附剂和吸附相之间的分子间作用力等较弱物理作用而结合，容易脱附等较弱物理作用而结合，容易脱附 化学吸附：依靠化学键产生较强的吸附，难脱附化学吸附：依靠化学键产生

90、较强的吸附，难脱附v吸附作用将对纳米颗粒的化学性质产生许多重要吸附作用将对纳米颗粒的化学性质产生许多重要的影响，如提高的影响，如提高化学反应程度化学反应程度、促进化学催化促进化学催化和和光催化光催化第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料吸附与团聚吸附与团聚v纳米颗粒相互靠近时，其间的相互作用包括分子纳米颗粒相互靠近时，其间的相互作用包括分子间作用力和静电斥力，由此可分别产生颗粒间相间作用力和静电斥力，由此可分别产生颗粒间相互作用的引力位能和排斥力位能互作用的引力位能和排斥力位能v一定条件下，排斥力位能与粒径平方成反比；引一定条件下，排斥力位能与粒径平方成反比；引力位能与粒径成正比力位能与粒径成

91、正比v因此随粒径的减小，排斥力位能减小幅度要远小因此随粒径的减小，排斥力位能减小幅度要远小于引力位能，总作用能表现为引力位能，颗粒间于引力位能，总作用能表现为引力位能，颗粒间相互作用表现为引力，因此颗粒很容易发生团聚，相互作用表现为引力，因此颗粒很容易发生团聚，这位纳米颗粒的收集和存储都带来困难这位纳米颗粒的收集和存储都带来困难v为解决此问题，需对纳米颗粒进行表面改性，或为解决此问题，需对纳米颗粒进行表面改性，或将其分散在溶液中保存将其分散在溶液中保存第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料作业作业1.名词解释：名词解释： 超顺磁性；矫顽力；居里温度；蓝移现象；超顺磁性；矫顽力；居里温度；蓝移现象；扩散现象扩散现象2.纳米粒子为什么具有较高的矫顽力？纳米粒子为什么具有较高的矫顽力？3.纳米粒子宽频带产生的原因是什么？纳米粒子宽频带产生的原因是什么？4. P69，第，第7题题 第三章第三章 零维纳米材料零维纳米材料