纳米材料导论.doc

纳米材料导论.doc1、 纳米粒子表面原子的排列,其活性高的原因是什么?图2・4将采取单一立方韻格箔构的原子恳可陇以播近圜(或球)形进行配at的超也模式阳・纳米微粒尺寸小,表面能高,、原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。例如:金属的纳米粒子在空气中会燃烧,无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体,并与气体进行反应。如图,近邻配位的“A“原子,像这样的表面原子极不稳定,很快跑到位置上,这些表面原子一遇见其他原子,很快结合,使其稳定化,这就是活性高的原因。2、 冷冻干燥法冷冻干燥法为溶剂挥发分解法的一种冷冻干燥法的基本原理是:先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻,然后在低温低压下真空干燥,将溶剂升华除去,就可以得到相应物质的纳米粒子。如果从水溶液出发制备纳米粒子,冻结后将冰升华除去,直接可获得纳米粒子。如果从熔融盐出发,冻结后需要进行热分解,最后得到相应纳米粒子。主要特点是:(i)生产批量大,适用于大型工厂制造超微粒子设备简单、成本低;粒子成分均匀冻结干燥法分冻结、干燥、焙烧三个过程3、 纳米颗粒的分散和团聚的解决方法为了解决这一问题,,,通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。为了防止小颗粒的团聚可采用下面几种措施:加入反絮凝剂形成双电层加表(界)面活性剂包裹微粒4、 纳米材料性能的解释超顺磁性超顺磁性是指当磁性粒子的粒径小于某一临界尺寸(如Fe3O4v30nm)后,在有外加磁场存在时,表现出较强的磁性。但当外磁场撤消时,无剩磁,不再表现出磁性•超顺磁状态的原因:在小尺寸下,当各向异性能减小到与热运动能可相比拟的时候,磁化方向就不再固定在一个易磁化的方向,易磁化方向作无规律的变化,结果导致超顺磁性的岀现。不同种类的纳米磁性微粒呈现超顺磁的临界尺寸是不相同的。蓝移与大块材料相比,纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象,即吸收带移向短波长方向。•例如A:纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸收频率分别是814cm-l和794cm・l・纳米SiC颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm・l・B:纳米氮化硅颗粒和大块SI3N4固体的峰值红外吸收频率分别是949cm-1和935cm-1,i・l・蓝移的解释:1、量子尺寸效应,由于尺寸下降能洗变宽,这就导致光吸收带移向短波方向。已被电子占据分子跪倒能级与未被电子占据分子轨道能级Z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。2、表面效应,由于纳米微粒颗粒小,大的表面张力使品格畸变,品格常数变小,对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明第一近邻和第二近邻的距离变短,键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大,结果使光吸收带移向了高波数。熔点降低熔点比较低的原因: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,活性大以及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,,大块Pb的熔点为600K,20nm球形Pb微粒熔点降低288K;纳米Ag微粒在低于373K开始熔化,