納米材料的應(yīng)用ppt課件(已修改)
2025-05-15 03:30 本頁(yè)面
【正文】 第 5節(jié) 納米材料的應(yīng)用 ? 由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們?cè)诖?、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。 一 .納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用 ? 催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作為催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高 10～ 15倍。 ? 1．金屬納米粒子的催化作用 ? 貴金屬納米粒子作為催化劑已成功地應(yīng)用到高分子高聚物的氫化反應(yīng)上，例如納米粒子銠在氫化反應(yīng)中顯示了極高的活性和良好的選擇性。烯烴雙鍵上往往連有尺寸較大的基團(tuán)，致使雙鍵很難打開(kāi)，若加上粒徑為 lnm的銠微粒，可使打開(kāi)雙鍵變得容易，使氫化反應(yīng)順利進(jìn)行。 ? 2．半導(dǎo)體納米粒子的光催化 ? 半導(dǎo)體的光催化效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直引起人們的重視，原因在于這種效應(yīng)在環(huán)保、水質(zhì)處理、有機(jī)物降解、失效農(nóng)藥降解等方面有重要的應(yīng)用。所謂半導(dǎo)體的光催化效應(yīng)是指：在光的照射下，價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶的孔穴把周?chē)h(huán)境中的羥基電子奪過(guò)來(lái)，短基變成自由基，作為強(qiáng)氧化劑將物質(zhì)氧化，變化如下：酯、 醇、 醛、 酸、 CO2，完成了對(duì)有機(jī)物的降解。 常用的光催化半導(dǎo)體納米粒子有 TiO2(銳鐵礦相 )、 Fe2O CdS、ZnS、 PbS、 PbSe、 ZnFe2O4等。主要用處：將這類(lèi)材料做成空心小球，浮在含有有機(jī)物的廢水表面上，利太陽(yáng)光可進(jìn)行有機(jī)物的降解。美國(guó)、日本利用這種方法對(duì)海上石油泄露造成的污染進(jìn)行處理。采用這種方法還可以將粉體添加到陶瓷釉料中，使其具有保潔殺菌的功能，也可以添加到人造纖維中制成殺菌纖維。銳鈦礦白色納米 TiO2粒子表面用 Cu+、 Ag+離子修飾，殺菌效果更好。這種材料在電冰箱、空調(diào)、醫(yī)療器械、醫(yī)院手術(shù)室裝修等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。鉛化的 TiO2納米粒子的光催化可以使丙炔與水蒸氣反應(yīng)，生成可燃性的甲烷、乙烷和丙烷；鉑化的 TiO2納米粒子，通過(guò)光催化使醋酸分解成甲烷和 CO2。還有一個(gè)重要的應(yīng)用是，納米 TiO2光催化效應(yīng)可以用來(lái)從甲醇水溶液中提取 H2。 ? 3．納米金屬、半導(dǎo)體粒子的熱催化 ? 金屬納米粒子十分活潑，可以作為助燃劑在燃料中使用。也可以摻雜到高能密度的材料，如炸藥，增加爆炸效率；也可以作為引爆劑進(jìn)行使用。為了提高熱燃燒效率，將金屬納米粒子和半導(dǎo)體納米粒子摻雜到燃料中，以提高燃燒的效率，因此這類(lèi)材料在火箭助推器和煤中作助燃劑。目前，納米 Al和 Ni粉已被用在火箭燃料作助燃劑。 二、納米材料在光學(xué)方面的應(yīng)用 ? 納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性，如光學(xué)非線性、光吸收、光反射、光傳輸過(guò)程中的能量損耗等，都與納米微粒的尺寸有很強(qiáng)的依賴(lài)關(guān)系。研究表明，利用納米微粒的特殊的光學(xué)特性制成的各種光學(xué)材料將在日常生活和高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前關(guān)于這方面研究還處在實(shí)驗(yàn)室階段，有的得到了推廣應(yīng)用。下面簡(jiǎn)要介紹一下各種納米微粒在光學(xué)方面的應(yīng)用。 1．紅外反射材料 ? 納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應(yīng)用 . 高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能的 69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來(lái)照明。同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，納米微粒的誕生為解決這個(gè)問(wèn)題提供了一個(gè)新的途徑。 20世紀(jì) 80年代以來(lái)，人們用納米 SiO2和納米 TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級(jí)，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。有人估計(jì)這種燈泡亮度與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝嗤瑫r(shí)，可節(jié)省約 15％的電。 2．優(yōu)異的光吸收材料 ? 納米微粒的量子尺寸效應(yīng)等使它對(duì)某種波長(zhǎng)的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象。納米微粒粉體對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收帶有寬化現(xiàn)象。納米微粒的紫外吸收材料就是利用這兩個(gè)特性。通常的納米微粒紫外吸收材料是將納米微粒分散到樹(shù)脂中制成膜，這種膜對(duì)紫外有吸收能力依賴(lài)于納米粒子的尺寸和樹(shù)脂中納米粒子的摻加量和組分。 ? 目前，對(duì)紫外吸收好的幾種材料有： 30～ 40nm的 TiO2納米粒子的樹(shù)脂膜；Fe2O3納米微粒的聚酯樹(shù)脂膜 。納米 Al2O3 。前者對(duì) 400nm波長(zhǎng)以下的紫外光有極強(qiáng)的吸收能力，后者對(duì) 600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半導(dǎo)體器件的紫外線過(guò)濾器 。納米 Al2O3 對(duì) 250nm以下的紫外光有極強(qiáng)的吸收 . ? 利用納米材料對(duì)紫外強(qiáng)吸收性質(zhì) ,可運(yùn)用到日光燈的壽命、防曬劑和化妝品、加入高分子材料可作抗老劑，防止高分子材料老化等。 (1)紫外吸收 ? 日光燈管是利用水銀的 紫外譜線來(lái)激發(fā)燈管壁的熒光粉導(dǎo)致高亮度照明 .一般來(lái)說(shuō) ,185nm的短波紫外光對(duì)燈管的壽命有影響 ,而且燈管的泄露對(duì)人體有害 ,這是一直困擾日光燈工業(yè)的主要問(wèn)題 .如果把幾個(gè)納米的 Al2O3 摻雜到稀土熒光粉中 ,利用納米
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