納米材料的應用ppt課件(已修改)
2025-05-15 03:30 本頁面
【正文】 第 5節(jié) 納米材料的應用 ? 由于納米微粒的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使得它們在磁、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、光學材料、高致密度材料的燒結、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應用前景。 一 .納米材料在催化領域的應用 ? 催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。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)驗進行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(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，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作為催化劑比一般催化劑的反應速度提高 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用到高分子高聚物的氫化反應上，例如納米粒子銠在氫化反應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，致使雙鍵很難打開，若加上粒徑為 lnm的銠微粒，可使打開雙鍵變得容易，使氫化反應順利進行。 ? 2．半導體納米粒子的光催化 ? 半導體的光催化效應發(fā)現(xiàn)以來，一直引起人們的重視，原因在于這種效應在環(huán)保、水質處理、有機物降解、失效農(nóng)藥降解等方面有重要的應用。所謂半導體的光催化效應是指：在光的照射下，價帶電子躍遷到導帶，價帶的孔穴把周圍環(huán)境中的羥基電子奪過來，短基變成自由基，作為強氧化劑將物質氧化，變化如下：酯、 醇、 醛、 酸、 CO2，完成了對有機物的降解。 常用的光催化半導體納米粒子有 TiO2(銳鐵礦相 )、 Fe2O CdS、ZnS、 PbS、 PbSe、 ZnFe2O4等。主要用處：將這類材料做成空心小球，浮在含有有機物的廢水表面上，利太陽光可進行有機物的降解。美國、日本利用這種方法對海上石油泄露造成的污染進行處理。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)院手術室裝修等方面有著廣泛的應用前景。鉛化的 TiO2納米粒子的光催化可以使丙炔與水蒸氣反應，生成可燃性的甲烷、乙烷和丙烷；鉑化的 TiO2納米粒子，通過光催化使醋酸分解成甲烷和 CO2。還有一個重要的應用是，納米 TiO2光催化效應可以用來從甲醇水溶液中提取 H2。 ? 3．納米金屬、半導體粒子的熱催化 ? 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行使用。為了提高熱燃燒效率，將金屬納米粒子和半導體納米粒子摻雜到燃料中，以提高燃燒的效率，因此這類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、納米材料在光學方面的應用 ? 納米微粒由于小尺寸效應使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學特性，如光學非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等，都與納米微粒的尺寸有很強的依賴關系。研究表明，利用納米微粒的特殊的光學特性制成的各種光學材料將在日常生活和高技術領域得到廣泛的應用。目前關于這方面研究還處在實驗室階段，有的得到了推廣應用。下面簡要介紹一下各種納米微粒在光學方面的應用。 1．紅外反射材料 ? 納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應用 . 高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強照明，但是電能的 69％轉化為紅外線，這就表明有相當多的電能轉化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉化為光能來照明。同時，燈管發(fā)熱也會影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個問題提供了一個新的途徑。 20世紀 80年代以來，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，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結果不但透光率好，而且有很強的紅外線反射能力。有人估計這種燈泡亮度與傳統(tǒng)的鹵素燈相同時，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等使它對某種波長的光吸收帶有藍移現(xiàn)象。納米微粒粉體對各種波長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脂中制成膜，這種膜對紫外有吸收能力依賴于納米粒子的尺寸和樹脂中納米粒子的摻加量和組分。 ? 目前，對紫外吸收好的幾種材料有： 30～ 40nm的 TiO2納米粒子的樹脂膜；Fe2O3納米微粒的聚酯樹脂膜 。納米 Al2O3 。前者對 400nm波長以下的紫外光有極強的吸收能力，后者對 600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半導體器件的紫外線過濾器 。納米 Al2O3 對 250nm以下的紫外光有極強的吸收 . ? 利用納米材料對紫外強吸收性質 ,可運用到日光燈的壽命、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 紫外譜線來激發(fā)燈管壁的熒光粉導致高亮度照明 .一般來說 ,185nm的短波紫外光對燈管的壽命有影響 ,而且燈管的泄露對人體有害 ,這是一直困擾日光燈工業(yè)的主要問題 .如果把幾個納米的 Al2O3 摻雜到稀土熒光粉中 ,利用納米
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