【正文】 PVP (Mw = 55000, n≈500) 與 AgNO3的摩爾比值分別為 A) 15:1 B) 6:1 C) :1 PVP 的聚合度分別為 A) n =1 B) n≈90 C) n≈11700 ? 納米尺寸處于原子、分子為代表的微觀世界和人類活動空間為代表的宏觀世界的中間地帶，因此是物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及信息科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)域。 ? 1984年，德國科學(xué)家 Gleiter等人首次采用惰性氣體凝聚法制備了具有清潔表面的納米粒子，然后在真空室中原位加壓成納米固體，正式提出了納米材料的概念。 納 米 材 料 概 述 ? 1990年在美國巴爾的摩召開了第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議（ NST）上，正式將納米材料科學(xué)作為材料科學(xué)的一個新分支。從此，一個將微觀基礎(chǔ)理論研究與當(dāng)今高科技緊密結(jié)合起來的新型學(xué)科? 納米材料學(xué)正式誕生，并成為當(dāng)今材料科學(xué)的前沿領(lǐng)域。 ? 納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。 ? 納米材料大致可分為納米粉末 (零維 )、納米纖維 (一維 )、納米膜 (二維 )、納米塊體 (三維 )、納米復(fù)合材料等。 ? 其中納米粉末研究開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是制備其他納米材料的基礎(chǔ)。納米粉末又稱為超微粉或超細(xì)粉，一般指粒度在 100 納米以下的粉末或顆粒，是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料。 ? 納米纖維：指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。包括：納米管、納米線、納米帶等 ? 納米膜：納米膜分兩類：一是由納米粒子組成的薄膜；二是由納米粒子鑲嵌于基體所形成的薄膜材料，它兼具傳統(tǒng)復(fù)合材料和現(xiàn)代納米材料二者的優(yōu)越性。 ? 納米塊體：是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結(jié)晶而得到的納米晶粒材料。 ? 納米復(fù)合材料包括納米微粒與納米微粒復(fù)合 (00復(fù)合 )、納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合 (03復(fù)合 )、納米微粒與薄膜復(fù)合 (02復(fù)合 )、不同材質(zhì)納米薄膜層狀復(fù)合 (22復(fù)合 )等。 當(dāng)物質(zhì)顆粒小于 100nm時，物質(zhì)本身的許多固有特性均發(fā)生質(zhì)的變化。這種由于納米材料具有特殊的結(jié)構(gòu)和處于熱力學(xué)上極不穩(wěn)定的狀態(tài)，因而表現(xiàn)出獨(dú)特的效應(yīng)的現(xiàn)象稱為納米效應(yīng)。納米材料具有四大效應(yīng)：表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。 納米材料的基本物理特性 （ 1） 表面界面效應(yīng) 隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數(shù)之比將會增加，表面積也將會增大，從而引起材料性能上的變化，這就是納米粒子的表面效應(yīng)。當(dāng)粒徑為 1nm時，表面原子數(shù)比例達(dá)到約 99%以上，原子幾乎全部集中到納米粒子表面，由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。 （ 2） 小尺寸效應(yīng) 當(dāng)納米微粒尺寸與光波波長、德布羅意波長、超導(dǎo)態(tài)相干長度等物理特征尺寸相當(dāng)或者更小時，晶體周期性邊界條件將被破壞，導(dǎo)致其聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等性能呈現(xiàn)出新奇的現(xiàn)象，顯現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料的極大差異。如，光吸收顯著增強(qiáng)并產(chǎn)生吸收峰的等離子體共振頻移；熔點(diǎn)下降等。這種由于粒子尺寸變化所引起的物性變化稱為小尺寸效應(yīng)。 （ 3） 量子尺寸效應(yīng) 當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時，費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象叫量子尺寸效應(yīng)。早在 60年代，日本科學(xué)家 Kubo就提出了著名的 Kubo公式，由于能級間距與原子數(shù)目成反比關(guān)系，當(dāng)材料尺寸下降到一定程度，原子數(shù)不再近似于無窮，從而使得原本近似于無限小的能級間距變大，造成能級離散的現(xiàn)象。能帶的變化，使得納米材料在光、熱、電、磁等性質(zhì)都與常規(guī)材料不同。 （ 4） 宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)納米材料的一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)，稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及應(yīng)用都有重要意義。如它確立了微電子器件進(jìn)一步微小化的極限。 （ 1）在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用 納米陶瓷是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，納米陶瓷具有優(yōu)良的室溫和高溫力學(xué)性能，抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性均有顯著提高。例如，納米陶瓷能被彎曲，其塑性達(dá)100%；由納米級氧化鋯（ ZrO2）粉料能夠獲得高韌性的陶瓷材料，在 1250℃ 的溫度下燒結(jié)到理論密度的 98%以上（比傳統(tǒng)燒結(jié)溫度低400℃ ），且具有 400%的塑性形變。 納米材料的應(yīng)用 （ 2）在催化方面的應(yīng)用 納米粒子由于尺寸小，表面所占的體積百分?jǐn)?shù)大，增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面，納米粒子的表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，是很好的催化劑。金屬納米粒子作為催化劑，主要以貴金屬 Pt、 Rh、 Au、 Ag、 Pd為主，例如，超細(xì) Ag粉可以作為乙烯氧化的催化劑； Rh納米粒子在烴氫化反應(yīng)中顯示出很高的活性和良好的選擇性。 （ 3）在光學(xué)方面的應(yīng)用 納米光學(xué)材料可以廣泛的應(yīng)用于光傳輸、光儲存、光反射、光吸收等各個領(lǐng)域。納米 SiO2光學(xué)纖維比常體材料的光傳輸損耗小許多倍；納米材料的存儲密度也明顯高于常規(guī)材料；納米微粒與樹脂結(jié)合可用于紫外吸收，防曬油、化妝品中加入納米 TiO ZnO等可吸收大氣中的紫外線，塑料制品在紫外線照射下很容易老化變脆，在塑料表面涂上含有納米微粒的透明涂層，這種涂層對 300400nm的紫外線范圍有較強(qiáng)的吸收性能，這樣就可以防止塑料老化。 （ 4）在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 納米材料在生物醫(yī)學(xué)界的雖然起步較晚，但有著極為誘人的應(yīng)用前景，近年深受關(guān)注，并已取得了一些進(jìn)展。納米控釋藥系統(tǒng)：這類藥物主要特點(diǎn)是將藥物粉末包埋在直徑為微米或納米級的微粒中，通過各種給藥途徑進(jìn)入組織，此項(xiàng)技術(shù)可望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化療藥物以減少毒副作用的影響。 納米材料的表征 ? 顯微鏡法 (microscopy) 顯微鏡法是一種測定顆粒粒度的常用方法。光學(xué)顯微鏡測定范圍為大于 ?m， 小于 ?m者必須用電子顯微鏡觀察。 掃描電鏡 (SEM) 和透射電子顯微鏡 (TEM) 常用于直接觀察大小在 (1 nm 5 ?m) 范圍內(nèi)的顆粒，適合納米材料的粒度大小和形貌分析。 掃描電鏡的成像原理是利用掃描線圈使高能電子束在樣品表面進(jìn)行掃描，由于高能電子束與樣品物質(zhì)的相互作用，產(chǎn)生許多低能量的二次電子。這些二次電子的強(qiáng)度隨著樣品表面形貌的變化而不同。掃描過程中樣品表面任意點(diǎn)發(fā)射的信息均可以記錄下來，獲得圖像的信息。 普通掃描電鏡 的顆粒分辨率一般在 6 nm左右，場發(fā)射掃描電鏡 的分辨率可以達(dá)到 nm。要求樣品有一定的導(dǎo)電性能，對于非導(dǎo)電性樣品需要進(jìn)行表面蒸鍍導(dǎo)電層如表面蒸金、蒸碳等。掃描電鏡有很大的掃描范圍，原則上從 1 nm 到毫米量級 均可以用掃描電鏡進(jìn)行粒度分析。 透射電鏡是以高能電子束透過樣品經(jīng)過聚焦與放大后所產(chǎn)生的物像，投射到熒光屏上或照相底片上進(jìn)行觀察。 電子束穿透固體樣品的能力主要取決于加速電壓和樣品的物質(zhì)原子序數(shù)。一般來說，加速電壓越高，樣品原子序數(shù)越低，電子束可以穿透樣品的厚度就越大。對于透射電鏡常用的加速電壓為 100 kV。如果樣品是金屬，適宜的樣品厚度約200 nm。 (a–c) SEM images and (d) TEM image of the PPy nanowires Au納米微粒 Au納米管 Ag納米線 碳納米管 動態(tài)光散射法 (dynamic light scattering) 動態(tài)光散射的原理是當(dāng)光束通過產(chǎn)生布朗運(yùn)動的顆粒時，會散射出一定頻移的散射光。散射光在空間某點(diǎn)形成干涉，該點(diǎn)光強(qiáng)的時間相關(guān)函數(shù)的衰減與顆粒粒度大小有一一對應(yīng)的關(guān)系。通過檢測散射光的光強(qiáng)隨時間變化，并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算可以得出顆粒粒度大小。動態(tài)光散射獲得的是顆粒的平均粒徑測量范圍為 (1 nm 5 ?m) X射線衍射（ XRD） 分析 每種結(jié)晶物質(zhì)都有自己特定的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，如點(diǎn)陣類型、晶胞大小、原子數(shù)目和原子在晶胞中的位置等。 X射線在某種晶體上的衍射必然反映出帶有晶體特征的衍射花樣（衍射位置 ?、衍射強(qiáng)度 I)。對于多相物質(zhì)，其 衍射花樣由其各組成相的衍射花樣簡單疊加而成。根據(jù)衍射線條的位置經(jīng)過一定處理可以確定物相是什么，這就是定性分析，根據(jù)衍射線條的位置和強(qiáng)度就可以確定物相有多少，即定量分析。 謝樂（ Scherre）公式 利用 X射線衍射線寬法（謝樂公式）可以測定顆粒的晶粒度。當(dāng)顆粒為單晶時，該法測得的是顆粒度；顆粒為多晶時，該法測得的是組成單個顆粒的單個晶粒的平均晶粒度。這種測量方法只適用晶態(tài)的納米粒子晶粒度的評估。實(shí)驗(yàn)表明，晶粒度小于等于 50 nm時，測量值于實(shí)際值相近；反之，測量值常小于實(shí)際值。 晶 粒的平均粒徑根據(jù) XRD衍射圖譜和Scherrer公式： Dhkl = K?/Bhklcos?， 計(jì)算得出。 式中 Dhkl — 垂直平面 hkl的晶粒尺寸， nm； Bhkl — 衍射峰的半寬度 ,在計(jì)算過程中需轉(zhuǎn)化為弧度； K — 常數(shù)（取 ）； ? — 入射波長， nm。 ? 主要內(nèi)容 ： ? 零維納米材料（納米粒子）合成方法概述 [王世敏，許祖勛，傅晶著 .納米材料制備技術(shù) .化學(xué)工業(yè)出版社 .2022] ? 一維納米材料（納米管、納米線等）合成方法概述 [文獻(xiàn)綜述 ] ?納米復(fù)合材料制備方法概述 [文獻(xiàn)綜述 ] 納米微粒的合成方法分類： 1 根據(jù)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ， 納米微粒的制備方法通常分為兩大類： 物理方法和化學(xué)方法 。 2 根據(jù)制備狀態(tài)的不同 ， 制備納米微粒的方法可以分為 氣相法 、 液相法和固相法 。 大部分方法具有粒徑均勻 ， 粒度可控 ， 操作簡單等優(yōu)點(diǎn)；有的也存在可生產(chǎn)材料范圍較窄 ， 反應(yīng)條件較苛刻 ， 如高溫高壓 、 真空等缺點(diǎn) 。 零維納米材料（納米粒子）合成方法 ? 氣相法制備納米微粒 （ 氣體冷凝法 ， 濺射法 ，流動油面上真空沉積法 ， 化學(xué)氣相沉積法 ） ? 液相法制備納米微粒 （ 沉淀法 ， 水解法 ， 噴霧法 ， 溶劑熱法 ， 氧化還原法 ， 乳液法 ， 蒸發(fā)溶劑熱解法 ， 溶膠凝膠法 ） ? 固相法制備納米微粒 （ 溶出法 ， 球磨法 ) 167。 1氣相法制備 納米 微粒 ? 氣相法指直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w ， 使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng) ， 最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法 。 ? 氣相法又大致可分為 :氣體冷凝法 、 化學(xué)氣相反應(yīng)法和濺射法等 。 蒸發(fā)凝聚法 是在低壓的氬 、 氮等惰性氣體（ 或活潑性氣體 ） 中將金屬 （ 合金 ） 或氧化物蒸發(fā)氣化 ， 然后與惰性氣體碰撞 ， 冷卻 、 凝結(jié) (或與活潑性氣體反應(yīng)后再冷卻凝結(jié) )形成納米微粒的方法 。 167。 [低壓氣體中蒸發(fā)法 ] ? 整個過程是在超高真空室內(nèi)進(jìn)行 。 通過分子渦輪泵使其達(dá)到 ， 然后充入低壓 (約 2kPa)的純凈惰性氣體 (He或 Ar， 純度為 ~％ )。 ? 欲蒸的物質(zhì) (例如 ， 金屬 ， CaF2， NaCl等離子化合物 、 過渡金屬氮化物及易升華的氧化物等 )置于坩堝內(nèi) ， 通過鎢電阻加熱器或石墨加熱器等加熱裝置逐漸加熱蒸發(fā) ， 產(chǎn)生原物質(zhì)煙霧 ，由于惰性氣體的對流 ， 煙霧向上移動 ， 并接近充液氦的冷卻棒 (冷阱 ， 77K)。 ? 在蒸發(fā)過程中 ， 原物質(zhì)發(fā)出的原子與惰性氣體原子碰撞而迅速損失能量而冷卻 ， 在原物質(zhì)蒸氣中造成很高的 局域過飽和 ， 導(dǎo)致均勻的成核過程 ， 在接近冷卻棒的過程中 ， 原物質(zhì)蒸氣 首先形成原子簇 ， 然后形成單個納米微粒 。 在接近冷卻棒表面的區(qū)域內(nèi) ， 單個納米微粒聚合長