【正文】 6致 謝 .........................................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................28 第一部分 緒論1引言 納米材料的定義納米是英文 namometer 的譯音，是一個(gè)物理學(xué)上的度量單位，1 納米是 1 米的十億分之一；相當(dāng)于 45 個(gè)原子排列起來的長度。通俗一點(diǎn)說，相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。80 年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。還有就是以上各種形式的復(fù)合材料。 納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀 在充滿生機(jī)的 21 世紀(jì)，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)和國防的高速發(fā)展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲(chǔ)和超快傳輸?shù)葘Σ牧系某叽缫笤絹碓叫?；航空航天、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)等對材料性能要求越來越高。近年來，納米材料和納米結(jié)構(gòu)取得了引人注目的成就。研究納米材料和納米結(jié)構(gòu)的重要科學(xué)意義在于它開辟了人們認(rèn)識自然的新層次，是知識創(chuàng)新的源泉。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當(dāng)今納米材料研究新熱點(diǎn)，人們可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。 納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個(gè)領(lǐng)域的影響和滲透一直引人注目。美國國家基金委員會(huì)（nsf ）1998年把納米功能材料的合成加工和應(yīng)用作為重要基礎(chǔ)研究項(xiàng)目向全國科技界招標(biāo)；美國darpa（國家先進(jìn)技術(shù)研究部）的幾個(gè)計(jì)劃里也把納米科技作為重要研究對象；日本近年來制定了各種計(jì)劃用于納米科技的研究，例如 ogala 計(jì)劃、erato 計(jì)劃和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究計(jì)劃，1997 年，納米科技投資 億美元；德國科研技術(shù)部幫助聯(lián)邦政府制定了 1995 年到 2022 年 15 年發(fā)展納米科技的計(jì)劃；英國政府出巨資資助納米科技的研究；1997 年西歐投資 億美元。在這篇文章里，報(bào)道了美國政府在 3 年內(nèi)對納米技術(shù)研究經(jīng)費(fèi)投入加倍，從 億美元增加到 5 億美元。美國基礎(chǔ)研究的負(fù)責(zé)人威廉姆斯說：納米技術(shù)本來的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)工業(yè)。1988 年法國人首先發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，到 1997 年巨磁電阻為原理的納米結(jié)構(gòu)器件已在美國問世，在磁存儲(chǔ)、磁記憶和計(jì)算機(jī)讀寫磁頭將有重要的應(yīng)用前景。原因之二是納米材料和技術(shù)領(lǐng)域是知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的源泉 [6]，新的規(guī)律新原理的發(fā)現(xiàn)和新理論的建立給基礎(chǔ)科學(xué)提供了新的機(jī)遇，美國計(jì)劃在這個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究獨(dú)占“老大” 的地位。 目前，我國有 60 多個(gè)研究小組，有 600 多人從事納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，其中，承擔(dān)國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、南京大學(xué)。在納米材料的表征、團(tuán)聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復(fù)合微粒和粉體的制取等各個(gè)方面都有所創(chuàng)新，取得了重大的進(jìn)展，成功地研制出致密度高、形狀復(fù)雜、性能優(yōu)越的納米陶瓷；在世界上首次發(fā)現(xiàn)納米氧化鋁晶粒在拉伸疲勞中應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)、磁光效應(yīng)和自旋波共振等方面做出了創(chuàng)新性的成果；在國際上首次發(fā)現(xiàn)納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬 gd；設(shè)計(jì)和制備了納米復(fù)合氧化物新體系，它們的中紅外波段吸收率可達(dá) 92％，在紅外保暖纖維得到了應(yīng)用；發(fā)展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法；發(fā)現(xiàn)全致密納米合金中的反常 hall－petch 效應(yīng)。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場發(fā)射陰極等方面有著重要應(yīng)用前景。該項(xiàng)成果已發(fā)表于 1998 年 8 月出版的英國《自然》雜志上。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功，推進(jìn)碳納米管在場發(fā)射平面和納米器件方面的應(yīng)用。七是用催化熱解法制成納米金剛石；在高壓釜中用中溫（70℃）催化熱解法使四氯化碳和鈉反應(yīng)制備出金剛石納米粉，論文發(fā)表在 1998 年的《科學(xué)》雜志上。在納米材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的銜接，加快成果轉(zhuǎn)化也發(fā)揮了重要的作用。這些方法為進(jìn)一步研究納米結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)一納米材料的物性，推進(jìn)它們在納米結(jié)構(gòu)器件的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。到目前為止，納米材料研究獲得國家自然科學(xué)三等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，國家發(fā)明獎(jiǎng) 2 項(xiàng)；院部級自然科學(xué)一、二等獎(jiǎng) 3 項(xiàng)，發(fā)明一等獎(jiǎng) 3 項(xiàng)，科技進(jìn)步特等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)；申請專利 79 項(xiàng)，其中發(fā)明專利占 50％，已正式授權(quán)的發(fā)明專利 6 項(xiàng)，已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化的發(fā)明專利 6 項(xiàng)。目前在歐美日上已有多家廠商相繼將納米粉末和納米元件產(chǎn)業(yè)化，我國也在國際環(huán)境影響下創(chuàng)立了一些影響不大的納米材料開發(fā)公司。2022 年，在美國政府支持下，英特爾、惠普、IBM 及康柏 4 家公司正式成立研究中心，在硅谷建立了世界上第一條納米芯生產(chǎn)線。歐洲在涂層和新儀器應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。日本的各個(gè)大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)界也紛紛以各種方式投入到納米技術(shù)開發(fā)大潮中來。 納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 經(jīng)過幾十年對納米技術(shù)的研究探索，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室操縱單個(gè)原子，納米技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國家很可能在 21 世紀(jì)成為先進(jìn)國家。2022 年，中國的信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了 gdp5800 億人民幣。③網(wǎng)絡(luò)通訊的關(guān)鍵納米器件，如網(wǎng)絡(luò)通訊中激光、過濾器、諧振器、微電容、微電極等方面，我國的研究水平不落后，在安徽省就有。我們現(xiàn)在已經(jīng)制備成功了一種對甲醛、氮氧化物、一氧化碳能夠降解的設(shè)備，可使空氣中的大于 10ppm 的有害氣體降低到 ，該設(shè)備已進(jìn)入實(shí)用化生產(chǎn)階段；利用多孔小球組合光催化納米材料，已成功用于污水中有機(jī)物的降解，對苯酚等其它傳統(tǒng)技術(shù)難以降解的有機(jī)污染物，有很好的降解效果。另外，利用納米改進(jìn)汽油、柴油的添加劑已經(jīng)有了，實(shí)際上它是一種液態(tài)小分子可燃燒的團(tuán)簇物質(zhì)，有助燃、凈化作用。目前，國際醫(yī)藥行業(yè)面臨新的決策，那就是用納米尺度發(fā)展制藥業(yè)。 e)納米新材料：雖然納米新材料不是最終產(chǎn)品，但是很重要。首先是家電、輕工、電子行業(yè)。利用納米技術(shù)改造 20 萬伏和 11 萬伏的變壓輸電瓷瓶，可以全方位提高 11 萬伏的瓷瓶耐電沖擊的性能，而且釉不結(jié)霜，其它綜合性能都很好；第四是建材工業(yè)中的油漆和涂料，包括各種陶瓷的釉料、油墨，納米技術(shù)的介入，可以使產(chǎn)品性能升級。 納米材料的特殊性質(zhì)納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。a)力學(xué)性質(zhì) 高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。同時(shí)納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。2022 年用碳納米管制成的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測器材料。 換一種說法，納米線可以被定義為一種具有在橫向上被限制在 100 納米以下（縱向沒有限制）的一維結(jié)構(gòu)。作為納米技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，納米線可以被用來制作超小電路。這種量子束縛的特性在一些納米線中（比如碳納米管）表現(xiàn)為非連續(xù)的電阻值。這主要是由以下原因引起的。同時(shí)，因?yàn)槌叨鹊脑?，納米線還會(huì)體現(xiàn)其他特殊性質(zhì)。這些沒有被鍵合的原子通常是納米線中缺陷的來源，使納米線的導(dǎo)電能力低于整體材料。線越細(xì)，能夠通過電子的通道數(shù)目越少。量子化的電導(dǎo)率可以在 25nm 的硅鰭中觀測到(Tilke et. al., 2022)，導(dǎo)致閥電壓的升高。有時(shí)它們以非晶體的順序出現(xiàn)，如五邊對稱或螺旋態(tài)。這種五重對稱性相當(dāng)于原子簇的二十重對稱性：二十面體是一簇原子的低能量態(tài)，但是由于二十面體不能在各個(gè)方向上無限重復(fù)并充滿整個(gè)空間，這種次序沒有在晶體中觀測到。這已經(jīng)被是現(xiàn)在納米線上來制作 P 型和 N 型半導(dǎo)體。第二種方法是化學(xué)的：沿一條線摻不同的雜質(zhì)。雖然納米線還有其他用途，電子用途是唯一利用到了其物理性質(zhì)優(yōu)勢的。 氟化釔的性質(zhì)、用途、研究現(xiàn)狀 白色粉末，密度 ，熔點(diǎn) 1152 ℃。與氟化銨生成 NH4F，YF3 不溶性復(fù)鹽。納米稀土氟化物近幾年來引起了人們的廣泛關(guān)注，如李亞棟等合成了氟勒烯狀的稀土氟化物和其它形貌的納米晶 [1617]；嚴(yán)純?nèi)A等則合成了單分散的氟化鑭三角片 [18]；最近，Liu Z M 等合成了圓盤狀的氟化銪超結(jié)構(gòu)稀土氟化物通常有著低的聲子能量 ,且它有著良好的熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性以及由于所以稀離子摻雜的氟化物均具有溶解性好和無毒的特點(diǎn)而使它們成為理想的稀土發(fā)光基質(zhì)材料。結(jié)果表明,處在納米尺寸的稀土化合物表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，如發(fā)光強(qiáng)度增加、催化能力加強(qiáng)和發(fā)光位置藍(lán)移或紅移等，這些給稀土材料注入了新的活力，為稀土材料的研究開辟一個(gè)新方向。懸置納米線可以通過對粗線的化學(xué)刻蝕得來，也可以用高能粒子(原子或分子)轟擊粗線產(chǎn)生。這種技術(shù)采用激光融化的粒子或者一種原料氣硅烷作源（材料),然后把源(材料)暴露在一種催化劑中。一旦達(dá)到了超飽和，源（材料）將固化，并從納米簇上向外生長。水熱法研究的溫度范圍在水的沸點(diǎn)和臨界點(diǎn)(374℃)之間, 但通常使用的是 130~250℃之間, 相應(yīng)的水蒸汽壓是 ~4 MPa。 。 水熱生長體系中的晶粒形成可分為三種類型 [20]：一是“均勻溶液飽和析出”機(jī)制，由于水熱反應(yīng)溫度和體系壓力的升高，溶質(zhì)在溶液中溶解度降低并達(dá)到飽和，以某種化合物結(jié)晶態(tài)形式從溶液中析出；當(dāng)采用金屬鹽溶液為前驅(qū)物，隨著水熱反應(yīng)溫度和體系壓力的增大。如此反復(fù)，只要反應(yīng)時(shí)間足夠長，前驅(qū)物將完全溶解，生成相應(yīng)的晶粒。 第二部分 實(shí)驗(yàn)部分1 本實(shí)驗(yàn)制取 YF3簡介 本課題采用水熱合成法制取三氟化釔，具體做法是： NH4F + Y(NO3)3====3YF3+3NH4NO3NH4F 溶液加入到 Y(NO3)3溶液中反應(yīng)生成沉淀經(jīng)洗滌、過濾、干燥粉碎、真空脫水制得氟化釔。由于水熱反應(yīng)是在非受限的均勻條件下進(jìn)行的，由水熱法得到的粉體具有晶粒結(jié)晶完好、無團(tuán)聚、分散性好等特點(diǎn)。高壓釜內(nèi)反應(yīng)物的離解、粒子的擴(kuò)散等過程始終緩慢的進(jìn)行，使得晶體得以不斷擴(kuò)大。3 YF3水熱合成實(shí)驗(yàn)表征方法 X射線衍射分析（XRD） X 射線衍射法是目前測定晶體結(jié)構(gòu)的重要手段，應(yīng)用極為廣泛。由于晶體中原子散射的電磁波相互干涉和疊加，在某個(gè)方向上產(chǎn)生加強(qiáng)或抵消的現(xiàn)象就稱為衍射，其相應(yīng)的方向稱為衍射方向。從而，產(chǎn)生二次電子、背散電子、吸收電子、特征以及連續(xù)的 X 射線、陰極射線熒光輻射等可測信號。模擬和數(shù)字掃描兩者的效果是一致的，但數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以精確并且反復(fù)地確定電子束的地址，能夠把電子與樣品相互作用的信號按照（x,y）地址進(jìn)行編碼。在電壓V 的加速下，電子波的波長為 λ= h/(2meV)1/2=（21）式中，的單位為 nm；V 為加速電壓，單位為 V。我們用式（12）對電子顯微鏡的分辨能力進(jìn)行分析，雖然它并不完全適用于電子束。在電子顯微鏡中，為了減少球差的影響，只好在物鏡前放一個(gè)小于 的光闌，稱為物鏡光闌，通過這個(gè)光闌，只取透鏡中心部分的信息。電子顯微鏡的分辨能力除了用圖像中能夠分辨的物體上兩個(gè)點(diǎn)的最小距離表征外，還可以從已知晶格常數(shù)的晶體薄片拍攝的晶格像得到的晶格分辨率來表征。整個(gè)電子顯微鏡還包括高壓電源，向電子透鏡提供穩(wěn)定電流的電源控制系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。常用的方法有切片、離子刻蝕減薄、電解拋光減薄、化學(xué)拋光減薄、復(fù)型的方法。電子具有波粒二象性，因此電子束作用在晶體上也和 X 光一樣出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，同樣可以用來分析晶體結(jié)構(gòu)。陽極與陰極間的電位差為總的加速電壓。當(dāng)照明系統(tǒng)提供的相干性很好的照明電子束穿越樣品后便攜帶樣品的結(jié)構(gòu)信息，沿各自不同的方向傳播(比如，當(dāng)存在滿足布拉格方程的晶面組時(shí)，可在與入射束成 2θ 角的方向上產(chǎn)生衍射束)。4 YF3納米線的制備實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）XT220A 電子天平稱量范圍：—220g 分辨率 d： 標(biāo)準(zhǔn)偏差：（2）78HW— 1 型數(shù)顯恒溫磁力攪拌機(jī)（杭州華瑞儀器有限公司）（3）101 型電熱恒溫干燥箱（北京科偉永鑫實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備廠）主要技術(shù)規(guī)格：最高工作溫度： 300℃ 功率： 電壓：220v （4) X 射線衍射儀 (日本理學(xué) D/max2550VB+PC 型)Cu Ka1 源，掃描范圍為：10—70 o（5) 掃描電鏡（SEM ） (荷蘭 Quanta 200 型)（6) 透射電鏡型號：JEM3010 型,日本電子() 條件(300kV)（7) 其他燒杯、試管、玻璃棒稱量紙、標(biāo)簽紙、吸水紙、藥匙、鑷子、玻璃棒、攪拌子、膠頭滴管、移液管、燒杯、量筒、試管刷、吹風(fēng)機(jī)、藥品袋 實(shí)驗(yàn)原料為了制備高純度的粉體，盡量減少雜質(zhì)，所采用的藥品盡可能采用分析純，為了減少非有用元素的污染，所采用的藥品盡量可能含有有用的元素，本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)藥品如下： 氟化銨 NH 4F 分析純