【正文】 實驗室配置 硝酸釔溶液 Y(NO 3)3 制備 YF3納米線的工藝流程如圖 24 所示： 圖 24 制備 YF3納米線工藝流程圖 (a)前驅物選擇 前驅物的選擇必須滿足有利于反應速度和質量，盡量減少雜質的污染和保證化學計量比等要求。不同化學原料對制備氟化釔納米線的影響較大，因此，選擇合適的化學原料是制備氟化釔的關鍵。第二步 按照前驅物濃度制取 Y（NO 3） 3 溶液和 NH4F 溶液第三步 取所需量的兩種溶液使其充分反應，得到沉淀，對沉淀分散與洗滌2）在合成物質反應過程中，清洗是十分重要的，在洗滌過程中不僅避免了外界的雜質污染，而且徹底清除粉體以外的其它成分，并且洗滌的好壞直接影響粉體的純度及分散性。5) 流程圖如下： 5 YF3納米粒子的制備 本課題采用以 NH4F 為氟源，Y(NO 3)3為釔源得到的是不同化學配比的前驅物。可使用“文本框工具” 選項卡更改重要引述文本框的格式。圖42 為 TEM 下觀察到的納米線的典型形貌和結構，可以看出該納米線的表面相對均勻，直徑約為 40nm，頭部還明顯地頂著一個襯度相對較黑的圓形催化劑顆粒。將清洗干凈的粉體，放入烘箱中在 80℃下干燥，干燥 4～6 h 后，取出，刮下該粉體裝入密封袋中，對納米粒子進行表征。反應完成后把從反應釜中取出的粉體用去離子圖 26YF3粉體的制備工藝YF3 粉體Y[鍵入文檔的引述或關注點的摘要。3）粉體的干燥與保存將清洗干凈的粉體，放入烘箱中在 80 ℃下干燥，干燥 4～6 h 后，取出，刮下該粉體裝入密封袋中，以備檢測。前驅物的制備 物質制取 粉體洗滌 檢 測 納米線保存 粉體干燥實驗制備前驅物過程，見圖 25圖 25 前驅物的制備工藝 實驗方案 根據(jù)相關文獻資料，初步確定水熱法制備熒光粉體的主要影響因素有：前驅物濃度（Y/F 的濃度） ，pH 值，反應溫度，反應時間。 前驅物與最終產(chǎn)物在中應有一定的溶解度差，前驅物不與襯底反應，且前驅物所引入的其它元素及雜質，另外，還應考慮制備工藝因素。這樣，在物鏡的背焦面上便形成了衍射花樣，而在物鏡的像平面上，這些電子束重新組合相干成像。射出的電子束能量與加速電壓有關，柵極起控制電子束形狀的作用。照明系統(tǒng)分成兩部分：電子槍和會聚鏡。如果要觀察大塊樣品或顆粒樣品表面形貌，則常采用復型的方法。電子束的穿透能力很弱，因此要求被測的樣品很薄，例如，在 100kV 加速電壓下，電子束一般只能穿透 100nm。這是因為從成像的原理來看晶格像的球差較小。電子顯微鏡的 λ 雖然比光學顯微鏡大大減小，但 θ 的減小卻使分辨率損失了大約3 個數(shù)量級。光學顯微鏡的物鏡由多個透鏡組合而成，目的是為了消除各種像差。電子波的波長可以短到光波的，而且?guī)щ娏Ｗ釉诖艌鲋心軌蚓劢?，于是人們?lián)想到用電子波代替光波，突破傳統(tǒng)光學顯微鏡分辨能力的限制，這樣就產(chǎn)生了電子顯微鏡。而 CRT 圖像邊長與樣品上被掃描區(qū)域相應長度之比就是放大倍數(shù)。電子束在樣品上一個特定的微小的區(qū)域內沿 x 方向上連續(xù)掃描，然后在 y 方向移動一個距離，進行下一行掃描。 掃描電子顯微鏡（SEM)掃描電鏡的基本成像原理敘述如下：電子光學系統(tǒng)只提供一束細的電子束，束斑直徑幾納米，束流在 1pA~1mA 之間可調。當 X 射線作用于晶體時，大部分射線將穿透晶體，極少量射線產(chǎn)生反射，一部分被晶體吸收。水熱反應的時間是水熱反應的動力學因素，它反映了水熱反應的速度 [13]。所用這些因素都將影響最終產(chǎn)物的大小、形貌、物相等性質。尤其是粉體的晶粒度減小到納米級時，粉體的特性產(chǎn)生較大的變化。 水熱法的特點在高溫高壓下，水處于超臨界狀態(tài)，物質在水中的物理與化學反應性能均有很大的變化，和其他方法相比，水熱合成具有自己的特點：（a）由于在水熱條件下，反應物的性能的改變，活性提高，水熱合成有可能代替某些固相反應，促進低溫化學的發(fā)展；（b）由于在水熱條件下特殊的中間態(tài)以及特殊相易于生成，因此能合成具有特殊結構或者特種凝聚態(tài)的新化合物；（c）在水熱低溫條件下能使低熔點化合物，高蒸汽壓而不能在熔體生成的物質，高溫分解相晶化或生成；（d）水熱的低溫，等壓，溶液條件下，有利于生長具有平衡缺陷濃度，規(guī)劃取向，晶體完美的晶體材料，且合成產(chǎn)物高以及易于控制產(chǎn)物晶體的粒度；（e）易于調節(jié)水熱條件下的環(huán)境氣象，有利于低價，中間價與特殊價化合物的生成，并能均勻地進行摻雜。二是被廣泛的采用的“溶解結晶”機制，當選用的前驅體是在常溫常壓下不可溶的固體粉末、凝膠或沉淀時，在水熱條件下，所謂“溶解”是指水熱反應初期，前驅物微粒之間的團聚和聯(lián)接遭到破壞，從而使微粒自身在水熱介質中溶解，以離子或離子團的形式進入溶液，進而成核、結晶而形成晶粒 [16]。 水熱反應中的晶粒結晶機制水熱法常用氧化物或者氫氧化物或凝膠體為前驅物，以一定的填充比進入高壓釜，它們在加熱過程中的溶解度隨溫度升高而增大，最終導致溶液過飽和，并逐步形成更穩(wěn)定的新相。水熱法可以制備包括金屬、氧化物、和復合氧化物在內的 60 多種粉末。具有交替原子的超級網(wǎng)格結構的化合物納米線可以通過在生長過程中交替源（材料）供應來實現(xiàn)。它可以被以膠質的形式購買，然后被沉積在基質上或通過去濕法從薄膜上自我組裝。這種方法可以形象地比作 用叉子在披薩餅上的奶酪上劃線 。納米線可以被懸置法，沉積法或者由元素合成法制得。又由于材料的形貌、尺寸等對其功能性質產(chǎn)生重要影響，因此近來許多研究正致力于控制材料形貌和尺寸以期達到對其性能進行裁剪的目的。在照明光源中用于制造弧光燈炭電極。不溶于水，難溶于鹽酸、硝酸和硫酸，但能溶于高氯酸。光子在管中穿行，電子則在外壁上輸運。依靠簡單的把幾個 PN 節(jié)連到一起，研究者創(chuàng)造出了所有基礎邏輯電路：與、或、非門都已經(jīng)可以由納米線交叉來實現(xiàn)。這可用兩種方法來實現(xiàn)。不過，一些早期的實驗顯示它們可以被用于下一代的計算設備。這種晶體順序的缺乏是由于納米管僅在一個維度（軸向）上體現(xiàn)周期性，而在其它維度上可以以能量法則產(chǎn)生任何次序。強度變強，韌度變好。通過在拉伸時測量納米線的電導率，我們發(fā)現(xiàn)：當納米線長度縮短時，它的電導率也以階梯的形式隨之縮短，每階之間相差一個朗道常數(shù) G。更進一步，電導率會經(jīng)歷能量的量子化：例如，通過納米線的電子能量只會具有有離散值乘以朗道常數(shù) G = 2e2 / h （這里 e 是電子電量，h 是普朗克常數(shù))。而在納米線中，電阻率受到邊界效應的嚴重影響。例如，銅的平均自由程為 40nm。光電子和納電子機械器械中，納米線有可能起到很重要的作用。納米線具有許多在大塊或三維物體中沒有發(fā)現(xiàn)的有趣的性質。根據(jù)組成材料的不同，納米線可分為不同的類型，包括金屬納米線（如：Ni，Pt，Au 等） ，半導體納米線（如：InP ，Si，GaN 等）和絕緣體納米線（如：SiO2，TiO2 等） 。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內的輸運更加方便。 e)光學性質 納米粒子的粒徑遠小于光波波長。隨著單電子晶體管研究的深入進展，已經(jīng)成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。 c)電學性質 由于晶界面上原子體積分數(shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT） 。 b)磁學性質 當代計算機硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過 ，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為 3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應高達 50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合 FrankReed 模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發(fā)生，這就是納米晶強化效應。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導率、強軟磁性能。諾貝爾獎獲得者羅雷爾也曾說過：70 年代重視微米的國家如今都成為發(fā)達國家，現(xiàn)在重視納米技術的國家很可能成為下一世紀先進的國家。人造纖維是化纖和紡織行業(yè)發(fā)展的趨勢，中國紡織要在進入 wto 后能占據(jù)有利地位，現(xiàn)在就必須全方位應用納米技術、納米材料。此外，還有各種功能材料，玻璃透明度好但份量重，用納米改進它，使它變輕，使這種材料不僅有力學性能，而且還具有其他功能，還有光的變色、貯光，反射各種紫外線、紅外線，光的吸收、貯藏等功能。在提取精華后，用一種很少的骨架，比如人體可吸收的糖、淀粉，使其高效緩釋和靶向藥物。現(xiàn)在國際上主要研發(fā)能量轉化材料，我國也在做，它包括將太陽能轉化成電能、熱能轉化為電能、化學能轉化為電能等。 c)能源環(huán)保中的納米技術：合理利用傳統(tǒng)能源和開發(fā)新能源是我國當前和今后的一項重要任務。 b)環(huán)境產(chǎn)業(yè)中的納米技術：納米技術對空氣中 20 納米以及水中的 200 納米污染物的降解是不可替代的技術。因為不管通訊、集成還是顯示器件，都要原器件，美國已經(jīng)著手研制，現(xiàn)在有了單電子器件、隧穿電子器件、自旋電子器件，這種器件已經(jīng)在實驗室研制成功，而且可能在 2022 年進入市場。整個人類社會將因納米技術的發(fā)展和商業(yè)化而產(chǎn)生根本性的變革?？梢灶A測：不久的將來納米金屬氧化物半導體場效應管、平面顯示用發(fā)光納米粒子與納米復合物、納米光子晶體將應運而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學組裝計算機將投入應用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學傳感器等將被研究制造出來 [9]。但我國的納米技術水平與歐美等國的差距很大。日本在納米設備和強化納米結構領域處于世界先進地位。在商業(yè)上，納米技術已經(jīng)被用于陶瓷、金屬、聚合物的納米粒子、納米結構合金、著色劑與化妝品、電子元件等的制備。美國科技戰(zhàn)略的重點已由過去的國家通信基礎構想轉向國家納米技術計劃。在《自然》和《科學》雜志上發(fā)表有關納米材料和納米結構制備方面的論文 6 篇，影響因子在 6 以上的學術論文（phys．rev．lett，j．a(chǎn)in ．chem ．soc ． ）近 20 篇，影響因子在 3 以上的 31 篇，被 sci 和 ei 收錄的文章占整個發(fā)表論文的 59％。 綜上所述， “八五”期間我國在納米材料研究上獲得了一批創(chuàng)新性的成果，形成了一支高水平的科研隊伍，基礎研究在國際上占有一席之地，應用開發(fā)研究也出現(xiàn)了新局面，為我國納米材料研究的繼續(xù)發(fā)展奠定了基礎。 在過去 10 年，我國已建立了多種物理和化學方法制備納米材料，研制了氣體蒸發(fā)、磁控濺射、激光誘導 cvd、等離子加熱氣相合成等 10 多臺制備納米材料的裝置，發(fā)展了化學共沉淀、溶膠一凝膠、微乳液水熱、非水溶劑合成和超臨界液相合成制備包括金屬、合金、氧化物、氮化物、碳化物、離子晶體和半導體等多種納米材料的方法，研制了性能優(yōu)良的多種納米復合材料。 我國納米材料和納米結構的研究已有 10 年的工作基礎和工作積累，在“八五”研究工作的基礎上初步形成了幾個納米材料研究基地，中科院上海硅酸鹽研究所、南京大學、中科院固體物理所、中科院金屬所、物理所、中國科技大學、清華大學和中科院化學所等已形成我國納米材料和納米結構基礎研究的重要單位。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶；發(fā)現(xiàn)了非水溶劑熱合成技術，首次在300℃左右制成粒度達 30urn 的氮化鋅微晶。三是氮化嫁納米棒制備：首次利用碳納米管作模板成功地制備出直徑為 3～40urn、長度達微米量級的發(fā)藍光氮化像一維納米棒，并提出了碳納米管限制反應的概念。二是超長納米碳管制備：首次大批量地制備出長度為2～3mm 的超長定向碳納米管列陣 [8]。一是大面積定向碳管陣列合成：利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術 [7]，用這種技術合成的納米管，孔徑基本一致，約 20urn，長度約 100pm，納米管陣列面積達到 3mm2。我國納米材料基礎研究在過去 10年取得了令人矚目的重要研究成果。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了 8 項重大、重點項目，組織相關的科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學基金委員會還資助了 20 多項課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品的改性等方面很可能給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品注入新的高科技含量，在未來市場上占有重要的份額。在《自然》的報道中還特別提到美國已在納米結構組裝體系和高比表面納米顆粒制備與合成方面領導世界的潮流，在納米功能涂層設計改性及納米材料在生物技術中的應用與歐共體并列世界第一，納米尺寸度的元器件和納米固體也要與日本分庭抗禮。 《美國商業(yè)周刊》8 月 19 日報道，美國政府決定把納米技術研究列人 21 世紀前 10 年前 11 個關鍵領域之一， 《美國商業(yè)周刊》在掌握 21 世紀可能取得重要突破的 3 個領域中就包括了納米技術領域（其它兩個為生命科學和生物技術，從外星球獲得能源） 。這說明納米材料和納米結構的研究熱潮在下一世紀相當長的一段時間內保持繼續(xù)發(fā)展的勢頭。一個突出的特點是基礎研究和應用研究的銜接十分緊密，實驗室成果的轉化速度之快出乎人們預料，基礎研究和應用研究都取得了重要的進展。 1）研究形狀和趨勢 納米材料制備和應用研究中所產(chǎn)生的納米技術很可能成為下一世紀前 20 年的主導技術，帶動納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在納米領域發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認