【正文】 (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(qū)物選擇 前驅(qū)物的選擇必須滿足有利于反應(yīng)速度和質(zhì)量，盡量減少雜質(zhì)的污染和保證化學(xué)計(jì)量比等要求。陽(yáng)極與陰極間的電位差為總的加速電壓。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(lái)表征。我們用式（12）對(duì)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。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(hào)按照（x,y）地址進(jìn)行編碼。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。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。 第二部分 實(shí)驗(yàn)部分1 本實(shí)驗(yàn)制取 YF3簡(jiǎn)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。 水熱生長(zhǎng)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。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。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。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。與氟化銨生成 NH4F，YF3 不溶性復(fù)鹽。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(shì)的。這已經(jīng)被是現(xiàn)在納米線上來(lái)制作 P 型和 N 型半導(dǎo)體。有時(shí)它們以非晶體的順序出現(xiàn)，如五邊對(duì)稱或螺旋態(tài)。線越細(xì)，能夠通過電子的通道數(shù)目越少。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。 換一種說(shuō)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)。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。同時(shí)納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場(chǎng)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。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。利用納米技術(shù)改造 20 萬(wàn)伏和 11 萬(wàn)伏的變壓輸電瓷瓶，可以全方位提高 11 萬(wàn)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(jí)。 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。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。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(guó)的研究水平不落后，在安徽省就有。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國(guó)家很可能在 21 世紀(jì)成為先進(jìn)國(guó)家。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(lái)。2022 年，在美國(guó)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。到目前為止，納米材料研究獲得國(guó)家自然科學(xué)三等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng) 2 項(xiàng)；院部級(jí)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(qǐng)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)。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。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(chǎng)發(fā)射平面和納米器件方面的應(yīng)用。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場(chǎng)發(fā)射陰極等方面有著重要應(yīng)用前景。 目前，我國(guó)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(guó)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(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、南京大學(xué)。1988 年法國(guó)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(guó)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。在這篇文章里，報(bào)道了美國(guó)政府在 3 年內(nèi)對(duì)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。 納米材料誕生州多年來(lái)所取得的成就及對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的影響和滲透一直引人注目。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(shí)自然的新層次，是知識(shí)創(chuàng)新的源泉。 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(guó)防的高速發(fā)展必然對(duì)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?duì)材料的尺寸要求越來(lái)越??；航空航天、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)等對(duì)材料性能要求越來(lái)越高。80 年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。通俗一點(diǎn)說(shuō)，相當(dāng)于萬(wàn)分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。這種既具不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。目前，國(guó)際上將處于 1—100nm 納米尺度范圍內(nèi)的超微顆粒及其致密的聚集體，以及由納米微晶所構(gòu)成的材料，統(tǒng)稱為納米材料 [1]，包括金屬、非金屬、有機(jī)、無(wú)機(jī)和生物等多種粉末材料 納米材料的分類 納米材料按其結(jié)構(gòu)可以分為四類：具有原子蔟和原子束結(jié)構(gòu)的稱為零維納米材料；具有纖維結(jié)構(gòu)的稱為一維納米材料；具有層狀結(jié)構(gòu)的稱為二維納米材料；晶粒尺寸至少一個(gè)方向在幾個(gè)納米范圍內(nèi)的稱為三維納米材料。納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對(duì)象，也是納米科技中最為活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。世紀(jì)之交高韌性納米陶瓷、超強(qiáng)納米金屬等仍然是納米材料領(lǐng)域重要的研究課題；納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，異質(zhì)、異相和不同性質(zhì)的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。美國(guó)已成功地制備了晶粒為 50urn 的納米 cu 材料，硬度比粗晶 cu 提高 5 倍；晶粒為 7urn 的 pd，屈服應(yīng)力比粗晶 pd 高 5 倍；具有高強(qiáng)度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關(guān)注，晶粒的納米化為解決這一問題帶來(lái)了希望， 根據(jù)納米材料發(fā)展趨勢(shì)以及它在對(duì)世紀(jì)高技術(shù)發(fā)展所占有的重要地位 [3][4]，世界發(fā)達(dá)國(guó)家的政府都在部署本來(lái) 10～15 年有關(guān)納米科技研究規(guī)劃。美國(guó)白宮之所以在 20世紀(jì)即將結(jié)束的關(guān)鍵時(shí)刻突然對(duì)納米材料和技術(shù)如此重視，其原因有兩個(gè)方面：一是德科學(xué)技術(shù)部 1996 年對(duì) 2022 年納米技術(shù)的市場(chǎng)做了預(yù)測(cè)，估計(jì)能達(dá)到 14400 億美元，美國(guó)試圖在這樣一個(gè)誘人的市場(chǎng)中占有相當(dāng)大的份額。納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用研究也使人矚目 [5]，正是這些研究使美國(guó)白宮認(rèn)識(shí)到納米材料和技術(shù)將占有重要的戰(zhàn)略地位。已采用了多種物理、化學(xué)方法制備金屬與合金（晶態(tài)、非晶態(tài)及納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，建立了相應(yīng)的設(shè)備，做到納米微粒的尺寸可控，并制成了納米薄膜和塊材。這種超長(zhǎng)碳納米管比現(xiàn)有碳納米管的長(zhǎng)度提高1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。還用苯合成制備氮化鉻（crn） 、磷化鈷（cop）和硫化銻（ sbs）納米微晶，論文發(fā)表在 1997 年的《科學(xué)》雜志上。近年來(lái)，根據(jù)國(guó)際納米材料研究的發(fā)展趨勢(shì)，建立和發(fā)展了制備納米結(jié)構(gòu)（如納米有序陣列體系、介孔組裝體系、mcm－41 等）組裝體系的多種方法，特別是自組裝與分子自組裝、模板合成、碳熱還原、液滴外延生長(zhǎng)、介孔內(nèi)延生長(zhǎng)等也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已成功地制備出多種準(zhǔn)一維納米材料和納米組裝體系。 1998 年 6 月在瑞典斯特哥爾摩召開的國(guó)際第四屆納米材料會(huì)議上，對(duì)中國(guó)納米材料研究給予了很高評(píng)價(jià)，指出這幾年來(lái)中國(guó)在納米材料制備方面取得了激動(dòng)人心的成果，在大會(huì)總結(jié)中選擇了 8 個(gè)納米材料研究式作取得了比較好的國(guó)家在閉幕式上進(jìn)行介紹，中國(guó)是在美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞典之后進(jìn)行了大會(huì)發(fā)言。 目前美國(guó)在納米合成、納米裝置精密加工、納米生物技術(shù)、納米基礎(chǔ)理論等多方面處于世界領(lǐng)先地位。目前我國(guó)有 50 多個(gè)大學(xué) 20 多家研究機(jī)構(gòu)和 300 多所企業(yè)從事納米研究，已經(jīng)建立了 10 多條納米技術(shù)生產(chǎn)線，以納米技術(shù)注冊(cè)的公司 100 多個(gè)，主要生產(chǎn)超細(xì)納米粉末、生物化學(xué)納米粉末等初級(jí)產(chǎn)品。a)信息產(chǎn)業(yè)中的納米技術(shù)：信息產(chǎn)業(yè)不僅在國(guó)外，在我國(guó)也占有舉足輕重的地位。要凈化環(huán)境，必須用納米技術(shù)。 d)納米生物醫(yī)藥：這是我國(guó)進(jìn)入 wto 以后一個(gè)最有潛力的領(lǐng)域。 納米技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，當(dāng)前是納米技術(shù)切入傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、將納米技術(shù)和各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)相結(jié)合的最好機(jī)遇。挑戰(zhàn)嚴(yán)峻，機(jī)遇難得，我們必須加倍重視納米科技的研究，注意納米技術(shù)與其它領(lǐng)域的交叉，加速知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，為 21 世紀(jì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛奠定雄厚的基礎(chǔ)。金屬陶瓷作為刀具材料已有 50 多年歷史，由于金屬陶瓷的混合燒結(jié)和晶粒粗大的原因其力學(xué)強(qiáng)度一直難以有大的提高。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來(lái)全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應(yīng)和光過濾中應(yīng)用廣泛。分子納米線由重復(fù)的分子元組成，可以是有機(jī)的（如：DNA）或者是無(wú)機(jī)的（如：Mo6S9xIx ） 。它同時(shí)還可以作為合成物中的添加物、量子器械中的連線、場(chǎng)發(fā)射器和生物分子納米感應(yīng)器， 納米線的性質(zhì)a)導(dǎo)電性納米線的導(dǎo)電性預(yù)期將大大小于大塊材料。這些邊界效應(yīng)來(lái)自于納米線表面的原子，這些原子并沒有像那些在大塊材料中的那些原子一樣被充分鍵合。因?yàn)榈碗娮訚舛群偷偷刃з|(zhì)量，這種電導(dǎo)率的量子化在半導(dǎo)體中比在金屬中更加明顯。例如，在一些個(gè)例中，納米線可以顯示五重對(duì)稱性，這種對(duì)稱性無(wú)法在自然界中觀測(cè)到，卻可以在少量原子促成的簇中發(fā)現(xiàn)。第一種是物理方法：把一條P 型線放到一條 N 型線之上。當(dāng)兩條納米管用作光子波導(dǎo)互相交叉時(shí)，其交叉連接點(diǎn)就是一個(gè)量子點(diǎn)。是電解制取金屬釔的原料，光學(xué)鍍膜、光纖摻雜、激光晶體、單晶原料、基體材料、催化助劑等稀土氟化物也被廣泛用于光電通訊、激光、新的光電裝置、醫(yī)學(xué)診斷和生物標(biāo)記等 [1014]，相應(yīng)的氧化物體系相比具有非常低的振動(dòng)能，從而使稀土離子激發(fā)態(tài)的淬滅非常小 [15]。以下對(duì)這幾種制備方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：a)懸置法懸置納米線指納米線在真空條件下末端被固定。源（材料）進(jìn)入到這些納米簇中并充盈其中。所得粉末的粒度范圍通常為 微米至幾微米,有些可以幾十納米, 且一般具有結(jié)晶好、團(tuán)聚少、純度高、粒度分布窄以及多數(shù)情況下形貌可控等特點(diǎn)。 “結(jié)晶”是指當(dāng)水熱介質(zhì)中溶質(zhì)的濃度高于晶粒的成核所需要的過飽和度時(shí)，體系內(nèi)發(fā)生晶粒的成核和生長(zhǎng)，隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，介質(zhì)中用于結(jié)晶的物料濃度又變得低于前驅(qū)物的溶解度，這使得前驅(qū)物的溶解繼續(xù)進(jìn)行。因此降低粉體的晶粒粒度對(duì)制備納米粉體和納米陶瓷具有十分重要的意義。在其他條件不變的情況下，溶液循環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)物粒徑越大，有利于晶型的轉(zhuǎn)換，溫度提高，也有利于晶體的長(zhǎng)大。電子束轟擊樣品上的某個(gè)點(diǎn)，在相互作用區(qū)內(nèi)出現(xiàn)電子的彈性和非彈性散射。 透射電子顯微鏡（TEM)按照 de Broglie 關(guān)系，動(dòng)量為 p 的電子與波失為 k 的波聯(lián)系著，p= hk=h/λ。而電子顯微鏡只可能是單一的凸透鏡，特別是對(duì)于球差，至今仍沒有完全消除的辦法。由電子槍發(fā)出電子束透過薄樣品，經(jīng)物鏡成像，又經(jīng)放大鏡、中間鏡、投影鏡幾級(jí)放大，最后在涂敷有陰極射線熒光材料的屏上顯示圖像，這是電子顯微鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)。這種方法用電子束透過率高的有機(jī)材料膜，在樣品表面印下與表面形貌完全一致的復(fù)膜，再用碳、金等材料作表面蒸鍍處理，以增強(qiáng)膜的力學(xué)強(qiáng)度、耐電子轟擊性以及增加反差。電子束有一定的發(fā)散角，經(jīng)會(huì)聚鏡調(diào)節(jié)后，可望得到發(fā)散角很小甚至為 0 的平行電子束。雖然外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)有很大的影響，但是不同物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)更取決于物質(zhì)本身的化學(xué)特性。4) 檢測(cè) 經(jīng)檢測(cè)，粉體為 YF3 粉體。第三部分 試驗(yàn)結(jié)果分析部分1 形貌觀測(cè) 圖 31YF3納米線的 SEM 像將實(shí)驗(yàn)中的樣品制備成掃描電鏡樣品后置于場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下觀察，發(fā)現(xiàn) Si 片襯底上分布著許多不規(guī)則排列的納米線，同時(shí)在 SEM 下還可以看到很多襯度相對(duì)較亮的顆粒（如圖 41 所示） 圖 32YF3 納米線的 TEM 像刮取少量的粉末狀樣品放置于乙醇溶劑中超聲分散后制成透射電鏡樣品并放置于 透射電鏡（TEM）下觀察，發(fā)現(xiàn)納米線的長(zhǎng)度很長(zhǎng)可達(dá)幾十個(gè)微米，而納米線的粗細(xì)很不均勻，細(xì)的納米線的直徑僅為 20nm 左右，而粗的納米線的直徑可達(dá) 100nm。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。擬定的各因素水平