【正文】 化劑[期刊論文]合成技術(shù)及應(yīng)用 2003(3)[9] 納米TiO2在有機(jī)廢水處理方面的研究進(jìn)展[期刊論文]電力環(huán)境保護(hù) 2003(3) 二氧化鈦納米晶的制備及光催化活性研究[期刊論文]材料科學(xué)與工程學(xué)報 2003(4)[10] 納米TiO2光催化降解技術(shù)在污水處理方面的研究進(jìn)展[期刊論文]北方交通大學(xué)學(xué)報2003(6)[11] TiO2結(jié)構(gòu)對光催化性能的影響及其提高的途徑[期刊論文]環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備2003(2)[12] 氧化硅對二氧化鈦納米晶相變和晶粒生長的抑制作用[期刊論文]無機(jī)材料學(xué)報2002(3)[13] 納米TiO2粉體的固定及其對甲醇的光電復(fù)合氧化[期刊論文]太陽能學(xué)報 2002(2)[14] 用于可見光下Pt(Ⅳ)/TiO2光催化劑的制備和表征[期刊論文]硅酸鹽學(xué)報 2002(6)[15] 超細(xì)TiO2的合成及其光催化分解水中有機(jī)物的研究[期刊論文]北京石油化工學(xué)院學(xué)報 2002(2)[16] 納米二氧化鈦的熱分析表征[期刊論文]無機(jī)材料學(xué)報 2001(6) 納米催化研究進(jìn)展[期刊論文]衡陽師范學(xué)院學(xué)報 2001(6)[17] ZnO超微粒子的量子尺寸效應(yīng)和光催化性能[期刊論文]哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報 2001(3)8第五篇：納米材料論文摘 要納米材料由于其自身特有的物理效應(yīng)和化學(xué)性質(zhì)，在不同領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用性，因此被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊，它的發(fā)展給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來了新的機(jī)遇。通過對納米材料及制備技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，本文綜述了對納米材料的認(rèn)識，以及其特性、分類、制備方法和其應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：納米材料；分類；特性；制備；應(yīng)用 前言 納米及納米材料納米，實(shí)際上是一個長度計量單位，1 nm = 109 m，即一米的十億分之一。正是這神奇的十億分之一米，向我們開啟了一個嶄新的微觀物質(zhì)世界。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1～100nm這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，呈現(xiàn)出特殊性能。這種既具有不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。納米材料的科學(xué)價值和應(yīng)用前景已逐步被人們所認(rèn)識，納米科學(xué)與技術(shù)被認(rèn)為是 21 世紀(jì)的三大科技之一。 納米材料的發(fā)展簡介近年來，世界各國對納米材料給予了極大的關(guān)注，對納米材料的結(jié)構(gòu)與性能、制備技術(shù)以及應(yīng)用前景進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并紛紛將其列入高科技開發(fā)項(xiàng)目。2005納米科技研發(fā)預(yù)算已達(dá)到10億美元，而且在美國該預(yù)算的優(yōu)先選擇領(lǐng)域中，納米材料名列第二位?，F(xiàn)在美國對納米技術(shù)的投資約占世界總量的二分之一。世界發(fā)達(dá)國家均對納米產(chǎn)業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略性布局，并紛紛投入巨資。我國的納米材料研究起步比較晚，始于20世紀(jì)80年代末，但在“八五”期間已將納米材料科學(xué)列入國家攀登項(xiàng)目。之后在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面，我國在納米技術(shù)研究方面也投入了大量的人力和物力。在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，納米材料被列入6大發(fā)展重點(diǎn)之一的“前沿新材料”中。在國家各項(xiàng)科技計劃的支持下，我國納米材料及納米科學(xué)技術(shù)也取得了比較突出的成果。納米材料的分類在納米材料發(fā)展初期，納米材料是指納米顆粒和由它們構(gòu)成的納米薄膜和固體。廣義而言，納米材料是指在3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。如果按維數(shù)，納米材料的基本單元可以分為3類：① 0維，指在空間3維尺度均在納米尺度，如納米尺度顆粒，原子團(tuán)簇等；②1維，指在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲，納米棒，納米管等；③ 2維，指在3維空間中有1維在納米尺寸，如超薄膜，多層膜，超晶格等。按化學(xué)組成可分為：納米金屬，納米晶體，納米陶瓷，納米玻璃，納米高分子和納米復(fù)合材料。按材料物性可分為：納米半導(dǎo)體，納米磁性材料，納米非線性光學(xué)材料，納米鐵電體，納米超導(dǎo)材料，納米熱電材料等。按應(yīng)用可分為：納米電子材料，納米光電子材料，納米生物醫(yī)用材料，納米敏感材料，納米儲能材料等。納米材料的特性納米材料具有尺寸小，表面積大，表面能高，表面原子比例大的四大特點(diǎn)，并且具有小尺寸效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)，表面效應(yīng)四大效應(yīng)。納米材料的特性主要取決于制備方法。 表面效應(yīng)球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積與直徑成反比，隨著顆粒直徑的變小比表面積將會顯著地增加。這主要是因?yàn)樘幱诒砻娴脑訑?shù)較多，表面原子的晶場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同所引起的。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性，晶體微?；橛羞@種活性表面原子的增多，其表面能大大增加。這種表面原子的活性不但引起納米粒子表面原子輸運(yùn)和構(gòu)型變化，同時也引起表面電子自旋構(gòu)像和電子能譜的變化。 小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)：① 特殊的光學(xué)性質(zhì)；② 特殊的熱血性質(zhì)；③ 特殊的磁學(xué)性質(zhì)；④ 特殊的力學(xué)性質(zhì)。超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性，介電性，能聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。 量子尺寸效應(yīng)微粒尺寸下降到一定值時，費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗?，吸收光譜闕值向短波方向移動，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)產(chǎn)生最直接的影響就是納米晶體吸收光譜的邊界藍(lán)移。這是由于在納米尺度半導(dǎo)體微晶中，光照產(chǎn)生的電子和空穴不再是自由的。存在庫侖作用，此電子空穴對類似于大晶體中的激子。由于空間的強(qiáng)烈束縛導(dǎo)致激子吸收峰藍(lán)移，帶邊以及導(dǎo)帶中更高激發(fā)態(tài)均相應(yīng)藍(lán)移。 宏觀量子隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量及電荷也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢阱而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。納米材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)既不同于宏觀物體，也不同于微觀的原子和分子。當(dāng)組成材料的尺寸達(dá)到納米量級時，納米材料表現(xiàn)出的性質(zhì)與體材料有很大的不同。在納米尺度范圍內(nèi)原子及分子的相互作用，強(qiáng)烈地影響物質(zhì)的宏觀性質(zhì)。物質(zhì)的機(jī)械、電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)的改變，出現(xiàn)了構(gòu)筑它們的基石達(dá)到納米尺度。納米材料之所以能具備獨(dú)到的特性，是因?yàn)榻M成物質(zhì)中的某一相的某一維的尺度縮小至納米級，物質(zhì)的物理性能將出現(xiàn)根本不是它的組分所能比擬的改變。納米材料的制備納米材料的制備主要有物理合成法和化學(xué)合成法，合成過程中將材料進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化，主要包括以下幾個方面。常見的物理合成方法有噴霧法、噴霧干燥法、噴霧熱解法、冷凍—干燥法、反應(yīng)性球磨法、氣流粉碎技術(shù)等。其中氣流粉碎技術(shù)具有比較多的優(yōu)點(diǎn)，它是采用高速的超音速氣流來加速固體物料，使物料互相撞擊或與靶撞擊使物料粉碎，氣流粉碎技術(shù)加工效率較高，尤其是對超硬的材料更能體現(xiàn)出該方法的優(yōu)點(diǎn)，比較先進(jìn)的氣流粉碎設(shè)備，可以使物料在粉碎時不接觸其它物質(zhì)，因而可以減小對粉料的污染。化學(xué)合成法主要有等離子體制備納米粉末技術(shù)化學(xué)氣相沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法、溶劑熱合成法、溶膠—凝膠法、水熱法制備納米粉末技術(shù)、微乳化技術(shù)等合成方法。其中化學(xué)氣相沉淀法形成的納米材料較細(xì)，較均一，化學(xué)氣相沉淀法的原理是將一種或數(shù)種反應(yīng)氣體通過熱、激光等離子體等而發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，析出超微粉的納米材料制備方法。由于存在于氣相中的粒子成核及生長的空間比較大，因此，該方法制得的粒子分散度較好，同時，又因?yàn)榉磻?yīng)是在封閉容器中進(jìn)行，使得化學(xué)氣相沉淀法形成的納米粒子具有比較高的純度。納米材料的應(yīng)用納米材料具有常規(guī)材料所不具備的物理特性，即具有高度的彌散性和大界面，使納米材料具有高擴(kuò)散率，蠕變和超塑性。為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)，燒結(jié)溫度降低，從而其化學(xué)活性增大。因此納米材料的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時所表現(xiàn)出的性質(zhì)。納米材料的高強(qiáng)度、高擴(kuò)散性、高塑性、低密度、高電阻、高比熱、強(qiáng)軟磁性等特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特 殊導(dǎo)體、熱交換材料、敏感元件、潤滑劑等領(lǐng)域。以下綜述了納米材料在幾個領(lǐng)域的應(yīng)用。納米碳管在電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面具有特殊的性質(zhì)，因此具有很好的應(yīng)用前景。納米碳管的電學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，碳納米管電極具有較大的電極表面積和較高的電子傳遞速率，因此可增大電流響應(yīng)，使得碳納米管電化學(xué)分析性能更為優(yōu)異。另外在碳納米管內(nèi)，電子的量子限域所致電子只能在石墨片中沿著碳納米管的軸向運(yùn)動，電子是沿著石墨片層的單個平面進(jìn)行傳導(dǎo)的，其電子傳輸通道隨碳管直徑的增加而增加，因此，納米碳管具有獨(dú)特的發(fā)射傳導(dǎo)性質(zhì)。改變納米碳管格子的母體結(jié)構(gòu)也可引起納米碳管導(dǎo)電性的變化，因此碳納米管的電學(xué)性能很獨(dú)特，它同時具有金屬性和半導(dǎo)體性，所以納米碳管適宜于制備納米電子原件。力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，C—C共價鍵使納米碳管具有很高的強(qiáng)度和剛度。納米碳管的彈性模量和相應(yīng)的剛度值近似于或大于石墨的內(nèi)平面值，同時納米碳管還具備與其它碳物質(zhì)不同的力學(xué)性質(zhì)，比如軸向上的高彈性和徑向上高塑性，這些特 性可使納米碳管承受40％的拉伸變形而不會斷裂。納米碳管在受到壓力影響時能產(chǎn)生流動性導(dǎo)致直徑發(fā)生變化，其螺旋度也會隨之改變，從而影響其電子特征。利用納米碳管的這種特性可用來制造探測機(jī)械壓力的納米傳感器。熱學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，納米碳管的熱傳導(dǎo)率體現(xiàn)的是石墨的內(nèi)平面特性，故而它的熱傳導(dǎo)率非常高僅次于一定形式的摻雜金剛石。納米碳管同時具有很高的長徑比，此特點(diǎn)可以用來改善分散不連續(xù)的纖維復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率。納米碳管優(yōu)異的 導(dǎo)熱性能可使其發(fā)展為今后計算機(jī)芯片的導(dǎo)熱板，也可用作發(fā)動機(jī)、火箭等各種高溫部件的防護(hù)材料。納米碳管具有高熱穩(wěn)定性，同時兼具高耐磨性和耐腐蝕性，可以用其制造刀具和磨具。另外，納米碳管還具很多其它性能，例如它的儲氫特性，納米碳管表面存在的羥基能夠和某些陽離子鍵合，從而達(dá)到表觀上對金屬離子或有機(jī)物產(chǎn)生吸附 作用。納米碳管粒子具有大的比表面積，也是納米碳管具備吸附作用的重要原因。納米碳管還具有吸波特性，用納米碳管做成的物體對微波雷達(dá)有好的隱身性能。 在催化方面的應(yīng)用用作高效催化劑是納米顆粒材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，納米顆粒具有很高的比表面積，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全等特點(diǎn)，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使得納米顆粒具備了作為催化劑的先決條件。有人預(yù)計納米顆粒催化劑將成為本世紀(jì)催化劑的主角。光催化劑是一種具有應(yīng)用潛力的特殊催化劑，納米TiO2所具有的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)電和介電能級變成分立的能級，能隙變寬，導(dǎo)電電位變得負(fù)移，而介電電位變得正移，這使其獲得了更強(qiáng)的氧化還原能力。 在電池中的應(yīng)用納米材料已廣泛應(yīng)用到化學(xué)電源中的活性材料中，并推動著電池科技發(fā)展，納米活性材料所具有的比表面大，鋰離子嵌入脫出深度小，行程短的特性，使電極在大電流下充放電極化程度小，可逆容量高，循環(huán)壽命長；納米材料的高空隙率為有機(jī)溶劑分子的遷移提供了自由空間，使有機(jī)溶劑具有良好的相容性，同時，也給鋰離子的嵌入脫出提供了大量的空間。作為電極的活性材料納米化后，它表面增大，致使它極化減小，而電容量增大。由此產(chǎn)生較強(qiáng)大的電化學(xué)活性特別是納米碳管在作為新型貯鋰材料、電化學(xué)貯能材料和高性能復(fù)合材料等方面的研究已取得了重大突破另外，由于納米材料的研究目前大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，因此如何制得粒徑可控的納米顆粒，解決這些顆粒在貯存和運(yùn)輸過程中的團(tuán)聚問題，簡化合成方法，降低成本等，依然是以后還需要研究的重要問題?？偨Y(jié)材料的結(jié)構(gòu)決定材料的性質(zhì)。納米材料的特殊結(jié)構(gòu)決定了納米材料具有一系列的特性（如小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等），因而出現(xiàn)常規(guī)材料所沒有的一些特別性能, 從而使納米材料獲得和正在獲得廣泛的應(yīng)用。通過納米技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，已成為經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)的發(fā)展基礎(chǔ)。隨著其制備和改性技術(shù)不斷發(fā)展，納米材料將在諸多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。5參考文獻(xiàn)[1] 朱世東, ,2010,31(3): 1~5 [2] ,2010, 17 : 120~121.[3] 周裁民, 楊雄波, ,2008,(17): 17~18 [4] , 2005.[5] 張莉莉, 蔣惠亮, , 2004,34(2): 123~126.[6] , 2000.[7] 李淑娥, 唐潤清, 學(xué)報,2007,28(3)10~11.[8] 李嘉, ,2003,96(2)26~30.[9] 衛(wèi)英慧, 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