【正文】 地面上的汽車使用氫 氧燃料電池的最大困難是儲(chǔ)氫問題，用鋼瓶不經(jīng)濟(jì)、不安全，用液氫成本太高 碳納米管的問世給綠色汽車的研制帶來了巨大的希望 也可以使用儲(chǔ)氫金屬來儲(chǔ)氫，但成本較高 也可以使用鋰的納米材料制備高電容量的鋰離子電池，作為自行車、汽車的能源，減少環(huán)境污染 納米材料在日常生活中的應(yīng)用： 1. 防紫外線 TiO2 SiO2 ZiO MgO 2. 納米燈泡 節(jié)電 15% 3. 納米布 制“雙疏”界面 防水、防油、防塵 4. 納米涂料 玻璃不凝水蒸氣， 殺菌、抗靜電、保暖、改善微循環(huán) 減小輸油管內(nèi)磨擦力 自潔玻璃、墻磚等 5. 納米冰箱、洗衣機(jī)、餐具、醫(yī)療器械 6. 保護(hù)環(huán)境 廢水處理，吸收廢氣，產(chǎn)生負(fù)離子 納米材料的應(yīng)用 。 香港科技大學(xué)用納米材料制成的薄膜對(duì)電磁輻射有很高的吸收率，可防止手機(jī)輻射對(duì)人的傷害。 納米材料的應(yīng)用 2. 納米材料與健康 陽光中波長(zhǎng)為 300~400 nm波段的紫外線對(duì)人體健康十分有害，而氧化鈦、氧化硅、氧化鎂和氧化鋅等納米粒子對(duì)這種紫外線有強(qiáng)烈的吸收作用，用這類微粒作為添加劑可以制成防曬霜、防紫外線的傘、防曬漆、防曬塑料等。如果需要洗滌，在清水中漂洗即可，既節(jié)省了大量洗滌劑，又可防止環(huán)境污染。 23F e O? ? 納米材料的應(yīng)用 1. 納米催化劑與環(huán)境保護(hù) 將含有納米二氧化鈦的特殊材料噴涂在棉、毛和化纖等織物的表面，可以形成超常的疏水、疏油 (雙疏性 )性質(zhì)，制成免洗布。如果將這種納米二氧化鈦放在墻磚、玻璃等建筑材料中，制造“自潔型”的環(huán)保產(chǎn)品。 例如，金屬鉑被稱為白金，而納米級(jí)的金屬鉑是黑色的，俗稱鉑黑，這種現(xiàn)象就是量子尺寸效應(yīng) 納米材料的應(yīng)用 1. 納米催化劑與環(huán)境保護(hù) 納米二氧化鈦 (TiO2 )是一種半導(dǎo)體光催化材料，在陽光照射下，會(huì)產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的“空穴”，可以將吸附在上面的有機(jī)物、灰塵和細(xì)菌等氧化分解成二氧化碳和水。 當(dāng)粒徑小到幾個(gè)納米時(shí)，由于所含電子數(shù)少，電子能級(jí)形成分立的能級(jí) 。 顆粒直徑 比表面 表面原子 比表面會(huì)隨著顆粒的變小而迅速增加，表面原子數(shù)占總原子數(shù)的比例也會(huì)急劇增加。 納米材料的特性 （ 2） 表界面效應(yīng) 這種高比表面的納米粒子，具有很高的表面能，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定狀態(tài)。 在熔點(diǎn)、磁性、熱阻、電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、催化等性質(zhì)等方面都會(huì)發(fā)生奇特的變化。 ｛ 納米材料的分類 三維：納米顆粒 二維：納米膜 一維：納米絲，納米管 ｛ 納米金屬 納米氧化物、硫化物、氮化物等 納米含氧酸鹽和納米復(fù)合材料等 ｛ 半導(dǎo)體型納米材料 光敏型納米材料 增強(qiáng)型和磁性納米材料等 納米材料的制備方法 (1) 物理氣相沉積法 (PVD) (2) 化學(xué)氣相沉積法 (CVD) 將要制成納米粒子的金屬在惰性氣氛中加熱氣化，然后氣相分子共聚或沉積成納米粒子或納米膜 將要制成納米粒子的原材料加熱氣化，然后氣相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，成核生長(zhǎng)為納米粒子 (3) 水熱合成法 在一定的溫度和壓力下，在水溶液中或蒸氣流中，將反應(yīng)物混合并發(fā)生反應(yīng)，使之形成納米級(jí)晶?；虺恋恚绶肿雍Y的合成 納米材料的制備方法 (4) 溶膠 凝膠法 (5) 微乳液或反相膠束法 將有機(jī)或無機(jī)鹽類首先水解制成溶膠，然后將溶膠轉(zhuǎn)化成凝膠，再?zèng)龈?、粉碎、煅燒得納米粒子等 將互不相溶的 “ 油 ” 和水在表面活性劑的作用下形成納米級(jí)的 微乳液 ，使每一個(gè)納米級(jí)的液滴成為一個(gè) “ 微反應(yīng)器 ” ， 從而可制備納米粒子，用合適的表面活性劑作為穩(wěn)定劑 如果在溶液中加入足量合適的表面活性劑和助劑，形成反相膠束，這樣可以控制水相微區(qū)的形狀，起到“模板”的作用 納米材料的制備方法 利用膠束的各種形狀，可以制備出相應(yīng)的球狀、棒狀、碟狀等納米粒子。 對(duì)自然界物質(zhì) 在原子、分子的基礎(chǔ)上對(duì)其本質(zhì)進(jìn)行 研究，希望能任意操縱它們，按人類的意愿 設(shè)計(jì)出全新的物質(zhì)，給人類社會(huì)帶來全新的變化 。 納米技術(shù)正向各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域全面滲透，速度之快、影響之廣，出乎人們意料。如果反應(yīng)中有沉淀生成，則沉淀物基本上是存在于原位而難以移動(dòng)，形成 Liesegang環(huán) 。例如，血液放置后會(huì)膠凝，并有血清滲出 脫液收縮可看作是溶脹的逆過程 彈性凝膠的離漿作用是可逆的，而剛性凝膠的離漿作用是不可逆的 凝膠的性質(zhì) 3. 凝膠中的擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng) 凝膠介于液體和固體之間，小分子在凝膠中的擴(kuò)散速率幾乎與在純?nèi)軇┲邢嗤?鹽橋 凝膠有一定的孔結(jié)構(gòu)，有吸附作用，可以起到篩分分子的作用，如 凝膠色譜 在凝膠中可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 凝膠的性質(zhì) 1. 凝膠的溶脹 彈性凝膠選擇吸收某種溶劑而使自身體積增大，稱為凝膠的溶脹 第一步：介質(zhì)分子與大分子形成溶劑化層 第二步：介質(zhì)分子的滲透作用，使凝膠體積增大 溶脹時(shí)產(chǎn)生的壓力稱為 溶脹壓， 如 濕木裂石 溶脹可以是有限的，也可以是無限的。 (3) 加入適量電解質(zhì) ，使膠粒的水化層變薄，使動(dòng)電電位下降而交聯(lián)成凝膠 。 凝膠的制備 1. 從溶膠制備凝膠 (1) 提高溶膠的濃度 ，或加入不良溶劑，突然降低其溶解度，使溶膠粒子交聯(lián)而形成凝膠。 另一種是從干凝膠出發(fā)，使之吸收合適的介質(zhì)發(fā)生溶脹而變成凝膠。 凝膠的制備 形成凝膠主要有兩種途徑： 一種是從溶膠出發(fā)，使之發(fā)生膠凝而得到凝膠 。 干膠 含水量較少的凝膠 如硅膠，市售明膠（含水量約 15%）等 溶膠 凍膠 干膠 凝膠或溶膠 ???? 膠凝 凝膠的分類 ????? 外力停止3. 觸變性凝膠 由線狀粒子組成的凝膠，粒子間以 van der Waals力聯(lián)結(jié)，作用力較弱 凝膠 溶膠 凝膠 例如：沼澤地里的泥炭，可塑性黏土和混凝土漿料等。 如：硅膠， V2O5干凝膠等。 剛性凝膠具有多孔性，吸附無選擇性，只要能潤(rùn)濕它的液體，均能被吸收。 凝膠的分類 1. 彈性凝膠和剛性凝膠 由柔性大分子形成的彈性凝膠具有彈性，在一定范圍內(nèi)變形后 能自動(dòng)恢復(fù)原狀； 如：橡膠，明膠，肌肉等。 根據(jù)含水量的多少、分散相質(zhì)點(diǎn)的剛?cè)嵝曰蛩男再|(zhì)有多種分類方法。其簡(jiǎn)化公式為 2nRT R TA cM??Πc 改寫成線性方程為 用 做圖，從截距計(jì)算數(shù)均摩爾質(zhì)量 ?Π cc 凝膠 1. 凝膠的分類 2. 凝膠的制備 3. 凝膠的性質(zhì) 凝膠的分類 凝膠是膠體分散系統(tǒng)的一種特殊存在形式。 1R ( )c?1N a ( )c? 滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 達(dá)到膜平衡時(shí)，為了保持電中性，有相同數(shù)量的Na+ 和 Cl 同時(shí)擴(kuò)散到了左邊。 R?R? 膜電勢(shì)在生理上起著重要作用 ， 不同的細(xì)胞膜上的電勢(shì)差是不同的 ， 維持一定的膜電勢(shì)就維持了生命 。 1c 由于大分子 P不能透過半透膜，而 H2O分子可以，所以在膜兩邊會(huì)產(chǎn)生滲透壓。 Donnan平衡 由于大分子物質(zhì)的濃度不能配得很高，否則易發(fā)生凝聚，如等電點(diǎn)時(shí)的蛋白質(zhì)，所以產(chǎn)生的滲透壓很小，用這種方法測(cè)定大分子的摩爾質(zhì)量誤差太大。 由于膜兩邊要保持電中性，達(dá)到滲透平衡時(shí)小離子在兩邊的濃度不等，這種平衡稱為膜平衡或 Donnan平衡 。 在半透膜兩邊，一邊放大分子電解質(zhì)，一邊放純水。 sp / c? rln / c?0?c[]? 從如下經(jīng)驗(yàn)式求黏均摩爾質(zhì)量 。 以 對(duì) c 作圖，得一條直線，以 對(duì) c作圖得另一條直線。 實(shí)驗(yàn)方法是用黏度計(jì)測(cè)出溶劑和溶液的黏度 和 ，計(jì)算相對(duì)黏度 和增比黏度 。 式中 為與溶劑、大分子化合物和溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn) 常數(shù)，常見物質(zhì)的 值有表可查。 3. 黏均摩爾質(zhì)量 Mv 用黏度法測(cè)定的摩爾質(zhì)量稱為黏均摩爾質(zhì)量。常用的有四種平均方法： 1. 數(shù)均摩爾質(zhì)量 Mn 11 2 21 2 iniin M n M nn n nM M? ? ??? ????BBBBBnMn???數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用 端基分析法和滲透壓法 測(cè)定。 大分子溶液的特點(diǎn) （ 1）類似于小分子溶液的特點(diǎn) （ 2）類似于憎液溶膠的特點(diǎn) （ 3）大分子溶液自身的特點(diǎn) 溶液類型 性質(zhì) 憎液溶膠 大分子溶液 小分子溶液 膠粒大小 1~100 nm 1~100nm 1nm 分散相存在單元 多分子組成的膠粒 單分子 單分子 能否透過半透膜 不能 不能 能 是否熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng) 不是 是 是 丁鐸爾效應(yīng) 強(qiáng) 微弱 微弱 黏度 小，與介質(zhì)相似 大 小 對(duì)外加電解質(zhì) 敏感 不太敏感 不敏感 聚沉后再加分散介質(zhì) 不可逆 可逆 可逆 三種溶液性質(zhì)的比較 大分子物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 1. 數(shù)均摩爾質(zhì)量 2. 質(zhì)均摩爾質(zhì)量 3. 黏均摩爾質(zhì)量 由于聚合過程中，每個(gè)分子的聚合程度可以不一樣，所以聚合物的摩爾質(zhì)量只能是一個(gè)平均值。 2 4 3A l (S O ) 3A l(O H ) 大分子概說 1. 大分子的概念 2. 大分子溶液的特點(diǎn) 3. 大分子物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 大分子的概念 Staudinger 把相對(duì)分子質(zhì)量大于 104 的物質(zhì)稱之為大分子，主要有： 人工合成大分子： 如合成橡膠、聚烯烴、樹脂和合 成纖維等。 一些有機(jī)化合物的離子都具有 很 強(qiáng)的吸附能力 ，所以有很 強(qiáng)的聚沉能力。 金值越小的高分子物質(zhì)，說明它對(duì)溶膠的保護(hù)能力越強(qiáng)。 敏化作用 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響 金值（ gold number） 齊格蒙弟提出的金值含義： 用“金值”作為大分子化合物保護(hù)金溶膠能力的一種量度， 金值越小，保護(hù)劑的能力越強(qiáng)。 例如，對(duì) SiO2進(jìn)行重量分析時(shí)，在 SiO2的溶膠中加入少量明膠，使 SiO2 的膠粒黏附在明膠上而聚沉，便于過濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響 （ 1） 敏化作用 將少量大分子溶液加入憎液溶膠，就可以促使溶膠聚沉的現(xiàn)象稱為 敏化作用 。 例如，對(duì)膠粒帶負(fù)電的溶膠，一價(jià)陽離子硝酸鹽的聚沉能力次序?yàn)? 對(duì)帶正電的膠粒，一價(jià)陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序?yàn)? 這種次序稱為 感膠離子序（ lyotropic series)。 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 3. 與膠粒帶相反電荷離子的影響 與膠粒帶相反電荷離子的 價(jià)數(shù)越高 ，其聚沉值越小， 聚沉能力越強(qiáng) 。 對(duì)同一溶膠，外加電解質(zhì)的離子價(jià)數(shù)越低，其聚沉值越大。 ? 膠粒帶相同的電荷，同性電荷相斥，使膠粒不