【正文】 、熱、電以及超導(dǎo)電性。由公式可知金屬離子能級(jí)間隔隨粒徑減小而增大。這兩個(gè)效應(yīng)都可歸結(jié)為量子尺寸效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)是指當(dāng)顆粒尺寸接近或小于相應(yīng)體材料的玻爾半徑時(shí)，強(qiáng)烈的三維空間限域改變了半導(dǎo)體的能級(jí)，使能帶由連續(xù)變成了分立的能級(jí)[1618]，結(jié)果導(dǎo)致吸收帶或激子能量藍(lán)移[13]，且隨著粒子尺寸的減小藍(lán)移增大。類似的現(xiàn)象也存在于金屬材料，只是由于金屬材料費(fèi)米能級(jí)位于能帶中間，致使量子限域?qū)е碌哪芗?jí)間距展寬不十分明顯[15]。電子態(tài)密度濃縮到有限的能態(tài)上。此時(shí)，能量仍可精確確定，但位置的不確定性減小，帶來(lái)動(dòng)量的不確定性的增加。即能量和動(dòng)量可以精確確定，而位置卻不能。 量子尺寸效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)源于材料尺寸減小以后帶來(lái)的電子態(tài)密度的變化。將微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。例如，光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻率；磁有序態(tài)變?yōu)榇艧o(wú)序態(tài)；超導(dǎo)相向正常轉(zhuǎn)變；聲子發(fā)生改變等。例如，隨尺寸減小，在外層原子數(shù)增加的同時(shí)，表面原子配位不飽和程度和比表面能也急劇增大，這是許多小尺寸納米簇具有高催化活性和不穩(wěn)定性的重要原因。超微顆粒的表面活性，使其有望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點(diǎn)材料。用高倍率電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒（直徑為2nm）進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)這些顆粒的形態(tài)在不斷變化（如立方八面體，十面體，二十面體多孿晶等），既不同于固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。納米微粒尺寸小，表面能高，隨著粒徑減小，表面積急劇增大，表面原子數(shù)迅速增加，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例；如當(dāng)粒徑為10nm時(shí)，其表面原子占約15%；而粒徑為1nm時(shí)，則表面原子比例增加到90%。由于納米微粒具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，使得它在諸多方面呈現(xiàn)常規(guī)材料所不具備的特性。 納米材料的特性從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，納米系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。隨著納米材料的不斷發(fā)展，研究?jī)?nèi)涵不斷擴(kuò)大，研究概念也不斷拓寬。其中納米材料科學(xué)作為材料科學(xué)的一個(gè)新的分支因其理論意義和巨大的應(yīng)用前景而成為研究的前沿?zé)狳c(diǎn)[4]。它所研究的是人類過(guò)去從未涉及的非宏觀、非微觀的中間領(lǐng)域，使人們改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平，標(biāo)志著人類的科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。納米材料按空間維數(shù)可以分為三類：（1）零維，又稱量子點(diǎn)，指在空間三維尺度均在納米尺寸范圍，如納米尺度的顆粒、原子團(tuán)簇、人造超原子、納米尺寸的孔洞等；（2）一維，又稱量子線，指在空間有兩個(gè)維度處于納米尺度范圍，如納米線、納米棒、納米管、納米帶等；（3）二維，指在空間只有一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜、超晶格等；三維，指由前三種材料作為基本單元組合而成的材料。過(guò)去被認(rèn)為是異想天開(kāi)的納米技術(shù)終于變成了一項(xiàng)嚴(yán)肅認(rèn)真的研究工作。40年后，化學(xué)教授查德”他提到也許有一天人們會(huì)造出僅由幾千個(gè)原子組成的微型機(jī)器。費(fèi)因曼在1959年提出的。這些都是最普通的納米材料和最原始的納米現(xiàn)象。 large area membrane without pinholes and cracks was prepared successfully. Orthogonality experiments were designed to examine the effects of different preparation parameters. Semiempirical mathematical model of preparing crack free membrane was built based on the data mining of the preparation data.Keywords: Al2O3, AlOOH, emulsion synthesis, solvothermal route, onedimensional (1D) nanomaterials.目 錄摘 要 VABSTRACT VII目 錄 X第一章 緒論 14 引言 14 納米材料的特性 15 表面效應(yīng) 15 小尺寸效應(yīng) 16 宏觀量子隧道效應(yīng) 16 量子尺寸效應(yīng) 17 納米材料的制備方法簡(jiǎn)介 18 氣相法 19 固相法 21 液相法 21 液相法的定義 21 液相法的優(yōu)點(diǎn) 22 液相法反應(yīng)類型 22 水熱/溶劑熱合成制備氧化鋁特殊納米結(jié)構(gòu) 27 課題來(lái)源 30 研究背景、研究意義和主要研究?jī)?nèi)容 30參考文獻(xiàn) 33第二章 乳液法制備納米氧化鋁實(shí)心微球、空心微球以及納米棒 41 引言 41 氧化鋁空心微球的制備 42 實(shí)驗(yàn)部分 42 樣品的表征 43 結(jié)果與討論 43 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)分析 43 產(chǎn)物形貌觀察 44 形成機(jī)理探討 46 改變油相溶劑用量對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 47 改變水相鋁酸鈉溶液濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 49 改變沉淀劑碳酸氫銨濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 51 乳液/水熱協(xié)同反應(yīng)合成單分散納米棒 51 本章小結(jié) 52參考文獻(xiàn) 53第三章 乳液法制備竹葉狀氧化銅納米材料及其形成機(jī)理研究 57 引言 57 實(shí)驗(yàn)部分 58 試劑材料 58 制備過(guò)程 58 樣品表征 58 結(jié)果與討論 59 產(chǎn)物的XRD分析 59 產(chǎn)物的綜合熱分析 60 產(chǎn)物的紅外分析 60 產(chǎn)物的形貌表征 61 SEM觀察產(chǎn)物形貌 61 TEM觀察產(chǎn)物形貌 62 反應(yīng)時(shí)間對(duì)所得產(chǎn)物形貌的影響及反應(yīng)機(jī)理研究 64 CuSO4溶液濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 66 Span80用量對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 67 正己烷用量對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 68 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 69 調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 70 竹葉狀CuO的光學(xué)性質(zhì)研究 71 本章小結(jié) 71參考文獻(xiàn) 73第四章 復(fù)合溶劑熱制備核殼及空心球結(jié)構(gòu)的γAlOOH與γAl2O3 78 引言 78 乙醇和水混合溶劑制備γAlOOH核殼結(jié)構(gòu) 79 樣品制備 79 樣品表征 80 結(jié)果與討論 82 產(chǎn)物形貌觀察 82 不同反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)物形貌與物相分析 83 反應(yīng)機(jī)理研究 85 產(chǎn)物的紅外表征 86 產(chǎn)物的比表面分析 86 檸檬酸鈉的濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 87 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 88 乙醇量對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 89 核殼結(jié)構(gòu)γAlOOH用于廢水中剛果紅有機(jī)污染物的吸附 89 丙酮和水混合溶劑制備γAlOOH核殼及空心微球 90 樣品制備 91 結(jié)果與討論 93 典型產(chǎn)物的形貌分析 93 不同反應(yīng)時(shí)間所得產(chǎn)物的形貌與結(jié)構(gòu)分析 94 形成機(jī)理研究 96 檸檬酸鈉的濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 96 不同反應(yīng)溫度下所得產(chǎn)物的形貌 97 丙酮與水的不同體積比對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 98 不同溶劑對(duì)產(chǎn)物形貌的影響 99 產(chǎn)物的比表面分析 99 綜合熱分析 100 樣品的紅外分析 101 熒光特性研究 102 本章小結(jié) 103參考文獻(xiàn) 105第五章 納米氧化鋁粉體的廉價(jià)制備、表征及大規(guī)模生產(chǎn)的可能性研究 108 引言 108 以廢鋁車屑或廢催化劑為原料制備納米氧化鋁設(shè)想 109 原料的選擇及流程設(shè)計(jì) 110 本工作擬解決的技術(shù)關(guān)鍵 111 操作步驟 112 表征方法 112 結(jié)果和討論 113 原料及納米氧化鋁粉體成分分析 113 反應(yīng)前驅(qū)物以及最終產(chǎn)物αAl2O3的X衍射圖 113 透射電子顯微鏡分析 115 產(chǎn)物的BET表征 116 等離子體原子發(fā)射光譜分析產(chǎn)物成分 116 AACH制備工藝的優(yōu)化 118 本方法規(guī)?；a(chǎn)納米氧化鋁的可能性 121 本章小結(jié) 121參考文獻(xiàn) 122第六章 納米氧化鋁薄膜的制備及表征 123 引言 123 納米氧化鋁薄膜的制備 124 納米氧化鋁薄膜的制備過(guò)程 124 納米氧化鋁薄膜的表征 125 結(jié)果和討論 126 TGDSC表征 126 凝膠膜以及煅燒后的X射線衍射分析 127 凝膠膜以及煅燒后的高倍SEM分析 127 γAl2O3膜的孔徑分布分析 128 影響膜表面質(zhì)量的控制因素考察 128 合適孔徑支撐體的選擇 128 氧化鋁含量的影響 130 干燥控制劑及其用量的選擇 131 涂膜次數(shù)對(duì)成膜質(zhì)量的影響 133 干燥及煅燒制度對(duì)薄膜質(zhì)量的影響 134 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和防止薄膜開(kāi)裂數(shù)學(xué)模型的建立 136 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 136 薄膜不開(kāi)裂的數(shù)學(xué)模型的建立 138 本章小結(jié) 138參考文獻(xiàn) 140第七章 結(jié)論與展望 141 結(jié)論 141 展望 144作者在攻讀博士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文 146作者在攻讀博士學(xué)位期間所參與的項(xiàng)目 149致 謝 150第一章 緒論 引言納米材料一直就在我們身邊，像具有自我潔凈的蓮花，蓮花花面是由一層極細(xì)致的表面所組成, 此表面放大千百倍也看不出任何細(xì)孔, 因?yàn)樯徎ū砻娴慕Y(jié)構(gòu)與粗糙度為納米尺寸的大小, 如同光滑的鏡面不易沾惹塵埃, 所以污泥及飛塵都無(wú)法吸附在它的表面上；鴨毛防水也是納米現(xiàn)象,鴨毛排列非常整齊, 毛與毛之間的縫隙, 小到納米尺寸, 水分子無(wú)法穿透層層鴨毛, 但十分通氣, 因此鴨子能在水中保持身體干燥；碳灰的顆粒大約為納米尺度,能均勻涂沫,因此原始的土著人常以燃燒植物的碳灰, 涂沫在臉上, 借以恐嚇敵人、驅(qū)除猛獸。并應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了不開(kāi)裂膜制備條件的半經(jīng)驗(yàn)方程式。5. 建立了從廢料中提取的無(wú)機(jī)鹽出發(fā)，采用溶膠凝膠法制備氧化鋁納濾膜的方法。并對(duì)中間產(chǎn)物碳酸鋁銨的合成過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)