纳米氧化铁材料的制备与现代发展.
课题名称MITobj004
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2009 年10 月01 日
摘要纳米氧化铁的制备方法有沉淀法、固液气相法、水热法、凝胶—溶胶法、共混包埋法、单体聚合法等.。本文通过分析比较各种纳米氧化铁的制备方法, 水热法由于操作简单、粒子可控等优点广泛应用于自分散氧化物的制备研究中。
关键词水热法，沉淀法，固液气相法，比较
前言
定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景，因此研究纳米氧化铁有着很重要的意义。由于纳米氧化铁具有如此多的优点及其广泛的应用前景，近年来国内外研究者对其制备和应用投入了大量的研究工作。本文综述了纳米氧化铁制备方法的一些研究进展，分析了当前急需解决的问题，并对今后发展做了展望。重点介绍了水热法制备纳米氧化铁材料，以及在铁离子浓度、PH值、水解时间分别不同的情况下的水解程度。【1】
文献综述
国内外研究现状：
我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。【2】
近年来美国纳米技术研究与产品开发发展迅速。如医学领域的纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用，微电子及信息技术领域的导电聚合物在信息技术的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器，化工领域的利用纳米材料提高催化剂的效能等，都取得了很大进展。
日本科学家在2003年12月发现，当温度降到极端低时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的导电性截然相反。从
而证实了诺贝尔物理学奖获得者日本物理学家朝永振一郎关于一维金属的电阻在极端低温状态下急剧增大的“朝永理论”。这一发现为开发超微半导体等新产品提供了新思路。名古屋大学研制出一种外层为半导体、内层为导体的双层纳米管，可作为微电子元件的配线，用于薄形装置的关键部位。信州大学研制成功目前世界最小的碳纳米管，直径只有 0.4 纳米，这种纳米管可在分子等级上与树胶混合，形成高强度树胶，用于制作小型精密机械用树胶齿轮。日本NEC研制出世界最小晶体管，长度为5纳米，比最小的病毒还要小2倍。
俄罗斯科学家研制出生产能力为每小时10克的碳纳米管的技术装置。还研制出一种碳纳米管生产新方法，将酒精和甘油的混合物喷射到2000℃至3000℃的石墨棒上，制出厚度为30纳米至150纳米的碳纤维、厚度为20纳米至50纳米、长度为几米的碳纳米管。这种纳米管可用于制作连接地球和月球之间的运输线。
法国国家科研中心应用粉末冶金制成平均尺度为80纳米、机械特性极佳的纯纳米晶体铜，其强度比普通铜高3倍，而且形变时非常均匀。这是科学家首次获得具有完美弹塑性的物质，为制造常温下的弹性物质提供了十分有用的技术支持
英国谢菲尔德大学通过模拟细胞自我组装机制，使一种树状有机分子自我组装成截面约为20纳米×20纳米、含25万个原子的晶格单元。由这些晶格构建的纳米晶体结构比普通液晶晶格结构更大、更复杂，可用于制造各种分子电子学和光学材料。这是目前能够得到的最为复杂、可自我组装的超分子结构，也是光子晶体材料研制领域首次在原子级精确度上获取的纳米级结构。
以色列科学家利用生物自组装技术和碳纳米管的电子特性，首次在DNA上制造出纳米晶体管，证实利用生物技术制造无机物器件是可能的。特拉维夫大学综合就用生物技术和无机化学技术，制备出银纳米导线，可作为稳定的生物传感器和芯片的电流导体。这是世界上首次应用人工合成的方法制备离散而又均匀的纳米导线。
墨西哥国立自治大学应用物理和高科技中心从墨西哥东南部油田提取的多份原油样品中发现碳纳米管，强度是钢的100多倍，每桶原油可分离出2克。这是世界上首次在原油中发现天然碳纳米管。埃克森-美孚石油公司、壳牌石油公司已经在同墨方接触，探讨利用原油工业化生产碳纳米管的可能性。
随着科学技术的不断发展,纳米氧化铁的制备方法也在不断推陈出新,各种方法在不断进行交叉、渗透,取长补短。由于纳米氧化铁在实际应用中的优异性能,使其用途极为广泛,开发前景广阔。然而,纳米氧化铁的制备过程中处理温度高,粒子易团聚,难以分散等仍然是当今难题,尤其是在化学湿法制备过程中表现
得更为突出。如何提高纳米氧化铁粒子的分散性能和改善其表面性能;如何低成本、规模化合成纳米氧化铁,并有效控制纳米氧化铁粒子的形貌和粒径,是从事纳米材料研究的科技工作者关注的焦点和追求的目标。【3】
纳米氧化铁粒子由于具有良好的磁性、耐光性,对紫外光具有强吸收和屏蔽效应,可广泛用于新型磁性记录材料、电子、涂料、橡胶、油墨、塑料、催化剂及生物医学等领域。因此,纳米氧化铁粒子的制备日益引起科技工作者的重视,了解和掌握纳米氧化铁粒子的各种制备方法,具有十分重要的理论价值和现实意义。纳米材料的制备方法通常包括:物理方法、化学方法和综合方法,目前国内外科技工作者制备纳米氧化铁粒子通常采用各种不同的化学方法,归纳起来可分为胶体化学法、水热法、固相法、沉淀法和水解法等类型。
纳米氧化铁的应用很广泛，如下：
1、在磁性材料中的应用：磁性纳米粒子由于其特殊的超顺磁性，在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景【4】。纳米氧化铁是新型磁记录材料，在高磁记录密度方面有优异的性能，记录密度约为普通氧化铁的10倍【5】。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已经问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。软磁铁氧体在无线电通讯、广播电视、自动控制宇宙航行、雷达导航、测量仪表、计算机、印刷、家用电器以及生物医学领域均得到了广泛应用。
2、在颜料领域中的应用：用纳米氧化铁作为颜料，既保持了一般无机颜料良好的耐热性、耐候性和吸收紫外线功效等优点，又能很好地分散在油性载体中，用它调制的涂料或油墨具有令人满意的透明度。利用具有半导体特性的纳米氧化铁等做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静电屏蔽作用。将能吸收某些波长光线的透明氧化铁颜料包覆在干涉型的珠光颜料上，如与闪光铝浆混用便形成一种组合颜料(combination pigment)。用这种组合效应颜料制成的轿车闪光漆，在正视或侧视时不仅看到颜色在明度上、饱和度上或色调上有差异，而且会看到真正不同的颜色，即所谓的tOw—color效应【6】。这种漆具有很鲜艳的色彩，tow—color效应给人以丰满和富丽堂皇的质感，而且保色、保光性良好。
3、在催化领域中的应用：用纳米粒子制成的催化剂的活性、选择性都高于普通的催化剂，并且寿命长、易操作。将用纳米a—Fe2 O3。做成的空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利用太阳光进行有机物的降解可加速废水处理过程。美国、日本等对海上石油泄露造成的污染进行处理时采用的就是这种方法【7】。纳米a—Fe2 O3。已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成的催化剂。纳米a—Fe2 O3。催化剂可使石油的裂解速度提高1～5倍，以其作为燃烧催化
剂制成的固体推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1～10倍，这对制造高性能火箭及导弹十分有利。
4、在气敏材料方面的应用：根据纳米粒子的表面效应，当外界环境发生变化时，粒子表面或界面上的离子价态和电子亦发生变化的特点，可将纳米氧化铁制成灵敏的传感器，用于H2,乙醇、CO及其他有毒气体的检测。纳米a-Fe2咙是含有一定量氧空位的N型半导体材料，环境中的氧分子易俘获材料导带中的电子而吸附在晶粒表面，吸附氧的产生使晶界附近形成电子缺失层，材料电导主要由表面电子缺失层的电导贡献，即与其表面的氧解离和吸附是密切相关的。适当掺杂重金属(如Pb2+, N2+, La34, Sn4+, Ti4+, Zr4+等)可使纳米a-Fe203:的电导和灵敏度得以显著提高。掺杂Srco;也可以提高a-Fe203粉体对气体的灵敏度，闰涛等认为可能是因为S产十与Fe3+半径接近，5产十占据Fe203刚玉结构中Fe3+ 的位置而形成固溶体，从而使导电电子增多的缘故。【8】
5、在生物医学方面的应用：人们利用纳米级粒子可使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性Fe203;纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内，在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位达到定向治疗的目的，德国柏林沙里特临床医院的专家们利用癌细胞耐热性差，加热至43℃以上就死亡的特点，将纳米氧化铁微粒注入肿瘤内，并将患者置于交变磁场中，受磁场影响，肿瘤内的纳米氧化铁微粒升温至45^47`C，杀死癌细胞且不会伤及周围的正常组织。此外，纳米氧化铁在药用胶囊，药物合成，生物医学技术等领域也发挥着重要的作用，如文献【9】用纳米氧化铁制成表面功能化磁性微球，应用于核酸分离与固定化酶中。
6、在其它领域中的应用：纳米a—Fe2 O3。除了在磁性材料、颜料、催化领域得到应用外，在国民经济其它领域中也有广泛的应用前景。如用纳米a-Fe 0。制成的气敏材料，具有响应速度快、选择性强、灵敏度高、稳定性好等特点。在制备透明氧化铁时，若严格控制砷和重金属的含量，则可用于药品、食品、化妆品等方面【10】。此外，利用纳米级粒子使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性a—Fe2O3。纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内。在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位可达到定向治疗的目的。【11】
研究意义：
作为最为稳定的铁氧化物, a—Fe2 O3 因其价格低廉、无毒和环境友好等特点而具有重要的科学和技术价值。a—Fe2 O3在催化、气体传感器、吸附剂、颜料、离子交换剂和磁性元件等领域具有潜在的应用价值, 因此关于a—Fe2 O3的应用研究被广泛关注。因为a—Fe2 O3在许多催化反应中具有高的催化活性和
稳定性, 所以将其作为催化剂或催化剂载体的应用研究是最受关注的方向之一。
目前, 国内外科技工作者在制备纳米微米氧化铁上的方法上总体可分为湿法和干法。湿法多以工业绿矾、工业氯化（亚）铁或硝酸铁为原料, 采用空气氧化法、化学共沉淀法、水热法、强迫水解法、凝胶一溶胶法、微乳液法等方法制备, 干法常以拨基铁[Fe(CO)5]或二茂铁(FeCP2)为原料, 采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法(PCVD)或激光热分解法制备。分析这些制备方法不难看出, 除空气氧化亚铁盐方法外, 其他方法虽能制得形貌完好、粒径分布窄的氧化铁纳米粒子, 但由于生产成本高, 除满足一些特殊需求外, 由于原料或工艺的原因无法大规模工业化生产。
随着科学技术的不断发展，纳米氧化铁的各种制备方法还在不断交叉、渗透，不断发展。纳米氧化铁不仅具有其它纳米材料的优异性能，而且价廉，用途极广。然而，纳米氧化铁的制备过程中处理温度高、粒子易团聚、难以分散等问题一直是科技工作者所面临的难题，只有解决了这些问题才可以真正实现纳米材料的工业化。在今后时间内，如何提高超细粒子的分散性和改善粒子表面性能，并有效控制纳米氧化铁粒子的形貌和粒径，仍然是所有粉体材料科技工作者关注的焦点。【12】
研究内容：
1、沉淀法制备纳米氧化铁：
1.1 共沉淀法
共沉淀法是在制备磁性纳米粒子同时将表面活性剂或聚合物加人并产生磁性徽球的侧备方法。即先将表面活性剂或聚合物溶解, 然后依次加人Fe2+,H2O2或加入Fe2+和e3+搅拌的同时滴加性液, 通过氧化沉淀或共沉淀反应, 形成核充滋性徽球。Ccilia在制备颗粒过中加人了一定量的葡聚精, 制备出粒为8nm 分散稳定性很好的葡聚糖包覆的氧化铁纳米颗粒先将壳聚糖的溶液和含铁盐与亚铁盐溶液在激烈搅拌下混合均匀, 通氮气保护, 然后加氮水40摄氏度反应20min, 洗涤干操后制得7nm且粒度分布较窄的纳米微球等, Li等将Fe2+和Fe3+盐溶液加人到葡聚糖的水溶液中, 加热到60℃后摘加氮水发生共沉淀反应, 离心后除去上清液葡萄聚糖包覆的磁性纳米微球, 该粒子继续活化耦联抗体及量子点, 最后制得的磁性复合微球可用于免疫测定。
共沉淀法原位合成表面修饰的暇化铁纳米获粒的优点是制备方法简单, 在氧化铁成核过程中能有效地隔离和分散磁性粒子, 防止磁性粒子的团和沉积, 制得的磁性微球粒径较小几纳米到几百个纳米,比表面积大。缺点是磁性微球大小不均匀、磁响应性较差, 操作时需要较强的外加磁场且初步分离所获粒子多形
成胶束状, 豁要多次反复超声洗涤、干燥, 才可获得满意效果。
此法是目前最普遍使用的方法,它是以方程式:Fe2 + + Fe3 + + 8OH- Fe3O4 + 4H2O为原理进行的。通常是把Fe ( Ⅲ)和Fe ( Ⅱ)盐溶液以2 ∶1 (或更大)的物质的量比混合,在一定温度下加入过量(2～3倍)的NH4OH或NaOH,高速搅拌进行沉淀反应,然后将沉淀洗涤、过滤、干燥,制得尺寸为8～10 nm的Fe3O4微粒。采用中和沉淀法制备了纳米Fe3O4微粒,并得出生成纳米Fe3O4微粒必须满足R ≥ 6. 67 (根据上述反应式而确定的NaOH与铁盐投料量的物质的量比) , pH ≥11,反应温度20～80 ℃的基本条件。共沉淀法制备Fe3O4超微粉特点是:设备简单、反应条件温和、原料价格低廉、工艺流程短、易于工业化生产,且反应过程中成核容易控制、产物纯净度高。共沉淀法最大的难题是如何使纳米Fe3O4粒子分散而不团聚。为此许多学者通过加入表面活性剂包覆微粒表面等手段对共沉淀法进行了改进,以达到减少团聚的目的。未经表面处理的纳米Fe3O4粒子极不稳定,其稳定性与pH成反比,在强碱性介质中静置时立即发生聚沉,随着pH降低,稳定性有所提高,但静置几分钟后都会析出沉淀。【13】
1.2 均匀沉淀法
均匀沉淀法是在铁盐溶液中加入某种物质,使之通过溶液中的化学反应缓慢地生成沉淀剂。只要控制好生成沉淀剂的速度,就可避免浓度不均匀现象,使过饱和度控制在适当的范围内,从而控制粒子的生长速度,获得粒度均匀、纯度高的超细氧化铁粒子。常用的试剂是尿素,它在水溶液70 ℃左右发生.分解作用:CO (NH2 ) 2 + 3H2O 2NH4OH + CO2 ↑加热时水解产生CO2 ,NH+4 ,OH- ,它们促进和控制Fe3 +水解,从而达到快速均匀成核的目的。其特点是利用酸度、温度对反应物解离的影响,在一定的条件下制得前驱体,通过迅速改变溶液的酸度、温度使颗粒迅速大量生成,借助表面活性剂防止颗粒团聚,从而获得均匀分散的纳米颗粒。【14】
1. 3 水解沉淀法
通常以铁盐,如硝酸铁、硫酸铁和氯化铁等为原料,水解后得到γ - FeOOH ,经高温处理得到氧化铁粉体,粉体平均粒径在40～60 nm。但该方法只适用于单元系统,对多元系统由于各反应物水解后沉淀的速度不一样,难以获得原子尺度的均匀混合。
1. 4 还原沉淀法
采用还原沉淀法将铁离子与高分子介质聚4 - 乙烯吡啶均聚物( P4VP)和衣康酸- 丙烯酸共聚物( P IAA)在一定条件下进行交联,生成配合物并制成薄膜,用NH2 - NH2将薄膜还原后,滴加NaOH调节溶液pH,升温反应一段时间即得到产物Fe3O4微粒,粒径20～200 nm。以三氯化铁水溶液作原料,采用部分还原沉淀
法,加入一定量的Na2 SO3溶液,在剧烈搅拌下滴加氨水,调节pH为8左右,反应趋于完成。在60～80 ℃水浴中加热30 min后,将产物磁分离、洗涤和真空干燥。对产物的形貌、粒度分布、物相组成、表面包覆官能团、磁化率、分散性等进行了表征。用硅烷偶联剂修饰前后的粒度分布呈高斯正态分布, 主要集中在10 ～25 nm,主要物相为Fe3O4晶体,另外还夹杂少量γ -Fe2O3 , 分散性得到改善,磁响应性能保持良好。
1. 5 超声沉淀法
在0. 15 MPa氩气环境下, 25 ℃时,用高强度超声波辐射,从乙酸铁盐水溶液制得粒径为10 nm的纳米Fe3O4颗粒,颗粒是超顺磁性的,在室温下它的磁化强度很低。利用超声波与均匀沉淀相结合的方法,以硝酸铁和尿素为原料在烧瓶中混合均匀,并加入适量的十二烷基苯磺酸钠,置于超声波清洗器内,在80 ℃下超声振荡15 min,恒温反应1 h,进行离心分离。用去离子水超声清洗沉淀,然后用无水乙醇洗涤,所得沉淀即为氧化铁前驱体。将所制得的氧化铁前驱体在烘箱中于110 ℃干燥2. 0 h,然后置于马弗炉中在500 ℃灼烧1. 0 h,研制出长轴10 nm、短轴5 nm的α - Fe2O3 粒子。
1.6 交流电沉淀法
交流电沉淀法此方法最大的特点是能够很容易地控制产物的形貌,可制得具有与常规方法不同形貌的纳米粒子,尤其是对纳米棒和纳米管的研究意义深远。【15】
结论：纵观各种沉淀法,各有优缺点,但是主要存在以下问题:沉淀物通常为胶状物,过滤水洗较困难;沉淀剂易作为杂质残留;沉淀过程中各种成分易发生变化,从而产品难以均一,且水洗时部分沉淀物易发生溶解;处理温度高、粒子易团聚、难以分散等。只有解决了这些问题才可以真正实现沉淀法的广泛应用,纳米氧化铁的生产才能实现工业化。
2、固液气相法制备纳米氧化铁
2.1 固相法
纳米氧化物的固相制备方法有机械粉碎法和固相化学反应法。机械粉碎法是采用超微粉碎机制备超微粒, 其原理是利用介质和物料间相互研磨和冲击,以达到超细化,但很难使粒径小于100nm。固相化学反应法合成纳米氧化物是近年来发展起来的一种新方法。固相反应法将金属盐或金属氧化物按一定比例充分混合,研磨后进行煅烧,通过发生固相反应直接制备纳米级微粒,或再次研磨粉碎得到纳米级粉体。在聚乙二醇(PEG2400)存在下,于室温下研磨适量FeCl3与NaOH的混合物制备了Fe2O3纳米粒子。所得各样品用XRD、M?bssbauer谱、TEM、TG2DTA 和FT2IR等手段进行测试。固相法与其它方法相比, 合成工艺简化,成本低,并能
减少因中间步骤及高温反应引起的诸如粒子团聚、所需晶化时间长等问题。但该方法存在纯度不高, 产率低,有副产品等缺点。
2.2气相法—激光加热法
作为一种光学加热方法, 激光在许多方面得到应用。激光的利用可以说是纳米微粒制备中的一种很有特点的方法,它具有如下的优点:
(1)加热源可以放在系统外,所以它不受蒸发室的影响。
(2)不论是金属、化合物,还是矿物都可以用它进行熔融和蒸发。
(3)加热源(激光器)不会受蒸发物质的污染等。
用CO2激光热解法连续合成了γ-Fe2O3超微粒子。并用XRD和TEM图对其进行了表征, 证明粒子呈球形, 团聚很少, 平均粒子尺寸为5nm,矫顽力Hc 比球形单畴粒子的高100多倍.采用激光气相反应法,以脉冲CO2激光器为光源,Fe(CO)5/O2为反应物,合成了晶形和无定形的Fe2O3超细粉。晶形超细粉γ-Fe2O3呈多边形,粒径为12.5～100nm。无定形γ-Fe2O3细粉为球形, 粒径在5～12nm之间。γ-Fe2O3纳米粉末在形貌上呈链状,单个颗粒基本呈球形；纳米粉末的粒度均匀,平均粒径约为19nm,而且基本不存在硬团聚。
2.3液相法
液相法是在铁盐溶液中加入适当的沉淀剂来得到前驱体沉淀物, 再将此沉淀物煅烧形成相应的氧化铁陶瓷粉体。沉淀法分为铁盐的直接沉淀法和亚铁盐的氧化沉淀法。直接沉淀法由于反应速度快,所得的沉淀往往含大量的包含水, 在干燥的过程中易引起颗粒间的硬团聚。而氧化沉淀法则是由氧化过程来决定结晶速度,反应较慢,因而制得的粉体的粒径和气敏性较直
接沉淀法好。用Na2CO3代替NaOH作沉淀剂,制备了纺锤形纳米γ-Fe2O3并采用XRD和TEM对材料进行了表征,纳米Fe2O3的制备方法及进展温度下LPG有选择性检测能力(对H2的选择系数为4),并具有相当的气敏稳定性。【16】
3、其他方法
3.1空气氧化法
空气氧化法是制备超细氧化铁的最常见方法,此法可分为酸法( Ⅰ)和碱法( Ⅱ ) ,其具体工艺流程各异。酸法大致可分为如下两个阶段: ①用低于理论量的碱将亚铁离子沉淀为Fe(OH)2,通气(如空气)氧化制得晶种;②引入亚铁盐,继续通气氧化。碱法是用高于理论量的碱将亚铁离子全部沉淀为Fe(OH)2,然后通入空气至反应结束。产品质量与沉淀粒子Fe(OH)2质量及氧化转化情况密切相关。而粒子大小取决于加料速度、搅拌状况、溶液初始浓度、反应温度、添加剂等。在碱法制备情况下,FeSO4质量分数通常为5%～25%,碱量多高于理论量的50%,温度以20～40℃为宜。所得Fe(OH)2在20～40℃下氧化,使之转变成α-FeOOH
微晶。悬浮液在较高温度(如80℃)下进一步氧化、熟化。Fe(OH)2氧化过程中,用控制空气量和气体通入方式来控制α-FeOOH的粒度,也可向亚铁盐中加入诸如硅酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐、酒石酸、聚乙烯醇(质量分数0.5%)、丙三醇、丁烯醇等添加剂,使结晶成核中心增多,从而使生成的α-FeOOH的粒子微细、均匀。空气氧化法是制备氧化铁的重要方法。
3.2溶胶-凝胶法(Sol-gel)
溶胶-凝胶法是近几年发展起来的,主要以醇盐为原料,在一定的温度和条件下进行水解和缩聚反应,而随着缩聚反应的进行以及溶剂的蒸发,具有流动性的溶胶逐渐变为略显弹性的固体凝胶,然后再在比较低的温度下烧结成为所要合成的材料。凝胶的结构和性质在很大程度上决定了其后的干燥、致密程度,并最终决定材料的性能。【17】除了通过对反应过程工艺的控制来对材料进行设计外,各种化学添加剂(如SDS,SDBS)往往被引入到sol-gel反应过程中, 这些添剂可以改变水解、缩聚反应,改变凝胶结构均匀性,同时也能够控制其干燥行为。【18】以Fe(NO3)3·9H2O和Si(C2H5O)4为初始物制备了γ-Fe2O3,生成的凝胶在一周之内慢慢升温到100℃ ,为了避免生成α-Fe2O3相还要在150℃保温24h。然后以每次升高50℃并保温30min的速度升温到500℃进行煅烧。XRD观察表明其粒径为3～4nm。把FeCl2和FeCl3混合物加到碱中,然后用HClO4处理沉淀物而得到γ-Fe2O3。用聚乙烯磺酸树脂与氯化亚铁盐溶液反并在NaOH和H2O2的存在下合成了γ-Fe2O3。在硝酸铁乙二醇甲醚溶液体系中加入硅酸乙酯,用溶胶-凝胶法制备γ-Fe2O3纳米晶粉体,硅酸乙酯的加入不但加速凝胶化过程,而且有效抑制氧化铁晶粒的生长, 提高γ-Fe2O3向α-Fe2O3转变的相变温度。【19】
3.3微乳法
微乳液是被表面活性剂稳定了的热力学体系。W/O微乳液是由水、油(有机溶剂)、表面活性剂和助表面活性剂组成的，其中的水相是一个个微小的反应场，能够制备各种纳米粒子。取辛烷基苯酚聚氯乙烯醚和正己醇的混合液(3:2)50 ml，加入一定量定浓度(2％～20％)硝酸铁溶液，振荡均匀，然后加入200 ml 环己烷，振荡使其成为均匀透明的微乳液，再在搅拌下慢慢滴入被氨饱和的环己烷，使沉淀反应进行完全，继续搅拌数分钟，高速离心分离沉淀物，用乙醇洗涤三次，再用水多次洗涤，制得粒径为4 nm左右的α-Fe2O3超细微粒。以正己醇为辅助表面活性剂，适当比例的水—Triton X-100—环己烷体系可构成W/O型微乳液，再加入Fe(NO3)3或NH4OH溶液，最后制备出平均粒径在20 nm左右的α-Fe2O3粉体。【20】
3.4共混包埋法
混包埋法是将磁性超徽顺粒均匀分散在表面活性剂或聚合物中, 通过交联、
絮凝、雾化、脱水等手段使修饰剂包扭在磁性顺粒表面, 形成核一壳结构的磁性徽球, 是目前常用的制备方法之一，共混包埋法制备截性徽球主要是通过范德华力、氢健、配位键和共价健等作用将水溶性高分子物质缠绕在无机磁性倾粒表面, 形成来合物包砚的磁性徽球。安小宁等’〕用壳聚箱在溶液中共混包埋磁粉制备出高磁性的壳雍籍徽球, 并研究了包埋磁粉使用的壳聚糖与磁粉用的比例对磁性壳聚精徽粒磁性的影响, 结果表明, 磁性充菜籍徽狡的磁性与壳雍糖的用成反比。壳聚糖包彼的磁性徽球经戊二醛修饰、环氛氛丙烷交联制得高磁性壳琅糖徽位, 此徽粒与卵清蛋白共价结合得到磁性亲和吸附剂, 可应用于胰蛋白酶的亲和纯化。等〕先通过孩液共沉淀法制得氧化铁纳米粒子, 然后使用共混包埋法将一氨丙墓三乙氧基硅烷通过硅烷化反应包理到纳米粒子表面, 包极后的粒子仍具有超顺磁性和高的磁响应性, 且引人了功能基团一, 能继续俩联药物等生物分子。此法制备磁性徽球的优点是方法简单, 徽球表面不播要化学修饰就含有活性功能荃团, 可以直接偶联所偏的配体缺点是制备的磁性徽球大小难以撼制,粒径分布较宽, 形状不规则壳层中易混有杂质, 因此用于免疫侧定和细胞分离时受到很大的限制而且不同徽球的磁含也不一致, 磁强度相差颇大, 聚合物对磁核包砚不够密实, 易泄磁。【21】
3.5单体聚合法
单体聚合法：是将磁性粒子均匀分散到含有单体的溶液或乳掖中, 利用引发剂引发单体进行聚合反应, 从而生成内为磁核外为聚合物的磁性高分子微球用单体策合法制备磁性高分子徽球的方法主要有悬浮聚合、乳液雍合、分散聚合法等。等利用反相微乳液法在正己烷反相胶束的水核中制备出改性的, 粒径且分布较窄, 合成的纳米狡子表现出高的稳定性和超顺磁性, 且无及其毒, 可用于药物传输它生物医学应用。【22】采用分散聚合法, 在醉水体系和磁流体存在的情况下, 通过苯乙烯与一异丙基丙烯酞胺共聚, 合成出一热敏性磁性徽球。该徽球在水溶液中具有明显的热敏特性, 有望在生物大分子如蛋白质分离中应用。等〕利用共聚合法合成了聚丙烯酸包彼的, 通过引人狡基官能团, 可用于的纯化和分离该法的优点是制得的磁性粒子磁响应性强, 形状较规则, 大部分成圆球状, 且粒度分布较均匀, 缺点是其粒径较大, 疏水性单体聚合生成的磁性微球表面一般不含功能活性基团, 摇要通过表面化学改性才能带上活性基团。
用硫酸渣制取：用选矿方法将硫酸渣提纯，使其含铁量达到65％～66％．将该精矿与稀硫酸一起加热反应，直到反应膨胀，出现白色的CaSO。为止，冷却后过滤，得到较浑的浅红色液体。将边脚料加入到滤液中，略加搅拌后静止，待溶液中的三价铁离子转变成二价铁离子，溶液成蓝绿色为止，捞出铁皮残渣(可继续使用)并往溶液中加入载体进行除杂。将载体滤出后得到蓝色的透明溶液。
将透明溶液置于l 000 mL的中和氧化器上，加入乳化剂乳化，本次试验乳化剂用量为2000g／t镕-，在充分乳化后，逐滴加入氨水直到反应至终点，此时pH=7—7．5。生成物为浅黄色粉体FeOOH，经静止沉降，反复洗涤得到纯净的FeOOH，再经过滤烘干，粉碎，煅烧即得到超细粉体纳米氧化铁。颜色为棕红色。晶形为球状。【23】
试验中新得的氧化铁粉体的粒径还不均匀，大的近120 nm．小的不足40 nm 说明反应条件控制不理想，尚须进一步研究使其粒度基本均匀的相关条件。
4、水热法
水热反应是高温高压下在水（水溶液）或水蒸气等流体中进行有关化学反应的总称，根据反应类型不同可分为水热氧化、还原、沉淀、合成、水解、结晶等。水热法多以Fe(NO3)3，或FeCl3为原料，在一种稳定剂(如SnC14)存在下，加热至一定温度，固液分离，Fe(OH)3沉淀经洗涤重新分散于水中，调节pH值后加入反应釜，升温反应一段时间，冷却出釜后处理即得产物。
仪器：台式烘箱，721或722型分光光度计，医用高速离心机或800离心沉淀器，酸度计，多用滴管，20ml具塞锥形瓶，50ml容量瓶，离心试管，5ml吸量管。试剂：1.0mol/lFeCl3溶液，1.0mol/l盐酸，1.0mol/lEDTA溶液，1.0mol/l（NH4）2SO4溶液。
方法：
1.先将玻璃器皿清洗干净，烘干备用。
2.水解时间的影响：
按1.8*10-2mol/lFeCl3溶液、8.0*10-4mol/lEDTA的要求配制40ml水解液，通过多用滴定管滴加1.0mol/l盐酸，以酸度计监测调节溶液的PH值至2，置于50ml具塞锥形瓶中，放入105℃的台式烘箱中，观察水解前后溶液的变化。每隔30分钟取样20ml，于550ml处观察水解液吸光度的变化，直到吸光度(A)基本不变，观察到桔红色溶胶位置，绘制A-t图，约需读数6次。
3.水解液PH值的影响：
改变上述水解液的PH值，分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，用分光光度计观察水解PH值的影响，绘制A-PH图。
4.水解溶液中铁离子浓度的影响：
改变步骤2中水解液的铁离子浓度，使之分别为 2.5*10-2mol/l，5*10-3mol/l，1.0*10-2mol/l，用分光光度计观察水解液中铁离子浓度对水解的影响，绘制A-c图。
5.取上述水解液一份，迅速用冷水冷却，分为两份，一份用高速离心机离心分离，一份加入（NH4）2SO4溶液使溶胶沉淀后用普通离心机离心分离.沉淀用去离子
水洗至无氯离子为止，比较两种分离方法的效率。
6.产品的鉴定：用激光粒度测定仪测定所得氧化铁的粒度。
利用电子显微镜和X射线衍射仪对所得氧化铁进行结构分析。结果与讨论：
1.反应温度的升高，反应产物由Fe2O3 和FeOOH 相向Fe2O3 转变，说明反应温度的升高有利于形成α-Fe2O3。这是因为随着反应温度的升高，Fe3+在溶液中的水解速率相对加快，有利于形成Fe(OH)3 晶核，促进Fe2O3 晶体的生长。
2.反应时间的延长，样品的物相组成均有Fe2O3和FeOOH相，但随着时间的延长，物相中的FeOOH 相强度明显减弱，相对含量逐渐减少，说明反应时间的延长有利于纯度的提高。
3.一定的铁离子浓度范围内，随着铁离子浓度的增大，吸光度增大；超出一定的范围，则基本保持不变。
氧化铁的粉末X射线衍射光谱分析：经水热法合成的样品的粉末XRD衍射光谱图示．经PCPDF(XRD数据库)卡核实．所有品面衍射角位置都与标准卡的一致，可知所制备的纳米氧化铁为a-Fe2O3,纳米氧化铁的晶粒大小可用Seherrer公式来判断Seherrer公式：=KX／flcos0
D为平均晶粒尺寸；K为形状因子，对于不同的晶体取值不同，Fe2O3取0．89；X为x射线波长，其值为0．15406nm；p为经校正后x射线衍射峰的半高宽(扣除仪器宽的影响)；0一衍射角。根据公式Seherrer计算得粒径最小值为42．86纳米(021衍射面)最大值为83．4纳米。
用BET氮吸附法测得纳米氧化铁的比表面为16．85m2／g。
按照公式：D=6／(A·p)[I¨，式中：D为平均粒径；A为比表面积；p为密度(其值为5．2759／cm3)。计算得平均粒径为：D=6·10“／(16，85·5．275)=67．5nm。其结果与透射电镜测得的粒径以及粒度分布仪测得的数据都相吻合。
水热法制得的纳米氧化铁经粉末X一衍射表明合成样品为a—Fe2O3。样品的BET比表面测定、透射电镜和激光粒度测定表明样品的BET比表面为16．85m2／g，平均粒径为67．5nm。透射电镜测得的粒径和通过粉末X一衍射半峰宽计算以及激光粒度分布仪测得都获得了一致的测定结果。【24】
结论：
采用水热法,在不添加任何有机改性剂的条件下,成功地得到了纳米氧化铁。该法制得的粒子纯度高，分散性好,合成工艺简单；但操作复杂，对设备要求高，成本较高。
展望：,用途极其广泛,而且成本非常廉价. 随着材料科学技术的不断发展,纳米氧化铁的制备方法也在不断的推陈出新,各种方法不断进行交叉、渗透、取长补短,或许能制备出性能优异的纳米氧化铁颗粒,如气敏电极、专一高效的催化剂等. 因此在今后相当长一段时间内,如何提高超细粒子的分散性和改善粒子表面性能仍然是所有粉体材料科技工作者关注的焦点。
三氧化二铁作为一种重要的化工原料,可广泛用于建筑材料、催化剂、功能陶瓷等工业中。从世界范围内来看,氧化铁的消费量不断增加,其中70%是合成氧化铁,30%来自天然氧化铁。随着科技的发展和社会的进步,对铁氧化物的品质、制备工艺和规模提出了越来越高的要求。因此,探索适合时代要求和生产规模的铁氧化物制备的新途径,特别是无污染、低能耗、高产率的制备新途径, 一直是科学工作者追求的目标。
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纳米材料应用现状及发展趋势
NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料 应用现状及发展趋势 北京有色金属研究总院李明怡 摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。 关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势 1前言 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。 2纳米材料的结构和特性 我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界 20
纳米氧化铁
第一章综述 1.1 概述 1.1.1 氧化铁的性质 纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在-9-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造1010～纳米尺寸（新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、耐光性、磁性 和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应, 可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面, 且可望开发新的用途[2，3]。 通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）FeO ﹑FeO ﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-） 4323FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。较具实用价值的有，α- FeO32﹑β- FeO ﹑α- FeOOH﹑FeO等。43321.1.2 氧化铁的应用 1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用 在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。透铁颜料强烈吸收紫外线的特性使其可作为塑料中紫外线屏蔽剂,而用于饮料、医药等包装塑料中。纳米FeO 在32 1 静电屏蔽涂料中也有广阔的应用前景, 日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的FeO 纳米涂料。这种具有半导体特性的纳米粒子在室温下具有比常规的23氧化物高的导电性, 因而能起到静电屏蔽作用。 2 纳米氧化铁在油墨材料中的应用 透铁黄可用于罐头外壁的涂装, 透铁红油墨为红金色, 特别适合罐头内壁用, 加之透铁红耐300 ℃的高温, 是油墨中难得的颜料珍品。为提高钞票的印制质量, 往往在印钞油墨中加入纳米氧化铁颜料来保证钞票的色度和彩度等指标。 3 纳米氧化铁在着色剂中的应用 随着人们生活水平的提高, 人们越来越重视医药、化妆品、食品中使用的着色剂, 无毒着色剂成了人们关注的焦点。纳米氧化铁在严格控制砷和重金属含量的情况
纳米材料与技术思考题2016
纳米材料导论复习题(2016) 一、填空： 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束，仅能在个方向自由运动，即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的，又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面，包括、等 9.根据原料的不同，溶胶-凝胶法可分为： 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成：、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动，即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为 14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题：（每题5分，总共45分） 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象
7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响？画简图说明 1. 纳米科学技术 (Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术 2、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：纳米材料：把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料，即三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料，大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类；纳米材料有两层含义： 其一，至少在某一维方向，尺度小于100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm，如纳米晶合金中的晶粒;其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系 3、什么是纳米科技？ 答：纳米科技是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 4、什么是纳米技术的科学意义？ 答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望 5、纳米材料有哪4种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维：纳米块体 6、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应 答：小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应 量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料
纳米材料的发展及应用
课程名称：化工新材料概论姓名：邓元顺 学号：1208110201 专业：化学工程与工艺班级：化工122
浅析纳米材料的发展及应用 摘要：纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义是指纳米颗粒构成的固体材料， 其中米颗粒的尺寸最多不超过100nm。广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。【2】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命等方面的重要作用和应用前景。 Abstract：Nanometer material is the abbreviation of nano structured materials.The narrow sense refers to the solid material of nano particles, in which the size of the meter particles is not more than 100nm. Generalized refers to a variety of solid ultrafine materials which are limited by nano scale (1-100nm) in the one-dimensional direction at least in one dimension.. Nanotechnology is the most promising technology in the world today. Nano materials in mechanics, magnetism, electricity, heat, optics and life and so on the important role and the application prospect. 关键词：纳米材料纳米技术发展应用 前言：纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目。【1】美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心” 一、纳米材料的发展史 1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”
纳米金属材料的发展与应用综述
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
纳米材料科学与技术
聚合物基纳米复合材料的研究进展 摘要:本文总结了聚合物基纳米复合材料的研究进展，主要涉及纳米复合材料的制备方法、性能介绍和应用情况等方面，对聚合物基纳米复合材料的合成技术方法、不同的类型和相应性能特点进行了重点分析。对于聚合物基纳米复合材料，纳米填料的分散性、与聚合物基体的界面性能以及基体的性质都是影响其物理、热性能、机械等性能的重要参数。最后，简要介绍了目前在聚合物基纳米复合材料研究领域存在的问题，并对中国在该领域的未来发展以及纳米复材的产业化应用提出了相关建议。 关键词：纳米复合材料；聚合物；进展 Progress in Polymer Nanocomposites Development Abstract：This article summarizes some of the highlights of newest development in polymer nanocomposites research. It focuses on the preparation, properties and applications of polymer nanocomposites. The various manufacturing techniques, analysis of kinds of polymer nanocomposites and their applications have been described in detail. In the case of polymer nanocomposites, filler dispersion, intercalation/exfoliation, orientation and filler-matrix interaction are the main parameters that determine the physical, thermal, transport, mechanical and rheological properties of the nanocomposites. Finally, the recent situation of research in polymer nanocomposites was introduced and some constructive suggestions were proposed about the industrialization of polymer nanocomposites in China. Keywords：nanocomposites; polymer; progress
纳米材料及其应用前景
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米材料的制备及合成
纳米材料的合成与制备 (1) 摘要 (1) 关键词 (1) The synthesis and preparation of nanomaterials (1) Abstract (1) Keywords (1) 引言 (1) 1纳米材料的化学制备 (2) 1.1纳米粉体的湿化学法制备 (2) 1.2纳米粉体的化学气相法制备 (2) 1.2.1气体冷凝法 (3) 1.2.2溅射法 (3) 1.2.3真空蒸镀法 (4) 1.2.4等离子体方法 (4) 1.2.5激光诱导化学气相沉积法(LICVD) (4) 1.2.6爆炸丝方法 (5) 1.2.7燃烧合成法 (5) 1.3纳米薄膜的化学法制备 (5) 1.4纳米单相及复相材料的制备 (6) 2纳米材料的物理法制备 (7) 2.1纳米粉体(固体)的惰性气体冷凝法制备 (7) 2.2纳米粉体的高能机械球磨法制备 (7)
2.3纳米晶体非晶晶化方法制备 (8) 2.4深度塑性变形法制备纳米晶体 (9) 2.5纳米薄膜的低能团簇束沉积方法(LEBCD)制备 (9) 2.6纳米薄膜物理气相沉积技术 (9) 3纳米材料的应用展望 (10) 4 总结 (11) 参考文献 (12)
纳米材料的合成与制备 摘要本文综述了近年来在纳米材料合成与制备领域的一些最新研究进展，包括纳米粉体、块体及薄膜材料的物理与化学方法制备。从纳米材料合成和制备的角度出发,较系统的阐述了纳米材料合成与制备的最新研究进展,包括气相法,液相法及固相法合成与制备纳米材料;并介绍了纳米材料在高科技领域中的应用展望。 关键词纳米材料，合成，制备 The synthesis and preparation of nanomaterials Abstract This paper summarized the recent years in the field of nanometer material synthesis and preparation of some of the latest research progress, including nano powder, bulk and thin film materials preparation physical and chemical methods. From the perspective of nano material synthesis and preparation, systematically expounds the synthesis and the latest progress in the preparation of nanometer materials, including gas phase, liquid phase method and solid phase synthesis and preparation of nano materials; And introduces the application of nanomaterials in the field of high-tech prospects. Keywords nano materials, synthesis, preparation 引言 纳米材料是晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等。
纳米氧化铁材料的制备与现代发展.
课题名称MITobj004 姓名 院系 专业班级 指导教师 2009 年10 月01 日
摘要纳米氧化铁的制备方法有沉淀法、固液气相法、水热法、凝胶—溶胶法、共混包埋法、单体聚合法等.。本文通过分析比较各种纳米氧化铁的制备方法, 水热法由于操作简单、粒子可控等优点广泛应用于自分散氧化物的制备研究中。 关键词水热法，沉淀法，固液气相法，比较 前言 定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景，因此研究纳米氧化铁有着很重要的意义。由于纳米氧化铁具有如此多的优点及其广泛的应用前景，近年来国内外研究者对其制备和应用投入了大量的研究工作。本文综述了纳米氧化铁制备方法的一些研究进展，分析了当前急需解决的问题，并对今后发展做了展望。重点介绍了水热法制备纳米氧化铁材料，以及在铁离子浓度、PH值、水解时间分别不同的情况下的水解程度。【1】 文献综述 国内外研究现状： 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。【2】 近年来美国纳米技术研究与产品开发发展迅速。如医学领域的纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用，微电子及信息技术领域的导电聚合物在信息技术的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器，化工领域的利用纳米材料提高催化剂的效能等，都取得了很大进展。 日本科学家在2003年12月发现，当温度降到极端低时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的导电性截然相反。从
浅谈纳米材料应用及发展前景
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
纳米材料的制备技术及其特点
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
纳米材料研究现状及应用前景要点
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
纳米氧化铁制备及改性研究(开题报告)
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：高盛学号：P1001130908 所在学院：浦江学院 专业：化学工程与工艺 设计(论文)题目：纳米氧化铁制备及改性研究 指导教师：陈洪龄教授 2017 年3月2日
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一．课题背景及研究意义 纳米技术（nanotechnology）[1]是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。常常会表现出与其块状材料迥异的光、电、磁等物理特性及独特的化学性质，这就产生了四个方面的效应：小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应及量子尺寸效应。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。 氧化铁可用于油漆、橡胶、塑料、建筑等的着色，是无机颜料，在涂料工业中用作防锈颜料。用作橡胶、人造大理石、地面水磨石的着色剂，塑料、石棉、人造革、皮革揩光浆等的着色剂和填充剂，精密仪器、光学玻璃的抛光剂及制造磁性材料铁氧体元件的原料等。 二．课题研究方向 1氧化铁纳米颗粒的合成 氧化铁纳米材料由于其独特的超顺磁性质，成为目前生物医学领域应用较为广泛的一类纳米材料，在磁共振成像和肿瘤治疗方面有着很大的优势。合成路线可以分为三种：物理，化学和生物方法。化学方法是生产氧化铁纳米颗粒的最被引用的方法。 1.1氧化铁纳米颗粒合成的物理方法 生产氧化铁纳米颗粒的物理方法是自上而下的方法，这涉及将大颗粒制动成纳米颗粒尺寸。已经报道了生产氧化铁纳米颗粒的不同物理方法，例如粉末和球磨，以及电子束光刻方法。虽然物理方法适合于大规模生产，但是难以控制合成粒子的尺寸。 粉末和球磨法 机械粉末和球磨技术也称为机械化学或机械合金化技术。它利用冲击将微米尺寸的铁前体还原为纳米尺寸。颗粒在围绕其轴线旋转的中空圆柱壳内产生。它被作为研磨介
纳米材料与技术作业
纳米材料与技术作业 1.纳米材料按维度划分，可分为几类？ (1) 0维材料quasi-zero dimensional—三维尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。 (2) 1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。 (3) 2维材料—厚度为1 — 100 nm的薄膜。 (4) 体相纳米材料(由纳米材料组装而成)。 (5)纳米孔材料(孔径为纳米级) 2. 详细说明纳米材料有那几大特性？这几大特性的特点是什么？为什么纳米材料具有这些特性？ (1) 表面效应：我们知道球形颗粒的比表面积是与直径成反比的，故颗粒直径越小，比表面积就会越大，因此，纳米颗粒表面具有超高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧，也正是基于表面活性大的原因，纳米金属颗粒可以看成新一代的高效催化剂，储气材料和低熔点材料； (2) 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变会引起颗粒宏观物理性质的质变。特殊的光学性质：所有的金属在超微颗粒状态都呈现为玄色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等；特殊的热学性质：固体颗粒在超微细化后其熔点将明显降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为明显；特殊的磁学性质：超微的磁性颗粒可以使鸽子、海豚等生物在微弱的地磁场中辨别方向，利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，可以做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等；利用超顺磁性，可以将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体；特殊的力学性质：由于纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很轻易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。 (3)宏观量子隧道效应：处于分子、原子与大块的固体颗粒之间的超微纳米颗粒具有量子隧道效应，例如：在知道半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子的波长时，电子就会通过隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。 3.半导体纳米材料光催化特性产生的原因是什么？为什么一些半导体纳米材料的光催化特性要远远好于非纳米结构的半导体材料？ (1)光催化特性是半导体具有的独特性能之一，在光的照射下，半导体价带中的电子跃迁到导带，从而价带产生空穴，导带中产生电子。空穴具有很强的氧化性，电子具有很强的还原性；(2)光激发和产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的分离和符合这两个相互竞争的过程，因此为了提高催化效率，需要加入电子或者空穴捕获剂，纳米半导体材料相比于一般的半导体材料具有更大的比表面积，因此具有更好的催化效果。 4.详细说明零维纳米材料具有哪些优良的物理化学特性？产
纳米材料的应用和发展前景概要
一、文献调研部分（获取综述的参考文献—精读全文）1．利用中文（期刊、学位论文、会议论文）数据库，检出中文切题题录（批量），选择记录文摘格式10篇（其中学位论文要求不少于2篇、期刊论文6篇）； [1]叶灵. 纳米材料的应用与发展前景[J]. 科技资讯. 2011(20) 摘要: 很多人都听说过"纳米"这个词,但什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。着名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 [2]赵雪石. 纳米技术及其应用前景[J]. 适用技术市场. 2000(12) 摘要: 纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的前景,使得纳米技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。 [3]何燕,高月,封文江. 纳米科技的发展与应用[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2010(02) 摘要：纳米科技是21世纪的主导产业,世界各国把纳米科技的研究和应用作为战略重点。在第五次科学技术革命中,新材料家族被推上新一轮科技革命的顶峰。在新材料和新技术中,纳米材料和纳米技术无疑将成为核心材料和核心技术。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子,制造新功能器件,从而开拓人类崭新的生活模式。文章概述了纳米科技的发展过程及纳米材料的性质与制备,介绍了纳米技术在部分领域的应用,并简述了纳米技术对未来社会的巨大影响及潜在的、令人鼓舞的发展前景。 [4]何彦达. 纳米材料的应用及展望[J]. 科技风. 2010(01) 摘要：纳米材料(尺寸在1-100纳米范围内)又称超细微粒、超细粉末,是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 [5]樊东黎. 纳米技术和纳米材料的发展和应用[J]. 金属热处理. 2011(02) 摘要：<正>2005年12月在克利夫兰召开了由美国金属学会和克利夫兰纳摩网主办的美国纳米技术应用峰会。许多实体企业,如波音、福特、通用、洛克希德、蒂姆肯等公司高管出席会议和发言。会议的特点是着重于纳米。 [6]张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16) 摘要：由于独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,以下概述了纳米材料的应用与发展前景。 [7]杨萍. 多功能复合纳米材料的制备及其光分析应用研究[D]. 中国科学技术大学 2012 摘要：纳米材料具有独特的化学、物理和生物性能,引起了人们的极大关注。多功能复合结构纳米材料能够将不同功能的纳米材料整合到一个纳米器件中,从而为现代工业、生物医学