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美国科学家揭示金纳米颗粒微观结构

美国科学家揭示金纳米颗粒微观结构

表1烧结后Zr O2陶瓷微球的性能

Table1The pr operty of sintered Zr O2micr ospher es

Density/ (g#cm-3)Sphericity H ardnes s(H V)

Compressive

strength/kN

Elas tic

modulus/GPa

Fracture toughness

/(MPa#m1/2)

Thermal conductivity

/(W#m-1K-1)

6.01 1.01117

7.20.6425016.511.

图5ZrO2微球的宏观形貌(a)振动分散;(b)不加振动Fig15T he images of ZrO2ceramic microspheres

(a)vibration dis persion;(b)un vibration dispersion

佳黏度为40~50mPa#s之间,浆料固相体积分数在45%~65%之间。

(2)真空除泡的时间延长,浆料黏度增大。这是由于浆料中的水分挥发和氧阻聚作用减小共同作用的结果。

(3)引发剂的加入量影响浆料的固化时间,为了保证分散工艺的进行,合适的引发剂加入量为浆料质量的011%。

(4)将催化剂加入至二甲基硅油中,既可以有效降低浆料固化所需温度,又可以避免浆料提前固化。利用振动分散工艺可以获得尺寸分布均匀的陶瓷微球。

参考文献

[1]OM ATET E O O,JANNE M A,ST EREHL OW,et al1Gelcasting2

a new ceram ic formin g process[J]1Am Ceram Soc Bull,1991,70

(10):1641-16491

[2]YONG A C,OMAT ETE O O,JAN NE M A,et al1Gelcas tin g of

alu mina[J]1J Am Ceram Soc,1991,74(3):612-6161

[3]杨金龙,黄勇,蔡锴1制备陶瓷小球的方法和装置[P]1中国专利:

CN1468826A,20042012211

基金项目:清华大学基础研究基金资助项目(JC2007042)

收稿日期:2006212219;修订日期:2007204208

作者简介:李承亮(1982-),男,硕士研究生,主要从事注凝成型制备陶瓷微球的研究,联系地址:上海市长宁区法华镇路499弄2号301室(200052)。

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美国科学家揭示金纳米颗粒微观结构

纳米颗粒的广泛应用,并不意味着科学家对其微观结构已经了如指掌。美国科学家的一项最新研究,揭开了科研中经常用到的一种金纳米颗粒的神秘面纱。

由于金的活动性弱且对空气和光线都不敏感,实验室中常用金纳米颗粒作为示踪剂,比如探测样本中是否存在某种DNA或者蛋白质。为防止不同金纳米颗粒的原子之间形成化学键,科学家经常在金纳米颗粒表面覆盖一层保护性分子层,最常用的是含硫分子团。如果改造这些含硫分子团,使其具有特殊的绑定位点或者荧光标记,观察和区分金纳米颗粒将更加容易。

尽管如此,科学家对金纳米颗粒的结构却没有清晰的认识,有人认为金纳米颗粒是胶质的,形状杂乱、大小不一,还有人认为它们是具有同一尺寸和结构的离散分子。

在最新的研究中,美国斯坦福大学Roger Kornberg领导的小组成功制备出有单层硫醇保护的金纳米颗粒晶体,并利用X射线结晶学技术,对它们的精确结构进行了成像。值得注意的是,制备晶体和确定结构一样,都是突破性的进展。

研究人员发现,他们研究的金纳米颗粒由102个金原子和44个硫醇分子组成,其中金原子排列成球状。三维高清图像表明,金纳米颗粒中心的原子排列与金块中相差无几。不过,该中心周围却环绕着两个/盖子0,每个都由15个轻微扭曲的金原子组成。此外,与一些模型中预测硫醇分子团直接与金表面绑定不同,硫醇分子团会与最外层的金原子结成一体,它再与最中心金原子发生微弱的相互作用。

研究人员还注意到,金纳米颗粒是手性的,这与金原子和硫醇分子团的排列有关。

研究人员认为,新研究有望最终打消人们对纳米颗粒及其毒性的疑虑。美国佐治亚理工学院的Robert Whetten表示/如果一种物质的组成和结构得到确定,化学家可能会以截然不同的方式对其进行处理。这是一项应该被写入教科书的重要发现。0

66材料工程/2007年12期

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

水溶性金纳米棒

金纳米材料是纳米材料的一类,就目前而言,其种类虽然没有磁性纳米材料的丰富,但也有越来越多的金纳米材料开始被广泛应用,本次就分享其中的一种—水溶性金纳米棒。 金纳米棒由于其独特的表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)性质及良好的生物相容性被广泛地应用于生物医学领域。相比于其他金纳米结构,金纳米棒的SPR峰随长径比的增高向近红外区红移。根据长径比不同,金纳米棒的水溶液呈现出蓝色、棕色、棕红色等颜色。由于可见光不容易穿透生物组织,而高长径比的金纳米棒在近红外区对光的吸收和散射能力都很强,因此对于皮下组织的癌症治疗是很好的选择。金纳米棒在药物载体、肿瘤诊断、激光热疗、光声成像、计算机断层扫描(CT)成像等研究有广泛的应用。 水溶性金纳米棒的制备方式一般有三种。第一种是模板法,即在表面活性剂水溶液中,采用电化学和光化学还原法可在多孔氧化铝、聚碳酸酯膜或碳纳米管模板制备金纳米棒,然后通过溶解模板可释放出其中的纳米棒。这种方式制备的

金纳米棒其纳米林的直径会受模板孔径的限制,比较均匀,缺点则是纳米棒的长度难以精确控制。 第二种是电化学合成法,即在一个双电极电化学反应池中,以Au片作为阳极提供金原子,不同链长的阳离子表面活性剂提供棒生长所需的模板,整个反应体系处于超声状态。以该法合成的金纳米棒,其长径比(AR)可通过调节电流密度进行调控,在电极表面上生成的金纳米棒是在超声作用下进入溶液的。 第三种是种子生长法是在金纳米棒的合成方法中较为常用方法。一般主分为两步:首先制备小粒径(3 ~4 nm)的球形金纳米颗粒种子,然后在棒状胶束溶液中让制备的金纳米颗粒生长成棒状。种子生长法使整体的反应速率及生长速率均得以提高;并且其产物的粒径能够通过改变生长液中金盐与纳米颗粒种子的摩尔比例进行控制。 上述是对水溶性金纳米棒的相关介绍,下面介绍一家研发生产纳米材料的公司。南京东纳生物科技有限公司是一家集产学研于一体的高新技术型企业,主要

关于纳米材料和纳米结构的研究

关于纳米材料和纳米结构的研究 发表时间:2019-07-18T12:27:02.667Z 来源:《科技尚品》2018年第11期作者:于涵 [导读] 纳米材料问世后,各国科学家都开始对这种物质进行研究,国家关于纳米材料和纳米结构的研究也始终没有停止,现如今,中国在纳米材料和纳米结构方面的研究水平已经进入了国际先进行列。本文基于纳米材料和纳米结构,针对纳米材料在催化科学、分析分离科学、光电材料科学的应用展开了全面的分析。 宣化一中 引言:近年来,国际上关于纳米材料和纳米结构的研究不断发展,出现了很多新的研究热点,包括:半导体芯片、癌症诊断、光学材料等。随着研究的深入,未来将会有更多的纳米产品问世。将纳米材料和纳米结构和其他技术相结合,开拓新的思路,可以让纳米材料和纳米结构的适用性得到进一步提高。 一、纳米材料和纳米结构 纳米中主要包括两个部分,分别为:纳米晶粒和晶粒界面,晶界原子的比例极大是纳米最为突出的结构特征,此外,纳米晶界原子结构较为复杂,所以纳米中的晶界结构一直都是研究的重点,很多学者都提出了不同的模型学说,但纳米材料中的境界微观结构一直都没有形成一个统一的模型。不仅是因为晶界结构较为复杂,也是因为晶界结构会受到多种因素的影响,导致同一块材料中也会有不同的差异性。由于纳米结构上的特殊性和不稳定性,让纳米材料形成了很多的特殊性能。不仅如此,纳米材料的物理化学性能和绝大部分物体的物理化学特性都不同,其中最为典型的就是催化性能和光学性能这两个性能。比如,纳米材料在作为光催化剂使用时,因为纳米本身的粒径较小,所以可以到达表面的纳米粒子数量较多,光催化效率也就相对提高。随着时间的发展,科学技术的不断提升,对纳米的研究也就进一步深入,现如今,纳米材料中的线性光学性质以及晶体材料的光伏特性、发光效应也是纳米光学性质的研究热点问题。 二、纳米材料在不同科学行业中的应用 (一)纳米材料在催化科学中的应用 由上文可知,纳米材料的催化性能较优,因此在催化科学中得到了广泛的应用。近年来,含银催化剂在电催化水裂解、海水电解产氯气等方面都有着良好的应用,而采用海水电解产氯气的方式可以更好的减低能耗,这其中最为关键的环节就是制作合成出高效的含银催化剂[1]。采用自上而下的纳米颗粒制备方法,可以制作出一种稳定的银纳米颗粒,经过研究发现,这种纳米材料具有着较高的银卤素比例,应用在海水电解产氯气的过程中,可以有效催化氯气产生,而且这种纳米材料的催化活性较高。在调控催化纳米管时,也可以采用这种纳米材料,这种材料因其本身的性能较优,现如今已经在材料科学、传感器科学的研究中得到了广泛应用。(二)纳米材料在分析分离科学中应用 金纳米粒子作为纳米材料在分析分离科学中的应用效果一直较好,经常被用于检测物质,通过金纳米粒子的聚集和分散,观察体系溶液颜色的变化,就可以进行分析检测,这其中就利用了金纳米粒子的比色传感理论。此外,在传感领域也具有着一定的应用前景,将金纳米粒子和其他常见的应用物质进行结合,可以在分析分离科学中得到进一步的应用,从根本上提高检测结果的准确性。小分子凝胶是一种新型的功能材料,这种软材料可以利用分子间的相互作用,形成一个微纳米网络结构,根据分子在空间构型上的微小差别,会形成不同尺寸的微纳米网络结构。比如:检测二价汞离子的过程中,可以利用这种小分子凝胶体系进行灵敏检测,不仅如此,这种凝胶体系还可以检测水中汞离子。 (三)纳米材料在光电材料科学中应用 除了上述两个方面以外,纳米V型刚棒-线团分子以及双稳态功能轮烷分子梭在光电材料科学中都有着一定的应用。近几年,纳米材料在光电器材方面的应用得到了科研工作者的广泛关注,纳米材料在水中的自组装行为,在光电材料中科学、纳米材料科学、超分子化学以及主客体化学中都有着广泛的应用,利用这一性能形成的纳米V型刚棒-线团分子在水中就可以完成自组装行为。而稳态功能轮烷分子梭的设计和制备,在发展有机光电功能超分子体系中发挥着重要的作用。因此,在催化材料、光子晶体、药物控制输送等领域中都可以看见单分散核/壳纳米复合材料的身影,通过对具有单分散核/壳纳米复合材料性能的卟啉纳米金纳米粒子形成过程的研究,可以发现这种复合性的纳米粒子在构筑光电器件山发挥着重要的作用,且比其他复合材料具有着更大的光电流,光电性能也较为稳定。此外,这种复合材料的制备方法较为简单,生产便捷,因此大范围应用[2]。 总结:综上所述,纳米结构和纳米材料在科学行业中植根深远,在很多方面中都会发挥着重要的作用,作为一种市场前景广阔的新材料,国家应该进一步投入人力和资金展开研究,并且作为重点研究开发项目。二十一世纪,纳米技术会成为一种决定性技术,加强其在不同领域中的发展,可以推动国家科学领域的进步。 参考文献: [1]赵然. 博士论文-铀钍氧化物纳米材料和铀酰-异金属配位聚合物的合成、结构和性质研究[J]. 2016. [2]马佳文. 碳纳米材料与金属复合结构中空位缺陷产生和作用机制的理论研究[D]. 2016.

金纳米棒的制备简史(四)——晶种法

金纳米棒的制备简史(四)——晶种法 2016-04-13 12:44来源:内江洛伯尔材料科技有限公司作者:研发部 晶种法制备可控长径比金纳米棒 晶种生长法是目前制备金纳米棒最成熟的方法.Murphy小组在柠檬酸盐保护的情况下,用硼氢化钠还原氯金酸溶液,得到直径3.5 nm的球形金纳米粒子,然后精细调控生长条件,如最优化C16TAB(十六烷基三甲基溴化铵)和抗坏血酸的浓度,通过两步或三步晶种法制得了高长径比的金纳米棒,棒的产率大约为4%.随后,他们改进了这一方法,仅仅调节反应的pH值,就使高长径比金纳米棒的产率提高到90%.El-Sayed小组进一步改进了这种方法.他们用CTAB代替柠檬酸盐封端的金纳米粒子作晶种,克服了先前方法的一些缺点和限制(如形成非棒状,φ形纳米粒子以及大量的球形粒子).此外,在单组份表面活性剂体系中,通过调节生长溶液中银量即可得到长径比在1.5-4.5之间的金纳米棒.为获得长径比为4.6-10的金纳米棒,则需要N-十六烷基-N,N-二甲基苄基氯化铵(BDAC)和CTAB混合使用.在Murphy小组和EI-Sayed小组工作的基础上,人们又进行了一些改进和调整.主要集中在各种参数的变化,如晶种陈化时间,晶种浓度或生长溶液中金离子量与晶种的比例,温度,不同性质的表面活性剂等. Michael等用硝酸代替硝酸银,得到的金纳米棒尺寸均一,直径19-20nm,长度400-500nm,平均长径比21-23.他们认为,与硝酸造成的轻微pH变化相比,硝酸根离子的存在对棒的形成影响更大. Zijlstra等利用无晶种生长途径,在高达97°C的条件下制得了金纳米棒.与晶种生长法中晶种异处制备相反,此处的晶种原位生成.即在剧烈搅拌的情况下,往生长溶液中快速注入硼氢化钠,成核与生长会在5s 后发生. 尽管具体的制备方式有差异,但晶种生长法的基本原理可以表述为:制备出小尺寸的金纳米粒子作为晶种,然后生长溶液中的金离子在这些晶种上还原沿特定晶面生长得到金纳米棒.晶种法对设备的要求比较低,且反应温和,能扩大生产,是目前制备金纳米棒最成功的方法.

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

金纳米棒的制备

金纳米棒的制备 2016-05-02 13:05来源:内江洛伯尔材料科技有限公司作者:研发部 金纳米棒的制备由于贵金属在医学,光学及其他运用场景下发挥的作用与其形貌特征有很大的关系。以往对于金等贵金属主要是从制备纳米球形的方向入手,这是最简单,最容易控制成核及尺寸的,但是棒状金纳米材料在其优异的性能影响下,越来越的研究也开始了。人们发现金纳米棒的尺寸和晶体结构的差异对于应用有着显著的影响,对金纳米棒合成的有效调控直接决定着其后续应用研究的效果。 采用模板法,电化学法,种子生长法和无种子生长法对金纳米棒进行制备,采用TEM等对金纳米棒进行深入的研究发现:电化学合成的金纳米棒具有单晶结构,这是经典的银离子辅助合成金纳米粒子,在无银离子辅助条件下合成的金纳米棒具有五重孪晶结构,这与银离子辅助条件下合成的单晶结构差别很大。研究发现,一旦种子长到一定的尺寸,孪晶层积缺陷便会产生以降低体系的表面能。影响金纳米棒生长,行核的关键因素主要有表面活性剂,卤化物,溴化物,他们决定着金纳米棒粒子的行核机制和生长尺寸等。同样,对于制备的金纳米棒粒子来说,分离纯化也是一个重要的过程。目前合成出来的产物中还存在着一定程度的形状和尺寸多分散性,因此需要进一步纯化产物,目前常用的分离方法是离心分离,它的一个重要作用是除去溶液中未反应的原料,如过量的CTAB,此外离心还有助于进行形状分离与长径比分离,由于颗粒的直径对其沉降速率影响最大,因此直径越大越容易沉降。另外对于分离纯化高长径比的金纳米棒也是一个重要的过程,目前主要利用重力沉降,静置10-12h后,纳米棒和纳米片沉降于离心管底部,球形颗粒仍留在液体中,将底部的产物取出分散后,加入复合物Au(Ⅲ)/CTAB,利用氧化刻蚀速率的形状依赖性,可使片状颗粒体积减少40%并转变为圆形的纳米盘,而纳米棒体积只减少20%。

纳米材料的表面界面问题

纳米材料的表面、界面问题 目录 摘要 (2) 1 纳米粒子和纳米固体的表面、界面问题 (3) 纳米微粒的表面效应 (3) 纳米固体的界面效应 (3) 纳米材料尺度效应导致的热学性能问题 (4) 纳米材料尺度效应导致的力学性能问题 (4) 纳米材料尺度效应导致的相变问题 (4) 2. 金属纳米材料的表面、界面问题 (5) 高性能铜(银)合金中的高强高导机理问题 (5) 金属复合材料的强化模型和物理机制问题 (5) 原子尺度上的Cu/X界面研究 (6) 3 纳米材料表面、界面效应的研究成果综述 (9) 参考文献 (11)

摘要 纳米材料包含纳米微粒和纳米固体两部分,纳米微粒的粒子直径与电子的德布罗意波长相当,并且具有巨大的比表面;由纳米微粒构成的纳米固体又存在庞大的界面成分。强大的表面和界面效应使纳米材料体现出许多异常的特性和新的规律,这些特性和规律使其展现出广阔的应用前景。其中,在宏观尺度上制造出具有纳米结构和纳米效应的高性能金属材料,并揭示这些材料的组织演化特征以实现功能调控,是金属材料学科面临的重大科学问题和需要解决的核心关键技术。本文将对纳米材料的表面、界面效应进行介绍并重点阐述金属纳米材料界面、尺度与材料塑变、强化关系的研究进展。 关键词:纳米材料;表面效应;复合材料 、

1 纳米粒子和纳米固体的表面、界面问题 纳米粒子是指颗粒尺度在范围的超细粒子,它的尺度小于通常的微粉,接近于原子簇。是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子[1]。只能用高倍的电子显微镜进行观察。最早日本名古屋大学上田良二教授给纳米微粒下了一个定义:用电子显微镜能看到的微粒被称为纳米微粒[2]。 纳米固体是由纳米微粒压制活特殊加工而成的新型固体材料,它可以是单一材料,也可以是复合材料。纳米固体最早是由联邦德国萨尔兰大学格莱特等人在80年代初首先制成的。他们用气相冷凝发制得具有清洁表面的纳米级超级微粒子,在超高真空下加压形成固体材料。 纳米微粒的表面效应 随着微粒粒径的减小,其比表面积大大增加,位于表面的原子数目将占相当大的比例。例如粒径为5nm时,表面原子的比例达到50%;粒径为2nm时,表面原子的比例数猛增到80%;粒径为1nm时,表面原子比例数达到99%,几乎所有原子都处于表面状态。庞大的表面使纳米微粒的表面自由能,剩余价和剩余键力大大增加。键态严重失配、出现了许多活性中心,表面台阶和粗糙度增加,表面出现非化学平衡、非整数配位的化学价,导致了纳米微粒的化学性质与化学平衡体系有很大差别,我们把这些差别及其作用叫做纳米微粒的表面效应[3]。 从电镜研究中也可以看出,由于强烈的表面效应使得纳米微粒的微观结构处于不断地变化之中。 纳米固体的界面效应 由纳米微粒制成的纳米固体,不同于长程有序的晶态固体,也不同于长程无序短程有序的非晶态固体,而是处于一种无序状态更高的状态。格莱特认为,这类固体的晶界有“类气体”的结构,具有很高的活性和可移动性。从结构组成上看它是由两种组元构成,一是具有不同取向的晶粒构成的颗粒组元,二是完全无序结构各不相同的晶界构成的界面组元。由于颗粒尺寸小,界面组元占据了可以与颗粒组元相比拟的体积百分数。例如当颗粒粒径为5-50nm时构成的纳米固体,

纳米材料特性

《纳米材料导论》作业 1、什么是纳米材料?怎样对纳米材料进行分类? 答:任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称作纳米材料。它包括体积分数近似相等的两部分:一是直径为几或几十纳米的粒子,二是粒子间的界面。纳米材料通常按照维度进行分类。原子团簇、纳米微粒等为0维纳米材料。纳米线为1维纳米材料,纳米薄膜为2维纳米材料,纳米块体为3维纳米材料,及由他们组成的纳米复合材料。 按照形态还可以分为粉体材料、晶体材料、薄膜材料。 2、纳米材料有哪些基本的效应?试举例说明。 答:纳米材料的基本效应有:一、尺寸效应,纳米微粒的尺寸相当或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等特征尺寸时,周期性的边界条件将被破坏,声、光、电、磁、热力学等特征性即呈现新的小尺寸效应。出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移; 磁有序态转为无序态;超导相转变为正常相;声子谱发生改变等。例如,纳米微粒的熔点远低于块状金属;纳米强磁性颗粒尺寸为单畴临界尺寸时,具有很高的矫顽力;库仑阻塞效应等。二、量子效应,当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时,必须考虑量子效应,随着金属微粒尺寸的减小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道,能隙变宽的现象均称为量子效应。例如,颗粒的磁化率、比热容与所含电子的奇、偶有关,相应会产生光谱线的频移,介电常数变化等。 三、界面效应,纳米材料由于表面原子数增多,晶界上的原子占有相当高的 比例,而表面原子配位数不足和高的表面自由能,使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来,从而具有很高的化学活性。引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化;纳米微粒表面原子运输和构型的变化。四、体积效应,由于纳米粒子体积很小,包含原子数很少,许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质加以说明,即称体积效应。久保理论对此做了些解释。 3、纳米材料的晶界有哪些不同于粗晶晶界的特点? 答:纳米晶的晶界具有以下不同于粗晶晶界结构的特点:1)晶界具有大量未被原子占据的空间或过剩体积,2)低的配位数和密度,3)大的原子均方间距,4)存在三叉晶界。此外,纳米晶材料晶间原子的热振动要大于粗晶的晶间原子的热振动,晶界还存在有空位团、微孔等缺陷,它们与旋错、晶粒内的位错、孪晶、层错以及晶面等共同形成纳米材料的缺陷。 4、纳米材料有哪些缺陷?总结纳米材料中位错的特点。 答:纳米材料的缺陷有:一、点缺陷,如空位,溶质原子和杂质原子等,这是一种零维缺陷。二、线缺陷,如位错,一种一维缺陷,位错的线长度及位错运动的平均自由程均小于晶粒的尺寸。三、面缺陷,如孪晶、层错等,这是一种二维缺陷。纳米晶粒内的位错具有尺寸效应,当晶粒小于某一临界尺寸时,位错不稳定,趋向于离开晶粒,而当粒径大于该临界尺寸时,位错便稳定地存在于晶粒 T 内。位错与晶粒大小之间的关系为:1)当晶粒尺寸在50~100nm之间,温度<0.5 m

3.1 金纳米粒子性质

金纳米粒子性质 1 金纳米粒子类型 不同形状的金纳米粒子对应着不同的应用目的。目前为止,人们已经制备了多种不同形状的金纳米粒子,主要有棒状,球状,壳状,笼状,多面体,星状等,不同形状的金纳米粒子有着自身独特的优势。例如棒状的金纳米粒子具有良好的光热性能,而笼状的金纳米粒子更适合于内部物质的负载等。 根据金纳米粒子的尺寸可以将其分为金纳米团簇及金纳米晶,通常来说,金属粒子具有一定的导电性,而当金纳米粒子的尺寸小于2 nm时,金纳米粒子的性质由原来的金属导电性质变为了绝缘体性质,因此这个尺寸被称为临界尺寸。通过这个临界尺寸可以将金纳米粒子分成两类:尺寸小于2 nm的金纳米粒子,被称为金纳米团簇;而金粒子的粒径尺寸大于2 nm时,通常被称为金纳米晶。 2 金纳米粒子特性 块状的金在通常被认为是惰性金属,而纳米金却显示出了区别于宏观尺寸的高活性。金纳米粒子作为纳米材料中的贵金属纳米粒子的一类,金纳米粒子除了具有纳米材料的普遍特性之外还具有自身独特的性质,主要表现在以下几个方面: 2.1 表面等离子体共振特性 有较高的比表面积,其表面自由电子较多,自由电子受到原子核的正电荷束缚较小,电子云在表面自由运动,当表面的电子云产生相对于核的位移时,来自电子和核之间的库仑引力会产生一个恢复力,从而产生表面电子云的震荡,振荡频率由四个因素决定:电子密度、有效电子质量电荷分布的形状和大小。表面等离子体(surface plasmons),又被称为表面等离子体激元,是由于金属粒子表面的自由电子的集体谐振而产生。当金属纳米粒子被一定波长的光照射后,入射的光子与表面自由电子相互作用,入射的光子与金属表面自由电子耦合后产生的疏密波。当入射光的振动频率与金属粒子表面的自由电子谐振频率相同时产生的共振被称为表面等离子体共振。 金纳米粒子的表面等离子体共振对光子产生的吸收能够使用UV-vis-vis光谱检测,通过不同的吸收峰值反映金纳米粒子的形貌,大小等特性,实心球形的金纳米粒子具有一个单峰,不同尺寸的金纳米粒子具有的峰位不同,而金棒具有两个典型的吸收峰,分别为横向和纵向,而笼状的金粒子的吸收峰也有别于球状和棒状,而即使同为球形金粒子,壳层结构的金粒子的吸收峰也有很大的区别。金纳米粒子的这种表面等离子体共振特性被广泛应用与检测,传

纳米材料和纳米结构

纳米材料和纳米结构 1.纳米微粒尺寸的评估 在进行纳米微粒尺寸的评估之前,首先说明如下几个基本概念: (1)关于颗粒及颗粒度的概念 (i)晶粒:是指单晶颗粒,即颗粒内为单相,无晶界。 (ii)一次颗粒:是指含有低气孔率的一种独立的粒子,颗粒内部可以有界面,例如相界、晶界等。 (iii)团聚体:是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒。团聚体内含有相互连接的气孔网络。团聚体可分为硬团聚体 和软团聚体两种。团聚体的形成过程使体系能量下降。 (iv)二次颗粒:是指人为制造的粉料团聚粒子。例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒。 纳米粒子一般指一次颗粒,它的结构可以是晶态、非晶态和准晶,可以是单相、多相结构。只有一次颗粒为单晶时,微粒的粒径才与晶粒尺寸(晶粒度)相同。 (2)颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说,颗粒尺寸(粒径)是指其直径。对不规则颗粒,尺寸的定义常为等当直径,如体积等当直径、投影面积直径等。 粒径评估的方法很多,这里仅介绍几种常用的方法。 A 透射电镜观察法 用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布。 该方法是一种颗粒度观察测定的绝对方法,因而具有可靠性和直观性。首先将那米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上,待悬浮液中的载液(例如乙醇)挥发后,放入电镜样品台,尽量多拍摄有代表性的电镜像,然后由这些照片来测量粒径。测量方法有以下几种:(i)交叉法:用尺或金相显微镜中的标尺任意的测量约600颗粒的交叉长度,然后将交叉长度的算术平均值乘上一统一因子(1.56)来获得平均粒径;(ii)测量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度,颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。(iii)求出颗粒的粒径或等当半径,画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图,将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。用这种方法往往测得的颗粒粒径是团聚体的粒径,这是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时,首先需用超声波分散法,使超微粉分散在载液中,有时候很难使它们全部分散成一次颗粒,特别是纳米粒子很难分散,结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体,在观察时容易把团聚体误认为是一次颗粒。电镜观察法还存在一个缺点就是测量结果缺乏统计性,这是因为电镜观察用的粉体是极少的,导致观察到的粉体的粒子分布范围并不代表整个粉体的粒径范围。 B X射线衍射线线宽法(谢乐公式) 电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。X射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。当颗粒为单晶时,该法测得的是颗粒度。颗粒为多晶时,测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。这种测量方法只适用晶态的纳

最新纳米结构与纳米材料25个题目+完整答案资料

1.什么是纳米材料?其内涵是什么?(从零、一、二、三维考虑) 2.纳米材料的四大效应是什么?对每一效应举例说明。 3.纳米材料的常用的表征方法有哪些? 4.用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求?从它们的图像中能够得到哪些基本信息? 5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点?如何利用? 6.在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节?气相合成大致可分为哪四种?气相成核理论的机制有哪两种? 7.溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的? 8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理,可获得密度不同的碳纳米管阵列(也叫纳米森林),简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度? 9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛,下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。请用Scherrer 方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸(XRD测试时所用的 = 1.5406?,锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3)(默写出公式并根据图中的数据来计算)。 10.氧化物或者氮化物纳米材料具有许多特殊的功能,请以一种氧化物或者氮化物为例,举出其三种主要的制备方法(用到的原料、反应介质、主要的表征手段)、主要用途(与纳米效应有关的用途)、并介绍这种物质的至少两种晶相。 11.举出五种碳的纳米材料,阐述其一维材料与二维材料的结构特点、用途。 12.简述纳米材料的力学性能、热学性能与光学性能有怎样的变化? 13.什么叫化学气相沉积法,它与外场结合又可衍生出哪些方法?简述VLS机制。 14.纳米半导体颗粒具有光催化性能的主要原因是什么?光催化有哪些具体应用 15.利用机械球磨法制备纳米颗粒的主要机制是什么?有何优、缺点? 16 何为“自催化VLS生长”?怎样利用自催化VLS生长实现纳米线的掺杂? 17.液相合成金属纳米线,加入包络剂(capping reagent)的作用是什么? 18.何为纳米材料的模板法合成?它由哪些优点?合成一维纳米材料的模板有哪些? 19.试结合工艺流程图分别说明氧化铝模板的制备过程以及氧化铝模板合成纳米线阵列的过程 20.从力学特性、电学特性和化学特性来阐述碳纳米管的性质,它有哪些主要的应用前景? 21.如何提高传统光刻技术中曝光系统的分辩率? 22.试比较电子束刻蚀和离子束刻蚀技术的异同点和优缺点。 23.比较极紫外光刻技术和X射线光刻技术的异同。 24.何为纳米材料的自组装?用于制备纳米结构的微乳液体系一般有几个组成部分? 25 何谓“取向搭接Oriented attachment”“奥斯德瓦尔德熟化Ostwald ripening”?

纳米材料论文

纳米材料的特性与应用 摘要:纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚爱好。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学特性,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。 关键词:纳米材料特性应用 1. 纳米发展简史 1959年,着名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。 1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.什么是纳米材料 纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000-8000nm,人体红细胞的直径一般为3000-5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。 一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 3. 纳米材料的特性 广义地说,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1-100nm)或由他们作为基本单元构成的材料。 3.1表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时,微粒包含4000个原子,表面原子占40%;粒子直径为1纳米时,微粒包含有30个原子,表面原子占99%。主要原因就在于直径减少,表面原子数量增多。再例如,粒子直径为10纳米和5纳米时,比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象,如金属纳米粒子在空中会燃烧,无机纳米粒子会吸附气体等等。 3.2小尺寸效应

金钯核壳结构纳米结构制备

N,N-B i s(2-hydroxyethy l)-2-am i noethanesu lf on i c Ac i d-ass i sted L i qu i d-phase Growth o f Au@Pd Core-She ll Nanopart i c l es w i th H i gh Cata l yt i c Act i v i ty We i Zhang,Hu i p i ng Zhao,Zhong Lu,Fengx i Chen,*and Rong Chen* Schoo l o f Chem i stry and Env i ronmenta l Eng i neer i ng,Wuhan Inst i tute o f Techno l ogy,Wuhan430073,P.R.Ch i na (E-ma il:rchenhku@w i https://www.docsj.com/doc/769071849.html,,f xchen@w i https://www.docsj.com/doc/769071849.html,) Au@Pd core-she ll nanopart i c l es were success f u ll y synthes i zed v i a sequent i a l reduct i on o f Au(III)and Pd(II)sa l ts w i th BES at room temperature.The Au@Pd nanopart i c l es exh i b i ted s i gn i?cant l y h i gher cata l yt i c act i v i ty f or var i ous Suzuk i react i ons than monometa lli c Pd or Au nanopart i c l es.S i ze-dependent cata l yt i c act i v i ty was a l so observed,i.e., the Au@Pd nanopart i c l es o f<10nm showed h i gher act i v i ty. REPRINTED FROM Vol.44No.102015p.1371–1373 CMLTAG October5,2015 The Chemical Society of Japan

金纳米棒的制备和应用

金纳米棒的制备及其在生命科学 上的应用 第一章研究背景 金属纳米微粒的研究,尤其是对其形貌可控制备及其相关应用的性质和应用研究一直是材料科学以及相关领域的前沿热点。非球形的金纳米颗粒如棒、线、管及核壳结构相继被成功合成,其各种性质不仅仅依赖于尺寸而且还依赖于拓扑结构,其中金纳米棒(gold nanorods,GNRs)是最受关注的一类。 金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。金是一种贵金属材料,化学性质非常稳定,金纳米颗粒沿袭了其体相材料的这个性质,因此具有相对稳定,却非常丰富的化学物理性质。金纳米棒拥有随长宽比变化,从可见到近红外连续可调的表面等离子体共振波长,极高的表面电场强度增强效应(高至107倍),极大的光学吸收、散射截面,以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质,金纳米棒在材料科学界正受到强烈的关注,并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究。 第二章 GNRs的制备及修饰 2.1 GNRs的制备 近年来,对于金纳米棒的合成已经研究出来许多有效的方法。主要分为晶种生长法,模板法,电化学法和光化学法等不同方法制备出分散性好颗粒均匀的金纳米棒。

2.1.1 晶种法 晶种法研究的时间最长,因此研究的最深入。晶种可以是球型金纳米粒子,或者是短的金纳米棒。晶种法合成金纳米棒可以分为三个步骤:晶种的制备、生长液的配置、金纳米棒的生成。 1 种子制备:将5mL 0.50 mM氯金酸(HAuCl4)溶液与5 mL 0.2M 十六烷基溴化铵(CTAB)混合,加入0.6 mL 冰冻的0.01 M 硼 氢化钠(NaBH4)溶液,搅拌 2 min 后 25℃静置2h。 2 生长溶液制备:向反应容器中依次加入5mL 0.20 M CTAB,5 mL 1 mM HAuCl4, 0.5 mL硝酸银(AgNO3), 0.07 mL 0.10 M 抗坏血酸(AA),搅拌 2 min。 3 GNRs制备:在生长溶液中加入0.012 mL种子溶液,搅拌2min后 28℃,静置3h,得到充分生长的GNRs。 在生长过程中纳米棒的纵横比可以通过改变晶种与金属盐的比例进行控制。在随后的研究中,通过调节溶液的 pH 也可改善纳米棒的合成。对于长的金纳米棒的制备,侧需使生长液中同时存在一定比例的CTAB 与 BDAC。另外通过控制 CTAB 浓度,也能进一步还原并获得高纵横比的金纳米棒。而 Danielle K. Smith等报道应用不同厂家生产的CTAB都会对金纳米棒的制备产生影响。一定范围内Ag+的加入量能控制金纳米棒的纵横比,提高金纳米棒的产率。这种方法设备要求低,制备过程简单,改变反应物浓度就可改变纵横比,使用最广泛。 2.1.2 模板法 模板法是指用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板,使前驱体进入后在模板的孔壁上反应,结合电化学沉淀法、溶胶凝胶法和气相沉淀法等技术,形成所需的纳米棒。模板法具有良好的可控制性:通过对模板尺寸的控制,可以制备出粒径分布范围窄、粒径可控、反应易于控制等贵金属纳米颗粒。 Martin等最早利用模板法制备金纳米棒,利用金纳米棒的生长空间受限的原理,来合成金纳米棒。van der Zande等发展了该方法,利用电化学沉积法将金沉积在纳米多孔聚碳酸酯或氧化铝模板内,先喷上少量的导电基底,再电沉积金,随后去除模板,加入PVP以保护和分散金纳米棒,具体的制备流程如图1所示。邵桂妮等利用HAuCl4以柠檬酸三钠为还原剂,利用在多孔氧化铝(AAO)模板中浸泡金溶胶,制备出一维金

美国科学家揭示金纳米颗粒微观结构

表1烧结后Zr O2陶瓷微球的性能 Table1The pr operty of sintered Zr O2micr ospher es Density/ (g#cm-3)Sphericity H ardnes s(H V) Compressive strength/kN Elas tic modulus/GPa Fracture toughness /(MPa#m1/2) Thermal conductivity /(W#m-1K-1) 6.01 1.01117 7.20.6425016.511. 图5ZrO2微球的宏观形貌(a)振动分散;(b)不加振动Fig15T he images of ZrO2ceramic microspheres (a)vibration dis persion;(b)un vibration dispersion 佳黏度为40~50mPa#s之间,浆料固相体积分数在45%~65%之间。 (2)真空除泡的时间延长,浆料黏度增大。这是由于浆料中的水分挥发和氧阻聚作用减小共同作用的结果。 (3)引发剂的加入量影响浆料的固化时间,为了保证分散工艺的进行,合适的引发剂加入量为浆料质量的011%。 (4)将催化剂加入至二甲基硅油中,既可以有效降低浆料固化所需温度,又可以避免浆料提前固化。利用振动分散工艺可以获得尺寸分布均匀的陶瓷微球。 参考文献 [1]OM ATET E O O,JANNE M A,ST EREHL OW,et al1Gelcasting2 a new ceram ic formin g process[J]1Am Ceram Soc Bull,1991,70 (10):1641-16491 [2]YONG A C,OMAT ETE O O,JAN NE M A,et al1Gelcas tin g of alu mina[J]1J Am Ceram Soc,1991,74(3):612-6161 [3]杨金龙,黄勇,蔡锴1制备陶瓷小球的方法和装置[P]1中国专利: CN1468826A,20042012211 基金项目:清华大学基础研究基金资助项目(JC2007042) 收稿日期:2006212219;修订日期:2007204208 作者简介:李承亮(1982-),男,硕士研究生,主要从事注凝成型制备陶瓷微球的研究,联系地址:上海市长宁区法华镇路499弄2号301室(200052)。 p 美国科学家揭示金纳米颗粒微观结构 纳米颗粒的广泛应用,并不意味着科学家对其微观结构已经了如指掌。美国科学家的一项最新研究,揭开了科研中经常用到的一种金纳米颗粒的神秘面纱。 由于金的活动性弱且对空气和光线都不敏感,实验室中常用金纳米颗粒作为示踪剂,比如探测样本中是否存在某种DNA或者蛋白质。为防止不同金纳米颗粒的原子之间形成化学键,科学家经常在金纳米颗粒表面覆盖一层保护性分子层,最常用的是含硫分子团。如果改造这些含硫分子团,使其具有特殊的绑定位点或者荧光标记,观察和区分金纳米颗粒将更加容易。 尽管如此,科学家对金纳米颗粒的结构却没有清晰的认识,有人认为金纳米颗粒是胶质的,形状杂乱、大小不一,还有人认为它们是具有同一尺寸和结构的离散分子。 在最新的研究中,美国斯坦福大学Roger Kornberg领导的小组成功制备出有单层硫醇保护的金纳米颗粒晶体,并利用X射线结晶学技术,对它们的精确结构进行了成像。值得注意的是,制备晶体和确定结构一样,都是突破性的进展。 研究人员发现,他们研究的金纳米颗粒由102个金原子和44个硫醇分子组成,其中金原子排列成球状。三维高清图像表明,金纳米颗粒中心的原子排列与金块中相差无几。不过,该中心周围却环绕着两个/盖子0,每个都由15个轻微扭曲的金原子组成。此外,与一些模型中预测硫醇分子团直接与金表面绑定不同,硫醇分子团会与最外层的金原子结成一体,它再与最中心金原子发生微弱的相互作用。 研究人员还注意到,金纳米颗粒是手性的,这与金原子和硫醇分子团的排列有关。 研究人员认为,新研究有望最终打消人们对纳米颗粒及其毒性的疑虑。美国佐治亚理工学院的Robert Whetten表示/如果一种物质的组成和结构得到确定,化学家可能会以截然不同的方式对其进行处理。这是一项应该被写入教科书的重要发现。0 66材料工程/2007年12期

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