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纳米材料制备与应用

纳米材料制备与应用
纳米材料制备与应用

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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他们作为基本单元构成的具有特殊性能的材料。

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(1)零维:指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米颗粒、原子团簇等。

(2)一维:指在空间三维中有两维尺度处于纳米尺度,如纳米线、纳米带、纳米棒、纳米管等。

(3)二维:指在空间中有一维处于纳米尺度,如纳米片、薄膜等。

原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体,是介于单个原子与固态之间的原子集合体。其粒径小于或等于1 nm,如Fen, CunSm, CnHm(n和m均为整数) 和碳族(C60, C70和富勒烯等)。原子团簇既不同于具有特定大小和形状的分子,也不同于分子间以弱相互作用结合而成的聚集体以及周期性很强的晶体。原子团簇的形状可以是多种多样的,它们尚未形成规整的晶体,除了惰性气体外,都是以化学键紧密结合的聚集体。

幻数:当团簇随着所含原子数目n在某个特定值n=N,团簇特别稳定,此时的N值就是团簇的幻数。

C60是一种碳的原子团簇。60个碳原子构成像足球一样的32面体,包括20个六边形,12个五边形。

C60制备:电弧法,两个石墨棒在抽真空通氦气下靠近并放电,气化出C等离子体,再合并形成C60.

纳米颗粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒,它的尺寸大于原子团簇,小于通常的微粉。一般粒径在1-100 nm之间。

二维纳米材料:石墨烯、过度金属二硫化物、Co(OH)2。

纳米孔材料:孔径在1-100 nm且具有显著表面效应的多孔材料。d<2 nm,微孔(microporous)、2 nm 50 nm,大孔(macroporous)

金刚石与石墨的性能差别原因:金刚石与石墨中碳原子的成键方式不同,前者按四面体成键形成三维原子晶体,后者片状,剩余一个自由电子,可导电。

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碳纳米管又称巴基管,属富勒烯碳系,是由单层或多层石墨片层卷曲而成的无缝纳米级管。

分类:单壁碳纳米管、多壁碳纳米管(2-50层)

碳纳米管制备方法主要有:电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法(碳氢气体热催化分解法),固相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以及聚合反应合成法。

电弧法方法同前:优点:4000K的高温碳纳米管最大程度地石墨化,管缺陷少。缺点:电弧放电剧烈,难以控制进程和产物,合成物中有杂质,难分离。

化学气相沉积法(CVD)在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板,在800 ~ 1200度的条件下,气态烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体,可以离开反应体系,得到纯度比较高的碳纳米管,同时温度亦不需要很高,相对而言节省了能量,成本低,产率高。但是制得的碳纳米管管径不整齐,形状不规则,并且在制备过程中必须要用到催化剂。

特性:优良的导电、导热性能,储氢性能、力学性能。

二维石墨烯:即厚度只有一个碳原子的单层石墨。强度高,比表面积大、导电导热性能好。

制备方法:机械剥离法(Mechanical exfoliation)化学氧化还原法(Chemical reduction of graphite oxide)液相剥离法(Liquid-phase exfoliation)化学气相沉积(CVD)晶体外延生长法(Epitaxial growth on SiC)有机合成法(Organic synthetic Protocols)电解石墨、等离子体刻蚀法

机械剥离法(Mechanical exfoliation)

通过外力将石墨层片间的范德华力破坏,可以从石墨上直接将石墨烯剥离下来。或将石墨与另一固体表面相互摩擦也可分离出石墨烯。

此方法操作简单,石墨烯质量好,但产量极低。

化学氧化还原法(Chemical reduction of graphite oxide)

化学氧化还原法是一种可以大量制备graphene的方法,从石墨开始首先通过剧烈氧化,破坏石墨层间强范德华力,进而得到很容易剥离成单层的石墨烯氧化物,再经过还原作用制备单层graphene。

优点:可大规模制备,过程易操作,成本低,易于修饰;

缺点:但产品质量较低,缺陷多,性能相对较差。

液相剥离法(Liquid-phase exfoliation)

从石墨开始,通过插层作用增大石墨层间距,再通过超声或溶剂作用将石墨层剥离,制备单层或多层的石墨烯。

优点:可大量制备,质量相对较高,成本低;

缺点:处理时间长,消耗大量有机溶剂,产率较低。

化学气相沉积法

是制备大尺寸、高质量石墨烯的最省钱方法之一。

晶体外延生长法(Epitaxial growth on SiC)

超高真空下将4H-SiC或6H-SiC加热到1300℃以上,SiC晶体表面的Si原子被蒸发后,碳原子发生重构,就可以在单晶Si(0001)面上外延生长出石墨烯。

特点:可控,高质量,实现碳集成电路的最佳途径;但成本较高,产量低。该方法可以制备单层和双层石墨烯,但难以大面积制备,条件较苛刻。

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纳米材料制备方法:自上而下、自下而上。气、液、固相制备方法

液相方法:1沉淀法2 溶胶-凝胶法3水热溶剂热法4 微乳液法5 模板法1沉淀法:直接沉淀法(单一金属盐溶液)、共沉淀法(两种或多种离子组成的混合金属盐溶液)(顺序—向金属盐溶液中加沉淀物、反序—反过来、并流—同时加盐和沉淀物)、均匀沉淀法、金属盐水解

直接沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂,在一定的条件下生成沉淀析出,沉淀经洗涤、干燥和热分解等处理工艺后得到纳米粉体。

共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子,它们以均相存在于溶液中,加入沉淀剂,经沉淀反应后,可得到各种成分的均一的沉淀,它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物纳米粉体的重要方法。沉淀物为单一化合物或单相固溶体时,称为单相共沉淀;沉淀产物为混合物时,称为混合物共沉淀。

均匀沉淀法是不外加沉淀剂,而是利用某一化学反应使沉淀剂在溶液内缓慢地生成,消除了沉淀剂的浓度局部不均匀性。

成核与生长:当晶核的成核速率小于晶核的生长速率时,有利于生成粒径较大的晶粒;当晶核的成核速率大于晶核的生长速率时,则有利于形成粒径较小的纳米颗粒。为了得到纳米颗粒,要控制晶核的成核速率大于生长速率,即要使反应在瞬间大量成核。

胶体(colloid):是一种均匀混合物,含有两种不同状态的物质,一种是分散的,另一种是连续的。胶体是一种分散质粒径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系,分散质粒子直径一般在1~100nm。

溶胶:具有液体特征的胶体体系,按照分散介质状态不同分为气溶胶(烟扩

散在空气中)、液溶胶(Fe(OH)3)和固溶胶(有色玻璃、水晶)。

溶胶性质:溶胶的运动性质——布朗运动,溶胶的光学性质——丁达尔现象溶胶中分散相发生聚沉的条件:加入电解质(豆浆-豆腐)、加热、辐射以及溶胶本身的一些因素

凝胶(Gel):溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接,形成空间网状结构,结构空隙中充满了分散介质,这样一种特殊的分散体系称为凝胶,没有流动性,骨架空隙中充有大量分散介质。

溶胶-凝胶法就是用金属醇盐或无机盐的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解和缩聚反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系。溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构,其间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。凝胶再经过低温干燥,脱去溶剂而成为一种多孔空间结构的干凝胶或气凝胶,最后经过干燥、烧结固化制备出无机材料。

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水热法:是指在密闭体系中,以水做溶剂,在一定温度(100-1000℃)和压强(1-100MPa)条件下,利用溶液中物质化学反应所进行的合成。

溶剂热法:是在水热法的基础上发展起来的一种新方法,将水热法中的水换成有机溶剂(如:醇类、有机胺、四氯化碳或苯等)。用以制备在水溶液中难以生长、易氧化、易水解或对水敏感的材料,如碳化物、硼化物、氟化物等。

水热与溶剂热合成与固相合成的差别在于“反应性”不同。这种“反应性”不同主要反映在反应机理上,固相反应的机理主要以界面扩散为其特点,而水热

与溶剂热反应主要以液相反应为其特点。

通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无法制得的物相或物种,或者使反应在相对温和的溶剂热条件下进行。

在水热与溶剂热条件下可以使反应发生,与该条件下溶剂的物化性质密切相关。

在高温高压水热体系中,水的性质将产生下列变化:蒸汽压升高(提供反应压力)、表面张力变小、粘度下降(水的粘度下降使溶液中的分子和离子的活动性增强,在溶液中扩散速率增加,从而加快反应速率。)、密度降低、离子积升高(即使是在常温常压不溶于水的矿物或有机物的反应,也能诱发离子反应或促进反应。)、介电常数降低(在通常情况下,电解质在水中完全解离,而在水热条件下,随着温度的上升,水的介电常数下降,电解质趋向于重新结合,不能更为有效地分离。)。

水热条件下水的作用:有时作为化学组分参加反应;反应和重排的促进剂;起压力传递介质的作用;提高反应物的溶解度。

反应釜:恒温烘箱、马弗炉

填充度是指反应混合物占密闭反应釜空间的体积分数。实验中既要保持反应物处于液相传质的反应状态,又要防止由于过大的填充度而导致过高的压力。实验中,填充度一般控制在60-80%。

微乳液:是由水、油、表面活性剂(有时存在助表面活性剂)等四种组分以适当比例组成的透明、各向同性、低粘度的热力学稳定体系,分散相粒子直径在0.01-0.2 μm 。

W/O型(油包水):微乳液由油连续相、水核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜三相结构。

O/W型(水包油):微乳液由水连续相、油核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜三相结构。

双连续型:其中水相和油相均不是球型,而是类似于水管在油相中形成的网络。

微乳液法:是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的微乳液,使纳米颗粒的成核、生长等过程局限在一个个微小的液滴内,从而制备出

纳米颗粒。液滴类似于一个个微型反应器。

正相微乳液法:水包油型O/W 反相微乳液法:油包水型W/O

表面活性剂(surfactant):是一种在很低浓度即能显著改变溶液的表面性能或状态的物质称为表面活性剂。改变表面性能包括降低溶剂表面张力、润湿、乳化、分散、起泡、增溶等。

表面活性剂结构:

反胶束:表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中,当其浓度超过临界胶束浓度(CMC)时,在有机溶剂内形成的胶束叫反胶束(reversedmicelle),或称反相胶束。

表面活性剂的清洁原理:洗涤衣服所使用的洗涤剂是一种表面活性剂。当用洗涤剂来洗涤衣物或织物时,表面活性剂中一端的亲油基与油脂类分子之间有较强的相互作用而进入油污中,另一端的亲水基与水分子之间存在较强的作用力而溶于水中。这样通过洗涤剂分子使水分子包围了油污,降低了油污与织物之间的表面张力,再经过搓洗、振动便可除去衣物或织物上的油污。

实验室常用的两种表面活性剂SDS: 十二烷基硫酸钠CTAB: 十六烷基三甲基溴化铵

在微乳液中形成纳米材料有下列三种机理:

(1) 共混法-融合反应机理

将两种分别溶有反应物的微乳液混合,此时胶团颗粒间发生碰撞,水核内物质的交换或传递引起核内化学反应,于是在其中生成水核尺寸大小的纳米颗粒。

(2) 直接加入法-渗透反应机理

首先制备溶有物质A的微乳液,向其中加入反应物B,经过扩散和渗透通过表面活性剂膜进入水核中,反应得到纳米粒子。

(3) 一种反应物在微乳液的水核中,然后以光照或者加热的方法,使反应物分解或缩合,从而制备纳米粒子。

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模板法:采用微观有序排列为模板,在这些有序排列下可控地限制目标产物的生长,以获得所需产物的方法。

分为硬模板和软模板

除了理想的微孔或孔道大小、形态、尺寸分布和密度外,模板材料必须符合一些要求。

第一,模板必须符合加工条件。例如,在电化学沉积中,模板要求电绝缘。

第二,沉积材料或溶液必须润湿微孔的内壁。

第三,对于纳米线和纳米棒的合成,沉积应从模板通道的底部或端部开始,从一面到另一面进行。对于纳米管的生长,沉积应该从孔壁向内进行。

第四,其它一些控制因素,包括纳米线或棒是否容易从模板中取出和实验过程是否容易控制。

多孔氧化铝模板(AAO)

利用AAO模板制备纳米材料两种典型方法:

电化学沉积,也叫电沉积,可以理解为一种特殊的电解造成电极上固体物质的沉积。

电泳沉积:利用胶体中分散质粒子的带电特性在电场中运动以沉积:

电化学沉积与电泳沉积的区别在于,前者要求模板不导电,是电解,而后者要求模板导电,是电场吸引。

成核与生长及熟化的控制:

(1) 成核阶段控制

对于纳米晶粒的液相生长,要想获得单分散纳米颗粒成核过程是关键。对于

大量制备尺寸统一的纳米颗粒,成核必须尽可能在短的时间内以爆发的方式发生,

这样成核和生长才能分开,一致的生长环境可以造就尺寸一致的纳米颗粒。因此

必须降低成核所要克服的能量,使成核相对容易,也会增加成核数量,同时在成

核之后迅速使溶液中单体消耗殆尽或改变外部反应条件终止反应,这可以使得颗

粒不能长大。想要促进成核,使成核半径减小,那么可以通过增加反应体系的△

Gv,或者减小表面能σ来实现。然而,对于一般确定的反应,△Gv很难有多少

改变,但可以通过添加表面活性剂来减小界面张力。

(2) 生长阶段控制

若使用的反应物活性极高,可在瞬间完成成核,之后进行同样的生长过程,但这并不是任何一个反应体系都可以实现的。而且活性极高的反应物往往会使原料的制备不易、成本上升、存在储存和实验的安全问题等等。因此,要想在温和条件下得到完美的纳米晶体,就必须改进制备方法。

调节生长阶段的方法是使用表面活性剂,通过表面活性剂在固液界面的吸附来抑制某些活性晶面的生长,而有助于其他晶面的生长,从而实现对生长过程的调控。(产生钝化层也可以限制生长)

(3) 熟化阶段控制

熟化过程是在沉淀形成之后的一个溶解——再沉积的过程。由于小颗粒具有更大的溶解度,熟化的过程就是小颗粒溶解、大颗粒长大的过程,但这一过程对于尺寸和形貌影响非常大。因为这一过程的存在,通过熟化过程合成的纳米颗粒的最小维度尺寸一般也都在数十纳米以上。稀土纳米线和纳米管的控制合成的发展非常鲜明地体现出熟化过程在产品形貌方面的巨大影响。把稀土可溶性盐用NaF或NaOH沉积之后,通过水热熟化过程可以转化为纳米管、纳米线和类富勒烯结构。形貌的控制还可以通过调节反应体系的水热温度、值等反应条件来实现。

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程,与之相对的是物理气相沉积(PVD)。

上述三种方法分别是:常压、低压和等离子体增强方法。

PECVD:是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离,通过辉光放电在局部形成等离子体,而等离子化学活性很强,很容易发生反应,在基片上沉积出薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行,利用了等离子的活性来促进反应,这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

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固相反应经历四个阶段,即扩散—反应—成核—生长。

高能球磨法得到小尺度固体粉末。

单分散纳米材料是指尺寸及形状严格均一、且在特定介质中具有良好分散能力的纳米材料。

制备单分散纳米材料的常用方法

(1) 高温热解法(可理解为水热法)

(2) 界面相转移-相分离策略

(3) 有机配位溶剂中无机化合物的热解

(4) 正相微乳技术(水包油)

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一维纳米材料的合成方法主要有气相沉积法、表面活性剂辅助的液相法、水热溶剂热法和模板法等。

根据其控制材料各向异性生长的方式是利用催化剂或模板还是利用晶体本身各向异性晶体结构,主要可以分为:

(1) 基于VLS机制(气-液-固)的催化生长法

(2) 模板限制法

(3) 表面活性剂辅助的动力学控制法

(4) 利用物质结构各向异性的直接生长法

VLS方法的具体步骤:催化剂金属溶解—气相反应物分子融入形成合金—合金浓度增大,反应物饱和析出—长大(有个催化剂金属液滴帽子)

蒸发-冷凝过程也称为气相-固相(VS)过程。可以通过自发生长制备纳米线、纳米带、纳米管和纳米棒,其驱动力是由再结晶或过饱和度减小所引起的吉布斯自由能的减小。纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带的形成源于其中的各向异性生长。

VLS与VS的主要区别在于,前者利用的是催化剂来控制晶体的生长方向(有一个小帽子),后者是源于晶体自身的各向异性生长。

A.物质结构各向异性导向法

B. 金属液滴控制生长

C. 模板限制生长

D. 利用吸附剂动力学控制

E. 零维纳米颗粒自组装

F. 一维微米尺度减小到一维纳米尺度

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什么是纳米结构?

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,按一定规律构筑或营造一种新的体系,它包括一维、二维、三维体系,这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇或量子点、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米片以及纳米尺寸的孔洞等。

纳米结构组装体系的划分:

驱动力是靠外因还是靠内因:人工组装、自组装。

按组装的对象来分:零维纳米粒子的组装,一维纳米材料的组装,二维纳米片的组装及多种组分的组装。

纳米结构的自组装体系的形成有两个重要条件:一是有足够数量的非共价键或氢键存在,这是因为这些键都比较弱,只有足够量的弱键存在,才能通过协同作用构筑成稳定的纳米结构体系;二是自组装体系能量较低,否则很难形成稳定的自组装体系。

LB膜技术:用特殊的装置将不溶物膜按一定的排列方式转移到固体支持体上组成的单分子层或多分子层膜。

LBL(层层自组装)最初利用带电基板(substrate)在带相反电荷中的交替沉积制备聚电解质自组装多层膜

一维纳米材料的组装方法

LB膜、微流控、鼓泡、电场、机械力、磁场、蒸发、电纺丝。

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纳米材料常用的形貌分析方法主要有:

1.1 透射电子显微镜(transmission electron microscope; TEM)

1.2 扫描电子显微镜(scanning electron microscope; SEM)

1.3 扫描隧道显微镜(scanning tunnel microscope; STM)

1.4 原子力显微镜(atomic force microscope; AFM)

显微镜的分辨率与光的波长成正比,只有采用波长比较短的光源,才能获得较高的放大倍数,电子波正是这样一种理想的光源。光学显微镜中,可见光的波长在380~760nm之间。

可见只要提高加速电压就可以得到波长很短的电子波,从而提高电子显微镜的分辨率。

TEM的结构

TEM一般是由电子光学系统、真空系统与供电控制系统三大部分组成。

TEM的工作原理:由电子枪发射出来的电子束,在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜,通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑,照射在样品室内的样品上;透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息,样品内致密处透过的电子量少,稀疏处透过的电子量多;经过物镜的会聚调焦和初级放大后,电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像,最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上;荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。

在物镜的背焦面形成衍射花样—晶体结构分析

在物镜的相平面形成显微图像—微观形貌分析

电子枪可分为热阴极电子枪(阴极利用加热高温溢出电子,阳极加速)和场发射电子枪(利用一级阳极吸引电子,二级阳极加速)。热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6);而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射。

电镜的几个镜都是电磁透镜

电子衍射花样(下图)

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扫描电子显微镜(SEM)的成像原理和光学显微镜或透射电子显微镜不同,它是利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描,与样品相互作用产行各种物理信号,这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号,最后在荧光屏上显示反应样品表面各种特征的图像。

配制能谱仪还可以利用所产生的特征X射线对试样进行定性和定量化学成分分析。

入射电子能99%转变为热能,1%的入射电子能量,将从样品中激发出各种有用的信息,它们包括:二次电子、背散射电子、透射电子、特征X射线、俄歇电子等信号。

扫描电子显微镜组成:是由电子光学系统,信号收集处理、图像显示和记录系统,真空系统三个基本部分组成。

扫描探针显微镜(scanning probe microscope, SPM)。

扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、激光力显微镜(LFM)、磁力显微镜(MFM)、静电力显微镜(EFM) 等都属于扫描探针显微镜(scanning probe microscope, SPM)。

扫描探针显微镜的基本原理:

控制探针在被检测样品的表面进行扫描,同时记录下扫描过程中探针尖端和样品表面的相互作用,从而得到样品表面的相关信息。其分辨率取决于控制扫描的定位精度和探针尖端的大小。

STM的原理正是基于现代量子理论的隧道效应,让一个金属针尖距导体样品表面足够近(<1 nm),在针尖和样品上加上一个电压,电子有一定几率透过两个电极之间的真空,从一极流向另一极,形成隧道电流(要求被测材料必须是导体或半导体)。借助于电子仪器和计算机,可把隧道电流及其变化转化为样品的表面形貌。

因此利用电子线路控制隧道电流为恒定,并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面扫描,则探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出样品的表面起伏,恒电流模式。

也可以保持针尖与样品表面之间的高度不变,记录隧道电流随扫描位置的变化,恒高度模式。

原子力显微镜(AFM)(既可测量导体又可非导体)的设计思想是:一个对力非常敏感的微悬臂,其尖端有一个微小的探针,当探针轻微地接触样品表面时,由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲,将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大,就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。

主要有以下3种操作模式:接触模式(contact mode) –排斥力,精度高,可能损坏样品和探针,非接触模式( non -contact mode) ,样品不会被破坏,而且针尖也不会被污染,特别适合于研究柔嫩物体的表面。这种操作模式的不利之处在于要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水,它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥,将针尖与表面吸在一起,从而增加尖端对表面的压力。敲击模式( tapping mode) 。敲击模式介于接触模式和非接触模式之间。悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡,针尖仅仅是周期性地短暂地接触/ 敲击样品表面。这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。因此当检测柔嫩的样品时,AFM的敲击模式是最好的选择之一。一旦AFM开始对样品进行成像扫描,装置随即将有关数据输入系统,如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等,用于物体表面分析。同时,AFM 还可以完成力的测量工作,测量悬臂的弯曲程度来确定针尖与样品之间的作用力大小。

AFM系统三个部分:力检测部分、位置检测部分、反馈系统。

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纳米材料常用的结构分析方法主要有:

2.1 X射线衍射法(X-ray diffraction; XRD)

纳米材料常用的成分分析方法主要有:

2.2 原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectroscopy; AAS)

2.3 电感耦合等离子体发射光谱法(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer; ICP-AES)

X射线的本质是一种电磁波,具有波粒二象性

X射线的产生:高速运动着的电子突然被阻止时,伴随着电子动能的消失或转化,会产生X射线。

X射线连续谱:不同能量的电子轰击靶材时产生的光子能量不同,形成连续谱,最大电子能量对应一个最小波长(短波长下限),加速电压越大,下限越小,管流越强,靶材的原子数越大,光子强度越大。

X射线特征谱:当加速电压达到一定强度后才会产生,一定材料的阳极具有一确定的临界电压(开始出现尖峰时的电压),可用来识别元素,因此也称为标识谱。

①特征X射线谱具有特定波长,且波长取决于阳极靶材料的原子序数,只有当管压超过某一特定值时才产生特征X射线谱。

②特征X射线的绝对强度随X射线管电压和电流的增大而增大。

③特征X射线产生的根本原因是原子内层电子的跃迁。

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

纳米材料的制备方法

1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应,在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法,因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜,也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料,而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式,选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式.主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维,但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在,才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气,国际上主要采用乙炔,但也采用许多别的碳源气体,如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时,使用含铁催化剂,多数得到多壁碳纳米管;使用含钴催化剂,大多数的实验得到多壁碳纳米管;过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管,铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外,两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用,不仅可以提高催化剂的性能,而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时,将适量金属铽与铁混合,可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而,包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体,乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理,并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体,以钴和钒为催化剂,仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源,铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀,纯度高,粒度小,分散性好,化学反应活性高,工艺可控和连续,可对整个基体进行沉积等优点。此外,化学气相沉积法因其制备工艺简单,设备投入少,操作方便,适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此,化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺,广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属,氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之,随着纳米材料制备技术的不断完善,化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。

纳米材料用在哪方面

纳米技术是新世纪一项重要的技术,为多个行业带来了深远影响。纳米技术包含几个方面:纳米电子学,纳米生物学,纳米药物学,纳米动力学,以及纳米材料。其中,纳米材料主要集中在纳米功能性材料的生产,性能的检测。其独特性使它应用很广,那么,纳米材料用在哪方面呢 1、特殊性能材料的生产 材料科学领域无疑会是纳米材料的重要应用领域。高熔点材料的烧结纳米材料的小尺寸效应(即体积效应)使得其在低温下烧结就可获得质地优异的烧结体(如SiC、WC、BC等),且不用添加剂仍能保持其良好的性能。另一方面,由于纳米材料具有烧结温度低、流动性大、渗透力强、烧结收缩大等烧结特性,所以它又可作为烧结过程的活化剂使用,以加快烧结过程、缩短烧结时间、降低烧结温度。例如普通钨粉需在3 000℃高温时烧结,而当掺入%%的纳米镍粉后,烧结成形温度可降低到1200℃-1311℃。复合材料的烧结由于不同材料的熔点和相变温度各不相同,所以把它们烧结成复合材料是比较困难的。 纳米材料的小尺寸效应和表面效应,不仅使其熔点降低,且相变温度也降低了,从而在低温下就能进行固相反应,获得烧结性能好的复合材料。纳米陶瓷材料的制备通常的陶瓷是借助于高温高压使各种颗粒融合在一起制成的。由于纳米材料粒径非常小、熔点低、相变温度低,故在低温低压下就可用它们作原料生产出质地致密、性能优异的纳米陶瓷。纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能,它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应,这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域,并将会对高技术和新材料的开发产生重要作用。 2、生物医学中的纳米技术应用 从蛋白质、DNA、RNA到病毒,都在1-100nm的尺度范围,从而纳米结构也

纳米材料的制备方法及其研究进展

纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群,微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重,所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合,纳米材料具有大量的界面,晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应,量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性,使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值,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年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法

又称为物理气相沉积法,是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体,然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下,对蒸发物质进行真空加热蒸发,蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法,研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控,纯度较高,可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质,在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源,使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源,使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高,粒度均匀,是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法,同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材,成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒,母材一般选用该金属的氧化物,如用电子束照射 Al2O3 后,表层的Al-O 键被高能电子“切断”,蒸发的Al原子通过瞬间冷凝,形核、长大,形成Al的纳米微粒,但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法

电化学在制备纳米材料方面的应用

电化学在制备纳米材料方面的应用 摘要:应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类,着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法,并对其应用前景做了展望。 关键词:电化学纳米材料电沉积 1 前言 纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指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。当材料的粒子尺寸小至纳米级时,材料就具有普通材料所不具备的三大效应:(1)小尺寸效应,指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时,其周期性的边界条件将被破坏,光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应;(2)表面效应,指纳米微粒表面原子与总原子数之比。纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小,表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加,原子配位不足及高的表面能,使得这些表面原子具有高的活性,极不稳定,使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性;(3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。研究发现,一些宏观量,如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应,称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应,才使它表现出:(1)高强度和高韧性;(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点;(3)异常的导电率和磁化率;(4)极强的吸波性;(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。 自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。 由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。 目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中,机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高,生产成本高;化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域,同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质,但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。 应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比,电化学制备方法主要具有以下优点:1、适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多;2、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控,在技术上困难较小、工艺灵活,易于实验室向工业现场转变;3、常温常压操作,避免了高温在材料内部引入的热应力;4、电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长,可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。 电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理,并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法 与传统的纳米晶体材料制备相比,电沉积法具有以下优点:(1)晶粒尺寸在1~100 nm内;(2)

纳米科技与纳米技术

纳米技术 1510700224 韦甜甜纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,也称毫微技术,研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。 1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。 利用纳米技术将氙原子排成IBM纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。 在我国,纳米技术早已融入到大众的生活了,包括很多涂料、纤维材料、燃料、高分子合成和纺织品加工处理技术等等。其实纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。 纳米技术内容 1、纳米材料 当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。 如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。 过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,像铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。 这一特性,主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。 2、纳米动力学 主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.

纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用

纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用 【摘要】目前纳米技术应用广泛,在高强金属材料应用方面尤为突出。本文针对现有主要几种纳米增强金属材料制备工艺方法进行概述并比较,讨论其优缺点。最后还探讨了纳米相增强制备技术未来的发展趋势和改进方向,并对纳米结构材料应用领域和前景进行展望。 【关键词】纳米增强制备方法优缺点 随着科技进步,各个领域对于相关材料的性能要求日益提高。纳米增强技术是改善材料性能的重要方法之一,其在金属材料领域尤其应用广泛。在电子、汽车、船舶、航天和冶金等行业对高性能复合材料需求迫切,选用最佳制备方法制备出性能更优良的纳米材料是当前复合材料发展的迫切要求。 1 纳米增强技术概述 纳米相增强金属材料是由纳米相分散在金属单质或合金基体中而形成的。由于纳米弥散相具有较大的表面积和强的界面相互作用,纳米相增强金属复合材料在力学、电学、热学、光学和磁学性能方面不同于一般复合材料,其强度、导电性、导热性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。 1.1 机械合金化法 机械合金化法(MA)是一种制备纳米颗粒增强金属复合材料的有效方法。通过长时间在高能球磨机中对不同的金属粉末和纳米弥散颗粒进行球磨,粉末经磨球不断的碰撞、挤压、焊合,最后使原料达到原子级的紧密结合的状态,同时将颗粒增强相嵌入金属颗粒中。由于在球磨过程中引入了大量晶格畸变、位错、晶界等缺陷,互扩散加强,激活能降低,复合过程的热力学和动力学不同于普通的固态过程,能制备出常规条件下难以制备的新型亚稳态复合材料。 1.2 内氧化法 内氧化法(Internal oxidation)是使合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化,使增强颗粒转化为氧化物,之后在高温氢气气氛中将氧化的金属基体还原出来形成金属基与增强颗粒的混合体,最后在一定的压力下烧结成型。因将材料进行内氧化处理,氧化物在增强颗粒处形核、长大,提高增强粒子的体积分数及材料的整体强度,这样可以提高材料的致密化程度,且可以改善相界面的结合程度,使复合材料的综合力学性能得到提高。 1.3 大塑性变形法 大塑性变形法(Severe plastic deformation)是一种独特的纳米粒子金属及金属合金材料制备工艺。较低的温度环境中,大的外部压力作用下,金属材料发

纳米材料制备方法综述

纳米材料制备方法综述 摘要:纳米材料由于其特殊性质,近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展,纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前,各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字:纳米材料,制备,固相法,液相法,气相法 近年来,纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指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,具有表面与界面效应,量子尺寸效应,小尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而纳米具有很多奇特的性能,广泛应用于各个领域。为此,本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为:气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD),在某些情况下使用其他热源获得气源,如电阻加热法,高频感应电流加热法,混合等离子加热法,通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积(PVD) 在PVD过程中没有化学反应产生,其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质(如金属等),使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁,颗粒度整齐,生长条件易于控制,但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两电极间充入Ar气(40~250Pa),两电极间施加的电压范围为0.3~1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成,在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子.并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属,包括高熔

纳米材料的制备方法

纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代,英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指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。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 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。 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。 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。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系,所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率,对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多,而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级,磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级,从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 (一)、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部

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

磁性纳米材料的制备及应用前景

磁性纳米材料的制备及应用前景 摘要:磁性纳米材料因其具有独特的性质,在现代社会中有着广泛的应用,并越来越受到人们的关注。本文主要介绍了磁性纳米材料的制备及应用前景,概述了纳米磁性材料的制备方法,如机械球磨法,水热法,微乳,液法,超声波法等,总结了纳米磁性材料在实际中的应用,并对其研究前景进行了展望。 Abstract: magnetic nanomaterials due to their unique properties, in the modern society has a wide range of applications, and people pay more and more attention. This paper mainly introduces the magnetic nanometer material preparation and application prospect of nano magnetic materials, summarized the preparation methods, such as mechanical ball milling method, hydrothermal method, microemulsion, liquid method, ultrasonic method, summarizes the nanometer magnetic materials in practical application, and the research prospect.

前言 纳米材料因其尺寸小而具有普通块状材料所不具有的特殊性质,如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,从而与普通块状材料相比具有较优异的物理、化学性能。磁性纳米材料由于其在高密度信息存储,分离,催化,靶向药物输送和医学检测等方面有着广泛的应用,已经受到了广泛关注。磁性复合纳米材料是以磁性纳米材料为中心核,通过键合、偶联、吸附等相互作用在其表面修饰一种或几种物质而形成的无机或有机复合材料。由于社会的发展和科学的进步,磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。随着纳米材料科学与技术的发展,纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注,特别是在提高 信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。目前普遍采用化学法制备铁氧体磁性纳米颗粒,具体有溶胶~凝胶法、化学共沉淀法等,而由于生物合成的磁性纳米颗粒表现出更优良的性质。 1.磁性纳米材料的特点 量子尺寸效应:材料的能级间距是和原子数N 成反比的,因此,当颗粒尺度小到一定的程度,颗粒内含有的原子数N 有限,纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散,纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道,能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能,磁能,静电能,光子能等等时,就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。 小尺寸效应:当粒子尺度小到可以与光波波长,磁交换长度,磁畴壁宽度,传导电子德布罗意波长,超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时,原有晶体周期性边界条件破坏,物性也就表现出新的效应,如从磁有序变成磁无序,磁矫顽力变化,金属熔点下降等。 宏观量子隧道效应:微观粒子具有穿越势垒的能力,称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中,发现宏观磁学量如磁化强度,磁通量等也具有隧道效应,这就是宏观量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。 2. 磁性复合纳米材料的制备方法 2.1水热合成法 水热合成法是液相中制备纳米粒子的一种新方法。一般是在100~300摄氏度温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合,通过对加速渗透析反应和物理过程的控制,得到改进的无机物,再过滤,洗涤,干燥,从而得到高纯,超细的各类微粒子。研究发现以FeC13为铁源,AOT为表面活性剂,N2H4·H20(50%)为还原剂水热合成 Fe3O4纳米颗粒时,反应温度和时间,表面活性剂和还原剂浓度对最终产物的尺寸形貌、分散性和磁性有明显影响。还有通过调节水热反

纳米材料的制备方法与应用要点

纳米材料的制备方法与应用 贾警(11081002) 蒙小飞(11091001) 1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,由于纳米材料有明显不同于体材料和单个分子的独特性质—小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子轨道效应等,以及其在电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要价值。引起了世界各国科学家的浓厚兴趣。几十年来,对纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了丰硕的成果。纳米材料指其基本组成颗粒尺寸为纳米数量级,处于原子簇和宏观物体交接区域的粒子。颗粒直径一般为1~100nm之间。颗粒可以是晶体,亦可以是非晶体。由于纳米材料具有其特殊的物理、机械、电子、磁学、光学和化学特性,可以预见,纳米材料将成为21世纪新一轮产业革命的支柱之一。 2纳米材料的制备方法 纳米材料有很多制备方法,在此只简要介绍其中几种。 2.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是材料制备的是化学方法中的较为重要的一种,它提供一种再常温常压下合成无机陶瓷、玻璃、及纳米材料的新途径。溶胶-凝胶法制备纳米材料的主要步骤为选择要制备的金属化合物,然后将金属化合物在适当的溶剂中溶解,然后经过溶胶-凝胶过程而固化,在经过低温处理而得到纳米粒子。 2.2热合成法 热合成法制备纳米材料是在高温高压下、水溶液中合成,在经过分离和后续处理而得到纳米粒子,水热合成法可以制备包括金属、氧化物和复合氧化物在内的产物。主要集中在陶瓷氧化物材料的制备中。 2.3有机液相合成 有机液相合成主要采用在有机溶剂中能稳定存在金属、有机化合物及某些具有特殊性质的无机化合物为反应原料,在适当的反应条件下合成纳米材料。通常这些反应物都是对水非常敏感,在水溶剂中不能稳定存在的物质。最常用的反应方式就是在有机溶剂中进行回流制备。 2.4惰性气体冷凝法 惰性气体冷凝法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。其主要过程是在真空蒸发室内充入低压惰性气体,然后对蒸发源采用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体。原料气体分子与惰性气体分子碰撞失去能量,凝集形成纳米尺寸的团簇,然后骤冷。该方法制备的纳米材料纯度高,工艺过程中无其它杂质污染,反应速度快,结品组织好,但技术设备要求高。 2.5反相胶束微反应器法

纳米材料认识浅谈

纳米材料认识浅谈 纳米材料认识浅谈 (1) 摘要:纳米技术和纳米材料在科技领域扮演着越来越重要的重要角色,纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文主要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,并展望了纳米材料的应用前景。 (1) 关键词:纳米材料功能应用; (1) 一、纳米材料和纳米技术的基本特点 (1) 二、纳米材料的特性 (2) 1.小尺寸效应 (2) 2.表面效应 (2) 三.纳米材料的制备(举例) (3) 1.碳纳米管 (3) 2. 碳60 (4) 四.纳米科技具有非常重要的科技意义 (5) 1.纳米科技将促使人类认知的革命 (5) 2.纳米科技将引发一场新的工业革命 (5) 五.纳米科技前景的展望 (5) 1.材料和制备 (5) 2.微电子和计算机技术 (5) 3.环境和能源 (6) 4.医学与健康 (6) 5.生物技术 (6) 6.航天和航空 (6) 7.国家安全 (6) 摘要:纳米技术和纳米材料在科技领域扮演着越来越重要的重要角色,纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文主要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、纳米材料和纳米技术的基本特点 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1~100nm或者由他们形成的材料。所以在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的材料。它包含了三个层次,即:纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。

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。 纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术,旨在创造和制备优异性能的纳米材料,设计、制备各种纳米器件和装置,探测分析纳米区域的性质和现象。纳米科技主要包括:①纳米体系物理学;②纳米化学;③纳米材料学;④纳米生物学;⑤纳米电子学;⑥纳米加工学;⑦纳米力学。 二、纳米材料的特性 1.小尺寸效应 ⑴特殊的光学性质 当黄金(Au)被细分到小于光波波长的尺寸时,即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上,所有的金属在纳米颗粒状态都呈为黑色,而且尺越小,颜色愈黑. ⑵特殊的电学性质 介电和压电特性是材料的基本物性之一。纳米半导体的介电行为(介电常数、介电损耗)及压电特性同常规的半导体材料有和很大的不同。 ⑶特殊的磁性 小尺寸超微颗粒的磁性比大块材料强许多倍,大块的纯铁矫顽力约为80A/m,而当颗粒尺寸减小到20nm以下时,其矫顽力可增加1000倍,若进一步减小其尺寸,大约小于6nm时,其矫顽力反而降低到零,表现出所谓超顺磁性 ⑷特殊的热学性质 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。 ⑸特殊的力学性质 由纳米超微粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性,这是因为纳米超微粒制成的固体材料具有大的界面,界面原子的排列相当混乱。原子在外力变形条件下容易迁移,因此表现出很好的韧性与一定的延展性,使陶瓷材料具有新奇的力学性能。这就是目前的一些展销会上推出的所谓“摔不碎的陶瓷碗”。 2.表面效应 纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减

纳米材料的制备及应用

本科毕业论文(设计) 题目:纳米材料的制备及应用 学院:物理与电子科学学院 班级: XX级XX班 姓名: XXX 指导教师: XXX 职称: 完成日期: 20XX 年 X 月 XX 日

纳米材料的制备及应用 摘要:近几年来,由于纳米材料有众多特殊性质,人们越来越关注纳米材料。科技的迅猛发展使纳米材料的制备变得更加成熟。本论文讲述纳米材料的制备,以及纳米技术在将来的应用。 关键词:纳米材料物理方法化学方法应用前景

目录 引言 (1) 1.纳米材料的物理制备方法 (1) 1.1物理粉碎法 (1) 1.2球磨法 (2) 1.3.蒸发—冷凝法 (2) 1.3.1.激光加热蒸发法 (2) 1.3.2.真空蒸发—冷凝法 (4) 1.3.3.电子束照射法 (4) 1.3.4.等离子体法 (5) 1.3.5.高频感应加热法 (5) 1.4.溅射法 (6) 2.纳米材料的化学制备方法 (7) 2.1化学沉淀法 (8) 2.2化学气相沉积法 (8) 2.3化学气相冷凝法 (10) 2.4溶胶--凝胶法 (10) 2.5水热法 (11) 3.纳米材料的其他制备方法 (12) 3.1分子束外延法 (12) 3.2静电纺丝法 (13) 4.纳米材料的应用前景 (14) 5.总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)

引言 纳米材料是指任一维空间尺度处于1—100nm之间的材料。它有着不同寻常的性质,如小尺寸效应可引起物理性质的突变,从而具有独特的性能;量子尺寸效应和表面与界面效应使其具有了一般大颗粒物不具备的性质,如对红外线、紫外线有很强的反射作用,应用到纺织品中有抗紫外线,隔热保温作用。纳米材料的这些特性使其在化工、物理、生物、医学方面都有非常重要的价值]1[。多年以来,通过科学家们的潜心研究,使纳米材料在其制备及其应用中得到了很大的发展。纳米材料将逐渐进入人们的日常生活,并将成为未来新工业革命的必备材料。 1.纳米材料的物理制备方法 1.1物理粉碎法 物理粉碎法就是用机械粉碎和电火花爆炸等方法得到纳米微粒]2[。此方法操作简单,成本较低,但得到的纳米微粒纯度不高,分布也不均匀。 图1. 机械粉碎法仪器图

BiOBr纳米材料的制备与应用研究进展

2018年第18期广东化工 第45卷总第380期https://www.docsj.com/doc/9c12146883.html, ·235 ·BiOBr纳米材料的制备与应用研究进展 代弢1,汪露2 (1.西南民族大学化学与环境保护工程学院,四川成都610041;2.西南民族大学生命科学与技术学院,四川成都610041) Progress of Preparation and Application of BiOBr Nanomaterials Dai Tao1, Wang Lu2 (1. College of Chemistry & Environment Protection Engineering, Southwest Mizu University, Chengdu 610041; 2. College of Life Science & Technology, Southwest Mizu University, Chengdu 610041, China) Abstract: BiOBr nanomaterials have a unique electronic structure, a suitable band gap width and good catalytic performance. In this paper, the preparation and modification methods of BiOBr are summarized. And the application of BiOBr in energy and environment is expounded. We also described the prospect of BiOBr in photocatalysis. Keywords:BiOBr;nanomaterials;preparation and anapplication 近年来,由于环境和能源的问题不断突出,BiOBr纳米材料作为一种新型的光催化纳米材料,对解决能源和环境这一世界性的难题具有重要的意义。BiOBr具有独特的电子结构和良好的催化活性。目前纳米BiOBr材料已采用多种方法成功制备,本文重点归纳了BiOBr纳米光催化材料的制备以及在能源和环境领域的应用研究进展,为今后的研究提供方向和指导。 1 BiOBr的结构特性 BiOBr属于典型的横跨五、六、七三主族三原子复合半导体材料,它一般的结构通式是Bi l O m Br n[1]。一般来说,它的晶型属于四方氟氯铅矿(PbFCl-型)结构。Bi3+周围的O2-和Br-成反四方柱配位。对于Bi l O m Br n来说,其价带主要是通过O 2p和Br 4p态形成以及其导带主要是通过Bi 6p态形成。Bi l O m Br n的稳定性主要依赖于其制备条件、结构尺寸和反应环境等[2-4]。 2 BiOBr纳米材料的设计与合成 随着合成技术的迅速发展,纳米材料得到进一步发展。发展了众多BiOBr纳米材料的方法。现对近年来BiOBr纳米材料的合成方法进行归纳: 2.1 水解法 水解法是利用Bi3+的水解特性[5],利用BiBr3在碱性条件下合成BiOBr沉淀。该方法操作简单,可以规模化生产。但获得的BiOBr纳米材料尺寸不均一,活性较差。 2.2 水热法 水热法是在密闭的容器内高压条件下合成的方法。将Bi源和Br源在反应釜内反应合成BiOBr晶体。反应时间和温度会对催化剂的活性产生一定的影响。水热法可以获得结晶相对较好的BiOBr晶体。 2.3 溶剂热法 溶剂热法是水热法的发展,它与水热法的区别是使用有机溶剂。Wu等人通过调控溶剂乙醇和水的体积比合成出了9 nm厚的BiOBr薄片[6],当溶剂热反应温度为333 K,溶剂为纯水溶液时,得到约32 nm厚,当反应溶剂变为乙醇:水=4:3时,BiOBr纳米片的厚度变为9 nm左右,并且形貌均匀分布,同时表现出良好的结晶性。乙二醇,甘油和甘露醇等也常用作溶剂制备BiOBr。 2.4 离子液法 离子液体是在室温下呈液态的物质,具有蒸汽压低,难挥发,热稳定性高,溶解性好等优点。与水和溶解相比,离子液体可以看成是一种优良的溶剂。因此利用离子液辅助溶剂合成BiOBr纳米材料,在可见光下可以有效降解污染物。 2.5 共沉淀法 采用共沉淀法可得到粒径约500 nm的BiOBr纳米催化剂,这种先调配前驱体溶液再高温处理的合成方法,易于通过调控温度处理条件来调控产物形貌。且共沉淀法制备得到的BiOBr纳米材料的催化活性是水热法制备的材料活性的5倍左右[7]。 2.6 微波超声法 通过微波辅助方法可以获得具有优异可见光降解能力的BiOBr纳米材料。Li等人通过自组装过程[8],采用一种简单的微波合成法制备了一种均匀分散的多级结构的BiOBr纳米材料,其形貌为花状结构的BiOBr材料。该材料对Cr6+在较广pH值范围内表现出优异的吸附去除能力。与其他方法相比,微波加热的反应体系由于受热更均匀体系分散更好制备得到的BiOBr粒径更为均匀因而广泛应用于无机纳米材料BiOBr的合成制备。 2.7 静电纺丝法 Veluru等人通过静电纺丝的方法合成的BiOBr纳米纤维[9],通过调控溶剂的粘性得到不同长度的BiOBr以及不同直径的BiOBr纳米材料。同时对茜素红表现出极高的光催化降解活性。 3 BiOBr纳米材料在光催化中的应用进展 3.1 在能源问题中的应用 3.1.1 光解水制氢 目前,氢气是一种公认的最重要的清洁的新能源。所谓的氢经济的成功在很大程度上依赖于找到一种有效的实际批量生产氢气的途径。自1967年发现使用光电化学电池组成的单晶二氧化钛阳极和铂阴极在紫外光照射下可以使水裂解为氢气以来,光催化水裂解反应已被广泛认为是大量获得氢气最具发展前景的一种手段。利用Cr掺杂的Bi系纳米材料有效的降低了禁带宽度,从而提升了在可见光下催化剂产氢的效率[10-12]。 3.1.2 光催化合成氨 目前氮气的固定主要是通过Haber-Bosch反应,但是严苛的反应条件(Fe基催化剂、15-25 MPa、573-823 K )使得消耗极大的其他能源并且释放出大量的温室气体。人们在催化合成氨领域没有停下奋斗的脚步。Zhang等人通过向BiOBr进行表面改性使得在BiOBr材料表面产生氧空位,而氧空位极大的有利于N2的吸附,进而进一步促使光固氮这一过程的发生,从而极大地提升了固氮效率[13,14]。 3.1.3 光催化二氧化碳还原 光催化二氧化碳还原是指模拟太阳光的光合作用将CO2转换为其他的含碳燃料,比如甲醇、甲醛以及一些其他的精细化学品[15-19]。Chai等人通过向多级结构的BiOBr纳米材料引入表面氧空缺以提高CO2向CH4的转化效率差,同时进一步的比较了不含氧空位的BiOBr纳米材料其转化产物主要为CO。 3.2 在环境问题中的应用 随着工业化进程的不断加快,工业废水所造成的水体污染问题越来越严重。其中,一些抗生素类的药物和有机染料造成的废水因为具有高毒性、强致癌性等危害,对日常生活带来极大的安全隐患。近年来,大量的研究发现铋系半导体光催化材料由于具有较好的可见光响应并且能够使有机污染深度矿化而被广泛的应 [收稿日期] 2018-08-30 [作者简介] 代弢(1992-),男,博士,四川省雅安市人,讲师,主要研究方向为类贵金属催化剂的可控合成及在催化中的应用。

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