《先进纳米材料》课件.ppt

纳米材料概述纳米材料，是指尺寸至少在一个维度上小于100纳米的材料。由于其尺寸效应，表面效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，纳米材料展现出与传统材料截然不同的物理，化学和生物特性。

什么是纳米材料？纳米材料是一种尺寸处于纳米尺度（1-100纳米）的材料。简单来说，它就像把普通材料切成极其微小的颗粒，这些颗粒比人类头发的直径还要小得多。

纳米材料的定义尺寸定义尺寸至少在一个维度上小于100纳米，通常指材料的宽度、长度或高度。组成定义可以是各种元素或化合物，包括金属、陶瓷、塑料、半导体等。特性定义由于其尺寸效应，表面效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，纳米材料表现出独特的性质。

纳米材料的特点：尺寸效应纳米材料的尺寸效应是指当材料的尺寸减小到纳米尺度时，其物理和化学性质会发生显著变化。这主要是由于表面原子数比例增加导致的，表面原子具有更高的能量和更强的活性。例如，纳米金的熔点比块状金低得多，纳米银的抗菌活性比普通银高得多。

纳米材料的特点：表面效应1表面原子比例增加纳米材料的表面原子数与体积原子数之比远大于宏观材料，导致表面原子具有更高的能量和更强的活性。2表面能增加由于表面原子的配位数降低，纳米材料的表面能显著增加，导致其更容易发生化学反应。3催化活性增强由于表面能增加和表面原子活性增强，纳米材料具有更强的催化活性，在催化领域具有广泛的应用。

纳米材料的特点：量子尺寸效应电子能级离散化当材料尺寸减小到纳米尺度时，电子的运动受到限制，其能级不再是连续的，而是变成离散的，形成量子化的能级。光学性质改变由于量子尺寸效应，纳米材料的光学性质会发生显著改变，例如吸收光谱和发射光谱发生蓝移现象。应用领域扩展量子尺寸效应使得纳米材料在光电器件、生物成像和医学诊断等领域具有重要的应用价值。

纳米材料的特点：宏观量子隧道效应电子穿透势垒在量子力学中，电子可以穿透经典力学认为不可穿透的势垒，这种现象被称为量子隧道效应。1纳米材料尺寸效应当材料尺寸减小到纳米尺度时，电子更容易发生量子隧道效应，从而导致其电学和磁学性质发生改变。2应用于纳米器件宏观量子隧道效应为纳米器件的研发提供了新的思路，例如超小型电子器件、量子计算机等。3

纳米材料的分类：按维度1零维纳米材料例如：量子点、纳米颗粒2一维纳米材料例如：纳米线、纳米管3二维纳米材料例如：石墨烯、二维纳米片4三维纳米材料例如：纳米块体材料、纳米多孔材料

纳米材料的分类：按组成1金属纳米材料例如：金纳米粒子、银纳米粒子、铜纳米粒子2半导体纳米材料例如：量子点、纳米线3陶瓷纳米材料例如：氧化铝纳米粉、氧化锌纳米线4高分子纳米材料例如：聚合物纳米粒子、纳米纤维

纳米材料的应用领域：能源太阳能电池燃料电池储能材料能量收集其他

纳米材料的应用领域：医药药物载体纳米材料可作为药物载体，提高药物的靶向性、生物利用度和疗效。癌症治疗纳米材料可以用于癌症的诊断和治疗，例如光热治疗、光动力治疗等。抗菌材料纳米材料具有良好的抗菌活性，可以用于制造抗菌敷料、抗菌涂层等。

纳米材料的应用领域：电子100速度纳米材料可以提高电子器件的运行速度和性能。1000存储容量纳米材料可以提高存储器件的存储密度和容量。10000能量效率纳米材料可以降低电子器件的功耗，提高能量效率。

纳米材料的应用领域：环境水处理纳米材料可以用于去除水中的污染物，例如重金属、有机污染物等。空气净化纳米材料可以用于去除空气中的污染物，例如PM2.5、VOCs等。土壤修复纳米材料可以用于修复受污染的土壤，例如重金属污染、农药污染等。

纳米材料的制备方法：物理法1气相沉积法将源材料在气相中蒸发或升华，并在基底上沉积形成纳米薄膜或纳米颗粒。2磁控溅射法在真空环境中，利用磁场和高压电场使靶材溅射出原子或离子，沉积到基底上形成纳米薄膜。

纳米材料的制备方法：化学法溶胶-凝胶法通过化学反应，将金属盐或金属醇盐溶解在溶剂中，形成溶胶，然后通过控制反应条件，使溶胶逐渐转化为凝胶，最后通过热处理得到纳米材料。水热法在高温高压下，利用水作为反应介质，将金属盐或金属醇盐转化为纳米材料。化学气相沉积法在高温条件下，将气态原料通过化学反应在基底上沉积形成纳米薄膜或纳米颗粒。

纳米材料的制备方法：生物法1微生物合成法利用微生物的生物合成能力，合成纳米材料。2植物提取法利用植物中的活性物质，还原金属离子，合成纳米材料。

物理法：气相沉积法原理在高温条件下，将源材料在气相中蒸发或升华，并在基底上沉积形成纳米薄膜或纳米颗粒。优点能够制备高质量的纳米材料，可控性好，适用于大规模生产。缺点设备成本较高，工艺复杂，需要高温条件。

物理法：磁控溅射法原理在真空环境中，利用磁场和高压电场使靶材溅射出原子或离子，沉积到基底上形成纳米薄膜。1优点能够制备多种纳米薄膜材料，工艺简单，可控性好，适用于大规模