纳米材料的结构和性质.ppt

第31页,共37页，2024年2月25日，星期天(3)沉降和沉降平衡对于质量较大的胶粒来说，重力作用是不可忽视的．如果粒子比重大于液体，因重力作用悬浮在流体中的微粒下降但对于分散度高的物系，因布朗运动引起扩散作用与沉降方向相反，故扩散成为阻碍沉降的因素．粒子愈小，这种作用愈显著，当沉降速度与扩散速度相等时，物系达到平衔状态，即沉降平衡．第32页,共37页，2024年2月25日，星期天2．5表面活性及敏感特性

随纳米微粒粒径减小，比表面积增大．表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等，这就使得纳米微粒具有高的表面活性．用金属纳米微粒作催化剂时要求它们具有高的表面活性，同时还要求提高反应的选择性．金属纳米微粒粒径小于5nm时．使催化性和反应的选择性呈特异行为．例如，用硅作载体的镍纳米微粒作催化剂时，当粒径小于5nm时，不仅表面活性好，使催化效应明显，而且对丙醛的氢化反应中反应选择性急剧上升，即使丙醛到正丙醇氢化反应优先进行，而使脱碳引起的副反应受到抑制．第33页,共37页，2024年2月25日，星期天由于纳米微粒具有大的比表面积，高的表面活性，及表面活性能与气氛性气体相互作用强等原因，纳米微粒对周围环境十分敏感．如光、温、气氛、湿度等，因此可用作各种传感器，如温度、气体、光、湿度等传感器。第34页,共37页，2024年2月25日，星期天2.6光催化性能光催化是纳米半导体独特性能之一．这种纳米材料在光的照射下，通过把光能转变成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程称作为光催化．近年来，人们在实验室里利用纳米半导体微粒的光催化性能进行海水分解提H2，对TiO2纳米粒子表面进行N2和CO2的固化都获得成功，人们把上述化学反应过程也归结为光催化过程。第35页,共37页，2024年2月25日，星期天光催化的基本原理是：当半导体氧化物(如TiO2)纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子—空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的OH-反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由基可以把许多难降解的有机物氧化为CO2和水等无机物，第36页,共37页，2024年2月25日，星期天感谢大家观看第37页,共37页，2024年2月25日，星期天关于纳米材料的结构和性质1.纳米微粒的结构与形貌纳米微粒一般为球形或类球形(如图3所示)。图中(a，b，c)分别为纳米γ-Al2O3，TiO2和Ni的形貌像，可以看出，这几种纳米微粒均呈类球形．第2页,共37页，2024年2月25日，星期天最近，有人用高倍超高真空的电子显微镜观察纳米球形粒子，结果在粒子的表面上观察到原子台阶，微粒内部的原子排列比较整齐。第3页,共37页，2024年2月25日，星期天除了球形外，纳米微粒还具有各种其他形状，这些形状的出现与制备方法密切相关．例如，由气相蒸发法合成的铬微粒，当铬粒子尺寸小于20nm时，为球形并形成链条状连结在一起．对于尺寸较大的粒子，α-Cr粒子的二维形态为正方形或矩形。第4页,共37页，2024年2月25日，星期天镁的纳米微粒呈六角条状或六角等轴形．Kimoto和Nishida观察到银的纳米微粒具有五边形10面体形状。第5页,共37页，2024年2月25日，星期天2.纳米微粒的物理特性纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子，这就使得它具有广阔应用前景．第6页,共37页，2024年2月25日，星期天2.1热学性能纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体的低得多．由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需增加的内能小得多，这就使得纳米微粒熔点急剧下降．第7页,共37页，2024年2月25日，星期天例如，大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒熔点降低288K；纳米Ag微粒在低于373K开始熔化，常规Ag的熔点为1173K左右．Wronski计算出Ag微粒的粒径与熔点的关系，结果如图所示．由图中可看出，当粒径小于10nm时，熔点急剧下降．第8页,共37页，2024年2月25日，星期天所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相结合成块，纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收