界面化学第七章.ppt

第七章纳米材料的外表化学;7.1纳米材料的外表化学;7.1.1.1纳米材料的几个概念;(2)纳米微粒纳米微粒的尺寸大于原子团蔟，小于通常的微粒，尺寸处于1—100nm，其原子数目在103—105个。纳米微粒是可以在电子显微镜下观察到的粒子。纳米微粒的形态有球形、片状、棒状等。纳米微粒大多数为理想单晶，但当尺寸大到60nm时，可以观察到孪晶界、层错和位错等。纳米微粒也可呈非晶态和各种亚稳相。纳米微粒可以是金属、金属氧化物、非金属氧化物等。;(3)纳米固体由纳米微粒构成的凝聚体称为纳米固体。它从形态上可划分为纳米块体材料、纳米薄膜材料和纳米纤维材料三种类型。这几种材料又称为纳米结构材料。

纳米固体假设按纳米微粒结构状态来分，有纳米晶体、纳米非晶体和纳米准晶材料。纳米固体假设按组成材料的相数来分，有纳米相材料和纳米复合材料。纳米相材料是由单相纳米微粒组成的材料，如纳米氧化物等。;(4)纳米组装体系由人工组装合成的纳米结构材料体系称为纳米组装体系，它是按照人们的意愿将纳米微粒以及它们组成的纳米线和管为根本单元，在不同维数空间排列成具有纳米结构的体系，使其具有所期望的特性。这些纳米微粒、线和管可以是有序的,也可以是无序的排列。;7.1.1.2纳米材料的分类;根据纳米材料的种类分，有有机纳米材料、无机纳米材料、药物纳米材料和生物纳米材料。纳米复合材料从复合的维度来分，可分为0-1、0-2、0-3、1-1、1-2等类型的复合材料。;7.1.2纳米晶体的界面特征结构模型;如一个平均粒径为5nm的纳米固体材料，大约有50%的原子处于晶粒界面的最近邻两层原子面上，而且原子的位置偏离于正常格子位置。结构缺陷对材料的性质影响很大，如强度、超塑性等。

(3)界面可变模型由于纳米材料界面原子排列、缺陷、原子间距和配位情况不同，界面上的能量差异很大。纳米晶体材料的外表平移周期受到很大的破坏，晶格常数也发生变化。这种复杂的相互作用和外表状态，使纳米晶体材料具有特殊的磁性、电性和光学性能。;7.1.3纳米微粒特性;从而引起纳米微粒性质的变化。纳???微粒的外表原子所处的晶体场环境和结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键，处于不饱和状态，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，故纳米材料具有极高的外表活性。这种外表原子的活性就称为外表活性。;(2)量子尺寸效应;(3)小尺寸效应;(4)量子隧道效应;以上4种效应是纳米微粒的根底属性，它使纳米微粒呈现许多独特的物理和化学性质，出现一些“反常现象”，如纳米硅的光吸收系数比普通的单晶硅大几十倍，纳米铜的自扩散系数比普通晶体的大109倍；铁磁性物质制成小于5nm时，由多畸变成单畸，于是产生很强的顺磁效应等。量子隧道效应、量子尺寸效应有可能成为未来“纳米电子器件”的根底，这方面已成为科学工作者研究的热点。;7.1.4纳米材料的外表化学反响;在这类材料的优点是：无细孔，无其他成分，能自由选择组成，反响条件温和以及使用较方便。于是可以防止通常使用的催化剂易引起的反响物向其内孔缓慢扩散带来的某些副产物的生成。这类催化剂可直接放入液相反响体系中，不必附在惰性载体上使用，反响产生的热量会随着反响液体的流动而向周围不断扩散，从而保证不会因局部过热导致催化剂结构破坏而失活。;7.1.4.3光氧化反响;7.1.4.4光电化学;7.1.4.5外表光谱化学;7.1.4.6仿生纳米化学;7.1.4.7C60和碳纳米管外表化学;7.1.5纳米材料外表修饰和改性;(1)无机材料包覆法;(2)离子材料包敷法;7.2二元协同纳米界面材料;7.2.2超双亲性界面物性材料;7.2.3纳米尺度光阳极、光阴极两相共存的高效光催化界面材料;7.3纳米材料的应用概况;7.3.1.2建筑材料;(2)纳米抗菌复合涂料;(3)耐腐蚀、耐沸水的纳米复合材料;7.3.1.3轻工电子;7.3.1.4精细化工;7.3.1.5电力工业;7.3.2纳米材料在环境领域的应用;7.3.3纳米材料在能源领域的应用;7.3.4纳米材料在医药卫生中的应用;7.3.5纳米材料在军事方面的应用