第四章一维纳米材料（课件）.ppt

第四章 一维纳米材料one dimensional nanometer materials 4.1 纳米丝或纳米棒 4.2 纳米管 4.3同轴纳米电缆 一维纳米材料的制备策略 4.1 纳米丝或纳米棒 纳米棒(nanorod)：纵横比(长度与直径的比率)小，1?m 纳米丝(线、纤维)：纵横比大，1?m 4.1.1 制备方法 (1) 气相生长合成法 Si+SiO2(S) (2) 气-液-固方法(VLS方法） 原理 (3) Solution-Liquid-Solid methods(SLS方法) 产物为单晶纳米须或线，横向尺寸10～150nm，纵向几mm (3) Solution-Liquid-Solid methods(SLS方法) 例② (4) 溶剂化热合成(solvothermal Methods) 原理：使溶剂处于高温高压(大于临界点)下，提高固体的溶解度，加速固体之间的反应。 (5) Solution-Phase Methods Based on Capping Reagents 例① (6) 各向异性结晶生长法 M2Mo6X6 (M=Li, Na, X=Se, Te) (7) 模板法 一维纳米材料模板法 （8）其它方法 4.1.2 纳米丝(或棒)的性质和用途 （2）力学性能 单晶纳米棒，结晶好，无缺陷，力学性能强 (3)电性能 金属纳米线，尺寸下降后变为半导体 (4) 光学特性 Si纳米线吸收光谱蓝移 纳米线发出的光沿着轴向偏振，具有各向异性，平行于轴向的发射光谱强度大，垂直于轴向的发射光谱强度弱，可制成极化敏感光子检测器，用于光子集成电路，光学开关 半导体纳米线具有激发发射特性突出的光电导性(photoconductivity) (5) 化学敏感特性 利用表面吸附分子对纳米线电导率的影响，用于医疗、环境监测、安全检查等领域 4.2 纳米管 种类：碳纳米管、硅纳米管、Pd纳米管、BN纳米管 4.2.1 制备方法 (4) 各向异性结晶生长法 4.2.2 碳纳米管 (1) 碳纳米管的结构 （2）碳纳米管制备方法 激光蒸发法 (3)等离子体沉积法 （4）催化裂解法 4.2.3 碳纳米管应用 纳米碳管储氢 原理：吸附 纳米碳管在场发射电极中的应用 优点： (3) 在高分子材料中的应用 碳纳米管在透明聚合物基导电涂层中的应用 4.3 同轴纳米电缆 同轴纳米电缆(coaxial nanocable)：芯部为半导体或导体的纳米丝，外包覆异质纳米壳体（导体或非导体），外部的壳体和芯部的丝是共轴的 1997年，法国科学家Colliex，发现了C-BN-C三明治几何结构 1998年，日本NEC公司张跃刚和饭岛制备了SiO2-SiC纳米同轴电缆 4.3.1 制备方法 (1) 电弧放电法 (2) 模板法 纳米丝模板 4.3.2 同轴纳米电缆用途 超高密度集成线路中元件连接线 微型工具和微型机器人部件 纳米尺寸的微钻头：要求高强、超硬和超热导系数，如TaC芯线同轴纳米电缆 探针针尖 复合材料：包覆层有利于与基体匹配 (1) 碳纳米管的结构 碳纳米管是石墨管状晶体 是单层或多层石墨片围绕中心按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管 两头为五边形组成 种类： 单壁碳纳米管（single wall carbon nanotube, SWNT):直径1～6nm，长度：几百nm~几?m，甚至mm 多壁碳纳米管(multiwall carbon nanotube, MWNT):2～30nm，长度0.1～5 ?m，片间距0.34nm 长径比100～1000，甚至10000，为线状物 种类：按手性角(?)分 单臂纳米管 锯齿纳米管 手性纳米管 ?＝30? ?＝0? 0??30? 电弧法 电弧电流70～200A，过高形成无定型C和石墨 He压力13332Pa 高气压低电流有利于碳纳米管的生成 在石墨棒上加Fe、Co、Ni后生成SWNT和富勒烯 阴极 阳极 1mm He气 在阴极上沉积出碳纳米管 阳极石墨蒸发 形成SWNTs，产率70～90％，无MWNTs 催化剂在SWNT的生长过程中，降低弯曲应力，促进原子排列整齐，并阻止富勒烯分子的生成 （2）碳纳米管制备方法 6～7mm的激光束 惰性气体流 含有金属的石墨靶 水冷铜收集器 苯蒸汽通过等离子体分解后，碳原子团簇沉积于水冷铜板上，形成200?m的MWNTs 乙炔和氨气在666℃通过等离子热流体，在镀镍玻璃表面形成纳米管束 碳氢化合物催化热分解，催化剂金属有Fe、Co、Ni、Pt、Ru、Cr、V、Mo以及它们的合金，其中用Co作催化剂制得的CNTs石墨化最好，直径最细 优点：产量大，是一种有前途的方法 放在瓷舟中的催化剂 石英管 电炉 气体混合 (1) 储氢材料 室温，40KPa 5～10％ 碳纳米管 N