文档介绍：第一章绪论§,也叫超分子材料,是由粒径尺寸界于1—100砌之间的超细颗粒组成的固体材料。目前,人们把在1~100nm空间内制备、研究和工业化纳米材料,以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的综合技术叫做纳米技术。当小粒子尺寸进入纳米量级(1~100Ilm)时,其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景,同时也将推动基础研究的发展。(1)小尺寸效应纳米粒子会出现一些诸如光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子菇振平移、磁有序态向磁无序态转变、超导相向正常相转变等特有现象, 这些现象可称为小尺寸效应,当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时, 晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近原子密度减小,导致纳米粒子的磁、光、声、热、电等性质呈现新的小尺寸效应。(2)表面效应表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子之比随着粒径的减小而逐渐增大的现象。这种效应是由于粒子粒径小,表面积急剧增大所致。过高的比表面,使得粒子表面的原子数目急剧增加,表面能迅速提升,从而使表面原子具有很高的活性,极易与其它原子结合。表面原子过高的活性既引起了表面原子构型的变化,又引起了表面电子自旋构象和电子能谱的变化。纳米粒子的高催化活性和高反应性既源于此。(3)量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分轨道和最低来被占据的分子轨道能级而使能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。能带理论表明,金属费米能级附近电子能级一般是连续的, 这一点只有在高温或宏观尺寸情况下才成市。(4)宏观量了隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量子隧道效应,例如微颗粒的磁化强度,量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应,称为宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应的研究及实用都有重要意义。它限制了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础,或者它确立了微电子进一步微型化的极限。当微电子器件进一步微化时,必须要考虑上述的量子效应。(5)体积效应当物质的体积减小时,将会有两种情况:一种是物质的本身性质不发生变化,而只有那些与体积密切相关的性质发生变化,如半导体电子自由程变小,磁体的磁区变小等;另一种是物质本身的性质也发生了变化,因为纳米粒子是由有限个原子或分子组成,改变了原来由无数个原子或分子组成的集体属性,如金属纳米微粒豹电子结构与大块金属迥然不同。这就是纳米材料的体积效应。 ,表面能很高,处于非热力学稳定状态, 这使得它们很容易团聚在一起,形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体,从而影响了纳米粒子的实际应用效果。因此,在制备和应用过程中,需对纳米粒子的表面进行改性,以减小或阻止其团聚。通过物理、化学方法对纳米粒子表面进行处理,有目的地改变粒子表面的物理、化学性质,即所谓的表面改性或表面修饰,可以达到以下四个方面的目的: (1)改善或改变纳米粒子的分散性; (2)提高纳米粒子的表面活性; (3)使纳米粒子表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能; (4)改善纳米粒子与其它物质之问的相容性。常用的改性技术有沉淀法反应改性、机械化学改性、外层包覆法改性、表面化学改性、高能量法表面改性,其中较有阿途的是外包覆层法改性,这种方法是在纳米粒子的表面均匀包覆一层其它物质,从而形成纳米级的核壳粒子,使粒子表面性质发生变化。在过去的十年内,人们对纳米粒子包覆技术的研究主要致力于具有特定结构、光学性质和表面性质的核壳材料上。方便有效的合成路线是制备纳米核壳粒子的关键, 通过表面的聚合反应、表面的化学反应、表面的吸附沉积、声化学等方法,已在纳米粒子的表面包覆了聚合物、有机物、无机化合物、元素单质、生物微分子等壳层材料【"j。粒子表面性能的改善,增加了粒子的稳定性和功能性,进一步拓宽了纳米材料的应用范围,使核壳纳米材料在化学、生物科学和材料科学方面都得到了应用。人们将纳米粒子的表面包覆技术按照不同的方式进行了粗略的分类【5。81,如按反应体系的状态分为固相包覆法、气相包覆法和液相包覆法;按包覆的性质分为物理包覆法和化学包覆法;按壳层物质的性质分为金属包覆法、无机包覆法和有机包覆法等等。本论文仅按照反应体系的状态分类来进行论述。 (1)机械球磨法该法是利用机械应力作用,有目的地对颗粒表面激活,使之吸附其它物