金属纳米材料研究进展.docx

文档介绍：高等物理化学
学生姓名: 聂荣健
学号: ……………..
学院: 化工学院
专业: 应用化学
指导教师: ………….
金属氧化物纳米材料研究进展
应用化学专业聂荣健学号:……指导老师:……
摘要:综述了近年来金属氧化物纳米材料水热合成方法的研究进展,简要阐述了金属氧化物纳米材料的应用,对其今后的研究发展方向进行了展望。
关键词: 纳米材料水热合成金属氧化物
Research progress of metal oxide nanomaterials
Name Rongjian Nie
Abstract: This article reviews the recent progress in hydrothermal synthesis of metal oxide nanomaterials. The application progress of metal oxide nanomaterials is briefly future research directions are prospected.
Keywords: nanomaterials; hydrothermal; metal oxides
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引言
纳米材料是纳米科学中的一个重要的研究发展方向,近年来已在许多科学领域引起了广泛的重视,成为材料科学研究的热点。作为纳米材料的一个方面,金属氧化物纳米材料在现代工业、国防和高技术发展中充当着重要的角色。
纳米材料简介
纳米材料概述
纳米是长度的度量单位,1纳米=10-9米,1纳米大约为10个氢原子并排起来的长度,%。纳米材料则是在纳米量级(lnm-100nm)内调控物质结构所制成的具有特殊功能的新材料,其三维尺寸中至少有一维小于100nm,且性质不同于一般的块体材料。
纳米材料是指在三维尺度上至少存在一维处于纳米量级或者由它们作为基本单元所构成的材料,一般将纳米材料分为零维、一维以及二维纳米材料:
(1)零维纳米材料,是指在空间三维尺度上都处于纳米量级的纳米材料,如纳米球,纳米颗粒等;
(2)一维纳米材料,是指在空间三维尺度上只有两维处于纳米量级,而第三维处于宏观量级的纳米材料,比如纳米棒、纳米管、纳米线/丝等;
(3)二维纳米材料,是指在空间三维尺度上只有一维处于纳米量级,而其他两维处于宏观量级的纳米材料,比如纳米片,纳米薄膜等。

纳米粒子是尺寸为1-100nm的超细粒子。纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而急剧增大,显示出强烈的体积效应(即小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。
量子尺寸效应[1]
当粒子尺寸达到纳米量级时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明:金属纳米粒子所包含的原子数有限,能级间距发生分裂。当此能级间隔大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量或超导态的凝聚能时,纳米粒子的磁、光、声、热、电及超导电性与宏观物体有显著的不同。
体积效应[2]
由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当纳米粒子的尺寸与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;非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的体积效应。例如:磁有序态向磁无序态、超导相向正常相的转变;光吸收显著增加;声子谱发生改变;强磁性纳米粒子(Fe-Co合金,氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时具有很高的矫顽力;纳米粒子的熔点远远低于块状金属;等离子体共振频率随颗粒尺寸改变[3]。
表面效应[4]
表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而急剧增大后引起的性质上改变。随着粒径减小,表面原子数迅速增加,粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足以及高的表面能使原子表面有很高的化学活性
,极不稳定,很容易与其他原子结合,这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米粒子表面输运和构型的变化,也引起了表面原子自旋构象和电子能谱的变化。例如:化学惰性的Pt制成纳米微粒Pt后成为活性极好的催化剂。
宏观量子隧道效应[5]
微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。人们发现一些宏观量,例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应,称为宏观量子隧道效应。量子隧道效应是未来微电子器件的基础,它确定了现存微电子器件进一步微型化的极限。
2 金属氧化物纳米材料的表征[6]
XRD
X 射线衍射是分析固体物质结构的重要工具,它依据 X 射