纳米材料的制备与应用.doc

毕业论文
题目: 纳米材料的制备与应用
学院: 物理与电子工程学院
专业: 物理学
毕业年限: 2012 年6 月
学生姓名: 宋军强
学号: 200872010230
指导教师: 周明
指导教师预评评语
指导教师
周明
职称
讲师
预评成绩



年月日
答辩小组评审意见
答辩小组评定成绩
答辩
委员
会终
评意
见
答辩委员会终评成绩
答辩小组组长(签字):
年月日
答辩委员会主任(签章):
年月日
说明:1. 成绩评定均采用五级分制,即优、良、中、及格、不及格。
2. 评语内容包括:学术价值、实际意义、达到水平、学术观点及论证有无错误等
纳米材料的制备与应用
【摘要】随着科学技术的飞速发展,信息、生物工程、能源、环境、先进制造技术、国防事业等对材料提出了更高要求,要求材料的尺寸越来越小,材料的性能越来越高。而纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要的一类,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的一类。本文从纳米材料的概念出发,综述了纳米材料的性质以及基本效应,纳米颗粒、一维纳米材料、纳米薄膜和纳米块材的制备方法,并对各种制备方法的原理进行了概要的介绍,同时给出了纳米材料发展及应用前景。
【关键字】纳米材料纳米颗粒一维纳米材料纳米薄膜材料制备
引言:纳米,是一个物理学上的度量单位,一纳米是一米的十亿分之一,相当于万分之一头发丝粗细。当物质达到纳米尺度以后,大约是在1-100nm这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料即为纳米材料。而纳米粒子(粒径(1~100nm)是加工和制造纳米材料的原料。由于材料的超细化,其表面的电子结构和晶体结构发生变化,产生了表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应,从而使其在磁性、光发射、光吸收、导热性、化学活性、敏感特性、电学及力学等方面表现出独特的性能。
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由于纳米材料的晶粒小,比表面积大,纳米晶粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后。随着纳米晶粒的减小,表面原子百分数迅速增加。由于表面原子周围缺少相邻的原子,有悬空键,具有不饱和性,很容易与其它原子结合,所以纳米晶粒减小的结果,导致其表面积、表面能及表面结合能都迅速增大,表现出很高的化学活性。

当超细微粒的尺寸与光波波长、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,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小,导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。例如:光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移。磁有序态向磁无序态的转变。

量子尺寸效应是指当微粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级,吸收光谱阈值向短波方向移动的现象。例如,半导体纳米晶粒的电子态由宏观晶态材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级,表现在吸收光谱上就是从没有结构的吸收过渡到具有结构的吸收特性,并且其电子—空穴对的有效质量减小,电子和空穴能态所受的影响就更明显。纳米材料中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米材料的一系列特殊性质,如高度光学非线性、特异性催化和光催化性质及强氧化性和还原性。

微观粒子具有贯穿势阱的能力称为隧道效应。人们发现一些宏观量子如量子相干器件中磁通量以及电荷等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化
,故称之为宏观的量子隧道效应。用宏观量子隧道效应可以定性解释纳米镍晶粒在低温下可以继续保持超顺磁性的现象。宏观量子隧道效应与量子尺寸效应一起确定了微电子器件进一步微型化的极限,也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间。
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具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低。金属陶瓷作为***材料已有50多年历史,由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时,其韧性、强度、硬度大幅提高,使其在难以加工材料***等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻