零维纳米材料制备.ppt

纳米材料与纳米技术NANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY2. 零维纳米材料的合成与制备主讲人:吕军西南交通大学材料科学与工程学院Telephone: **********E-mail: junluprc@周瑞发韩雅芳陈祥宝纳米材料技术国防工业出版社2003贾宝贤李文卓微纳米科学技术导论化学工业出版社2007纳米材料的研究对象包括纳米颗粒或纳米粉体;纳米颗粒组成的薄膜与块体(含纳米晶、纳米相、纳米非晶等);纳米丝、纳米管等一维材料;组装或自组装纳米材料;纳米微孔或多孔材料。纳米材料的制备方法从技术上看已经比较成熟,相当多的方法已用于规模生产,总体上可分为两类即物理法和化学法。概述纳米材料的制备方法与特点纳米材料的合成与制备有两种途径:从下到上和从上到下的途径所谓从下到上,就是先制备纳米结构单元,然后将其组装成纳米材料。例如,先制备成纳米粉体再将其固化成纳米块体,或直接将原子和分子组装成纳米结构。所谓从上到下,就是先制备出前驱体材料,再从材料上取下有用的部分。从上到下的典型例子就是用高能球磨法制备纳米粉体。此外,还可以通过光刻技术在该材料上形成所需的纳米结构和图案。美国“明尼苏达大学纳米结构实验室”从1995年开始进行了开创性的研究,他们提出并展示了一种叫做“纳米压印”(nanoimprint lithography)的新技术。零维纳米结构单元零维纳米结构单元的种类和称谓多种多样,常见的有纳米粒子(Nano-particle)、超细粒子(Ultrafine Particle)、超细粉(Ultrafine Powder)、烟粒子(Smoke Particle)、人造原子(Artificial Atoms)、量子点(Quantum Dop)、原子团簇(Atomic Cluster)及纳米团簇(Nano-cluster)等,它们之间的不同之处在于各自的尺寸范围稍有区别。零维纳米结构单元具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应等,因而呈现出许多特有的性质。例如,纳米粒子的吸附性比相同材质的本体材料更强,纳米粒子的表面活性使得它们更容易团聚,从而形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。量子点是准零维的纳米材料,由少量的原子所构成。粗略的说,量子点的三个维度的尺寸都在100纳米以下,外观恰似一极小的点状物,其内部电子在各方向上的运动都受到局限,所以量子局限效应特别显著。由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能级结构,因此量子点又被称为“人造原子”。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点,并预期这种纳米材料在21世纪的纳米电子学上有极大的应用潜力。在一般的材料中,电子的波长远小于材料的尺寸,因此量子局限效应不显著。如果将某一个维度的尺寸缩到小于一个波长,此时电子只能在另外两个维度所构成的二维空间中自由运动,这样的系统我们称之为量子井;如果我们再将另一个维度的尺寸缩到小于一个波长,则电子只能在一维方向上运动,我们称之为量子线;当三个维度的尺寸都缩到一个波长以下时,就成为量子点了。由此可知,真正的关键尺寸是由电子在材料内的费米波长决定。量子点