浙江大学硕士学位论文体积效应纳米粉体的一个最重要的标志是其结构调制单元的尺度为纳米量级，它与许多物理长度（如光波波长、传导电于德布罗意波长及超导态相干波长或透射深度等）相当，甚至更小。传统的固体理论赖以成立的周期性边界条件遭到严重破坏，其能级已不像粗晶材料中那样呈准连续的能带分布，而变成了分立的能级．根据Ｋｕｂｏ理论，能带内相邻电子能级的间距随着颗粒尺寸的减小而增大，与颗粒的体积成反比因此，当粒径减小到一定值时，纳米粉的许多物体性质都与晶粒尺寸有敏感的依赖关系，表现出奇异的小尺寸效应或量子尺寸效应。例如：对于粗晶态下难以发光的间接带隙半导体ｓｉ、Ｇｅ等，当其粒径减小到纳米量级时就会表现出明显的可见光发光现象，且伴随着粒径的进一步减小，发光强度逐渐增强，发光光谱逐渐蓝移，这是因为颗粒尺寸为纳米量级时，传统固体理论中量子跃迁定则的作用将大大减弱并逐渐消失。界面效应纳米粉的另一特点是界面原子所占体积分数很大，当粒径为１０ｎｌＹｌ时，表面原子数为完整晶粒原于总数的２０％；当粒径为ｌｎｎｌ时，其表面原子百分数增大到９９％。它对于材料性能的影响非常显著．纳米粉的扩散系数大，这主要是由于纳米粉中存在大量的界面。另外，许多纳米陶瓷在室温下就可以发生塑性变形．纳米Ｔｉ０２在１８０。Ｃ时的塑性变形可达１００％，带预裂纹的试样在１８０。Ｃ弯曲时不发生裂纹扩展．随着粒径的减小，纳米陶瓷的应变速率敏感率迅速增大．由于纳米粉的比表面很大，界面原子数很多，界面区域原子扩散系数高，而表面原子配位不饱和性将导致大量的悬键和不饱和键等。这些都使纳米粉具有较高的化学活性。量子尺寸效应除上述尺寸效应和界面（表面）效应外，影响纳米粉性能的因素还有很多。其中量子尺寸效应是重要的一个。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，吸收光谱阂值向短波方向移动。早在８０年代，浙江大学硕士学位论文Ｋｕｂｏ采用一电子模型求得金属纳米晶粒的能级间距６为６＝４Ｅｆ／３Ｎ，式中Ｅｆ为费米势能，Ｎ为微粒中的原子数。该公式说明：能级间距发生分裂时，能级平均间距与组成物体的微粒中的自由电子总数成反比。宏观物体中原子数Ｎ一。ｏ，显然自由电子数也趋于无限多，则能级间距６一Ｏ，表现在吸收光谱上为一连续光谱带；而纳米晶粒所含原子数Ｎ少，自由电子数也较少，致使６有一确定值，其吸收光谱是向短波方向移动的具有分立结构线状的光谱。例如，半导体纳米粉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而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宽吸收过渡到有结构的吸收特性，并且其电子一空穴对的有效数目越少，电子和空穴能受到的影响就越明显，吸收闭值就越向更高光子能量偏移，量子尺寸效应就越明显。２．３纳米粉体的应用在纳米陶瓷材料方面的应用纳米粉表面积大，烧结温度降低，可以使其成为一种有效的烧结添加剂。如ＡＩＮ（氮化铝）是一种非常重要的高导热陶瓷，做成集成元件的基板取代现有的基板材料，可以提高导热率，从而可以解决当集成元件的集成度提高时所带来的热难以迅速散发出去的问题。但是，ＡＩＮ的稠密烧结非常困难，需靠添加氧化物烧结剂来使ＡＩＮ稠密烧结。大量添加氧化物会使ＡＩＮ中第二相增多，反而降低整体的导热率。添加５％一１０％的ＡＩＮ纳米粉，一方面可以利用烧结驱动力大的特点促进Ａ１Ｎ烧结，另一方面也可以减少第二相，对提高Ａ１Ｎ的导热率有较好的效果。除此之外，象ＷＣ，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４等都可以通过添加这些物质的纳米粉的方法柬促速决结。在防护材料方面的应用有些纳米粉材料（如Ｔｉ０２，Ｍ９０２等）的透明性好，且具有优异的紫外线屏蔽作用。在制各某些防护材料或产品时添加少量（一般不超过含量的２％）这样的防护材料就大大减弱了紫外线对这些防护材料或产品的损伤作用，使之更具有耐久性和透明性。若将其涂于诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石表面上，浙江大学硕士学位论文它有防尘、防污、耐磨、防火等作用。因此．这种纳米粉材料广泛用于护肤产品、包装材料、外用面漆以及天然和人造纤维等方面。在工业催化方面的应用纳米粉的比表面积大，表面活性中心多，为做催化剂提供了必要的条件。同时纳米粉的表面效应和体积效应决定了它具有良好的催化活性和催化反应选择性。目前，在高分子聚合物氧化、还原及合成反应中可直接应用Ａｇ，Ａ１２０３，Ｆｅ２０３等的纳米粉末做催化剂，大大提高了反应效率。用纳米粉的光催化性质来处理废水和改善环境是一种行之有效的方法。已有人用酵盐法合成的掺杂Ｆｅ２０３的Ｔｉ０２光催化剂处理含ｓ０３２一和Ｃｒ２０７２－的废水，发现Ｔｉ０２纳米粉的催化活性比普通Ｔｉ０２粉末（约为１０岬）高得多１４】。在光电转化方面的应用纳米粉的特殊光学性质和光电化学性质在日常生活和高科技领域都具有广泛的应用前景。已有的研究表明，利用半导体纳米粉材料可以制备出光电转化更高，即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。关于电致发光材料的研究也格外引人注目，Ｃｏｌｖｉｎ等［５】结合纳米ＣｄＳｅ与聚苯撑乙烯（ＰＰＶ）带ｆｌ成了一种有机一无机复合发光装置，其工作电压仅为４Ｖ。而且，随着改变纳米ＣｄＳｅ颗粒的大小，发光的颜色可以在红色到黄色间持续变化（量子尺寸效应）。在微电子工业方面的应用纳米金粉主要应用于微Ｅｇ－？技术，研究表明【６１表面光滑的粒度很细的球形金粉具有优良的导电性、印刷性和线分辨率，且膜表面平整，清晰度、背光孔隙度、切面密度和覆盖率高，收缩率和流延率小。粒径越小，背光密度越大，即金膜越致密，比同等厚度的烧结膜电阻率小、覆盖率大、成本低。目前气敏元件中大量使用金导体浆料就是利用这一特性。浙江大学硕士学位论文在磁性材料方面的应用铁系合金超微粉末的磁性比其块状的磁性强得多，粒子大小在１０—１００ｎｍ时，即使不磁化也属永久磁体。物质（如铁磁体）的超微粉末的最重要的应用之一即利用其磁性的变化。如利用卜Ｆｅ２０３：、Ｃｒ０２和金属Ｆｅ超微粉末已研制出性能更佳的超高密度磁性录音带、录像带和磁鼓，具有良好的稳定性。医学生物工程方面的应用纳米粉体在医学和生物工程方面有广泛的应用，癌的治疗方法之一是温热疗法，因为癌细胞更怕热，所以可利用热杀死癌细胞。有人研究了使用具有磁性的微颗粒对局部加温的方法【７】：将分散在生理盐水中的微颗粒注入到肿瘤处，通过施加交流磁场产生磁滞损耗使温度上升，局部温度可以升高到４３．５４Ｃ，有成功地治疗鼠的癌病报道。在使用电磁波和超声波的情况下，多采用从复数照射源集中到一点进行局部加温的方法，但对于体内深部的情况下相当困难，而相比之下交流磁场能达到深部位，而且只在加入磁性颗粒的部位发生能量吸收，所以可在限定的部位局部加温。在烧结材料方面的应用物质的熔点在体积变得极小时，就显示出所谓熔点降低的现象。这种熔点降低的现象是纳米粉的重要应用之一。可以用来降低高熔点材料的烧结温度，碳化钨（ｗｃ），碳化硅（ＳＩＣ）和氮化硼（ＢＮ）等，在作为结构材料使用时，需要高温烧结。如果在原材料粉末中使用纳米粉体的话，可以期望在很低的温度不含添加剂的情况下获得高密度烧结体。另外，在制作熔点和蒸气压显著不同的物质之间的化合物与合金时，通过烧结以适量比例混合各个物质纳米粉的制品，可制造成象钐一钻之类合成与加工都很困难的物质。在复合材料方面的应用纳米粉末由于其颗粒极其微小，可与多种物质混合使用而制成各种复合材料。例如将Ａ１２０３纳米粉末分散于金属铝中可以提高其强度哆将金属纳米粉末浙江人学硕＿：学位论文混合于合成纤维中，就能防止其带电；将ＳｉＣ纳米粉末与橡胶、塑料掺合可制成耐磨材料、散热板、电子元器件的封装材料和音响材料。２．４纳米粉体制备技术简介纳米粉体制各工艺按照是否有化学反应发生可分为物理方法和化学方法两大类。例如传统的粉碎方法主要是通过各种机械粉碎来进行。这是使粉碎得很细的颗粒表面相互摩擦，进而由其表面产生纳米粉体。它主要是通过媒介物质的搅拌研磨，或是将粗粉混入气流中，给混入高速气流中的粉体施加以强大的压缩力和摩擦力来进行表面的磨碎。由于没有化学反应发生，过去机械粉碎被归为制备纳米粉体的物理方法一类。但这种粉碎技术在不断研究的过程中进行了各种改进。现己发现机械力给颗粒输入了大量机械能，引起了晶格畸变、缺陷乃至纳米晶微单元出现等一系列物理化学变化，在新生表面上有不饱和价键和高表面能的聚集，呈现较强的化学活性【…，使以机械力化学为基础的粉体改性研究和纳米粉碎技术得到了越来越多的应用。而在化学合成的工艺中也常涉及到物理过程和技术，例如干燥、超声波分散、微波加热等等。这说明过去将微粉制备技术简单分为机械粉碎（物理方法）和化学合成方法两大类己不适用。目前倾向于将制备方法分为固相法，气相法和液相法，即按照反应物所处物相和纳米粉体生成的环境来分类。纳米粉体的制备技术涉及到物理、化学、化工、材料、表面、胶体等众多学科，随着科学技术的发展，为了适应各个领域对纳米粉体的特殊要求，纳米粉体的制备工艺也越来越多样化，从简单的机械粉碎到机械合金化技术，特别是通过物质的化学反应，生成物质的基本粒子如分子、原子和离子等，经过成核生长和凝并而成长为纳米粉体的化学合成法和物理技术相结合得到重视，使纳米粉体制备技术的发展十分迅速。目前在实验室研究中己获得一批具有先进水平的研究成果，为微粉的工业制各技术打下了良好基础。２．４．１固相法固相反应ｍ１是指那些有固态物质参加的反应，可以归纳为以下几类１．一种固态物质的反应，如固体物质的热解，聚合；
纳米锑锡氧化物(ATO)粉体的水热法制备与表征 - 图文(2)
2020-02-21 22:56
纳米锑锡氧化物(ATO)粉体的水热法制备与表征 - 图文(2).doc
将本文的Word文档下载到电脑
下载失败或者文档不完整，请联系客服人员解决！