目 录
1 前言 .............................................................................................................................. 1 1.1 本课题的现状 ........................................................................................................... 1 1.1.1 纳米材料的性质 ...................................................................................................... 2 1.1.2 纳米材料的制备 ...................................................................................................... 4 1.1.3 纳米材料的应用 ...................................................................................................... 6 1.2二氧化铈 ...................................................................................................................... 7 1.2.1 二氧化铈的应用 ...................................................................................................... 8 1.2.2 二氧化铈的制备 .................................................................................................... 11 1.2.3 纳米CeO2的发展前景 ......................................................................................... 13 1.3本课题所要研究的问题............................................................................................ 14 2 实验 .............................................................................................................................. 15 2.1 实验试剂 ................................................................................................................... 15 2.2 仪器与设备 ............................................................................................................... 15 2.3 实验步骤 ................................................................................................................... 16 2.2.1 凝胶溶液的配置 .................................................................................................... 16 2.3.2 加热 ........................................................................................................................ 17 2.3.3 制备干凝胶 ............................................................................................................ 17 2.3.4 燃烧 ........................................................................................................................ 17 2.3.5 后处理 .................................................................................................................... 17 2.4 燃烧反应的绝热温度和相关热力学参数 .............................................................. 17 2.5 实验方案 ................................................................................................................... 19 2.5.1 丙三醇作还原剂 .................................................................................................... 20 2.5.2 三异丙醇胺做还原剂............................................................................................ 21 2.5.3 三乙醇胺做还原剂 ................................................................................................ 22 3 结果与讨论 .................................................................................................................. 23 3.1 二氧化铈的影响因素 ............................................................................................... 23 3.1.1 还原剂结构的影响 ................................................................................................ 23
3.1.2反应温度的影响 ..................................................................................................... 23 3.1.3凝胶烘干温度的影响............................................................................................. 24 3.1.4 pH的影响 .............................................................................................................. 25 3.2 二氧化铈表征分析 ................................................................................................... 26 3.2.1 X-射线衍射分析（XRD） .................................................................................... 26 3.2.2 扫描电镜（SEM） ............................................................................................... 27 4 结论 .............................................................................................................................. 27 参考文献 .......................................................................................................................... 29 致 谢 .......................................................................................................................... 31
1 前言
1.1 本课题的现状
纳米材料是二十一世纪的一种全新的材料，纳米材料指由纳米单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等。20世纪60年代，诺贝尔奖获得者量子物理学家费曼曾经说：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。1981年德国萨尔兰大学的学者格莱特首次提出了纳米材料的概念。1982年IBM公司苏黎世研究所的两位科学家宾尼格和洛勒发明了扫描隧道显微镜（STM），这是一种基于量子隧道效应原理的新型高分辨率显微镜。它能以原子级的空间尺度来观察宏观块体物质表面上的原子和分子的几何分布和状态分布，确定物体局部区域的光、电、磁、热和机械特性。到20世纪80年代末，STM已发展成为一个可排布原子的工具。1990年，人们首次用STM进行了原子、分子水平的操作。1990年7月，在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支，而采用纳米材料制作新产品的工艺技术则被称为纳米技术。现在，纳米技术已经形成为高度交叉的综合性科学技术，是一个融科学前沿和高技术于一体的完整科学技术体系[1]。
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影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”[2]。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。2012年1月，中国工业和信息化部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中将纳米材料列入前沿新材料领域，并明确指出，中国将加强纳米技术研究，重点突破纳米材料及制品的制备与应用关键技术，积极开发纳米粉体、纳米碳管、富勒烯、石墨烯等材料，积极推进纳米材料在新能源、节能减排、环境治理、绿色印刷、功能涂层、电子信息和生物医用等领域的研究应用[3]。
1.1.1 纳米材料的性质
纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100 nm以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料[4]。
大量理论及实验研究表明，颗粒小于一定的尺寸时，能表现出其他常规材料更优异或不具备的性能。尤其是纳米粒子特殊的结构及效应使其具有特殊的性质，由此，在光、电、磁、催化、敏感等方面呈现出常规材料不具备的奇异性能，在许多科学领域展现了广阔的应用前景。
（1）力学性质
纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。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[5]，使其在难以加工材料刀具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。
（2）磁学性质
当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55 Gb/cm2，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[6]。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71 Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料，在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
（3）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
（4）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
（5）光学性质
纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料[7]。
纳米材料还具有特殊的效应：表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
(1)表面效应
同大块材料相比，纳米材料由于粒径小，粒子表面上的原子数的比例增加，比表面积和比表面能也迅速增大。由于材料外部原子和内部原子所处的环境不同，外部原子由于所处环境较为孤立，易出现配位不足，形成许多悬空键。因而具有很高的比表面能，易与其他原子或分子结合从而发生反应，化学性质非常活泼。
(2)体积效应
体积效应也叫小尺寸效应，是指纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长及超导带态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，从而产生一系列新奇的性质。光吸收热阻、超导电性、介电性能、磁性、化学活性、催化性及熔点等方面较普通粒子有很大变化。
(3)量子尺寸效应
在宏观尺寸下或高温下，金属费米能级附近电子能级一般是连续的，低温情况下，电子的能级是离散的。所谓量子尺寸效是指当粒子尺寸下降到某一数值如接近电子波长时，费米能级附近的电子能级由准连续状态变为离散能级。由此，能级的