PPT4 2.4.1纳米材料的定义 0.1nm nm 100nm μm 微观 团簇 纳米 介观 宏观 microscop花 cluster -mesoscopic macroseopic 材料的性质并不是直接决定于原子和分子，在物质的宏观固体和微观原子分子之间还存 在着一些介观的层次，这些层次对材料的物性起着决定性的作用。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成 的材料。如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为三类： (1)在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇等（零维） (2)在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等（一维） (3)在三维空间中有一维在纳米尺度，如纳米薄膜、纳米涂层等（二维） PPT5-PPT8 纳米材料三种实例图片：1、一维的纳米粒子：2、二维的纳米固体，包括薄膜和涂层、 管、线：3、三维的纳米体材，包括介孔材料。（注：三维纳米材料是指由零维，一维和二维 材料为基本单元构成的块体材料，其空间尺度均不在纳米尺度)。 PPT9 纳 米 材 料 四 大 效 应 https://mp.weixin.qq.com/s?_biz=MzA4NDk3ODEwNQ==&mid=209008403&idx=1 &sn=f28ecdef2ec6a614ee8e7eef288a2f9a&scene=21 表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应 PPT10 (1)表面效应指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增 加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。 PPT11 比表面积的增加 比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值表示。分为：质量比表面积、体积比表面积。 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面 积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大。 PPT12 如：把边长为1c的立方体逐渐分割成小的立方体，总表面积将明显增加。 边长 立方体数 每面面积 总表面积 1cm 1 1cm2 6cm2 105cm(100nm) 1015 1010cm2 6×105cm2 106cm(10nm) 1018 1012cm2 6×105cm2 10-7cm(1nm) 1021 1014cm2 6×107cm2
PPT4 2.4.1 纳米材料的定义 材料的性质并不是直接决定于原子和分子，在物质的宏观固体和微观原子分子之间还存 在着一些介观的层次，这些层次对材料的物性起着决定性的作用。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成 的材料。如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为三类: （1）在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇等（零维） （2）在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等（一维） （3）在三维空间中有一维在纳米尺度，如纳米薄膜、纳米涂层等（二维） PPT5- PPT8 纳米材料三种实例图片：1、一维的纳米粒子；2、二维的纳米固体，包括薄膜和涂层、 管、线；3、三维的纳米体材，包括介孔材料。（注：三维纳米材料是指由零维,一维和二维 材料为基本单元构成的块体材料,其空间尺度均不在纳米尺度）。 PPT9 纳 米 材 料 四 大 效 应 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4NDk3ODEwNQ==&mid=209008403&idx=1 &sn=f28ecdef2ec6a614ee8e7eef288a2f9a&scene=21 表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应 PPT10 （1）表面效应指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增 加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。 PPT11 比表面积的增加 比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值表示。分为：质量比表面积、体积比表面积。 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面 积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大。 PPT12 如：把边长为 1cm 的立方体逐渐分割成小的立方体，总表面积将明显增加。 边长 立方体数 每面面积 总表面积 1 cm 1 1 cm2 6 cm2 10 -5 cm (100 nm) 10 15 10 -10 cm2 6×10 5cm2 10 -6 cm (10 nm) 10 18 10 -12 cm2 6×10 6cm2 10 -7 cm (1 nm) 10 21 10 -14 cm2 6×10 7cm2
100 表面原子数相对总原子数 0 比例() 60 40 20 0 10 2030 4050 图示为表面原子数相对总原子总数之比 PPT13 表面原子数的增加 Full-shell Cluskers Total Namber Surface Alms of 随着晶粒尺寸的降低，表面原子所占的比例、比表面积急剧 的 提高，使处于表面的原子数也急剧增加，平均配位数急剧下 降。 表中给出了不同尺寸的紧密堆积的全壳型团簇中表面原 子所占的比例。全壳型团簇是由六边形或立方形紧密堆积的 原子组成。 它们是由一个中心原子和绕其紧密堆积的1、2、3、… 层外壳构成。。 PPT14 表面能 由于表层原子的状态与本体中不同。表面原子配位不足，因而具有较高的表面能。如果 把一个原子或分子从内部移到界面，或者说增大表面积，就必须克服体系内部分子之间的吸 引力而对体系做功。 颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功，所做的功部分转化为表面能储存在体系中。 因此，颗粒细化时，体系的表面能增加了。由于大量的原子存在于晶界和局部的原子结构不 同于大块体材料，必将使纳米材料的自由能增加，使纳米材料处于不稳定的状态，同时使材 料的宏观性能发生变化。 PPT15 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高分辨电子显微镜对金超微颗粒 (直径为2m)进行摄像，实时观察，发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动 形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多孪晶等），它既不同于一般固体，又不 同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状 态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微粒具有稳定的结构状态。 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极 不稳定，很容易与其他原子结合 PPT16 纳米粒子表面活性高的原因
100 80 60 40 20 0 比 例 （ %） 表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数 0 10 20 30 40 50 图示为表面原子数相对总原子总数之比 PPT13 表面原子数的增加 随着晶粒尺寸的降低，表面原子所占的比例、比表面积急剧 提高，使处于表面的原子数也急剧增加，平均配位数急剧下 降。 表中给出了不同尺寸的紧密堆积的全壳型团簇中表面原 子所占的比例。全壳型团簇是由六边形或立方形紧密堆积的 原子组成。 它们是由一个中心原子和绕其紧密堆积的 1、2、3、….. 层外壳构成。。 PPT14 表面能 由于表层原子的状态与本体中不同。表面原子配位不足，因而具有较高的表面能。如果 把一个原子或分子从内部移到界面，或者说增大表面积，就必须克服体系内部分子之间的吸 引力而对体系做功。 颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功，所做的功部分转化为表面能储存在体系中。 因此，颗粒细化时，体系的表面能增加了。由于大量的原子存在于晶界和局部的原子结构不 同于大块体材料，必将使纳米材料的自由能增加，使纳米材料处于不稳定的状态，同时使材 料的宏观性能发生变化。 PPT15 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高分辨电子显微镜对金超微颗粒 (直径为 2nm)进行摄像，实时观察，发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动 形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多孪晶等），它既不同于一般固体，又不 同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状 态，尺寸大于 10 纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微粒具有稳定的结构状态。 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极 不稳定，很容易与其他原子结合 PPT16 纳米粒子表面活性高的原因
如图所示的是单一立方结构的晶粒的二维 平面图，假设颗粒为圆形，实心团代表位于表面 的原子。空心圆代表内部原子，颗粒尺寸为3nm, 原子间距为约0.3nm。很明显，实心圆的原子近 D 邻配位不完全，存在缺少一个近邻的“”原子， ● 缺少两个近邻的“B”原子和缺少3个近邻配位的 “A”原子，“"A“这样的表面原子极不稳定，很快 ●000 0 跑到“®"位置上，这些表面原子一遇见其他原子， ● 很快结合，使其稳定化，这就是活性的原因。 00 这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原 子输运和构型的变化，同时也引起表面电子自旋 构像和电子能谱的变化。 思考：直径较小的纳米粒子多为球形，为什么？ PPT17 ●表面效应及其结果 纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所不同。存在许多悬空键， 配位严重不足，具有不饱和性质，因而极易与其它原子结合而趋于稳定，所以具有很高的化 学活性。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点 材料。 表（界）面效应的主要影响： >表面化学反应活性（可参与反应）。 >催化活性。 >纳米材料的（不）稳定性。 > 熔点降低。 >烧结温度降低。 > 晶化温度降低。 >纳米材料的超塑性和超延展性。 >吸收光谱的红移现象。 主要应用： √催化剂，化学活性剂。如：Cu、Pd/Al2O3。 √吸附剂（储氢材料、碳纤维、碳管、合金等载体）。 √金属纳米粒子自燃。需钝化处理。 PPT18 小尺寸效应当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或（与）磁 场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附 近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象小尺寸效应。 PPT19 ●传统集成电路小型化的技术障碍 √强电场问题 由于尺寸小，在短距离内加偏置电压，器件会产生强电场，载流子在强电场作用下碰撞后， 使大量电子具有高能量，出现载流子热化现象，会引起“雪崩击穿”，电流增大，器件破坏。 √热损耗问题 器件尺度减小和集成电路密度提高，散热问题会越来越重。 PPT20
如图所示的是单一立方结构的晶粒的二维 平面图，假设颗粒为圆形，实心团代表位于表面 的原子。空心圆代表内部原子，颗粒尺寸为 3nm， 原子间距为约 0.3nm。很明显，实心圆的原子近 邻配位不完全，存在缺少一个近邻的“E”原子， 缺少两个近邻的“B”原子和缺少 3 个近邻配位的 “A”原子， “A”这样的表面原子极不稳定，很快 跑到“B”位置上，这些表面原子一遇见其他原子， 很快结合，使其稳定化，这就是活性的原因。 这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原 子输运和构型的变化，同时也引起表面电子自旋 构像和电子能谱的变化。 思考：直径较小的纳米粒子多为球形，为什么？ PPT17 表面效应及其结果 纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所不同。存在许多悬空键， 配位严重不足，具有不饱和性质，因而极易与其它原子结合而趋于稳定，所以具有很高的化 学活性。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点 材料。 表（界）面效应的主要影响： 表面化学反应活性(可参与反应)。 催化活性。 纳米材料的（不）稳定性。 熔点降低。 烧结温度降低。 晶化温度降低。 纳米材料的超塑性和超延展性。 吸收光谱的红移现象。 主要应用： 催化剂，化学活性剂。如：Cu、Pd/Al2O3。 吸附剂（储氢材料、碳纤维、碳管、合金等载体）。 金属纳米粒子自燃。需钝化处理。 PPT18 小尺寸效应当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或(与)磁 场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附 近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象---小尺寸效应。 PPT19 传统集成电路小型化的技术障碍 强电场问题 由于尺寸小，在短距离内加偏置电压，器件会产生强电场，载流子在强电场作用下碰撞后， 使大量电子具有高能量，出现载流子热化现象，会引起“雪崩击穿”，电流增大，器件破坏。 热损耗问题 器件尺度减小和集成电路密度提高，散热问题会越来越重。 PPT20
小尺寸效应的主要影响： (1)特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低， 当颗粒尺寸小于10纳米量级时尤为显著。 如图所示，金、银、铜等材料纳米尺寸下的熔点显著低于常规尺寸下的熔点。 PPT21 在空气中纳米金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用该特性，金属超微颗粒可望成为新一代 的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 超微颗粒熔点下降的性质对粉末治金工业具有一定的吸引力。在钨颗粒中附加0.1%~0.5% 重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200~1300℃，以致可在较低的温 度下烧制成大功率半导体管的基片。 PPT22 (2)特殊的力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好 的韧性。 研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。 呈纳米品粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~一5倍。 左图所示碳纳米管具有良好的拉伸强度及柔韧性，右图所示纳米镍的硬度随粒径减小而 提高。 PPT23 (3)特殊的光学性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有 的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑。由此可见，金属超微颗粒对光 的反射率很低，通常可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消光。 利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为 热能、电能。 PPT24 (4)特殊的磁学性质 纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，这时磁化率不再符合居里外斯定律。纳 米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力。 超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为80安/米，而当颗粒尺 寸减小到2×102微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6 ×103微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。 定义： 矫顽力(coercive force)是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强 度B并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零， 该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。 超顺磁性(superparamagnetism)是指铁磁物质的颗粒小于临界尺寸时具有单畴结构， 在较高温度下表现为顺磁性特点，但在外磁场作用下其顺磁性磁化率比一般顺磁材料的大好 几十倍，称为超顺磁性。 PPT25 人们发现鸽子、海豚、瑚蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁 性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。在趋磁细菌体内通常含 有直径约为2×102微米的磁性氧化物颗粒。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生
小尺寸效应的主要影响： （1）特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低， 当颗粒尺寸小于 10 纳米量级时尤为显著。 如图所示，金、银、铜等材料纳米尺寸下的熔点显著低于常规尺寸下的熔点。 PPT21 在空气中纳米金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用该特性，金属超微颗粒可望成为新一代 的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。在钨颗粒中附加 0.1％～0.5％ 重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从 3000℃降低到 1200～1300℃，以致可在较低的温 度下烧制成大功率半导体管的基片。 PPT22 （2）特殊的力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好 的韧性。 研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。 呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬 3～5 倍。 左图所示碳纳米管具有良好的拉伸强度及柔韧性，右图所示纳米镍的硬度随粒径减小而 提高。 PPT23 （3）特殊的光学性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有 的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑。由此可见，金属超微颗粒对光 的反射率很低，通常可低于 l％，大约几微米的厚度就能完全消光。 利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为 热能、电能。 PPT24 （4）特殊的磁学性质 纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，这时磁化率不再符合居里-外斯定律。纳 米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力。 超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为 80 安／米，而当颗粒尺 寸减小到 2×10 -2微米以下时，其矫顽力可增加 1 千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于 6 ×10 -3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。 定义： 矫顽力（coercive force）是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强 度 B 并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零， 该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。 超顺磁性（superparamagnetism）是指铁磁物质的颗粒小于临界尺寸时具有单畴结构， 在较高温度下表现为顺磁性特点，但在外磁场作用下其顺磁性磁化率比一般顺磁材料的大好 几十倍，称为超顺磁性。 PPT25 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁 性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。在趋磁细菌体内通常含 有直径约为 2 × 10 -2微米的磁性氧化物颗粒。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生
活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。 PPT26-27 (3)量子尺寸效应 ·原子分立能级 量子化：量子力学中，某一物理量的变化不是连续的，称为量子化。各种元素都具 有自己特定的光谱线，如图所示为氢原子分立的光谱线。 1 E 氢原子能级： 可见：En*1-En=hv,用高温，电火花，电弧作用使电子跃迁，可以发光。 E3-E2对应656.5nm红色光 E4-E2对应486.1nm蓝绿光 E6-E2对应410.2nm紫光 作用：利用原子光谱，可鉴别外来天体中的元素。 PPT28 固体的能级 当大量原子构成固体时，单个分子的能级就构成能带。（金属）由于电子数目很多，能带中能 级的间距很小，因此形成连续的能带。从能带理论出发可以成功的解释大块金属，半导体， 绝缘体之间的联系和区别。 超微颗粒的能级 小尺寸系统的量子尺寸效应是指电子的能量被量子化，形成分立的电子态能级，电子在该系 统中的运动受到约束。 当能级间距大于热能kBT、静磁能μOμBH、静电能eE、光子能量hv或超导态的凝聚能时， 这时必须要考虑量子尺寸效应，这会导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观 特性有着显著的不同。 从性质上来讲：由于尺寸减小，超微颗粒的能级间距变为分立能级，如果热能，电场能 或磁场能比平均的能级间距还小时，超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特 性，称之为量子尺寸效应。 PPT29 例：“金属一绝缘体”转化现象： 美国Landman等人在《物理评论快报》报道，金纳米线在有氧条件下被拉伸时首次发现纳 米尺度下的“金属一绝缘体”转化现象。 假如嵌入的是氧原子，金纳米线中的金原子能和旁边的氧原子之间形成磁矩，出现磁性：金 纳米线能被拉伸得比正常情况下更长。在一定长度内，被拉伸的氧化的金纳米线仍能像纯金 纳米线一样导电，但超过这一长度它就会变成绝缘体。氧化的金纳米线轻微收缩后，又能恢 复导电性。 PPT30 (4)宏观量子隧道效应 宏观量子现象 为了区别单个电子、质子、中子等微观粒子的微观量子现象，把宏观领域出现的量子效应称 为宏观量子现象。 宏观的量子效应 微观粒子彼此结成对，形成高度有序，长程相干的状态。大量粒子的整体运动，就如同其中 一个粒子的运动一样。因为一个粒子的运动是量子化的，则这些大量粒子的运动可表现为宏
活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。 PPT26-27 （3）量子尺寸效应 原子分立能级 量子化：量子力学中，某一物理量的变化不是连续的，称为量子化。各种元素都具 有自己特定的光谱线，如图所示为氢原子分立的光谱线。 氢原子能级： 可见：En+1-En=hν，用高温，电火花，电弧作用使电子跃迁，可以发光。 E3-E2对应 656.5 nm 红色光 E4-E2 对应 486.1 nm 蓝绿光 ………………………… E6-E2对应 410.2 nm 紫光 作用: 利用原子光谱，可鉴别外来天体中的元素。 PPT28 固体的能级 当大量原子构成固体时，单个分子的能级就构成能带。(金属)由于电子数目很多，能带中能 级的间距很小，因此形成连续的能带。从能带理论出发可以成功的解释大块金属，半导体， 绝缘体之间的联系和区别。 超微颗粒的能级 小尺寸系统的量子尺寸效应是指电子的能量被量子化，形成分立的电子态能级，电子在该系 统中的运动受到约束。 当能级间距大于热能 kBT、静磁能μ0μBH、静电能 eE、光子能量 hv 或超导态的凝聚能时， 这时必须要考虑量子尺寸效应，这会导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观 特性有着显著的不同。 从性质上来讲：由于尺寸减小，超微颗粒的能级间距变为分立能级，如果热能，电场能 或磁场能比平均的能级间距还小时，超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特 性，称之为量子尺寸效应。 PPT29 例：“金属—绝缘体”转化现象： 美国 Landman 等人在《物理评论快报》报道，金纳米线在有氧条件下被拉伸时首次发现纳 米尺度下的“金属－绝缘体”转化现象。 假如嵌入的是氧原子，金纳米线中的金原子能和旁边的氧原子之间形成磁矩，出现磁性；金 纳米线能被拉伸得比正常情况下更长。在一定长度内，被拉伸的氧化的金纳米线仍能像纯金 纳米线一样导电，但超过这一长度它就会变成绝缘体。氧化的金纳米线轻微收缩后，又能恢 复导电性。 PPT30 （4）宏观量子隧道效应 宏观量子现象 为了区别单个电子、质子、中子等微观粒子的微观量子现象，把宏观领域出现的量子效应称 为宏观量子现象。 宏观的量子效应 微观粒子彼此结成对，形成高度有序，长程相干的状态。大量粒子的整体运动，就如同其中 一个粒子的运动一样。因为一个粒子的运动是量子化的，则这些大量粒子的运动可表现为宏
观的量子效应。 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观的量子隧道效应可以在宏观物理量中例如 微粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等表现出来，称为宏观量子隧道效应。 PPT31 宏观量子隧道效应既限制了微电子器件进一步微型化的极限，又限制了颗粒记录密度，确立 了现存电子器件微型化的极限。当微电子器件进一步微型化时必须考虑量子隧道效应。例如， 在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件， 使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。 PPT32 量子理论告诉我们，物质可以在特定条件下，无中生有。费曼指出：“就我看来，物理学原 理与一个原子又一个原子地操纵物体这种可能，并不相违背。”纳米尺度的物质被量子化了。 因此，纳米技术是科学及工程技术中最有可能产生新突破的领域，并非单纯朝着微型化的进 一步发展：它代表着一个引人注目的新物质的性质将完全由量子力学所支配。所以说，纳米 材料是将量子力学效应工程化或技术化的最佳场合之一，可能会产生全新的物理、化学现 象。 PPT33 四种效应构成了纳米颗粒和纳米固体的基本特性，使它们呈现出许多奇特的物理和化学性质， 出现一些不同于其它大块材料的“反常现象” PPT34 蓝移现象 纳米微粒与大块材料相比，其吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。如： (1)纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的红外吸收频率峰值分别是814cm1和794cm2。纳 米碳化硅颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm1。 (2)纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的峰值红外吸收频率分别是949cm1和935cm1,纳 米氯化硅颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了14cm1。 利用这种蓝移现象可以设计波段可控的新型光吸收材料，在这方面纳米微粒可以大显身手。 PPT35 新的发光现象 (1)硅是具有良好半导体特性的材料，是微电子的核心材料之一，可美中不足的是硅材料 不是好的发光材料。 (2)1990年，日本佳能公司首次在室温下观察到在6nm大小的硅颗粒的试样中，在波长 为800nm附近有一强的发光带，随着尺寸减小到4nm,发光带的短波侧已延伸到可见光范 围，淡淡的红光使人们长期追求硅发光的努力成为现实。 (3)肯汉(Canham)在多孔硅看到了在可见光范围发红光现象，这是目前为止硅家族中具有 发强光的最重要的硅材料。 PPT36 扩散特性 (1)在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。与单晶材料 相比，纳米结构材料具有较高的扩散率。 (2)测定Cu纳米晶的扩散率，发现它是普通材料晶格扩散率的1014~1020倍，是晶界扩散 率的102-104倍。 (3)增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大的降低。 PPT37
观的量子效应。 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观的量子隧道效应可以在宏观物理量中例如 微粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等表现出来，称为宏观量子隧道效应。 PPT31 宏观量子隧道效应既限制了微电子器件进一步微型化的极限，又限制了颗粒记录密度，确立 了现存电子器件微型化的极限。当微电子器件进一步微型化时必须考虑量子隧道效应。例如， 在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件， 使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在 0.25 微米。 PPT32 量子理论告诉我们，物质可以在特定条件下，无中生有。费曼指出：“就我看来，物理学原 理与一个原子又一个原子地操纵物体这种可能，并不相违背。”纳米尺度的物质被量子化了。 因此，纳米技术是科学及工程技术中最有可能产生新突破的领域，并非单纯朝着微型化的进 一步发展；它代表着一个引人注目的新物质的性质将完全由量子力学所支配。所以说，纳米 材料是将量子力学效应工程化或技术化的最佳场合之一，可能会产生全新的物理、化学现 象。 PPT33 四种效应构成了纳米颗粒和纳米固体的基本特性，使它们呈现出许多奇特的物理和化学性质， 出现一些不同于其它大块材料的“反常现象” PPT34 蓝移现象 纳米微粒与大块材料相比，其吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。如： （1）纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的红外吸收频率峰值分别是 814cm-1 和 794cm-1。纳 米碳化硅颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了 20cm-1。 （2）纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的峰值红外吸收频率分别是 949cm-1 和 935cm-1，纳 米氮化硅颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了 14cm-1。 利用这种蓝移现象可以设计波段可控的新型光吸收材料，在这方面纳米微粒可以大显身手。 PPT35 新的发光现象 （1）硅是具有良好半导体特性的材料，是微电子的核心材料之一，可美中不足的是硅材料 不是好的发光材料。 （2）1990 年，日本佳能公司首次在室温下观察到在 6nm 大小的硅颗粒的试样中，在波长 为 800nm 附近有一强的发光带，随着尺寸减小到 4nm，发光带的短波侧已延伸到可见光范 围，淡淡的红光使人们长期追求硅发光的努力成为现实。 （3）肯汉(Canham)在多孔硅看到了在可见光范围发红光现象，这是目前为止硅家族中具有 发强光的最重要的硅材料。 PPT36 扩散特性 （1）在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。与单晶材料 相比，纳米结构材料具有较高的扩散率。 （2）测定 Cu 纳米晶的扩散率，发现它是普通材料晶格扩散率的 10 14～10 20倍，是晶界扩散 率的 10 2－10 4倍。 （3）增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大的降低。 PPT37
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为 原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，因此，在较低温度下烧结就能达到致密化的 目的，即烧结温度降低。 常规氧化铝烧结温度在1973~2073K,而纳米氧化铝可在1423K至1673K烧结，致密度可达 99.0%以上。 Ti02不需要添加任何助剂，粒径为12nm的Ti02粉可以在低于常规烧结温度400~600℃ 下进行烧结。 PPT38 纳米效应应用实例 (1)隐身技术（小尺寸效应、表面效应） (2)纳米光催化（表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应） (3)高密度存储（宏观量子隧道效应） PPT39 举例1：隐身战斗机 1991年，美国在海湾战争中首次使用的F117A隐身战斗机，由于飞机的机身上包覆了多种 纳米尺度的红外和微波隐身材料，使得雷达和红外探测器都无法探测到飞机的存在。在历时 1个半月得海湾战争中，F117A隐身战斗机执行任务达1270余架次，摧毁了伊拉克95%的 重要军事目标，却无一架飞机受损。 请学生思考： 战斗机为什么能够实现隐身？ PPT40 隐身原因： (1)纳米微粒的尺寸远远小于飞机本身发出的红外线波长和雷达发来的电磁波波长，可以 大大增加对这些波的透过率和减少对这些波的反射率，使得红外探测器和雷达接受到的反射 信号变得微弱，从而达到隐身的作用。 (2)纳米微粒的比表面积大，对电磁波有很强的吸收能力，这些又使得红外探测器和雷达 接受到得反射信号强度又大打折扣。 PPT41 纳米催化剂 纳米微粒尺寸小，比表面积大。由于表面原子的周围缺少相邻的原子，使得颗粒出现大 量剩余的悬空键而具有不饱和的性质，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。 随着微粒的粒径减小，微粒表面的光滑程度也会相应变差，由此形成更多的凹凸不平的 原子台阶，可以增加化学反应的接触面，这是提高催化作用的必要条件。 PPT42 问题： 上海浦东88层的金贸大厦采用玻璃幕墙饰面，高度达420.5m。10余位大厦外墙清洁工用 钢缆吊在高空洗刷大厦的外墙，终年在此打扫（当他们从顶层打扫到底层时，顶层的外墙又 己经需要清扫了)。 请学生思考： 有什么好的方法可以清洁玻璃表面？ PPT43 方法：在玻璃表面制备T02薄膜 原因： (1)纳米TO2具有光催化性能，利用太阳光可将吸附在TiO2表面的OH-和H20分子氧
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为 原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，因此，在较低温度下烧结就能达到致密化的 目的，即烧结温度降低。 常规氧化铝烧结温度在 1973～2073K，而纳米氧化铝可在 1423K 至 1673K 烧结，致密度可达 99.0％以上。 Ti02不需要添加任何助剂，粒径为 12nm 的 TiO2粉可以在低于常规烧结温度 400～600℃ 下进行烧结。 PPT38 纳米效应应用实例 （1）隐身技术（小尺寸效应、表面效应） （2）纳米光催化（表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应） （3）高密度存储（宏观量子隧道效应） PPT39 举例 1：隐身战斗机 1991 年，美国在海湾战争中首次使用的 F117A 隐身战斗机，由于飞机的机身上包覆了多种 纳米尺度的红外和微波隐身材料，使得雷达和红外探测器都无法探测到飞机的存在。在历时 1 个半月得海湾战争中，F117A 隐身战斗机执行任务达 1270 余架次，摧毁了伊拉克 95％的 重要军事目标，却无一架飞机受损。 请学生思考： 战斗机为什么能够实现隐身？ PPT40 隐身原因： （1）纳米微粒的尺寸远远小于飞机本身发出的红外线波长和雷达发来的电磁波波长，可以 大大增加对这些波的透过率和减少对这些波的反射率，使得红外探测器和雷达接受到的反射 信号变得微弱，从而达到隐身的作用。 （2）纳米微粒的比表面积大，对电磁波有很强的吸收能力，这些又使得红外探测器和雷达 接受到得反射信号强度又大打折扣。 PPT41 纳米催化剂 纳米微粒尺寸小，比表面积大。由于表面原子的周围缺少相邻的原子，使得颗粒出现大 量剩余的悬空键而具有不饱和的性质，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。 随着微粒的粒径减小，微粒表面的光滑程度也会相应变差，由此形成更多的凹凸不平的 原子台阶，可以增加化学反应的接触面，这是提高催化作用的必要条件。 PPT42 问题： 上海浦东 88 层的金贸大厦采用玻璃幕墙饰面，高度达 420.5m。10 余位大厦外墙清洁工用 钢缆吊在高空洗刷大厦的外墙，终年在此打扫（当他们从顶层打扫到底层时，顶层的外墙又 已经需要清扫了）。 请学生思考： 有什么好的方法可以清洁玻璃表面？ PPT43 方法：在玻璃表面制备 TiO2薄膜 原因： （1）纳米 TiO2 具有光催化性能，利用太阳光可将吸附在 TiO2 表面的 OH-和 H2O 分子氧
化成OH自由基。·OH自由基的氧化能力很强，能将大多数有机污染物及部分无机污染物氧 化降解为CO2,H20等无害物质。 (2)在玻璃表面制备TiO2薄膜，在太阳光下可实现玻璃表面的自清洁。 Ti02光催化原理： TO2属于N型半导体材料，具有能带结构，一般由填满电子的低能价带和空白的高能 导带构成，价带和导带间存在禁带。TiO2的禁带宽度为3.2V,当它吸收波长小于或等于 387.5m的光子后，价带上的电子被激发跃迁至导带，形成带负电的高活性电子。同时，在 价带上产生带正电的空穴，在电场作用下，电子与空穴分离并迁移到粒子表面。光生空穴有 很强的捕获电子能力，具有强氧化性，可将吸附在TiO2表面的OH-和H20分子氧化成OH 自由基。其反应机理可用下式表示 Ti02+H20→e+h* Ht+H2O→OH+H+ H+OH→OH 02十e→02 02-+Ht→H02 2H02→02+H02 H202+02-→0H+0H+02 ·OH自由基的氧化能力很强，能将大多数有机污染物及部分无机污染物氧化降解为CO2, H20等无害物质，且·OH对反应物无选择性，在光催化氧化中起着决定性作用。 PPT44 高密度磁盘 随着电子计算机技术、通讯及电视广播的快速发展和广泛应用，磁记录技术得到了快速发展。 磁带在声音和图像记录器、海量存储器、硬磁盘的后备存储器及档案库存储器等方面一直占 据着统治地位。 从价格及体记录密度两方面看，尚未发现其他记录媒体能够取代磁带，在可预见的将来磁带 的主流地位仍会继续保持下去。 PPT45 纳米材料的制备 干式粉碎 粉碎法 湿式粉碎 气体蒸发法 物理法 活化氢一熔融金属反应法 溅射法 纳米粒子合成方法分类 构筑法 真空沉积法 加热蒸发法 米 混合等离子体法 气相分解法 气相反应法 气相合成法 子 气-固反应法 「共沉淀法 备 化学法 沉淀法化合物沉淀法 水热法 、水解沉淀法 方法 液相反应法 溶胶一凝胶法 氧化还原法 冻结干燥法 其它方法 喷雾法 PPT46
化成·OH 自由基。·OH 自由基的氧化能力很强，能将大多数有机污染物及部分无机污染物氧 化降解为 CO2，H2O 等无害物质。 （2）在玻璃表面制备 TiO2薄膜，在太阳光下可实现玻璃表面的自清洁。 TiO2光催化原理： TiO2 属于Ｎ型半导体材料，具有能带结构，一般由填满电子的低能价带和空白的高能 导带构成，价带和导带间存在禁带。TiO2 的禁带宽度为 3.2eV，当它吸收波长小于或等于 387.5nm 的光子后，价带上的电子被激发跃迁至导带，形成带负电的高活性电子。同时，在 价带上产生带正电的空穴，在电场作用下，电子与空穴分离并迁移到粒子表面。光生空穴有 很强的捕获电子能力，具有强氧化性，可将吸附在 TiO2表面的 OH-和 H2O 分子氧化成·OH 自由基。其反应机理可用下式表示: TiO2＋H2O→e -＋h + H+＋H2O→·OH＋H+ H+＋OH-→·OH O2＋e -→·Ｏ2 - ·Ｏ2-＋H+→HO2· 2HO2·→O2＋H2O2 H2O2＋O2-→·OH＋OH-＋O2 ·OH 自由基的氧化能力很强，能将大多数有机污染物及部分无机污染物氧化降解为 CO2， H2O 等无害物质，且·OH 对反应物无选择性，在光催化氧化中起着决定性作用。 PPT44 高密度磁盘 随着电子计算机技术、通讯及电视广播的快速发展和广泛应用，磁记录技术得到了快速发展。 磁带在声音和图像记录器、海量存储器、硬磁盘的后备存储器及档案库存储器等方面一直占 据着统治地位。 从价格及体记录密度两方面看，尚未发现其他记录媒体能够取代磁带，在可预见的将来磁带 的主流地位仍会继续保持下去。 PPT45 纳米材料的制备 PPT46
●物理方法一粉碎法 一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机和振动磨是磨碎和冲击粉碎的组合：雷 蒙磨是压碎、剪碎和磨碎的组合：气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。 几种典型的粉碎技术：球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流 磨。 物料被粉碎时常常会导致物质结构及表面物理化学性质发生变化，主要表现在： 1、粒子结构变化，如表面结构自发的重组，形成非晶态结构或重结晶。 2、粒子表面的物理化学性质变化，如电性、吸附、分散与团聚等性质。 3、受反复应力使局部发生化学反应，导致物料中化学组成发生变化。 PPT47 ·物理方法一构筑法 构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子，其原理图如下。 块体材料 原子分子化 纳米粒子 如何使块体材料 如何使许多原子 通过物理的方法 或分子凝聚生成 原子分子化？ 纳米粒子？ U 蒸发、离子溅射、溶剂分散 ·惰性气体中或不活泼气体中凝聚 ·流动的油面上凝聚 电阻加热、等离子体加热、 激光加热、电子束加热、 ·冷冻干燥法 电孤放电加热、高频感应加 热、太阳炉加热… PPT48 ·模板生长 设想存在一个纳米尺寸的笼子（纳米尺寸的反应器），让原子的成核和生长在该“纳米反 应器”中进行。在反应充分进行后，“纳米反应器”的大小和形状就决定了作为产物的纳米 材料的尺寸和形状。无数多个“纳米反应器”的集合就是模板合成技术中的“模板”。 模板法使得纳米材料的生长可以按照人们的意愿来进行，产物基本涵盖了目前可制备的 一维纳米材料。一些辅助手段保证了产物的结构完整性和形貌可控性，并且很容易获得良好 的纳米阵列。 PPT49 ·模板的分类：软模板和硬模板。 硬模板有多孔氧化铝、介孔沸石、蛋白、纳米管、多孔S引模板、金属模板以及经过特 殊处理的多孔高分子薄膜等。 软模板则常常是由表面活性剂分子聚集而成的胶团、反胶团、囊泡等。 二者的共性是都能提供一个有限大小的反应空间，区别在于前者提供的是静态的孔道， 物质只能从开口处进入孔道内部，而后者提供的则是处于动态平衡的空腔，物质可以透过腔 壁扩散进出。 模板生长缺点：首先，模板与产物的分离比较麻烦，很容易对纳米管/线造成损伤：其 次，模板的结构一般只是在很小的范围内是有序的，很难在大范围内改变，这就使纳米材料 的尺寸不能随意地改变：第三，模板的使用造成了对反应条件的限制，为了迁就模板的适用
物理方法－粉碎法 一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机和振动磨是磨碎和冲击粉碎的组合；雷 蒙磨是压碎、剪碎和磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。 几种典型的粉碎技术：球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流 磨。 物料被粉碎时常常会导致物质结构及表面物理化学性质发生变化，主要表现在： 1、粒子结构变化，如表面结构自发的重组，形成非晶态结构或重结晶。 2、粒子表面的物理化学性质变化，如电性、吸附、分散与团聚等性质。 3、受反复应力使局部发生化学反应，导致物料中化学组成发生变化。 PPT47 物理方法－构筑法 构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子，其原理图如下。 PPT48 模板生长 设想存在一个纳米尺寸的笼子(纳米尺寸的反应器)，让原子的成核和生长在该“纳米反 应器”中进行。在反应充分进行后，“纳米反应器”的大小和形状就决定了作为产物的纳米 材料的尺寸和形状。无数多个“纳米反应器”的集合就是模板合成技术中的“模板”。 模板法使得纳米材料的生长可以按照人们的意愿来进行，产物基本涵盖了目前可制备的 一维纳米材料。一些辅助手段保证了产物的结构完整性和形貌可控性，并且很容易获得良好 的纳米阵列。 PPT49 • 模板的分类：软模板和硬模板。 硬模板有多孔氧化铝、介孔沸石、蛋白、纳米管、多孔 Si 模板、金属模板以及经过特 殊处理的多孔高分子薄膜等。 软模板则常常是由表面活性剂分子聚集而成的胶团、反胶团、囊泡等。 二者的共性是都能提供一个有限大小的反应空间，区别在于前者提供的是静态的孔道， 物质只能从开口处进入孔道内部，而后者提供的则是处于动态平衡的空腔，物质可以透过腔 壁扩散进出。 模板生长缺点: 首先，模板与产物的分离比较麻烦，很容易对纳米管/线造成损伤；其 次，模板的结构一般只是在很小的范围内是有序的，很难在大范围内改变，这就使纳米材料 的尺寸不能随意地改变；第三，模板的使用造成了对反应条件的限制，为了迁就模板的适用
范围，将不可避免地对产物的应用造成影响。 PPT50 水热法又称高压溶液法，是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶于水 的物质通过溶解或反应生成该物质的溶解产物，并达到一定的过饱和度而进行结晶和生长的 方法。 优点：晶体热应力小、宏观缺陷少、均匀性和纯度高。 缺点：难于实时观察，参量调节困难。 PPT51 实验室制备纳米材料举例 1、水热法制备NaYF4上转换纳米材料 采用水热法合成了NaYF4上转换纳米材料，可实现波长转换，将长波长、低能量光子 转换为短波长、高能量光子，在太阳能电池、生物成像等领域具有广泛应用。左图为NaYF4 上转换纳米材料TEM形貌图，右图为NaYF4上转换纳米材料SEM形貌图 PPT52 2、硅基表面稀土改性碳纳米管自组装复合薄膜制备 采用自组装膜制备技术，在单晶硅表面制备了稀土改性碳纳米管复合薄膜，并研究了薄膜的 摩擦磨损性能。左图为稀土改性碳纳米管复合薄膜的SM形貌图，右图为稀土改性碳纳米 管复合薄膜的磨痕表面形貌。 PPT53 3.钛合金表面石墨烯自组装复合薄膜的制备 采用自组装膜制备技术在钛合金表面制备了石墨烯自组装复合薄膜，有效提高了钛合金表面 的耐磨性能。 PPT54 2.3.2纳米材料的测试与表征 2.3.2.1纳米材料的成份分析主要包括以下几种方法： 原子吸收光谱AAS 电感耦合等离子体原子发射光谱ICP 电感耦合等离子体质谱ICP-MS X射线荧光光谱XFS 电子探针分析 PPT55 ●电感耦合等离子体发射光谱ICP,特点如下： 1.1CP是利用电感耦合等离子体作为激发源，根据处于激发态的待测元素原子回到基态 时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法 2.可进行多元素同时分析，适合近70种元素的分析 3. 很低的检测限，一般可达到101105μg/cm3 4. 稳定性很好，精密度很高，相对偏差在1%以内，定量分析效果好 5.对非金属元素的检测灵敏度低 PPT56 ●X-射线荧光光谱分析法，特点如下： 1.是一种非破坏性的分析方法，可对固体样品直接测定。在纳米材料成分分析中具有 较大的优点。 2.具有较好的定性分析能力，可以分析原子序数大于3的所有元素。 3.分析灵敏度高，其检测限达到10510g/cm3
范围，将不可避免地对产物的应用造成影响。 PPT50 水热法又称高压溶液法，是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶于水 的物质通过溶解或反应生成该物质的溶解产物，并达到一定的过饱和度而进行结晶和生长的 方法。 优点：晶体热应力小、宏观缺陷少、均匀性和纯度高。 缺点：难于实时观察，参量调节困难。 PPT51 实验室制备纳米材料举例 1、水热法制备 NaYF4 上转换纳米材料 采用水热法合成了 NaYF4 上转换纳米材料，可实现波长转换，将长波长、低能量光子 转换为短波长、高能量光子，在太阳能电池、生物成像等领域具有广泛应用。左图为 NaYF4 上转换纳米材料 TEM 形貌图，右图为 NaYF4 上转换纳米材料 SEM 形貌图 PPT52 2、 硅基表面稀土改性碳纳米管自组装复合薄膜制备 采用自组装膜制备技术，在单晶硅表面制备了稀土改性碳纳米管复合薄膜，并研究了薄膜的 摩擦磨损性能。左图为稀土改性碳纳米管复合薄膜的 SEM 形貌图，右图为稀土改性碳纳米 管复合薄膜的磨痕表面形貌。 PPT53 3.钛合金表面石墨烯自组装复合薄膜的制备 采用自组装膜制备技术在钛合金表面制备了石墨烯自组装复合薄膜，有效提高了钛合金表面 的耐磨性能。 PPT54 2.3.2 纳米材料的测试与表征 2.3.2.1 纳米材料的成份分析主要包括以下几种方法： 原子吸收光谱 AAS 电感耦合等离子体原子发射光谱 ICP 电感耦合等离子体质谱 ICP-MS X-射线荧光光谱 XFS 电子探针分析 PPT55 电感耦合等离子体发射光谱 ICP ，特点如下： 1. ICP 是利用电感耦合等离子体作为激发源，根据处于激发态的待测元素原子回到基态 时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法 2. 可进行多元素同时分析，适合近 70 种元素的分析 3. 很低的检测限，一般可达到 10－1 ~10－5μg/cm3 4. 稳定性很好，精密度很高，相对偏差在 1%以内，定量分析效果好 5. 对非金属元素的检测灵敏度低 PPT56 X-射线荧光光谱分析法，特点如下： 1. 是一种非破坏性的分析方法，可对固体样品直接测定。在纳米材料成分分析中具有 较大的优点。 2. 具有较好的定性分析能力，可以分析原子序数大于 3 的所有元素。 3. 分析灵敏度高，其检测限达到 10 -5 ~10 -9g/cm3