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纳米材料的物理化学特性

03月01日 编辑 39baobao.com

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纳米材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在纳米量级(1~100nm)的固态材料。由于极细的晶粒,大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,纳米材料与同组成的微米晶体(体相)材料相比,在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能,因而成为材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。 纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别,突出地表现在小尺寸颗粒和庞大的体积百分数的界面,界面原子排列和键的组态的较大无规则性。这就使纳米材料的光学性质出现了一些不同于常规材料的新现象。 纳米材料的光学性质研究之一为其线性光学性质。

纳米材料的红外吸收研究是近年来比较活跃的领域,主要集中在纳米氧化物、氮化物和纳米半导体材料上,如纳米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均观察到了异常红外振动吸收,纳米晶粒构成的Si膜的红外吸收中观察到了红外吸收带随沉积温度增加出现频移的现象,非晶纳米氮化硅中观察到了频移和吸收带的宽化且红外吸收强度强烈地依赖于退火温度等现象。对于以上现象的解释基于纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、晶场效应、尺寸分布效应和界面效应。目前,纳米材料拉曼光谱的研究也日益引起研究者的关注。 半导体硅是一种间接带隙半导体材料,在通常情况下,发光效率很弱,但当硅晶粒尺寸减小到5nm或更小时,其能带结构发生了变化,带边向高能态迁移,观察到了很强的可见光发射。

研究纳米晶Ge的光致发光时,发现当Ge晶体的尺寸减小到4nm以下时,即可产生很强的可见光发射,并认为纳料晶的结构与金刚石结构的Ge 不同,这些Ge纳米晶可能具有直接光跃迁的性质。Y.Masumato发现掺CuCl纳米晶体的NaCl在高密度激光下能产生双激子发光,并导致激光的产生,其光学增益比CuCl 大晶体高得多。不断的研究发现另外一些材料,例如Cds、CuCl、ZnO、SnO2、Bi2O3、Al2O3、TiO2、SnO2、Fe2O3、CaS、CaSO4等,当它们的晶粒尺寸减小到纳米量级时,也同样观察到常规材料中根本没有的发光观象。纳米材料的特有发光现象的研究目前正处在开始阶段,综观研究情况,对纳米材料发光现象的解释主要基于电子跃迁的选择定则,量子限域效应,缺陷能级和杂质能级等方面。 纳米材料光学性质研究的另一个方面为非线性光学效应。

纳米材料由于自身的特性,光激发引发的吸收变化一般可分为两大部分:由光激发引起的自由电子-空穴对所产生的快速非线性部分;受陷阱作用的载流子的慢非线性过程。其中研究最深入的为CdS纳米微粒。由于能带结构的变化,纳米晶体中载流子的迁移、跃迁和复合过程均呈现与常规材料不同的规律,因而其具有不同的非线性光学效应。 纳米材料非线性光学效应可分为共振光学非线性效应和非共振非线性光学效应。非共振非线性光学效应是指用高于纳米材料的光吸收边的光照射样品后导致的非线性效应。共振光学非线性效应是指用波长低于共振吸收区的光照射样品而导致的光学非线性效应,其来源于电子在不同电子能级的分布而引起电子结构的非线性,电子结构的非线性使纳米材料的非线性响应显著增大。

目前,主要采用Z-扫找(Z-SCAN)和DFWM技术来测量纳米材料的光学非线性。 此外,纳米晶体材料的光伏特性和磁场作用下的发光效应也是纳米材料光学性质研究的热点。通过以上两种性质的研究,可以获得其他光谱手段无法得到的一些信息。

纳米玻璃的特性主要有什么

引荐读者:烤瓷牙价格表 纳米烤瓷牙优特性:可符合最低的美学效果,平稳的光动力效果,在适应症范围内展现出了与常用合金卓越的金瓷结合力,安全,非常简单的工件程序,需要长时间加热,合理的三层堆筑法需要更容易的超过颜色重现,更容易应用于,先进设备的操作者性能,卓越的工件稳定性,纳米白榴石微观结构,具备工件平稳的欧珀效果,晶体的大小在纳米单位范围故称作纳米白榴石微观结构,具备微观结构的瓷粉的优势。 纳米烤瓷牙适应症工件温度:900摄氏度与所有热膨胀系数范围在13.8-15.110-6K-1(25-500摄氏度)的烧瓷合金给定美学效果可符合最低的美学效果平稳的光动力效果,纳米烤瓷牙安全性在适应症范围内展现出了与常用合金卓越的金瓷结合力。安全,非常简单的工件程序。

需要长时间加热。

单碳纳米管的光学性质是什么

碳纳米管是一种奇异分子,它是使用一种特殊的化学气相方法,使碳原子形成长链来生长出的超细管子,细到5万根并排起来才有一根头发丝宽。这种又长又细的分子,人们给它取个计量单位“纳米”(百万分之一毫米)的名字,叫“纳米管”。尽管碳纳米管的理论上可长到几公里而不断,但人们已用多种方法制备的碳纳米管,最长也只有一二百微米。我国科学家另辟蹊径,创造性的制出了3毫米长的碳纳米管,把长度增加了上万倍。 碳纳米管有着不可思议的强度与韧性,重量却极轻,导电性极强,兼有金属和半导体的性能;把纳米管组合起来,比同体积的钢强度高100倍 ,重量却只有1/6。 一次,莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度,将少量纳米管置于29Kpa的水压下(相当于水下18000千米深的压力)做实验。

不料,未加到预定压力的1/3,纳米管就被压扁了。他们马上卸去压力,它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。于是,科学家得到启发,发明了用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧,用作汽车或火车的减震装置,可大大减轻车辆的重量。 碳纳米管 在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现[3]了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon nanotube”,即碳纳米管。碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构,并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构,或者称为多边锥形多壁结构。

碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为:单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs),多壁管在开始形成的时候,层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷,因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比,单壁管是由单层圆柱型石墨层构成,其直径大小的分布范围小,缺陷少,具有更高的均匀一致性。 碳纳米管的制备方法主要有电弧法、激光蒸发法、化学气相沉积法等几种。 碳纳米管的特性 碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。 碳纳米管具有良好的力学性能 CNTs抗拉强度达到50~200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍。

对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管,其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似,但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。 碳纳米管具有良好的导电性能 由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同,所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时,导电性能下降;当管径小于6nm时,CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性,尽管其超导转变温度只有1.5*10-4K,但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。

碳纳米管具有良好的传热性能 CNTs具有非常大的长径比,因而其沿着长度方向的热交换性能很高,相对的其垂直方向的热交换性能较低,通过合适的取向,碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外,碳纳米管有着较高的热导率,只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。 碳纳米管还具有光学和储氢等其他良好的性能,正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。 制备碳纳米管的方法 制备碳纳米管的方法,是指含有至少一种的VIII族金属与至少一种的Sn、V、Pb 金属的复合金属催化剂粒子与含碳的气体在足以催化生长碳纳米管的温度下接触。其中VIII 金属为Co、Fe、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt。金属催化剂粒子可以担载在载体上。

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