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納米材料科技論文篇一
光催化； 納米材料； 環(huán)境保護；
工業(yè)廢水和廢氣中都含有較多的毒害物質(zhì)， 比如有機磷農(nóng)藥或是二氯乙烯等， 這些物質(zhì)對于人體的影響都是十分明顯的。傳統(tǒng)的水處理方式， 比如吸附法、混凝法等方法在現(xiàn)階段實際應(yīng)用環(huán)節(jié)中仍然存在較大的困難， 效果并不理想， 所以在今后的實際發(fā)展過程中就需要不斷探索和獲取一種經(jīng)濟、合理的方式， 實現(xiàn)對傳統(tǒng)方法處理后水中的殘留物質(zhì)進行更有效的降解。1976年， 科學(xué)家在對紫外線光照射下對納米ti o2進行了研究， 發(fā)現(xiàn)這種方式可以將難以降解的有機化合物多氯聯(lián)苯脫氯進行有效降解。當(dāng)前， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過3000余種難降解的有機化合物都可以借助此種方式進行降解， 尤其是水中有機污染物濃度較低或是其他降解方式不佳的時候， 這項技術(shù)更是能發(fā)揮出前所未有的技術(shù)優(yōu)勢。
光催化的納米材料采用的絕大多數(shù)都是金屬氧化物或是硫化物等半導(dǎo)體材料， 是一種特殊的電子結(jié)構(gòu)。和金屬相比， 這種半導(dǎo)體存在明顯的不連續(xù)性， 在對電子的低能價帶進行填滿的過程中會和空的高能導(dǎo)帶存在明軒的禁帶， 所以當(dāng)二者產(chǎn)生的能量大于光照射的時候， 在價帶上的電子就會被轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶上， 最終在半導(dǎo)體表面形成具備高活性的電子[1]。
在光催化反應(yīng)中， 獲取光激發(fā)所出現(xiàn)的空穴， 和對給體或是受體產(chǎn)生的作用也是有效的。所以在實際工作中為了確保光催化反應(yīng)能更有效的進行， 就應(yīng)該適當(dāng)降低電子和空穴之間的簡單復(fù)合。
(一) 光催化納米技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的水處理方式中可以對污水中出現(xiàn)的懸浮物質(zhì)或是泥沙等大顆粒的污染物進行去除， 但是對于濃度較低的可溶性物質(zhì)卻很難進行有效的處理， 并且由于這項工作的工作效率比較低， 花費的經(jīng)濟成本比較高， 所以很多時候并不能進行有效的處理。但是借助納米材料的光催化方法， 就可以將很多難以降解而定污染物進行合理轉(zhuǎn)變， 從而將原本水中的污染物轉(zhuǎn)化為水分子或是二氧化碳等無污染的分子物質(zhì)。
比如在對有機廢水的處理環(huán)節(jié)中， 光催化納米材料就可以將水中的絕大多數(shù)有機污染物進行轉(zhuǎn)化， 使其成為無污染的物質(zhì)， 比如可以將酸。表面活性劑等有機污染物進行氧化， 使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗蚨趸嫉葻o害的物質(zhì)。借助納米材料可以的對物質(zhì)表面性能進行轉(zhuǎn)變， 通過這種方式對水中納米的分散性進行優(yōu)化。從而實現(xiàn)對光激發(fā)作用下產(chǎn)生的電子和空穴復(fù)合問題進行抑制， 進一步實現(xiàn)對催化活性的提升[2]。
再比如對無機廢水的處理環(huán)節(jié)中， 由于無機物在納米粒子表面存在明顯的光化學(xué)活性， 因此光催化納米材料后所出現(xiàn)的電子和空穴都可以對高氧化狀態(tài)的物質(zhì)進行還原， 也就是借助此種方式實現(xiàn)對無機物污染的有效消除。
(二) 光催化納米技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用
對大氣污染產(chǎn)生影響的主要成分就是二氧化硫、一氧化碳等物質(zhì)， 這些氣體如果長期存在于空氣中必然會對人體的健康造成不利的影響。光催化劑可以和一些氣體吸附劑進行有效結(jié)合， 從而更有效的實現(xiàn)對降解濃度的有效降低。
將一些對日光有相應(yīng)的半導(dǎo)體納米材料涂抹在墻壁或是其他合理的位置上可以形成空氣清潔劑的作用， 而二氧化硫、一氧化碳等物質(zhì)吸附在上面的時候， 就可以在光的作用下被轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)， 這種方式對于去除臭氣的影響也是十分重要的環(huán)節(jié)[3]。納米對于氟利昂具備較強的光催化活性， 因此將這以技術(shù)進行融合后， 可以在表面對酸性進行催化， 通過這種方式獲取較高的光催化活性作用， 這對于物質(zhì)穩(wěn)定性的提升也將起到一定的幫助作用。
此外， 納米技術(shù)還能對室外的氣象有機污染物進行分解， 比如在紫外線的照射下， 納米材料可以將室內(nèi)裝飾建材中產(chǎn)生的甲醛、氯乙烯等物質(zhì)進行有效分解。將活性炭纖維作為重要載體的過渡金屬離子中適當(dāng)進行納米材料光催化劑的融合， 通過此種方式將紫外線光照射下濃度更低的甲醛進行或降解， 但是這種技術(shù)手段對于濃度高的污染物降解效果比較差， 同時由于使用時間的增加， 最終催化劑的活性也將大大降低， 最終甚至?xí)霈F(xiàn)活性的完全消失。
綜上所述， 光催化納米材料在當(dāng)前環(huán)境保護中有著越來越顯著的應(yīng)用， 不僅可以對難處理的污染物進行有效處理， 同時還能借助自身的吸附作用對低濃度的有害物質(zhì)進行分解。在當(dāng)前光催化納米技術(shù)的不斷發(fā)展過程中， 環(huán)境保護工作效率和質(zhì)量也必然會得到顯著提升?？偠灾?， 當(dāng)前我國環(huán)境保護工作已經(jīng)受到了越來越多的影響， 甚至對人們的身體健康產(chǎn)生了威脅， 所以在此種背景下， 更需要加強對相關(guān)技術(shù)的研究， 不斷為我國環(huán)保工作的順利開展提供幫助作用， 實現(xiàn)可持續(xù)工作的順利進行。
[1]熊玉寶。光催化納米材料在環(huán)境保護中的應(yīng)用研究[j].低碳世界， 2018， 58 (06) ：28-29.
[2]王騫。ti o2光催化納米材料在環(huán)境保護中的應(yīng)用[j].鞍山師范學(xué)院學(xué)報， 2016， 13 (06) ：17-20.
[3]于兵川， 吳洪特， 張萬忠。光催化納米材料在環(huán)境保護中的應(yīng)用[j].石油化工， 2014， 36 (05) ：491-495.
納米材料科技論文篇二
淺談納米尺寸效應(yīng)及其應(yīng)用
納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時開始導(dǎo)電。這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，以及其特有的三大效應(yīng)：表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。 小尺寸效應(yīng)?，F(xiàn)在從尺寸效應(yīng)探討其特性和應(yīng)用。
隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。量子尺寸效應(yīng)指當(dāng)金屬或半導(dǎo)體從三維減小至零維時，載流子在各個方向上均受限，隨著粒子尺寸下降到接近或小于某一值（激子玻爾半徑）時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。金屬或半導(dǎo)體納米微粒的電子態(tài)由體相材料的連續(xù)能帶過渡到分立結(jié)構(gòu)的能級，表現(xiàn)在光學(xué)吸收譜上從沒有結(jié)構(gòu)的寬吸收過渡到具有結(jié)構(gòu)的特征吸收。量子尺寸效應(yīng)帶來的能級改變、能隙變寬，使微粒的發(fā)射能量增加，光學(xué)吸收向短波長方向移動（藍移），直觀上表現(xiàn)為樣品顏色的變化，如cds微粒由黃色逐漸變?yōu)闇\黃色，金的微粒失去金屬光澤而變?yōu)楹谏?。同時，納米微粒也由于能級改變而產(chǎn)生大的光學(xué)三階非線性響應(yīng)，還原及氧化能力增強，從而具有更優(yōu)異的光電催化活性[5,6]。
第頁 納米材料與技術(shù)是在20世紀(jì)80年代末才逐步發(fā)展起來的前沿交叉性新興學(xué)科領(lǐng)域，它與住處技術(shù)和生物技術(shù)一起并稱為21世紀(jì)三大前沿高新技術(shù)，并可能引導(dǎo)下一場工業(yè)革命。
納米技術(shù)是嚴謹?shù)母咝陆徊婕夹g(shù)，人類剛剛邁進門檻，就顯現(xiàn)出其強大的生命力。有些納米材料（如納米金剛石）經(jīng)過表面改性和分散，可以均勻分布到聚合物的熔融體中，經(jīng)過噴絲、冷卻形成具有特殊功能的納米纖維，添加比列很低，但每根短纖維上有成千上萬個納米顆粒?？梢宰鞒筛呖鼓?、自清潔、防雨、防紫外線、防靜電、殺菌、紅外隱形等功能布料，很有發(fā)展前景。
將人類帶入新的微觀世界。人類可以從新的納米技術(shù)領(lǐng)域獲得很大好處。利用這項技術(shù)的目的是在納米尺寸上操縱物質(zhì)，以創(chuàng)造出具有全新分子組織形式的結(jié)構(gòu)。這有可能改變未來材料和裝置的生產(chǎn)方式，并且給人類帶來巨大的經(jīng)濟益處。
比如，利用精確控制形狀和成分的納米“磚塊”，人類有可能合成出自然界沒有的材料。然后可以把這些材料組裝成更輕更硬的較大結(jié)構(gòu)，而且這種結(jié)構(gòu)還具有課設(shè)計性。例如，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會曾經(jīng)發(fā)布的一份研究報告就描述了這些設(shè)想的特種新奇材料的特性。這些材料具有多種功能，并能夠感知環(huán)境變化而且作出相應(yīng)的反應(yīng)。比如，預(yù)計會出現(xiàn)一種強度是鋼鐵10倍的材料，具有超導(dǎo)彈性，透明材料和具有更高熔點的材料。吧納米技術(shù)用于儲存器，那么可以是整個圖書館的信息放入只有糖塊一樣大的小裝置中。也就是說，納米技術(shù)不只是向小型化邁進了一步，而且是邁入了一個嶄新的微觀世
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傳統(tǒng)的解釋材料性質(zhì)的理論，只是用于大于臨界長度100納米的物質(zhì)。如果一個結(jié)構(gòu)的某個維度小于臨界長度，那么物質(zhì)的性質(zhì)就常常無法用傳統(tǒng)的理論去解釋。而科學(xué)家正試圖在大哥分子或原子尺度到十萬個分子的尺度之內(nèi)發(fā)現(xiàn)新奇的現(xiàn)象。
美國國納米技術(shù)計劃初期研究的重點是，在分子尺度上具有新奇的特性并且系統(tǒng)、物理和化學(xué)性能有明顯提高的材料。比如，在納米尺度上，電子和原子的交互作用受到變化因素的影響。這樣，在納米尺寸上組織物質(zhì)的結(jié)構(gòu)就有可能使科學(xué)家在不改變材料化學(xué)成分的前提下，控制物質(zhì)的基本特性，比如磁性、蓄電能力和催化能力等。又如在納米尺度，生物系統(tǒng)具有一套成系統(tǒng)的組織，這使科學(xué)家能夠把人造組件和裝配系統(tǒng)放入細胞中，以制造出結(jié)構(gòu)經(jīng)過組織后的新材料，有可能使人類模擬自然的自行裝配。還有，納米組件有很大的表面積，這能夠使它們成為理想的催化劑和吸收劑等，并且在放電能和向人體細胞施藥方面派上用場。利用納米技術(shù)制造的材料與一般材料相比，在成分不變的情況下體積會大大縮小而且強度和韌性將得到提高。
美國西北大學(xué)開發(fā)的一種比色傳感器，已經(jīng)成功探測出結(jié)核桿菌?？茖W(xué)家把探測對象的dna附加在納米大小的黃金微粒上。當(dāng)互補的微粒在溶液中存在時，黃金微粒會緊緊地結(jié)合在一起，改變懸浮液的顏色。
隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由
第頁 于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微粒而言，尺寸變小，同時其比表面積也顯著增加，從而產(chǎn)生如下的新奇的性質(zhì)：特殊的光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。具體的光學(xué)性質(zhì)是當(dāng)黃金被分割到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，尺寸越小，顏色愈是黑。由此可見，金屬超微顆粒對反光的反射率很低。熱學(xué)性質(zhì)具有高矯頑力的特征，已經(jīng)作為高儲存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶。利用磁性，人們已經(jīng)將磁性超微粒制成用途廣泛的磁性液體。力學(xué)性質(zhì)是具有良好的任性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此變現(xiàn)出很好的韌性和延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。美國學(xué)者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是有磷酸鈣等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3到5倍。
一般常見的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優(yōu)異的磁性材料。
我們對納米材料的認識還遠遠不夠，還需要不斷的探索和研究。相信通過不斷的深入，一定會使納米在更多的領(lǐng)域里發(fā)揮作用，服務(wù)于生產(chǎn)和生活。
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參考文獻：
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納米材料科技論文篇三
摘要：目前世界上上轉(zhuǎn)換納米熒光材料正處在發(fā)展階段，材料的選擇和合成有待于深入細致的研究。本文對上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的選擇和合成做了系統(tǒng)的討論。
關(guān)鍵詞： 納米材料 發(fā)光材料 上轉(zhuǎn)換發(fā)光 熒光材料 雙光子吸收 納米晶
近年來，人們開始對熒光標(biāo)記材料產(chǎn)生了濃厚的興趣，特別是隨著納米技術(shù)的發(fā)展，能夠進行生物標(biāo)記的無機納米晶成為人們追逐的熱點，但是由于生物背底同樣會產(chǎn)生熒光從而對熒光檢測形成干擾，于是不會產(chǎn)生背底干擾的稀土上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光標(biāo)記材料引起了人們的注意。
1.1納米材料簡介
納術(shù)概念是1959年木，諾貝爾獎獲得著理查德。費曼在一次講演中提出的。他在“there is plenty of room at thebottom”的講演中提到，人類能夠用宏觀的機器制造比其體積小的機器，而這較小的機器可以制作更小的機器，這樣一步步達到分子尺度，即逐級縮小生產(chǎn)裝置，以至最后直接按意愿排列原子，制造產(chǎn)品。他預(yù)言，化學(xué)將變成根據(jù)人仃〕的意愿逐個地準(zhǔn)確放置原子的技術(shù)問題，這是最早具有現(xiàn)代納米概念的思想。20世紀(jì)80年代末、90年代初，出現(xiàn)了表征納米尺度的重要工具一掃描隧道顯微鏡(stm)，原子力顯微鏡(afm)一認識納米尺度和納米世界物質(zhì)的直接的工具，極大地促進了在納米尺度上認識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，出現(xiàn)了納米技術(shù)術(shù)語，形成了納米技術(shù)。 其實說起來納米只是一個長度單位，1納米(nm)=10又負3次方微米=10又負6次方毫米(mm)=10又負9次方米(m)=l0a。納米科學(xué)與技術(shù)(nano-st)是研究由尺寸在1-100nm之間的物質(zhì)組成的體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能的實際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。關(guān)于納米技術(shù)，從迄今為止的研究狀況來看，可以分為4種概念。在這里就不一一介紹了。
1.2上轉(zhuǎn)換納米材料介紹
稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料通過多光子機制把長波輻射轉(zhuǎn)換成短波輻射稱為上轉(zhuǎn)換。所謂的上轉(zhuǎn)換材料就是指受到光激發(fā)時，可以發(fā)射比激發(fā)波長短的熒光的材料。由此可見上轉(zhuǎn)換發(fā)光的本質(zhì)是一種反stokes發(fā)光，因此，也稱上轉(zhuǎn)換發(fā)光為反stokes發(fā)光。早在1959年，就出現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光的報道。用960nm的紅外光激發(fā)多晶zns，觀察到了525nm綠色發(fā)光。上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機理可以歸結(jié)為4種情況：
(1)單離子的步進多光子吸收，這實際上是激發(fā)態(tài)吸收(esa)的過程。
(2)直接雙光子吸收。這也是一個單離子過程，能量為e1和e2 (e1與e2可以相等也可以不相等)的兩個光子從一個虛擬的中間量子態(tài)被同時吸收終態(tài)e3=e1+e2。
（3）多個激發(fā)態(tài)離子的共協(xié)上轉(zhuǎn)換。
(4)光子雪崩吸收上轉(zhuǎn)換。
2.1 共沉淀法
共沉淀法因其方便、節(jié)時等優(yōu)點也是一種發(fā)光材料制備中常用的方法，它之所以被使用，主要表現(xiàn)在制備金屬氧化物、納米材料等方面具有獨特的優(yōu)點，用沉淀法制備的樣品的優(yōu)點是：反應(yīng)溫度低，樣品純度高，粒徑小，分散性也很好。這種方法雖然是無機粉末發(fā)光材料合成的重要方法，但它對于復(fù)雜的多
組分體系的制備就可能存在一些問題。岡為它對于原料的選擇會造成一定的困難，同時還要求各種組分具有相同或相近的水解或沉淀條件，這樣必將對所合成的多組分體系有一定的要求，從而限制了它的使用。．iohannes hampl等人用高溫流化床合成出了具有較好分散性的er，yb共摻的氧硫化物。合成時，將er，yb和y的硝酸鹽用尿素共沉淀，得到的沉淀在840℃下通過h2s和水蒸氣，最后在1500℃的流化床中用ar氣保護活化，這樣得到了尺寸大約400nm的粒子。硫化物的粒子形態(tài)較好，一般為圓形，但是要求較高的活化溫度(1500~)，在此溫度下粒子容易粘連，所以在硫化床中活化，這樣加大了合成的難度。
2.2水熱法
水熱法也是近幾年來研究無機發(fā)光材料中發(fā)明的又一新興 的合成方法。此法主要是在特制的反應(yīng)釜(高壓釜)中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度)，在反應(yīng)體系中產(chǎn)生高壓環(huán)境從而在一定溫度和壓力下，使物質(zhì)在溶液中進行化學(xué)反應(yīng)的一種無機制備方法。在水熱法的基礎(chǔ)上，以有機溶劑代替水，采用溶劑熱反應(yīng)來制備發(fā)光材料是水熱法的一種重大改進，可以適用于一些非水反應(yīng)體系的制備，從而打一大了水熱技術(shù)的適用范圍。
上轉(zhuǎn)換納米微粒的個最重要標(biāo)志是尺寸與物理的特征量相差不多，例如。當(dāng)上轉(zhuǎn)換納米粒子的粒徑與超導(dǎo)相干波長、玻爾半徑以及電子的德布羅意波長相當(dāng)時，小顆粒的量子尺寸效應(yīng)十分顯著。
與此同時，大的比表面使處于表面態(tài)的原子、電子與處于小顆粒內(nèi)部的原子、電子的行為有很大的差別，這種表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)對納術(shù)微粒的光學(xué)特性有很大的影響。甚至使納米微粒具有同樣材質(zhì)的宏觀犬塊物體不具備的新的光學(xué)特性。
例如：
1.寬頻帶強吸收。納米氮化硅、碳化硅及氧化鋁粉對紅外有個寬頻帶強吸收譜。這是因為納米粒子大的比表面導(dǎo)致r平均配位數(shù)下降，不飽和鍵和懸鍵增多，與常規(guī)大小材料不同，沒有一個單一的，擇優(yōu)的鍵振動模．而存在個較寬的鍵振動模的分布．在紅外光場作用下它們對紅外吸收的頻率也就存在個較寬的分布，這就導(dǎo)致了納米粒于紅外吸收帶的寬化。
2.吸收帶藍移現(xiàn)象。這可能由于兩方面原因，一是量子尺寸效應(yīng)，由于顆粒尺下降能隙變寬，這就導(dǎo)致光吸收帶移向短波方向，ball等對這種藍移現(xiàn)象給出了解釋：已被電子占據(jù)分子軌道能級與未被電子占據(jù)分子軌道能級之間的寬度(能隙)隨顆粒直徑堿小而增大．這是產(chǎn)生藍移的根本原因。這種解釋對半導(dǎo)體和絕緣體都適用。另一種是表面效應(yīng)。由于納米微粒顆粒小，大的表面張力使晶格畸變，品格常數(shù)改變。對納米氧化物和氮化物小粒于研究表明第一近鄰和第二近鄰的距離發(fā)生變化。鍵長的改變導(dǎo)致納米微粒的鍵本征振動頻率改變，結(jié)果使光吸收帶發(fā)生移動。 3．量子限域效應(yīng)。半導(dǎo)體納術(shù)微粒的半徑r<ab(激子玻爾半徑)時，電子的平均自由程受小粒徑的限制，局限在很小的范圍，空穴很容易與它形成激子，引起電子和空穴波函數(shù)的重疊，這就報容易產(chǎn)生激子吸收帶。
當(dāng)上轉(zhuǎn)換納米微粒的尺寸小到一定值時可在定波長的光激發(fā)下發(fā)光。1990年，日本佳能研究中心的h .tabagi發(fā)現(xiàn)，粒徑小于6nm的硅在室溫下可以發(fā)射可見光。隨半徑減小，發(fā)射帶強度增強并移向短波方向。當(dāng)粒徑大干6nm時，這種光發(fā)射現(xiàn)象消失。tabagi目認為硅納米微粒的發(fā)光是載流子的量子限域效應(yīng)引起的。brus認為，大塊硅不發(fā)光是因為它的結(jié)構(gòu)存在平移周期性，由平移對稱性產(chǎn)生的選擇定則使得大尺寸硅不可能發(fā)光，當(dāng)硅粒徑小到某程度時(6nm)．平移對稱性消失，因此出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象。
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6 劉珍 梁偉 許并社 市野瀨英喜 《材料科學(xué)與工藝》 2000 第3期 7張中太 林元華 《材料工程》 2000 第3期
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10 李彥 施祖進 納米團簇的超分子自組裝 [期刊論文] -化學(xué)進展 11 張立德 納米材料的發(fā)展 1994(03)
納米材料科技論文篇四
課程論文
學(xué)生姓名：
王園園
學(xué)號：20130540
學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院
專業(yè)年級：材料化學(xué)2013級
題目：納米陶瓷的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
指導(dǎo)教師：李萬千老師
評閱教師：
2015年5月
1
目錄
摘要 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 3 abstract 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 錯誤！未定義書簽。 1. 前言 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 錯誤！未定義書簽。 2. 納米陶瓷的概念及其發(fā)展 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 3. 納米陶瓷的制備 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 7 3．1納米陶瓷粉體的物理法制備 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 7 3．2納米陶瓷粉體的化學(xué)法制備 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 8 4. 納米陶瓷粉體的表征 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 10 4．1化學(xué)成分表征 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 10 4．2晶態(tài)表征 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 11 4．3顆粒度表征 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 11 4．4團聚體表征 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 12 5. 納米陶瓷的性能 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 12
5．1納米陶瓷的致密化 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 12 5．2納米陶瓷的力學(xué)性能 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 13 6. 納米陶瓷的應(yīng)用及其展望 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 13 7. 參考文獻……………………………………………………… 12 摘要
20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的納米陶瓷，對陶瓷材料的性能產(chǎn)生了重要的影響，為陶瓷材料的利用開拓了一個新的領(lǐng)域，已成為材料科學(xué)研究的熱點之一。綜述了納米陶瓷材料近年來的發(fā)展與應(yīng)用，重點論述了納米陶瓷的制備、性能及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對納米陶瓷的未來發(fā)展進行了展望。
3 abstract nanometer ceramics which are developed in the mid-eighties of the twentieth century have an important affect on the properties of ceramic materials. they have formed promising fields for the utilization of materials which has been one of the most popular fields of material research. the preparation and characterization of nanometer ceramic powders and the properties and application of nanometer ceramics are summarized. the future developments of nanometer ceramics were discussed.
4 1. 前言
納米陶瓷是一類顆粒直徑界于1到100nm之間的多晶體燒結(jié)體。每個單晶顆粒的直徑非常小，例如，當(dāng)單晶顆粒直徑為5nm時，材料中的界面的體積約為總體積的50%，特就是說，組成材料的原子有一半左右分布在界面上，這樣就減少了材料內(nèi)部晶體和晶界的性質(zhì)差異，使得納米陶瓷具有許多特殊的性質(zhì)[1]。納米功能陶瓷是指通過有效的分散復(fù)合而使異質(zhì)相納米顆粒均勻彌散地保留于陶瓷基質(zhì)結(jié)構(gòu)中而得到的復(fù)合材料，當(dāng)其具有某種特殊功能時便稱之為納米功能陶瓷。納米功能陶瓷的性能是和其特殊的微觀結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的，它的性能不僅取決于納米材料本身的特性，還取決于納米材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)[2]。
納米陶瓷是納米科學(xué)技術(shù)的重要分支，是納米材料科學(xué)的一個重要領(lǐng)域。納米陶瓷的研究是當(dāng)前陶瓷材料發(fā)展的重大課題之一。陶瓷是一種多晶體材料，是由晶粒和晶界所組成的燒結(jié)體，由于工藝上的原因，很難避免材料中存在氣孔和微小裂紋。決定陶瓷材料性能的主要因素有:組成和顯微結(jié)構(gòu)，即晶粒、晶界、氣孔或裂紋的組合性狀，其中最主要的是晶粒尺寸問題，晶粒尺寸的減小將對陶瓷材料的力學(xué)性能產(chǎn)生重大影響。圖1是陶瓷晶粒尺寸強度的關(guān)系圖。
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圖1中的實線部分是現(xiàn)在已經(jīng)達到的，而延伸的虛線部分是希望達到的。從圖1中可見，晶粒尺寸的減小將使材料的力學(xué)性能有數(shù)量級的提高，同時由于晶界數(shù)量的大大增加，使可能分布于晶界處的第二相物質(zhì)的數(shù)量減小，晶界變薄使晶界物質(zhì)對材料性能的負影響減少到最低程度；其次晶粒的細化使材料不易造成穿晶斷裂，有利于提高材料的斷裂韌性；再次，晶粒的細化將有助于晶粒間的滑移，使材料具有塑性行為。納米材料的問世將使材料的強度、韌性和超塑性大大提高。納米陶瓷由于是介于宏觀和微觀原子、分子的中間研究領(lǐng)域，它的出現(xiàn)開拓了人們認識物質(zhì)世界的新層次，將給傳統(tǒng)陶瓷工藝、性能及陶瓷學(xué)的研究帶來更多更新的科學(xué)內(nèi)涵。
2、 納米陶瓷的概念及其發(fā)展
所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材
6 料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。陶瓷材料的脆性大、不耐熱沖擊、不均勻、強度差、可靠性低、加工困難等缺點大大地限制了陶瓷的應(yīng)用。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，希望以納米技術(shù)來克服陶瓷材料的這些缺點，如降低陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。因此納米陶瓷被認為是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑[3]。同時，納米陶瓷也為改善陶瓷材料的燒結(jié)性和可加工性提供了一條嶄新的途徑。
正是由于納米科學(xué)和陶瓷工藝學(xué)的發(fā)展與完善，使納米陶瓷概念的提出有了理論基礎(chǔ)。再加之研究手段和設(shè)備的進步，比如電子顯微鏡，透射電子顯微鏡以及高分辨電鏡和分析電鏡等現(xiàn)代表征技術(shù)的發(fā)展，使納米陶瓷的研究、分析成為可能。另外由于納米材料的特殊性能，其與陶瓷材料結(jié)合不僅可以提高陶瓷本身一些重要的性能，而且也克服了陶瓷的缺點——脆性、熱沖低等，使納米陶瓷有了發(fā)展的空間與必要。在這種情況下，科研工作者在20世紀(jì)80年代中期開始了納米陶瓷的研究，并且逐步取得了一些重要得成果。1987年，德國的karch等首次報道了所研制得納米陶瓷具有高韌性與低溫超塑性行為。目前，各國都相繼加大了對納米陶瓷研究的力度，以便能使傳統(tǒng)的性能優(yōu)良的陶瓷材料與新興的納米科技結(jié)合，從而產(chǎn)生“1+1>2”的效果，使納米陶瓷具有更高的特殊的使用性能，將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、國防保護等領(lǐng)域必然會取得巨大的經(jīng)濟效益。雖然納米陶瓷的研究時間還不長，許多理論尚未清楚，但經(jīng)過各國工作者的辛勤努力，在納米陶瓷研究方面還有許多成果，無論是對納米陶瓷的制備工藝還是性能都有
7 很大的提高。例如，美國的“morton internationals advanced materials group”公司開發(fā)了一條生產(chǎn)sic陶瓷的革命性工藝——cvd原位一步合成納米陶瓷工藝。我國的科研工作者對該工藝進行了研究，也取得了一些成果[4]。
3、 納米陶瓷的制備
3．1納米陶瓷粉體的物理法制備
目前物理方法制備清潔界面的納米粉體及固體的主要方法之一是惰性氣體冷凝法[5]。制備過程為:在真空蒸發(fā)室內(nèi)充入低壓惰性氣體，加熱金屬或化合物蒸發(fā)源，由此產(chǎn)生的原子霧與惰性氣體原子碰撞而失去能量，凝聚而成納米尺寸的團簇并，在液氮冷卻棒上聚集起來，最后得到納米粉體。其優(yōu)點是可在體系中加置原位壓實裝置，即可直接得到納米陶瓷材料。1987年美國argonne實驗室的siegles采用此方法成功地制備了tio2納米陶瓷粉體，粉體粒徑為5～20nm。此方法的缺點是裝備巨大，設(shè)備投資昂貴不，能制備高熔點的氮化物和碳化物粉體，所得粉體粒徑分布范圍寬[5，6]。
還有一種方法叫高能機械球磨法，就是通過無外部熱能供給，干的高球磨過程制備納米粉體。它除了可用來制備單質(zhì)金屬納米粉體外，還可通過顆粒間的固相反應(yīng)直接合成化合物粉體，如金屬碳化物、氟化物、氮化物、金屬-氧化物復(fù)合粉體等。近年來通過對高能機械球磨過程中的氣氛控制和外部磁場的引入，使得這一技術(shù)有了進一步發(fā)
8 展。該方法操作簡單、成本低。中科院上海硅酸鹽研究所的姜繼森等報導(dǎo)了在高性能球磨的作用下，通過α-fe2o3和zno及nio粉體之間的機械化學(xué)反應(yīng)合成ni-zn鐵氧體納米晶的結(jié)果[7]。此外還有機械粉碎、火花爆炸等其它物理制備方法。
3．2納米陶瓷粉體的化學(xué)法制備
濕化學(xué)法制備工藝主要適用于納米氧化物粉體，它主要通過液相來合成粉體。這種方法具有苛刻的物理條件、易中試放大、產(chǎn)物組分含量可精確控制，可實現(xiàn)分子/原子尺度水平上的混合等特點，可制得粒度分布窄、形貌規(guī)整的粉體。但采用液相法合成的粉體可能形成嚴重的團聚，直接從液相合成的粉體的化學(xué)組成和相組成往往不同于設(shè)計要求，因此需要采取一定形式的后處理。
它包括沉淀法。該法是在金屬鹽溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯﹣淼玫教沾汕膀?qū)體沉淀物，再將此沉淀物煅燒成納米陶瓷粉體。根據(jù)沉淀的方式可分為直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法。為了避免沉淀法制備粉體過程中形成嚴重的硬團聚，往往在其過程中引入冷凍干燥、超臨界干燥、共沸蒸餾等技術(shù)手段，取得了較好的效果。沉淀法操作簡單，成本低，但易引進雜質(zhì)，難以制得粒徑小的納米粉體。上海硅酸鹽研究所以共沉淀-共沸蒸餾法制得了納米氧化鋯粉體，試驗中的共沸蒸餾技術(shù)有效地防止了硬團聚的形成，制得的氧化鋯粉體具有很高的燒結(jié)活性[8]。
溶膠-凝膠法。該法是指在水溶液中加入有機配體與金屬離子形
9 成配合物，通過控制ph值、反應(yīng)溫度等條件讓其水解、聚合，歷經(jīng)溶膠-凝膠途徑而形成一種空間骨架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過脫水焙燒得到目的產(chǎn)物的一種方法。溶膠-凝膠工藝被廣泛應(yīng)用于制備均勻高活性超細粉體，起始材料通常都是金屬醇鹽。圖2為溶膠-凝膠法的制備流程圖。
圖2 溶膠-凝膠法制備流程
圖2中用金屬醇鹽溶膠-凝膠制備pzt系列超微粉[9]。也有不用醇鹽的，哈爾濱工業(yè)大學(xué)以硝酸氧鋯代替鋯的醇鹽用溶膠-凝膠法同樣合成了pzt納米粉[10]。另外，以廉價的無機鹽為原料，采用溶膠-凝膠法結(jié)合超臨界流體干燥制備了納米級的tio2[11]。
噴霧熱解法。該法是將金屬鹽溶液以霧狀噴入高溫氣氛中，此時立即引起溶劑的蒸發(fā)和金屬鹽的熱分解，隨后因過飽和而析出固相，從而直接得到氧化物納米陶瓷粉體，或者是將溶液噴入高溫氣氛中干燥，然后再進行熱處理形成粉體。形成的顆粒大小與噴霧工況參數(shù)有很大的關(guān)系。采用此方法制得的顆粒，通常情況下是空心的。通過仔
10 細選擇前驅(qū)物種類、溶液的濃度及加熱速度，也可制得實心顆粒。水熱法。該法是指在密閉的壓力窗口容器中，以水為溶劑制備材料的一種方法。近十幾年來在陶瓷粉體制備方面取得了相當(dāng)好的成果[12]。同時，水熱法陶瓷粉體制備技術(shù)也有了新的改進和發(fā)展。如將微波技術(shù)引入水熱制備系統(tǒng)的微波水熱法。反應(yīng)電極埋弧也是水熱法制備納米陶瓷粉體的新技術(shù)，這種方法是將兩塊金屬電極浸入到能與金屬反應(yīng)的電解質(zhì)流體中，電解質(zhì)一般采用去離子水，借助低電壓、大電流在電極間產(chǎn)生電火花提供局部區(qū)域內(nèi)短暫的、極高的溫度和壓力，導(dǎo)致電級和周圍電解質(zhì)流體的蒸發(fā)，并沉淀在周圍的電解質(zhì)溶液中。此外，用有機溶劑代替水作為反應(yīng)介質(zhì)的溶劑熱反應(yīng)，在陶瓷粉體制備中也表現(xiàn)出良好的前景。
此外，還有化學(xué)氣相法，它又包括化學(xué)氣相沉積法（cvd)，激光誘導(dǎo)氣相沉積法(licvd)，等離子體氣相合成法(pcvd法）等方法，在此不一一介紹。
4、 納米陶瓷粉體的表征
4．1化學(xué)成分表征
化學(xué)組成是決定粉體及其制品性質(zhì)的最基本因素，除了主要成分外，次要成分、添加劑、雜質(zhì)等對其燒結(jié)及制品性能往往也有很大關(guān)系，因而對粉體化學(xué)組成的種類、含量，特別是微量添加劑、雜質(zhì)的含量級別及分布進行檢測，是十分重要和必要的?；瘜W(xué)組成的表征方
11 法有許多種，主要可分為化學(xué)反應(yīng)分析法和儀器分析法?；瘜W(xué)分析法具有足夠的準(zhǔn)確性和可靠性。對于化學(xué)穩(wěn)定性好的粉體材料來說，經(jīng)典化學(xué)分析方法則受到限制。相比之下，儀器分析則顯示出獨特的優(yōu)越性。如采用x射線熒光(xpfs)和電子探針微區(qū)分析法(epma) ，可對粉體的整體及微區(qū)的化學(xué)成分進行測試，而且還可與掃描電子光譜(aes)、原子發(fā)射光譜(aas)結(jié)合對粉體的化學(xué)成分進行定性及定量分析；采用x光電子能譜法(xps)分析粉體的化學(xué)組成并分析結(jié)構(gòu)、原子價態(tài)等與化學(xué)鍵有關(guān)的性質(zhì)[13]。
4．2晶態(tài)表征
x射線衍射(xrd)仍是目前應(yīng)用最廣、最為成熟的一種粉體晶態(tài)的測試方法。此外，電子衍射(ed)法還可用于粉體物相、粉體中個別顆粒直至顆粒中某一區(qū)域的結(jié)構(gòu)分析；用高分辨率電子顯微分析(hrem)、掃描隧道顯微鏡(stm)分析粉體的空間結(jié)構(gòu)和表面微觀結(jié)構(gòu)。
4．3顆粒度表征
在納米陶瓷粉體顆粒度測試中，透射電子顯微鏡是最常用、最直觀的手段。但是，如粉體顆粒不規(guī)則或選區(qū)受到局限等，均會給測量造成較大的誤差。常見的粉體顆粒測試手段還有x射線離心沉降法（測量范圍為0.01～5μm）、氣體吸附法（測量范圍0.01～10μm）、x射線小角度散射法（測量范圍為0.001～0.2μm）、激光光散射法（測量范圍0.002～2μm）等[14]。
12 4．4團聚體表征
團聚體的性質(zhì)可分為團聚體的尺寸、形狀、分布、含量，氣孔率、氣孔尺寸及分布，密度，內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)，強度，團聚體內(nèi)一次顆粒之間的鍵和性質(zhì)等。目前常用的團聚體表征方法主要有顯微結(jié)構(gòu)觀察法、素坯密度-壓力法以及壓汞法等。
5、 納米陶瓷的性能
5．1納米陶瓷的致密化
超細粉末的應(yīng)用引起了燒結(jié)過程中的新問題，納米粉末的巨大表面積，使得材料的燒結(jié)驅(qū)動力亦隨之劇增，擴散速率的增加以及擴散路徑的縮短，大大加速了整個燒結(jié)過程，使得燒結(jié)溫度大幅度降低。例如:1nm的納米顆粒與1μm的微米級顆粒相比，其致密化速率將提高108。目前，上海硅酸鹽研究所通過對含y2o3（3mol%）zro2納米粉末的致密化和晶粒生長這兩個高溫動力學(xué)過程的研究發(fā)現(xiàn):對顆粒大小為10～15nm的細粉末，其燒結(jié)溫度僅需1200～1250℃，密度達理論密度的98.5%，比傳統(tǒng)的燒結(jié)溫度降低近400℃。進一步的研究表明:由于晶粒尺寸小，分布窄，晶界與氣孔的分離區(qū)減小以及燒結(jié)溫度的降低使得燒結(jié)過程中不易出現(xiàn)晶粒的異常生長?？刂茻Y(jié)的條件，已能獲得晶粒分布均勻，大小為120nm的y-tzp陶瓷體。
用激光法所制的15～25nm si3n4粉末比一般陶瓷燒結(jié)溫度降低了200～300℃，所得晶粒大小為150nm si3n4陶瓷，其彎曲變形為微
13 米級陶瓷的2倍[15]。
5．2納米陶瓷的力學(xué)性能
大量研究表明，納米陶瓷材料具有超塑性性能，所謂超塑性是指材料在一定的應(yīng)變速率下產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)變。納米tio2陶瓷在室溫下就能發(fā)生塑性形變，在180℃下塑性變形可達100%。若試樣中存在微裂紋，在180℃下進行彎曲時，也不會發(fā)生裂紋擴展[16]。對晶粒尺寸為350nm的3y-tzd陶瓷進行循環(huán)拉伸試驗發(fā)現(xiàn)，在室溫下就已出現(xiàn)形變現(xiàn)象。納米si3n4陶瓷在1300℃下即可產(chǎn)生200%以上的形變。關(guān)于納米陶瓷生產(chǎn)超塑性的原因，一般認為是擴散蠕變引起晶界滑移所致。擴散蠕變速率與擴散系數(shù)成正比，與晶粒尺寸的三次方成反比，當(dāng)納米粒子尺寸減小時，擴散系數(shù)非常高，從而造成擴散蠕變異常。因此在較低溫度下，因材料具有很高的擴散蠕變速率，當(dāng)受到外力后能迅速作出反應(yīng)，造成晶界方向的平移，從而表現(xiàn)出超塑性，塑性的提高也使其韌性大為提高。納米陶瓷的硬度和強度也明顯高于普通材料。在陶瓷基體中引入納米分散相進行復(fù)合，對材料的斷裂強度、斷裂韌性會有大幅度的提高，還能提高材料的硬度、彈性模量、抗熱震性以及耐高溫性能。
6、 納米陶瓷的應(yīng)用及其展望
納米陶瓷在力學(xué)、化學(xué)、光吸收、磁性、燒結(jié)等方面具有很多優(yōu)異的性能，因此，在今后的新材料與新技術(shù)方面將會起到重要的作用。
14 隨著納米陶瓷制備技術(shù)的提高和精密技術(shù)對粉體微細化的要求，納米陶瓷將在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用（如納米陶瓷在結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、電子陶瓷、生物陶瓷等領(lǐng)域）。不過從目前的研究來看，納米陶瓷獲得應(yīng)用的性能有以下幾個方面: 1)室溫超塑性是納米陶瓷最具應(yīng)用前景的性能之一。納米陶瓷克服了普通陶瓷的脆性，使陶瓷的鍛造、積壓、拉拔等加工工藝成為可能，從而能夠制得各種特殊的部件，應(yīng)用到精密設(shè)備中去。
2）高韌性是納米陶瓷另一個具有很高應(yīng)用的性能。陶瓷韌性的提高使得陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域極度的擴大，因為今后納米陶瓷就可以像鋼鐵、塑料等主流材料一樣的應(yīng)用，而不是人們心目中的“易碎品”。
3)納米陶瓷的應(yīng)用還可以節(jié)約能源、減少環(huán)境污染（傳統(tǒng)的陶瓷工業(yè)能耗高、污染重）。納米陶瓷的燒結(jié)溫度比普通陶瓷的低幾百度，而且還可能繼續(xù)下降，這樣不僅可節(jié)省大量能源，還有利于環(huán)境的凈化。
7、 參考文獻
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納米材料科技論文篇五
納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
[摘要]納米醫(yī)學(xué)是納米技術(shù)與醫(yī)藥技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，納米醫(yī)學(xué)研究在疾病診斷和治療方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。近幾年，納米技術(shù)突飛猛進，作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。本文從納米醫(yī)學(xué)、納米生物技術(shù)和納米生物材料三個方面，講述了納米生物工程的重大進展。本文就納米診斷技術(shù)、組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料、納米藥物載體、納米藥物等方面的研究現(xiàn)狀與進展進行綜述，并探討納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展前景。
[引言] 納米技術(shù)的基本概念是用單個原子、分子制造和操作物質(zhì)的技術(shù)，是現(xiàn)代高科技前沿技術(shù)。納米技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，幾乎涉及現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的所有領(lǐng)域，世界各國都把納米技術(shù)列為重點發(fā)展項目，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。 [關(guān)鍵詞]納米醫(yī)學(xué)；納米生物材料；診斷；治療
1、跨世紀(jì)的新學(xué)科——納米科技
所謂/納米科技，就是在0.1~100納米的尺度上，研究和利用原子和分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)和先進工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。1990年7月，第一屆國際納米科技會議的召開，標(biāo)志著納米科技的正式誕生。時至今日，納米科技涉及到幾乎現(xiàn)有的所有科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。它的誕生，使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子。它的最終目標(biāo)，是人類按照自己的意志操縱單個原子，在納米尺度上制造具有特定功能的產(chǎn)品，實現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛 躍。目前，納米科技已經(jīng)取得一系列成果，正處于重大突破的前夜。研究者認為，這一興起于本世紀(jì)90年代的納米科技，必將雄踞于21世紀(jì)，對人類社會產(chǎn)生重大而深遠的影響。
2、納米醫(yī)學(xué)的提出
納米醫(yī)學(xué)的形成除了納米技術(shù)之外，其醫(yī)學(xué)本身也應(yīng)具有可應(yīng)用納米技術(shù)的客觀基礎(chǔ)和必要條件?？陀^基礎(chǔ)是指，像其他物質(zhì)一樣，醫(yī)學(xué)研究的主體———人體本身是由分子和原子構(gòu)成的。實現(xiàn)納米醫(yī)學(xué)的必要條件是，要在分子水平上對人體有更為全面而詳盡的了解。 隨著現(xiàn)代生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，人類在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究內(nèi)容已開始從細胞、染色體等微米尺度的結(jié)構(gòu)深入到更小的層次，進入到單個分子甚至分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。這些極其微細的分子結(jié)構(gòu)的特征:尺度空間在0.1-100 nm,屬于納米技術(shù)的尺度范圍。研究這些納米尺度的分子結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的學(xué)科，就是納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)。納米醫(yī)學(xué)是一門涉及物理學(xué)、化學(xué)、量子學(xué)、材料學(xué)、電子學(xué)、計算機學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域的綜合 性交叉學(xué)科。freitas曾給納米醫(yī)學(xué)下過一個較詳細的定義:他認為，納米醫(yī)學(xué)是利用人體分子工具和分子知識，預(yù)防、診斷、治療疾病和創(chuàng)傷，劫除疼痛，保護和改善人體健康的科學(xué)和技術(shù)。目前的納米醫(yī)學(xué)研究水平還處于初級階段，當(dāng)然，由于各國科學(xué)工者的不懈努力，納米醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域已初露曙光，有部分研究成果已開始接近臨床應(yīng)用。
從定義來看，納米醫(yī)學(xué)可以分為兩大類，一是在分子水平上的醫(yī)學(xué)研究，基因藥物和基因療法等就是典型體現(xiàn)；二是把其他領(lǐng)域的納米研究成果引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如某種納米裝置在醫(yī)療和診斷上的應(yīng)用。納米醫(yī)學(xué)的奧秘在于，可以從納米量級的尺度來進行原來不可能達到的醫(yī)療操作和疾病防治。當(dāng)生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元小到納米量級的時候，其性質(zhì)會有意想不到的變化。這種變化既包括物質(zhì)的原有性能變得更好，還可能有我們所意想不到的性能和效益，從而用來治病防病。
3、納米技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 3.1 診斷疾病
在診斷方面，將應(yīng)用納米醫(yī)學(xué)技術(shù)手段，在診室內(nèi)進行全面的基因檢查和特殊細菌涂層標(biāo)記物的實時全身掃描；檢測腫瘤細胞抗原、礦質(zhì)沉積物、可疑的毒素、源于遺傳或生活方式的激素失衡，以及其它以亞毫米空間分辨率制成所定目標(biāo)三維圖譜的特定分子。在納米醫(yī)學(xué)時代，這些強有力的手段將使醫(yī)務(wù)人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費用，在數(shù)分鐘或數(shù)秒鐘內(nèi)獲得所需的結(jié)果。 許多以往診斷比較困難或無法診斷的疾病，隨著納米技術(shù)的介入，將很容易被確診。為判斷胎兒是否具有遺傳缺陷，以往常采用價格昂貴并對人體有損害的羊水診斷技術(shù)。如今應(yīng)用納米技術(shù)，可簡便安全地達到目的。孕8周左右血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細胞，用納米粒很容易將這些胎兒細胞分離出來進行診斷。目前美國已將此項技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷。肝癌患者由于早期沒有明顯癥狀，一旦發(fā)現(xiàn)常已到晚期，難以治愈，因而早期診斷極為重要。中國醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院把納米粒應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究，經(jīng)過4年的努力，完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質(zhì)體的研究。動物實驗證明，運用這項研究成果，可以發(fā)現(xiàn)直徑3mm以下的肝腫瘤。這對肝癌的早期診斷、早期治療有著十分重要的意義。 3. 2 納米藥物和納米藥物載體
這是納米醫(yī)學(xué)中的一個非?；钴S的領(lǐng)域，適時準(zhǔn)確地釋放藥物是它的基本功能之一。科學(xué)家正在為糖尿病人研制超小型的，模仿健康人體內(nèi)的葡萄糖檢測系統(tǒng)。它能夠被植入皮下，監(jiān)測血糖水平，在必要的時候釋放出胰島素，使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。美國密西根大學(xué)的博士正在設(shè)計一種納米/智能炸彈，它可以識別出癌細胞的化學(xué)特征。這種智能炸彈很小，僅有20nm左右，能夠進入并摧毀單個的癌細胞。
德國醫(yī)生嘗試借助磁性納米微粒治療癌癥，并在動物實驗中取得了較好療效。將一些極其細小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里，然后將患者置于可變的磁場中，氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度，這一溫度可慢慢熱死癌細胞。由于腫瘤附近的機體組織中不存在磁性微粒，因此這些健康組織的溫度不會升高，也不會受到傷害。科學(xué)家指出，將磁性納米顆粒與藥物結(jié)合，注入到人體內(nèi)，在外磁場作用下，藥物向病變部位集中，從而達到定向治療的目的，將大大提高腫瘤的藥物治療效果。
納米藥物與傳統(tǒng)的分子藥物的根本區(qū)別在于它是顆粒藥物。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體，即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒，如納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體等。二是納米藥物，即指直接將原料藥物加工成的納米顆粒，或利用嶄新的納米結(jié)構(gòu)或納米特性，發(fā)現(xiàn)基于新型納米顆粒的高效低毒的治療或診斷藥物。前者是對傳統(tǒng)藥物的改良，而后者強調(diào)的是把納米材料本身作為藥物。
3.2.1 納米藥物
直接以納米顆粒作為藥物的應(yīng)用之一是抗菌藥物。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環(huán)保、遇水后殺菌力更強、不會誘導(dǎo)細菌耐藥性等多種性能。以這種抗菌顆粒為原料，成功地開發(fā)出了創(chuàng)傷貼、潰瘍貼等納米醫(yī)藥類產(chǎn)品。例如，納米二氧化鈦樹脂基托材料具有一定的抗變形鏈球菌和抗白色念珠菌的效果，當(dāng)樹脂基托中抗菌劑的濃度達到3%時，即可達到滿意的抗菌效果。
無機納米顆粒作為新型的抗癌藥物為腫瘤治療提供了新的思路。研究人員用gd@c82(oh)22處理得肝癌的小鼠，在10.7mol/kg的注射劑量下能有效地抑制腫瘤生長，同時對機體不產(chǎn)生任何毒性。其抑瘤效應(yīng)不是通過納米顆粒對腫瘤的直接殺傷起作用，而是可能通過激活機體免疫來實現(xiàn)對腫瘤的抑制作用。納米羥基磷灰石在體外對惡性腫瘤細胞產(chǎn)生明顯的抑制作用，而對正常細胞作用甚微，可望通過進一步的研究獲得一種區(qū)別于傳統(tǒng)的化療藥物的納米無機抗癌藥物。此外，有的物質(zhì)納米化后出現(xiàn)新的治療作用，如二氧化鈦納米粒子可抑制癌細胞增殖；二氧化鈰納米顆?？梢郧宄壑械碾娍剐苑肿硬⒎乐我恍┯捎谝暰W(wǎng)膜老化而帶來的疾病。
3.2.2 納米藥物載體
實現(xiàn)細胞和亞細胞層次上藥物的靶向傳遞和智能控制釋放，是降低藥物毒副作用、提高治療效果的共性問題。納米粒子介導(dǎo)的藥物輸送是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個關(guān)鍵技術(shù)，在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性。目前，用作藥物載體的材料有金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒及生物活性納米顆粒等。 理想的納米藥物載體應(yīng)具備以下性質(zhì):毒性較低或沒有毒性；具有適宜的制備及提純方法；具有合適的粒徑與形狀；具有較高的載藥量；具有較高的包封率；對藥物具有良好的釋放特性；具有良好的生物相容性，可生物降解或可被機體排出；具有較長的體內(nèi)循環(huán)時間，并能在療效相 關(guān)部位持久存。 3.3 納米生物技術(shù)
納米生物技術(shù)是納米技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它即可以用于生物醫(yī)學(xué)，也可以服務(wù)于其它社會需求。所包含的內(nèi)容非常豐富，并以極快的速度增加和發(fā)展，難以概述。
3.3.1生物芯片技術(shù)
生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上，裝配一種或集成多種生物活性，僅用微量生理或生物采樣，即可以同時檢測和研究不同的生物細胞、生物分子和dna的特性，以及它們之間的相互作用，獲得生命微觀活動的規(guī)律。生物芯片可以粗略地分為細胞芯片、蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片）和基因芯片（即dna芯片）等幾類，都有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點，已成為21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的前沿科技。
近2年，已經(jīng)通過微制作(mems)技術(shù)，制成了微米量級的機械手，能夠在細胞溶液中捕捉到單個細胞，進行細胞結(jié)構(gòu)、功能和通訊等特性研究。美國哈佛大學(xué)的教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員，發(fā)展了微電子工業(yè)普遍使用的光刻技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，并研制出效果更好的軟光刻方法。以此，制出了可以捕捉和固定單個細胞的生物芯片，通過調(diào)節(jié)細胞間距等，研究細胞分泌和胞間通訊。此類細胞芯片還可以作細胞分類和純化等。它的功能原理非常簡單，僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性，即可達到選擇和固定細胞及細胞面密度控制。
美國圣地亞國家實驗室的發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了納米愛好者的預(yù)言。正像所預(yù)想的那樣，納米技術(shù)可以在血流中進行巡航探測，即時發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細菌類型的外來入侵者，并予以殲滅，從而消除傳染性疾病。
研究人員做了一個雛形裝置，發(fā)揮芯片實驗室的功能，它可以沿血流流動并跟蹤像鐮狀細胞血癥和感染了愛滋病的細胞。血液細胞被導(dǎo)入一個發(fā)射激光的腔體表面，從而改變激光的形成。癌細胞會產(chǎn)生一種明亮的閃光；而健康細胞只發(fā)射一種標(biāo)準(zhǔn)波長的光，以此鑒別癌變。 3.3.2納米探針
一種探測單個活細胞的納米傳感器，探頭尺寸僅為納米量級，當(dāng)它插入活細胞時，可探知會導(dǎo)致腫瘤的早期dna損傷。
3、 4組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料
將納米技術(shù)與組織工程技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建具有納米拓撲結(jié)構(gòu)的細胞生長支架正在形成一個嶄新的研究方向。相對于微米尺度，納米尺度的拓撲結(jié)構(gòu)與機體內(nèi)細胞生長的自然環(huán)境更為相似。納米拓撲結(jié)構(gòu)的構(gòu)建有可能從分子和細胞水平上控制生物材料與細胞間的相互作用，引發(fā)特異性細胞反應(yīng)，對于組織再生與修復(fù)具有潛在的應(yīng)用前景和重要意義。將納米纖維水凝膠作為神經(jīng)組織的支架，在其中生長的鼠神經(jīng)前體細胞的生長速度明顯快于對照材料。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導(dǎo)性、強度、彈性、韌性和耐久性，同時還可以改進基體材料的生物相容性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著復(fù)合物中碳納米管含量的增加，神經(jīng)元細胞和成骨細胞在復(fù)合材料上的黏附與生長也越來越活躍，而星形細胞和成纖維細胞的活性則呈現(xiàn)同等程度的下降。研究人員設(shè)計的人造紅細胞輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的236倍，可應(yīng)用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。研究人員成功合成了模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì)，該物質(zhì)可取代目前骨科常用的合金材料，其物理特性符合理想的骨骼替代物的模數(shù)匹配，不易骨折，且與正常骨組織連接緊密，顯示出明顯的正畸應(yīng)用優(yōu)勢。
納米自組裝短肽材料rada16-i與細胞外基質(zhì)具有很高相似性，rada16-i納米支架可以作為一種臨時性的細胞培養(yǎng)人工支架，它能很好地支持功能型細胞在受損位置附近生長、遷移和分化，因而有利于細胞抵達傷口縫隙，使組織得以再生。有研究人員利用rada16-i納米支架修復(fù)了倉鼠腦部的急性創(chuàng)傷，并且恢復(fù)了倉鼠的視覺功能。rada16-i形成的水凝膠可用作新型的簡易止血劑，用于多種組織和多種不同類型傷口的止血。
4、我國發(fā)展納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)的現(xiàn)狀和發(fā)展策略
目前，我國在納米生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的研究基礎(chǔ)還比較薄弱，通過采取各種激勵措施和各種研究計劃的實施，特別是國家自然科學(xué)基金委的納米技術(shù)重大研究計劃對納米生物和納米醫(yī)學(xué)項目的支持，我國在納米生物和納米醫(yī)學(xué)方面的研究狀況有了很大的改善，生物、醫(yī)學(xué)界的許多院、所相繼建立了有關(guān)納米技術(shù)的研究室，如中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院毒物藥物研究所和生物物理研究所等都設(shè)立了納米研究室，初步形成了一只較強的研究隊伍。近年來，來自化學(xué)、物理、信息、藥物、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家通過幾次研討會進一步明確了納米生物和納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究方向和內(nèi)容，并建立了較密切的合作。我國在納米生物和納米醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域也涌現(xiàn)了一批極具特色的研究成果，如在生物傳感器、生物芯片、新型藥物載體和靶向藥物、新型納米藥物劑型、新造影劑、重大疾病的機制、納米材料的應(yīng)用和生物安全性及重大疾病預(yù)防和早期診斷與治療技術(shù)等方面。但是，這些研究的水準(zhǔn)與國際先進水平還有相當(dāng)?shù)牟罹?，離國家、社會的需求也有相當(dāng)遠的距離。
納米醫(yī)學(xué)工程的建立不僅是因為有其迫切的需要，而且也因為有了實現(xiàn)的可能。如今，納米科技在國際上已嶄露頭角，世界各發(fā)達國家紛紛開展納米科技的研究。在我國，科技界對納米科技的重要性有了共識，納米科技研究已取得引人注目的成果。學(xué)科發(fā)展和社會需要是推動社會發(fā)展的巨大動力，學(xué)科發(fā)展可以創(chuàng)造新的需求，社會需求可以促進學(xué)科向深度和廣度發(fā)展。納米生物醫(yī)學(xué)工程正在出現(xiàn)，我們無力將它阻擋。雖然它的廣泛應(yīng)用尚有待時日，并潛在危險，但若沒有它，我們現(xiàn)在面臨的許多生物醫(yī)學(xué)工程問題就不可能得到滿意的解決。
人類正在被歷史及自身推向一個嶄新的陌生世界，倘若人類能直接利用原子、分子進行生產(chǎn)活動，這將是一個質(zhì)的飛躍，將改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式，并空前地提高生產(chǎn)能力，有可能從根本上解決人類面臨的諸多困難和危機。我們有必要把納米科技和生物醫(yī)學(xué)工程概念進行拓展，把納米科技的理論與方法引入生物醫(yī)學(xué)工程的相關(guān)研究領(lǐng)域，創(chuàng)立新的邊緣學(xué)科——納米生物醫(yī)學(xué)工程?？梢韵嘈牛{米醫(yī)學(xué)工程將會成為納米科技的重要分支，并開創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)工程新紀(jì)元。科學(xué)家認為，納米科技在生物醫(yī)學(xué)方面，甚至有可能超過信息技術(shù)和基因工程，成為決勝未來的關(guān)鍵性技術(shù)。 [參 考 文 獻] [1]劉吉平，郝向陽。納米科學(xué)與技術(shù)[m]。北京:科學(xué)出版社，2002:2,227-229,234-238,239-242,230-234.[2]李道萍。21世紀(jì)嶄新的學(xué)科——納米醫(yī)學(xué)[j]1世界新醫(yī)學(xué)信息文摘，2003,1(3):208-210.[3]李會東。納米技術(shù)在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[j]。湘潭師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2005,27(2):49-51.[4]皮洪瓊，吳俊，袁直等。注射用生物可降解胰島素納米微球的制備[j]1應(yīng)用化學(xué)，2001,18(5):365-369.[5]常津。阿毒素免疫磁性毫微粒的體內(nèi)磁靶向定位研究[j]。中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報，1996,15(4):216-221 。[6]張共清，梁屹。納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用[j]1中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報，2002,24(2):197-201.〔7〕中國社會科學(xué)院語言研究所詞典編輯室編。現(xiàn)代漢語詞典。北京:商務(wù)印書館2002年版:1711〔8〕奇云。21世紀(jì)的納米醫(yī)學(xué)。健康報，2001(4):12〔9〕紀(jì)小龍。納米醫(yī)學(xué)怎樣診治疾病。健康報，2001,7,19[9]奇 云。納米醫(yī)學(xué)——21世紀(jì)的科技新領(lǐng)域[n]。中國醫(yī)藥報，1995年6月8日~1995年7月18日，第1160期-1178期，第7版。[10]奇 云。納米材料——21世紀(jì)的新材料[j]?？萍紝?dǎo)報，1992(10):28- 31.[11]奇 云。納米電子學(xué)研究進展[j]?，F(xiàn)代物理知識，1994,6(5):24-25.[12]奇 云。納米生物學(xué)的誘人前景[n]。光明日報，1993年5月7日，第15864號第3版。[13]奇 云。納米化學(xué)研究進展[j]。自然雜志，1993,16(
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納米材料科技論文篇六
《納米材料》是一門新興的、多學(xué)科穿插性課程，觸及凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料、生物等范疇。針對該課程學(xué)問點冗雜、概念籠統(tǒng)等特性，分離本身教學(xué)經(jīng)歷和課程特性，從該門課程的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)辦法與手腕等方面停止了系統(tǒng)的探究和變革，以到達進步教學(xué)質(zhì)量的目的。
納米材料，教學(xué)辦法，教學(xué)質(zhì)量
中圖分類號：g4 文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00
納米科技是20世紀(jì)80年代末逐漸開展起來的新興學(xué)科范疇，它觸及到凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料、生物等范疇[1]。目前，納米科技與生物技術(shù)、信息技術(shù)成為推進人類將來開展的三大主流科技，在信息技術(shù)、生物與農(nóng)業(yè)、環(huán)境能源、生命醫(yī)學(xué)以及航空航天等方面有普遍的應(yīng)用前景。納米科技的迅猛開展將促使簡直一切的工業(yè)范疇產(chǎn)生一場反動性的變化。
納米材料是納米科技的根底，對納米材料的學(xué)習(xí)，是順應(yīng)將來社會對材料專業(yè)人才的需求。在教材的方面，不斷沒有一本面向研討生教學(xué)的、較系統(tǒng)性的納米材料的教材。本文擬從納米材料課程教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)辦法與手腕等方面對高等院校材料類研討生專業(yè)停止納米材料課程的教學(xué)變革停止討論。
課程的目的是經(jīng)過課堂教學(xué)，使碩士研討生可以理解、控制納米科學(xué)與技術(shù)的概念、分類及其特性，理解和控制納米材料的根本物理和化學(xué)性能；控制納米材料的主要制備辦法和原理；控制納米材料的構(gòu)造剖析測試辦法；理解納米材料的生物毒性和平安性；理解納米材料在不同范疇的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景以及最新研討停頓，以便使學(xué)生理解和把握當(dāng)今納米科學(xué)的最新研討前沿
目前，納米材料正蓬勃開展，其觸及的面也越來越普遍，涵蓋原子物理、凝聚態(tài)物理、膠體化學(xué)、固體化學(xué)、配位化學(xué)、化學(xué)反響動力學(xué)和外表、界面等多中學(xué)科，內(nèi)容普遍[2]。隨著納米科技的興起，也呈現(xiàn)了很多引見納米效應(yīng)、納米技術(shù)應(yīng)用及納米材料制備技術(shù)文獻和材料，對推進納米科技的安康開展起了很好的作用。但是，在教材的方面，不斷沒有一本面向研討生教學(xué)的、較系統(tǒng)性的納米材料的教材。依據(jù)筆者從事納米材料課程教學(xué)的理論，以為要到達前面提出的納米材料課程教學(xué)目的。課程的教學(xué)主要內(nèi)容應(yīng)包含以下幾方面： 納米材料的根本概念、開展史；納米材料的分類及其特性；納米材料的根本物理和化學(xué)性能；納米材料的主要制備辦法和原理；納米材料的構(gòu)造剖析測試辦法；納米材料的生物毒性和平安性；納米材料最新研討停頓。依據(jù)教學(xué)內(nèi)容特性，能夠思索將教學(xué)內(nèi)容分會以下6個局部。
2.1 緒論
從納米材料的新奇特性開端，講述納米材料的內(nèi)涵和根本概念以及開展史。依據(jù)材料的分類辦法講述納米材料的分類辦法及特性。講述納米材料的根本構(gòu)造單元及其特性。重點講述納米材料的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、外表效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等根本性能。并分離我國納米材料研討現(xiàn)狀和學(xué)生研討方向停止相關(guān)討論，激起學(xué)生對納米材料的獵奇心和求知欲。
2.2 納米材料物理化學(xué)性能
主要內(nèi)容觸及納米材料的構(gòu)造和形貌特征；納米材料的熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等物理特性；納米材料的吸附、分散、聚會等化學(xué)特性。將納米材料的物理化學(xué)特性與構(gòu)造關(guān)聯(lián)，依照根本構(gòu)造-根本特性-特殊構(gòu)造-特殊效應(yīng)-特殊功用-特殊應(yīng)用這一思緒，引領(lǐng)學(xué)生深化考慮，能夠起到觸類旁通效果。
2.3 納米材料的制備辦法和原理
依照納米材料維數(shù)分類辦法，講述零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料、三維納米材料的特征、制備辦法和根本原理。重點講述蒸發(fā)-冷凝法、濺射法、氣相化學(xué)合成法等氣相辦法和沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法、溶劑熱法等液相辦法。并分離學(xué)生研討方向?qū)ο嚓P(guān)材料和辦法停止細致討論，使學(xué)生控制相關(guān)制備辦法，為隨后的研討奠定堅實的根底。
2.4納米材料的構(gòu)造剖析測試辦法
主要包括透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、x射線光電子能譜儀、x射線粉末衍射儀、激光粒度儀等納米材料表征儀器。經(jīng)過學(xué)習(xí)，使學(xué)生控制納米材料測試的主要辦法和儀器，并控制各種儀器的優(yōu)缺陷和適用范圍。同時，也使同窗們認識到納米材料研討的高技術(shù)特性。
2.5納米材料的生物毒性和平安性
主要包括納米材料的生物毒性和平安性。依據(jù)已有的相關(guān)研討報道，引見一些納米材料的生物毒性，讓學(xué)生們理解納米材料的缺乏之處，控制相關(guān)的平安操作規(guī)則，以便在隨后的納米材料相關(guān)研討中防止呈現(xiàn)平安事故。
2.6最新研討停頓
依據(jù)納米材料的最新研討熱點，如石墨烯、鋰離子電池?zé)?，講述納米科技范疇國際最新研討動態(tài)，讓學(xué)生理解國際最新研討熱點。
3.1 多媒體教學(xué)
針對納米材料課程內(nèi)容普遍，學(xué)問點多的特性，采用多媒體教學(xué)方式。應(yīng)用多媒體教學(xué)圖、文、聲、像融為一體的優(yōu)點，能夠使教與學(xué)的活動變得愈加豐厚多彩，又能夠?qū)⑿畔⒘看蟮恼n程內(nèi)容在有限的時間內(nèi)呈現(xiàn)給同窗們。從而激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興味，促進學(xué)生思想開展，豐厚學(xué)生的想象力。例如，講述納米材料宏觀量子隧道效應(yīng)時，能夠動畫的方式展示，便當(dāng)學(xué)生們了解。講述納米材料的制備辦法時，能夠經(jīng)過表示圖的方式展示，更容易讓學(xué)生了解和控制。
3.2交互式討論
應(yīng)用交互式討論教學(xué)方式。依據(jù)學(xué)生的興味，分離課程內(nèi)容，將學(xué)生劃分多個課題小組，停止課堂討論。例如，講述微乳液法制備納米材料時，首先讓學(xué)生經(jīng)過文獻查閱等方式理解該辦法；其次，在課堂上就該辦法、原理和理論應(yīng)用停止充沛討論和剖析；最后教師指出該內(nèi)容的重點和難點。經(jīng)過這種交互式討論，在課堂教學(xué)中，確立學(xué)生的主體位置，尊重學(xué)生的主體認識；創(chuàng)設(shè)民主、對等的課堂氣氛，讓學(xué)生充沛發(fā)表本人對問題的見地，發(fā)揮學(xué)生的主管能動性，變被動承受為主動探究；使學(xué)生的創(chuàng)新認識、發(fā)明性思想才能得到不時的開展[3]。
3.3理論操作相分離
納米材料是一門理論性很強的課程。在課程教學(xué)中要充沛與理論相分離，依據(jù)學(xué)生的研討方向，分離課程內(nèi)容，布置學(xué)生停止相關(guān)實驗。經(jīng)過詳細的實驗使學(xué)生對納米材料有更多的理性認識。觸及透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、x射線粉末衍射儀、激光粒度儀等納米材料表征儀器內(nèi)容時，分離詳細狀況，可布置一定時間上機察看和操作。
納米材料是納米科技的根底，對納米材料的學(xué)習(xí)，是順應(yīng)將來社會對材料專業(yè)人才的需求。本文從納米材料課程教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)辦法與手腕等方面對高等院校材料類研討生專業(yè)停止納米材料課程的教學(xué)變革停止系統(tǒng)的討論，理論證明，這些舉措的施行獲得了良好的教學(xué)效果，為培育學(xué)生的創(chuàng)新思想和科研肉體起到了一定的作用
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納米材料科技論文篇七
摘 要
納米材料由于其自身特有的物理效應(yīng)和化學(xué)性質(zhì)，在不同領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用性，因此被譽為“21世紀(jì)最有前途的材料”。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊，它的發(fā)展給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來了新的機遇。
通過對納米材料及制備技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，本文綜述了對納米材料的認識，以及其特性、分類、制備方法和其應(yīng)用領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞：納米材料；分類；特性；制備；應(yīng)用 前言
1.1 納米及納米材料
納米，實際上是一個長度計量單位，1 nm = 10-9 m，即一米的十億分之一。正是這神奇的十億分之一米，向我們開啟了一個嶄新的微觀物質(zhì)世界。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1～100nm這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，呈現(xiàn)出特殊性能。這種既具有不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。納米材料的科學(xué)價值和應(yīng)用前景已逐步被人們所認識，納米科學(xué)與技術(shù)被認為是 21 世紀(jì)的三大科技之一。
1.2 納米材料的發(fā)展簡介
近年來，世界各國對納米材料給予了極大的關(guān)注，對納米材料的結(jié)構(gòu)與性能、制備技術(shù)以及應(yīng)用前景進行了廣泛而深入的研究，并紛紛將其列入高科技開發(fā)項目。2005納米科技研發(fā)預(yù)算已達到10億美元，而且在美國該預(yù)算的優(yōu)先選擇領(lǐng)域中，納米材料名列第二位?，F(xiàn)在美國對納米技術(shù)的投資約占世界總量的二分之一。世界發(fā)達國家均對納米產(chǎn)業(yè)進行戰(zhàn)略性布局，并紛紛投入巨資。
我國的納米材料研究起步比較晚，始于20世紀(jì)80年代末，但在“八五”期間已將納米材料科學(xué)列入國家攀登項目。之后在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面，我國在納米技術(shù)研究方面也投入了大量的人力和物力。在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，納米材料被列入6大發(fā)展重點之一的“前沿新材料”中。在國家各項科技計劃的支持下，我國納米材料及納米科學(xué)技術(shù)也取得了比較突出的成果。 納米材料的分類
在納米材料發(fā)展初期，納米材料是指納米顆粒和由它們構(gòu)成的納米薄膜和固體。廣義而言，納米材料是指在3維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。如果按維數(shù)，納米材料的基本單元可以分為3類：① 0維，指在空間3維尺度均在納米尺度，如納米尺度顆粒，原子團簇等；②1維，指在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲，納米棒，納米管等；③ 2維，指在3維空間中有1維在納米尺寸，如超薄膜，多層膜，超晶格等。按化學(xué)組成可分為：納米金屬，納米晶體，納米陶瓷，納米玻璃，納米高分子和納米復(fù)合材料。按材料物性可分為：納米半導(dǎo)體，納米磁性材料，納米非線性光學(xué)材料，納米鐵電體，納米超導(dǎo)材料，納米熱電材料等。按應(yīng)用可分為：納米電子材料，納米光電子材料，納米生物醫(yī)用材料，納米敏感材料，納米儲能材料等。 納米材料的特性
納米材料具有尺寸小，表面積大，表面能高，表面原子比例大的四大特點，并且具有小尺寸效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)，表面效應(yīng)四大效應(yīng)。納米材料的特性主要取決于制備方法。
3.1 表面效應(yīng)
球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積與直徑成反比，隨著顆粒直徑的變小比表面積將會顯著地增加。這主要是因為處于表面的原子數(shù)較多，表面原子的晶場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同所引起的。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性，晶體微?；橛羞@種活性表面原子的增多，其表面能大大增加。這種表面原子的活性不但引起納米粒子表面原子輸運和構(gòu)型變化，同時也引起表面電子自旋構(gòu)像和電子能譜的變化。
3.2 小尺寸效應(yīng)
隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)：① 特殊的光學(xué)性質(zhì)；② 特殊的熱血性質(zhì)；③ 特殊的磁學(xué)性質(zhì)；④ 特殊的力學(xué)性質(zhì)。超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性，介電性，能聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。
3.3 量子尺寸效應(yīng)
微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗?，吸收光譜闕值向短波方向移動，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)產(chǎn)生最直接的影響就是納米晶體吸收光譜的邊界藍移。這是由于在納米尺度半導(dǎo)體微晶中，光照產(chǎn)生的電子和空穴不再是自由的。存在庫侖作用，此電子空穴對類似于大晶體中的激子。由于空間的強烈束縛導(dǎo)致激子吸收峰藍移，帶邊以及導(dǎo)帶中更高激發(fā)態(tài)均相應(yīng)藍移。
3.4 宏觀量子隧道效應(yīng)
隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微顆粒的磁化強度，量子相干器件中的磁通量及電荷也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢阱而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。
納米材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)既不同于宏觀物體，也不同于微觀的原子和分子。當(dāng)組成材料的尺寸達到納米量級時，納米材料表現(xiàn)出的性質(zhì)與體材料有很大的不同。在納米尺度范圍內(nèi)原子及分子的相互作用，強烈地影響物質(zhì)的宏觀性
質(zhì)。物質(zhì)的機械、電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)的改變，出現(xiàn)了構(gòu)筑它們的基石達到納米尺度。納米材料之所以能具備獨到的特性，是因為組成物質(zhì)中的某一相的某一維的尺度縮小至納米級，物質(zhì)的物理性能將出現(xiàn)根本不是它的組分所能比擬的改變。 納米材料的制備
納米材料的制備主要有物理合成法和化學(xué)合成法，合成過程中將材料進行納米結(jié)構(gòu)化，主要包括以下幾個方面。
常見的物理合成方法有噴霧法、噴霧干燥法、噴霧熱解法、冷凍—干燥法、 反應(yīng)性球磨法、氣流粉碎技術(shù)等。其中氣流粉碎技術(shù)具有比較多的優(yōu)點，它是采用高速的超音速氣流來加速固體物料，使物料互相撞擊或與靶撞擊使物料粉碎，氣流粉碎技術(shù)加工效率較高，尤其是對超硬的材料更能體現(xiàn)出該方法的優(yōu)點，比較先進的氣流粉碎設(shè)備，可以使物料在粉碎時不接觸其它物質(zhì)，因而可以減小對粉料的污染。
化學(xué)合成法主要有等離子體制備納米粉末技術(shù)化學(xué)氣相沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法、溶劑熱合成法、溶膠—凝膠法、水熱法制備納米粉末技術(shù)、微乳化技術(shù)等合成方法。其中化學(xué)氣相沉淀法形成的納米材料較細，較均一，化學(xué)氣相沉淀法的原理是將一種或數(shù)種反應(yīng)氣體通過熱、激光等離子體等而發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，析出超微粉的納米材料制備方法。由于存在于氣相中的粒子成核及生長的空間比較大，因此，該方法制得的粒子分散度較好，同時，又因為反應(yīng)是在封閉容器中進行，使得化學(xué)氣相沉淀法形成的納米粒子具有比較高的純度。 納米材料的應(yīng)用
納米材料具有常規(guī)材料所不具備的物理特性，即具有高度的彌散性和大界面，使納米材料具有高擴散率，蠕變和超塑性。為原子提供了短程擴散途徑，使有限固溶體的固溶性增強，燒結(jié)溫度降低，從而其化學(xué)活性增大。因此納米材料的力、 熱、聲、光、電磁等性質(zhì)不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時所表現(xiàn)出的性質(zhì)。納米材料的高強度、高擴散性、高塑性、低密度、高電阻、高比熱、強軟磁性等特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特 殊導(dǎo)體、熱交換材料、敏感元件、潤滑劑等領(lǐng)域。以下綜述了納米材料在幾個領(lǐng)域的應(yīng)用。
5.1碳納米管的應(yīng)用
納米碳管在電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面具有特殊的性質(zhì)，因此具有很好的應(yīng)用前景。
納米碳管的電學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，碳納米管電極具有較大的電極表面積和較高的電子傳遞速率，因此可增大電流響應(yīng)，使得碳納米管電化學(xué)分析性能更為優(yōu)異。另外在碳納米管內(nèi)，電子的量子限域所致電子只能在石墨片中沿著碳納米管的軸向運動，電子是沿著石墨片層的單個平面進行傳導(dǎo)的，其電子傳輸通道隨碳管直徑的增加而增加，因此，納米碳管具有獨特的發(fā)射傳導(dǎo)性質(zhì)。改變納米碳管格子的母體結(jié)構(gòu)也可引起納米碳管導(dǎo)電性的變化，因此碳納米管的電學(xué)性能很獨特，它同時具有金屬性和半導(dǎo)體性，所以納米碳管適宜于制備納米電子原件。
力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，c—c共價鍵使納米碳管具有很高的強度和剛度。納米碳管的彈性模量和相應(yīng)的剛度值近似于或大于石墨的內(nèi)平面值，同時納米碳管還具備與其它碳物質(zhì)不同的力學(xué)性質(zhì)，比如軸向上的高彈性和徑向上高塑性，這些特 性可使納米碳管承受40％的拉伸變形而不會斷裂。納米碳管在受到壓力影響時能產(chǎn)生流動性導(dǎo)致直徑發(fā)生變化，其螺旋度也會隨之改變，從而影響其電子特征。 利用納米碳管的這種特性可用來制造探測機械壓力的納米傳感器。
熱學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，納米碳管的熱傳導(dǎo)率體現(xiàn)的是石墨的內(nèi)平面特性，故而它的熱傳導(dǎo)率非常高僅次于一定形式的摻雜金剛石。納米碳管同時具有很高的長徑比，此特點可以用來改善分散不連續(xù)的纖維復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率。納米碳管優(yōu)異的 導(dǎo)熱性能可使其發(fā)展為今后計算機芯片的導(dǎo)熱板，也可用作發(fā)動機、火箭等各種高溫部件的防護材料。納米碳管具有高熱穩(wěn)定性，同時兼具高耐磨性和耐腐蝕性，可以用其制造刀具和磨具。
另外，納米碳管還具很多其它性能，例如它的儲氫特性，納米碳管表面存在的羥基能夠和某些陽離子鍵合，從而達到表觀上對金屬離子或有機物產(chǎn)生吸附 作用。納米碳管粒子具有大的比表面積，也是納米碳管具備吸附作用的重要原因。 納米碳管還具有吸波特性，用納米碳管做成的物體對微波雷達有好的隱身性能。
5.2 在催化方面的應(yīng)用
用作高效催化劑是納米顆粒材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，納米顆粒具有很高的比表面積，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全等特點，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使得納米顆粒具備了作為催化劑的先決條件。有人預(yù)計納米顆粒催化劑將成為本世紀(jì)催化劑的主角。光催化劑是一種具有應(yīng)用潛力的特殊催化劑，納米tio2所具有的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)電和介電能級變成分立的能級，能隙變寬，導(dǎo)電電位變得負移，而介電電位變得正移，這使其獲得了更強的氧化還原能力。
5.3 在電池中的應(yīng)用
納米材料已廣泛應(yīng)用到化學(xué)電源中的活性材料中，并推動著電池科技發(fā)展，納米活性材料所具有的比表面大，鋰離子嵌入脫出深度小，行程短的特性，使電
極在大電流下充放電極化程度小，可逆容量高，循環(huán)壽命長；納米材料的高空隙率為有機溶劑分子的遷移提供了自由空間，使有機溶劑具有良好的相容性，同時，也給鋰離子的嵌入脫出提供了大量的空間。作為電極的活性材料納米化后，它表面增大，致使它極化減小，而電容量增大。由此產(chǎn)生較強大的電化學(xué)活性特別是納米碳管在作為新型貯鋰材料、電化學(xué)貯能材料和高性能復(fù)合材料等方面的研究已取得了重大突破另外，由于納米材料的研究目前大多處于實驗室階段，因此如何制得粒徑可控的納米顆粒，解決這些顆粒在貯存和運輸過程中的團聚問題，簡化合成方法，降低成本等，依然是以后還需要研究的重要問題。 總結(jié)
材料的結(jié)構(gòu)決定材料的性質(zhì)。納米材料的特殊結(jié)構(gòu)決定了納米材料具有一系列的特性（如小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等），因而出現(xiàn)常規(guī)材料所沒有的一些特別性能， 從而使納米材料獲得和正在獲得廣泛的應(yīng)用。通過納米技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，已成為經(jīng)濟新增長點的發(fā)展基礎(chǔ)。隨著其制備和改性技術(shù)不斷發(fā)展，納米材料將在諸多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。 5
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納米材料科技論文篇八
一維ceo2納米材料的制備、表征及其性能研究
0 引言
納米技術(shù)是近幾年崛起的一門嶄新的高科技技術(shù)． 它是研究現(xiàn)代技術(shù)與科學(xué)的一門重要學(xué)科，也是當(dāng)前物理、化學(xué)和材料科學(xué)的一個活躍的研究領(lǐng)域。它是在納米尺度上 （ 即1～100nm） 研究物質(zhì)（包括分子和原子） 的特性和相互作用，納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在催化、光學(xué)、電磁、超導(dǎo)、化學(xué)和生物活性等方面呈現(xiàn)出優(yōu)良的物理化學(xué)特性【1-2】等， 引起了各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注。
在納米材料制備和應(yīng)用研究所產(chǎn)生的納米技術(shù)成為本世紀(jì)主導(dǎo)技術(shù)的今天，對納米材料的研究已從單分散納米顆粒發(fā)展到了納米管、納米線、納米棒和納米膜的制備與應(yīng)用研究[101]。它們在納米尺度電子器件、敏感器件、生物器件、納米醫(yī)藥膠囊、納米化學(xué)、電極材料和儲氫能源材料等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用已成為國際研究的焦點[102, 103]。另外，納米管、納米線等一維結(jié)構(gòu)的納米材料既是研究其他低維材料的基礎(chǔ)，又與納米電子器件及微型傳感器件密切相關(guān)[104]，所以進行設(shè)計合成尺寸規(guī)則、形貌可控、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納米管、線等一維納米材料及其相關(guān)物性的研究就有著重要的理論意義和學(xué)術(shù)價值。
作為新材料中的一員——稀土納米材料的研究也成為世界各國科學(xué)家研究的熱點之一。納米二氧化鈰具有晶型單一，電學(xué)性能和光學(xué)性能良好等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于sofcs電極、光催化劑、防腐涂層、氣體傳感器、 燃料電池、離子薄膜等方面【3-4】。近年來國內(nèi)外研究者對納米二氧化鈰的制備及性能等進行了大量研究。下面就近年來有關(guān)二氧化鈰納米管和納米線的制備方法及其性質(zhì)和應(yīng)用研究報道進行綜述。
[101] yang r.， guo l.， chinese journal of inorganic chemistry, 2004, 20, 152. [102] philip g. c.， zettl a.， hiroshi b.， andreas t.， smalley r. e.， science, 1997, 279, 100. [103] hu j.， ouyang m.， yang p.， lieber c. m.， nature, 1999, 399, 48. [104] huang y.， science, 2001, 294, 1313.
1、一維ceo2納米材料的制備方法
一維納米結(jié)構(gòu)材料如納米線(棒)、納米管等的制備通常采用水熱合成法、模板法、非模板法等。 1.1聲波降解法
這種方法是近年來提出的一種較新穎的方法，方法簡單是其最大的特點。x i a等[401]以此法制得了硒的納米線（見圖1）。他們首先采用過量的聯(lián)氨還原硒酸得到了球狀的無定形硒膠體（ 粒徑約在 0.1 -2um），然后進行干燥、在醇中重新分散并對其施加超聲輻照。從圖中可以看出，開始時由于聲空化作用在膠體表面產(chǎn)生品種，隨后膠體不斷消耗，直至完全長成納米線。此外zhu等[402]將 bi（ no3）2， na2s2o3和三乙醇胺（tea）的水溶液在20khz，60w?c m- 2 的高強度超聲下輻照2h，制得了直徑10-15nm，長度60-150nm的bi2s3納米棒。產(chǎn)品結(jié)晶度良好、形貌均一，且純度較高。
[401] xia y，gates b, mayers b，et a1．a(chǎn) sonochemical approach to the synthesis of crystalline
selenium nanowires in solutions and on solid supports [j] adv. mater.， 2004,16(16):1448. [402] zhu j m，yang k，zhu j j，et a1．the mierostrueture studies of bismuth sulfide nanorods prep- ared by sonochemical method [j]．optical material，2003，23 （ 1-2 ）：89．
1.2水熱合成法
該法是指以水為分散溶劑，將反應(yīng)物放入內(nèi)含聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，在高溫高壓條件下使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。先利用水熱反應(yīng)得到不同形貌的前驅(qū)體，再于空氣中在一定溫度下灼燒前驅(qū)體而得到所需納米材料。這是一種制備形貌各異的納米氧化物的有效方法之一[307]。該法具有條件溫和、產(chǎn)物純度高、晶粒發(fā)育完整、粒徑小且分布較均勻、無團聚、分散性好、形狀可控等優(yōu)點，且其合成過程簡單、裝置簡易及促使反應(yīng)物能夠在較低的溫度反應(yīng)生長，是一個非常有應(yīng)用前景的合成新型一維結(jié)構(gòu)稀土化合物的方法。
xu等〔308〕以dy2o3粉末為前驅(qū)體用水熱法成功的合成了形貌獨特的dy(oh)3納米管。水熱合成法不僅可以制備出單一稀土氧化物 納米線，而且可以制備出復(fù)合氧化物納米線，liu等[310]采用水熱合成法合成出了la0.55ba0.5mno3 (a=sr，mn)納米線。水熱法過程簡單、原料價格低廉且容易得到形貌獨特的稀土材料，是一種可推廣到制備其它稀土化合物的方法。 1.3模板合成法
水熱合成法在制備一維納米結(jié)構(gòu)稀土化合物的優(yōu)勢是簡單易行，但是不足之處在于粒子大小和形貌不易控制、粒子無序排列等。因此探索既能方便地制備出粒子的尺寸和形貌可控、粒子排列又有序的方法是納米材料研究領(lǐng)域中的一個難點。近年來，隨著對納米材料研究的不斷深人，模板合成方法越來越引起人們的關(guān)注。根據(jù)模板劑的結(jié)構(gòu)可分為軟模板法和硬模板法。軟模板法是指利用表面活性劑液晶模板的原理誘導(dǎo)粒子的生長，硬模板法則是以含有有序多孔材料為模板，在孔內(nèi)合成所要的各種微米和納米有序陣列[315] 1.3.1軟模板合成法
氧化物納米管、納米線的軟模板法合成途徑是通過溶液中表面活性劑的自組裝或有機凝膠的誘導(dǎo)組裝而實現(xiàn)的。yada等[316]以十二烷基硫酸鈉為軟模板、尿素為沉淀劑的均勻沉淀法通過分子自組裝方式合成出了稀土氧化物納米管。 1.3.2硬模板合成法
硬模板合成法是利用硬模板劑的孔徑限制和誘導(dǎo)納米線、納米棒的生長而得到形貌各異的一維納米材料，其最大特點是能真正實現(xiàn)對材料形貌、粒子大小的調(diào)變，從而成為應(yīng)用最廣泛的可控制備方法之一。常用的硬模板有陽極氧化鋁(aao)、聚碳酸酯及碳納米管等。采 用硬模板法合成納米材料時應(yīng)考慮3個方面情況：(l)前驅(qū)體溶液必須能夠濕潤孔（即親水/疏水特性）；(2)沉積反應(yīng)過程不宜太快，以免堵塞孔道；(3)在反應(yīng)條件下，基體膜必須具備高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。基于此，前驅(qū)物在模板孔內(nèi)的沉積方式通常有電化學(xué)沉積法、化學(xué)鍍、化學(xué)聚合、化學(xué)氣相沉積、溶膠一凝膠沉積及模板在溶液中直接浸漬等6種方式，而最常用的則為最后兩種方式。所得納米材料的形貌及粒徑大小除與所選硬模板劑有關(guān)外，還與其沉積方式、時間等有很大關(guān)系。 1.4非模板合成法
除了水熱法和模板法可合成出一維納米結(jié)構(gòu)材料外，yada等[323]提出了無需利用模板劑的新合成方法，該法是添加無機物na2so4，nahpo4等，通過共存離子自組裝進人反應(yīng)物混合體系，進而形成氧化物空心納米管。通過比較yada的模板合成法和無模板合成法，可知無模板的合成法所得稀土氧化物納米管的種類多于模板合成法的，且前者的納米管直徑較大。
[307] xu r r, pang w q. inorganic synthetic and preparative chemistry [m]。beijing:higher education press,2001. [308] xu a w, fang y p, you l p, et al. a simple method to synthesize dy2o3 and dy(oh)3 nanotubes [j]。 j. am. chem. soc.， 2003,125:1494. [310] liu j b, wang h, zhu m k, et al. synthesis of la0.55ba0.5mno3 (a=sr,mn) by a hydrothermal method at low temperature [j]。 mater .，2003,38:817. [315] 包建春，徐 正。納米有序體系的模板合成及其應(yīng)用[j]。無機化學(xué)學(xué)報， 2002, 18(10): 965. [316] yada m, mihara m,mouri s, et al. rare earth oxide nanotubes templated by dodecylsulfate assemblies[j]。 adv. mater.， 2002,14(4):309. [323] yada m, taniguchi c,torikai t, et al. hierarchical two-and three-dimensional microstructures composed of rare-earth compound nano-tubes [j]。 adv. mater.， 2004,16(16):1448. [001]呂仁江，周志波，高曉輝。 ceo2 納米線陣列的制備[j]。無機化學(xué)學(xué)報， 2002, 18(10): 965.
納米ceo2粉體及其固溶體的研究進展
摘要：本文綜述了納米ceo2的幾種主要制備方法，以及cexzr1-xo2固溶體在汽車尾氣凈化催化劑中的作用、鈰鋯氧化物的體相結(jié)構(gòu)及影響鈰鋯氧化物固溶體儲氧能力（ osc）和織構(gòu)熱穩(wěn)定性的因素對其在催化劑中的應(yīng)用作了簡要陳述。介紹了摻雜對ceo2 結(jié)構(gòu)的影響及其在催化劑方面的應(yīng)用研究，展望了摻雜對改進ceo2性能的研究方向。
關(guān)鍵詞：納米ceo2；摻雜；cexzr1-xo2，三效催化劑；儲氧能力
0 引言
由于納米材料具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等， 使其呈現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)， 在結(jié)構(gòu)與功
能陶瓷， 涂層材料 ， 磁性材料 ， 氣敏材料， 催化材料 ， 醫(yī)藥材料等
領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景l(fā) 1 ] 。
納米稀土氧化物粉末是納米稀土材料的重要組成部分， 它
既是一種可實用的新材料， 同時又可為其它大塊新材料的制備
提供原料。其中， 納米 c e o。 粉末由于具有獨特的立方螢石型結(jié)
構(gòu)特征l 2 ] ， 尤為引人關(guān)注。近年來， 國內(nèi)外研究人員已用多種方
法制備出了單一的和某些復(fù)雜 的納米 c e o 粉末， 并詳細研究
了它們的物性及在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。
納米ceo2具有比表面積大， 儲氧性能好， 負載金屬分散度高等許多優(yōu)良特性， 摻雜對ceo2的結(jié)構(gòu)及性能又有進一步改善， 因而是目前研究的熱點。
cexzr1-xo2固溶體（簡稱cz）具有高的儲氧能力（ osc）[111-112]和良好的熱穩(wěn)定性[113]，用作汽車尾氣凈化催化劑載體受到了廣泛的關(guān)注，是目前催化劑領(lǐng)域的研究熱點之一。研究工作主要集中于cz的結(jié)構(gòu)表征，結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性、osc的關(guān)系以及cz基催化劑的催化作用等。本文主要介紹近年來國內(nèi)外有關(guān)cz在上述方面的研究進展 。
0 引言
納米技術(shù)是近幾年崛起的一門嶄新的高科技技術(shù)． 它是研究現(xiàn)代技術(shù)與科學(xué)的一門重要學(xué)科，也是當(dāng)前物理、化學(xué)和材料科學(xué)的一個活躍的研究領(lǐng)域。它是在納米尺度上 （ 即1～100nm） 研究物質(zhì)（包括分子和原子） 的特性和相互作用，納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在催化、光學(xué)、電磁、超導(dǎo)、化學(xué)和生物活性等方面呈現(xiàn)出優(yōu)良的物理化學(xué)特性【1-2】等， 引起了各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注。利用這些特性所開發(fā)出來的多學(xué)科的高新科技，成為特殊功能材料發(fā)展的基礎(chǔ)。納米氧化物作為納米材料中的重要一員，在精密陶瓷、光電池、磁記錄和傳感器、催化劑、發(fā)光材料等方面有著重要的應(yīng)用。因此，人們對納米氧化物的制備和性能進行了廣泛的研究 。
作為新材料中的一員——稀土納米材料的研究也成為世界各國科學(xué)家研究的熱點之一。納米二氧化鈰具有晶型單一，電學(xué)性能和光學(xué)性能良好等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于sofcs電極、光催化劑、防腐涂層、氣體傳感器、 燃料電池、離子薄膜等方面【3-4】。近年來國內(nèi)外研究者對納米二氧化鈰的制備及性能等進行了大量研究。納米技術(shù)簡介【5】
納米技術(shù)(nanometer technology)主要針對 1～100 nm之間的尺寸，該尺寸處在原子、分子為代表的微觀世界和宏觀物體交界的過渡區(qū)域 ，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng) ， 突出表現(xiàn)為四大效應(yīng): 表面效應(yīng):指納米粒子的表面原子數(shù)與總體積原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大 ，從而引起的性質(zhì)上的突變。粒徑到達 10 nm 以下 ，表面原子之比迅速增大。當(dāng)粒徑降至 1 nm時 ，表面原子數(shù)之比超過 90 %以上，原子幾乎全部集中到粒子的表面，表面懸空鍵增多 ，化學(xué)活性增強。
體積效應(yīng):由于納米粒子體積極小 ，包含極少的原子 ，相應(yīng)的質(zhì)量也很小。因此 ，呈現(xiàn)出與通常由無限個原子構(gòu)成的塊狀物質(zhì)不同的性質(zhì) ，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)。
量子效應(yīng):當(dāng)納米粒子的尺寸下降到一定程度 ，金屬粒子費米面附近電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散；納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)的分子軌道能級和最低未被占據(jù)的分子軌道能級 ，從而使得能隙變寬 ，這種現(xiàn)象 ，稱為量子尺寸效應(yīng)。
宏觀量子隧道效應(yīng):納米粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近來年 ，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量 ，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng) ，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘。
研究表明，納米材料的顆粒尺寸小，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全，導(dǎo)致表面活性位置增加，而且隨著粒徑的減小，表面光滑度變差，形成了凹凸不平的原子臺階，從而增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面，具有很強的催化性能。因此，納米催化材料是納米材料研究的一個重要方向。納米稀土材料是納米催化材料的一個重要組成部分，它既具有納米材料的優(yōu)點，又具備稀土材料化學(xué)活性高、氧化還原能力強和配位數(shù)多變的特點，集兩種材料的優(yōu)勢于一身，是比純粹的納米材料和稀土材料更優(yōu)良的的新型復(fù)合材料；廣泛應(yīng)用于稀土化合物納米粉體、稀土納米復(fù)合材料、稀土納米環(huán)保材料、稀土納米催化劑等方面，具有廣闊的市場前景。氧化鈰是稀土族中一個重要的化合物，是一種用途非常廣泛的材料，在玻璃、陶瓷、熒光粉、催化劑等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，特別是在機動車尾氣凈化催化劑中，氧化鈰作為一種重要的助劑，對改進催化劑的性能起著舉足輕重的作用 ［6-7］ 。
c e ( ) 2 將在高薪技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮更大的潛力
二氧化鈰的資源狀況
我國稀土資源具有分布廣， 品種多， 質(zhì)量好的特點i 5 ] 。
據(jù)公布資料顯示， 我 國稀土工業(yè)儲量為 4 3 0 0萬噸( 以 r e o
計) ， 遠景儲量為 4 8 0 0萬噸， 占全球儲量 9 1 0 0萬噸的 4 3 ． 4
％左右， 居全球之首。鈰在地殼中的豐度占第 2 5位， 與銅的豐度相當(dāng)。
鈰與其它稀土元素一樣性質(zhì)活躍， 為親石元素。鈰的主
要資源來 自氟碳鈰礦和獨居石。工業(yè)開采的鈰的稀土礦物
主要有包頭混合型稀土礦（ 氟碳鈰礦和獨居石混合的礦物 ） 、 獨居石、 氟碳鈰礦及離子型吸附礦， 山東微山和四川冕寧地
區(qū)的單一氟碳鈰礦床。這些礦物中氟碳鈰礦、 獨居石 、 氟碳
鈣鈰礦含鈰量（ 以c e 2 o 3 計） 都超過 5 0％， 如： 氟碳鈰礦中已
達 7 4％， 獨居石含鈰量約 6 o％， 氟碳鈣鈰礦含鈰量為 5 3 ～
6 2％。這為我國大力發(fā)展稀土鈰工業(yè)提供了必要的物質(zhì)基
礎(chǔ)和優(yōu)勢。
目前我國c a 3 2 產(chǎn)品的原料包括下列幾種_ 6
j ： （ 1 ） 混合型
氧氧化稀土[ r e （ oh）
] 。它是由混合型稀土精礦( 包頭稀土
礦) 及氟碳鈰礦精礦經(jīng)處理后而制成的。r e（ oh） 中含
r e o 6 0％， c e o 2 5 0％。（ 2 ） 稀土精礦 ( r e o>~5 0％， c e o 2 4 8
％～5 0％) 。它可用包頭稀土礦或 四川氟碳鈰礦精礦處理
后而制 成。（ 3 ） 硫酸 稀土 和氯化稀 土 [ r e 2 （ s （ ） 4 ） 3中含
r e o 5 0％， c e o 2 5 0％； 在 re c l 中含 r e o≥4 5％， c e c h ≥ 5％] 。均可由稀土精礦處理后而獲得。上述三種原料 為
我國目前生產(chǎn)二氧化鈰提供充足的原料。 國內(nèi)外應(yīng)用研究現(xiàn)狀
目前舊內(nèi)外正在開發(fā)和研究應(yīng)用的領(lǐng)域
（ 1 ） 紫外線吸收劑方面的應(yīng)用
目前大量使用的是有機紫外線吸收劑， 有饑物的最大缺
點足穩(wěn)定性差， 容易分解 ， 分解產(chǎn)物還會加速其它高分子材
料老化， 最終影響產(chǎn)品的長期使用效果。此外有機吸收劑本
身或其分解產(chǎn)物具有一定的毒性， 符合綠色環(huán)保要求， 影
響產(chǎn)品出口和使用范圍。
普通氧化鈰用于紫外戰(zhàn)吸收0 已在玻璃行業(yè)得到應(yīng)用。 納米 c e 的4
f
電子結(jié)卡 勾， 塒光吸收非常敏感， 而且吸收波 0 3 1 3 2 左右 段大多在紫外區(qū)（ 如圖( 3 ） 示 ， 實驗室自制粒度在 的（ 的紫外吸收網(wǎng)） ， 岡此所得的納米復(fù)合抗紫外線劑，n m) ， 高效長久( 比
具有吸收效率高、 吸收波段寬（ 2 0 0 ～4 0 0 有機抗紫外線劑要長數(shù)倍） ， 防止高分子材料老化的功能將
更強， 綠色環(huán)保， 而且綜合成本低。粒徑 8
n m的) 2 超微
粉對紫外線吸收能力和遮斷效果顯著， 可用于基材涂料提高
耐候性。目前我國許多公司
在開發(fā)將其應(yīng)用于涂料 ， 防止
坦克 、 汽車 、 儲油灌等的紫外老化； 日本無機化學(xué)公司在該方
面也研制成功 了一種名為 c e f i g u a ~的紫外線遮斷劑， 并建
立 鈰防護劑生產(chǎn)線， 該產(chǎn)品與同類產(chǎn)品比較， 紫外線遮斷
效果相同， 但透明性較其它產(chǎn)品優(yōu) 良。今后， 隨著鈰防護劑[10]
納米材料因其獨特 的表面效應(yīng)、 量子尺寸效應(yīng)等而表現(xiàn) 出
不同于常規(guī)材料的特殊性能 ， 因而在各個領(lǐng)域得到了廣泛 的使
用。 我國擁有豐富的稀土資源 ， 由于稀土元素具有獨特的 f 電子
構(gòu)型， 因此具有其獨特的光 、 電、 磁性質(zhì)。 為了進一步研究和開發(fā)
新型納米稀土材料 ， 納米稀土材料 的合成及應(yīng)用成為了世界各
國科學(xué)家研究的熱點之一。
c e oz 屬于立方晶系 ， 具有螢石結(jié)構(gòu)。 c e 0。 作為一種典型的稀土氧化物有著多方面的功能特性 ， 被廣泛用于 電子陶瓷、 玻璃
拋光、 耐輻射玻璃 、 發(fā)光材料等。最新研究表明， 由于ce o。 獨特 的儲放氧功能及高溫快速氧空位擴散能力 ， 因此可以被應(yīng)用于
氧化還原反應(yīng) 中， 成為極具應(yīng)用前景的催化材料n ] 、 高溫氧敏
材料[ ‘ ] 、 p h傳感材料n ] 、 電化學(xué)池中膜反應(yīng)器材料n 3 、 燃料 電
池的中間材料 ] 、 中溫固體氧化物燃料 電池（ s of c） 用電極 材
料[ g
0 ] 以及化學(xué)機械拋光 （ c mp ） 漿料[ ， 在現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域
有 著巨大的發(fā)展?jié)摿?。而高科技的發(fā)展對 c e o。 的要求越來越高 ， 因此 c e o。 納 米粉體的制備技 術(shù)也已成為必須迫切解決的問題。本文即根據(jù)最新 資料文獻 ， 重點介紹了納米 c e o。 在高新
技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用 以及國內(nèi)外有關(guān)納米 c e o。 制備方法的研究
進展 ， 同時對納米 c e o。 研 究的發(fā)展趨勢提 出了新的展望 ， 以期
為進一步深入研究和開發(fā)高性能新型 c e o。 功能納米材料提供
參考和借鑒 。
納米氧化鈰在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用． 1
在汽車尾氣探測及凈化催化中的應(yīng)用 隨著汽車用量的增加， 環(huán)境污染越來越嚴重 。 由于環(huán)保法規(guī)
日趨嚴格 ， 汽車尾氣探測和凈化用催化劑的消費量大幅度增加 ， 這不僅是因為汽車尾氣凈化已經(jīng)普及， 而且環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)逐步提高 。
表 1 所示為美國聯(lián)邦政府 、 加利福尼亞州和歐盟制定的汽車尾
氣排放標(biāo)準(zhǔn)[ 】
。
顯然 ， 如此嚴格的標(biāo)準(zhǔn)單靠汽車工業(yè)本身的努力遠遠不夠 ， 必須開發(fā)新型材料來限制汽車尾氣的排放以控制 日益嚴重的環(huán)
境污染 。c e 02 于還原氣氛中很容易被還原為低價氧化物 ， 轉(zhuǎn)化為缺氧型非化學(xué)計量氧化物 c e o
… 盡管在晶格上失去相當(dāng)數(shù)
量的氧而形成大量氧空位 ， 但 c e o
一
仍然能保持螢石型晶體結(jié)
構(gòu)。 這種亞穩(wěn)氧化物暴露在氧化環(huán)境中， 又極 易被氧化為 c e o 。
由于 ce 0 具有這種獨特的儲放氧功能 以及高溫化學(xué)穩(wěn)定性和
快速氧空位擴散能力（ 1 2 4 3 k時的擴散系數(shù)為 1 0 c m ／ s ） ， 而成
為性能優(yōu)越的高溫氧敏材料， 最適合作 為探測汽車尾氣氧濃度
和控制發(fā)動機空燃 比的探頭(
一探頭) ， 以及探測低 氧分壓的氧
敏傳感器
] 。 c e o 能夠改善催化劑中活性組分在載體上的分散
度， 因此也被廣泛應(yīng)用于催化氧化還原反應(yīng) 。 在控制汽車尾氣過
程中， c e o 是三效催化劑中最重要的助劑[ 1 。研究表明l 1
] ，利用納米 c e 0 的 比表面積大 ， 化學(xué)活性高 ， 穩(wěn) 定性好的特性 ，將 c e 0 作為助劑與添 加劑 ， 與貴金屬 （ p t ， p d， r u等 ） 聯(lián)用 ， 也
可將 c e o 作為載體或做成復(fù)合載體 ， 負載過渡金屬 ， 可很大程
度提高儲氧放氧能力 ， 明顯改善催化性能 。
1 ． 2 在化學(xué)機械拋光（ c mp） 中的應(yīng)用
化學(xué)機械拋光 （ c mp ） 是集成 電路 （ i c） 生產(chǎn)中硅晶圓片整
個沉積和蝕刻工藝的重要組成部分。它借助 c mp漿料 中超微
研磨粒子的機械研磨作用以及漿料的化學(xué)腐蝕作用 ， 用專用拋
光盤在 已制作 電路 圖形的硅 晶圓片上形成高度平整的表面， 是
目前能夠提供超大規(guī)模集成電路制造過程中全局平坦化的一種
新技術(shù)n 。其中應(yīng)用最廣泛的是層間介電層 （ i l d） 的拋光， s i o2
則是最常用的層間介電層材料 。 要獲得最佳的拋光效果， 需要制
備高效、 高質(zhì)、 高選擇性的 c mp漿料。
由于納米 c e o 具有強氧化作用 ， 作為層 間 s i o 介 電層拋
光的研磨粒子， 具有平整質(zhì)量高、 拋光速率快、 選擇性好的優(yōu)點 。
c e 0 粒子 比 s i 0 粒子柔軟[ 1 ， 因此在拋光過程中 ， 不容易刮 s i o 拋光面。盡管 c e o 粒子硬度小， 卻具有拋光速率快 的 點， 這主要在于 c e o 粒子在拋光過程中所起的化學(xué)作用。 c 粒 子拋 光 s i 0 介 電層 的機 理 如下
：
一 一
中的界面氧原子將與細胞色素 c中賴氨酸殘基上的質(zhì)子化氨基
相互作用并形成細胞色素 c與電極之 間的電子傳遞通道 ， 可以
獲得細胞色素 c的快速傳遞反應(yīng) 。c e 0 粒子越小， 比表面積越
大， 界面的氧原子數(shù)就越多， 因而可在電極表面產(chǎn)生越多的電化
學(xué)活 性 點 ， 得到 更好 的反應(yīng) 促進 效 果l 2 。
1 ． 4 在燃料電池 電極 中的應(yīng)用
電極在燃料 電池電化學(xué) 中有著十分重要的作用 ， 以 ys z為
電解 質(zhì)， 陰陽兩極分別 為 l a （ s t ） mn o。和 ni — ys z的 s of c一
度 占據(jù)統(tǒng)治地位 ， 但是 c h。 在 ni 上快速積炭 ， 阻礙 了 s 0f c甲
烷的直接氧化反應(yīng)路徑的開發(fā) ， 而且以 ni 為陽極催化劑存在著
抗硫能力差 ， 長時間操作會引起 ni 燒結(jié) 。 c e o 作為一種新型材
料， 有著以下幾個優(yōu)點 ： （ 1 ） c e o 是一種混合 型導(dǎo)體 ?？?以將陽
極氧化反應(yīng)面擴大到 tp b面 （ 氣相一 電極催化劑一 電解質(zhì)三者的 界面） ； （ 2 ） c e o 的離子電導(dǎo)大于 ys z， 可 以協(xié)助 01從 電解質(zhì)
向陽極傳遞 ； （ 3 ） c e o 易于儲氧、 傳輸氧 ， 納米級 c e 0 比表面積
大， 增加了儲氧的能力。 因此 c e 0 能夠在陽極上應(yīng)用 ， 解決 c ht
直接應(yīng)用于固體氧化物燃料電池的積炭問題l 2 。
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