纳米化学论文

纳米化学论文（通用8篇）

1.纳米化学论文 篇一

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纳米材料在化学化工领域中的应用研究

张晓蕾

摘 要：纳米材料，是指一种拥有特殊功能的新材料，其三维尺寸中至少一维低于100nm，并且其性质与其他块体材料存在差异。纳米材料的特殊结构层次使得其拥有表面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应。就当前纳米材料的应用领域来看，其在电子、能源、生物、航空等行业中都发挥着重大的作用。现文章主要针对纳米材料在化学化工领域中的应用进行研究。

关键词：纳米材料；化学化工；应用领域

自从纳米材料出现后，其在结构、光电、化学性质等各个领域实现广泛的应用。其凭借着独特的物理性质与化学性能在物理、化学、生物等领域的研究带来了的新的发展机遇。纳米材料的应用前景十分广阔，其在化学化工领域中有着十分重要的作用，并且能够推动化学化工领域的进步与发展。纳米材料及其特性

纳米材料是一种在三维空间中至少有一维处于纳米尺度，或者由其作为基本结构的材料，其大致相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺寸。纳米材料的特性主要包括以下几点：第一，表面效应。纳米材料的表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数的比例值随着粒径变小而急剧增长后所导致的性质改变[1]。根据相关研究表示，伴随着粒子直径的缩短，避免原子个数的增长速度迅猛，而表面原子由于周围缺乏相邻原子，呈现不饱和性状态，强化了纳米粒子的化学活性，从而使得纳米材料能够在吸附、催化等作用上明显的优势。第二，小尺寸效应。小尺寸效应即为纳米粒子的粒径小于或等于超导态的相干波长时，其周期性的边界条件将被损害，从而使得纳米材料的化学性质、催化性质相对于其他材料来说有着明显的区别。小尺寸效应不单单显著扩展了纳米材料的物理与化学特性范围，并且大大拓展了其应用领域。第三，宏观量子隧道效应。该效应主要是指纳米粒子能穿越宏观系统的壁垒而出现变化的一种特征。这一效应对纳米材料的基础研究与实际应用都有着十分关键的作用。宏观量子隧道效应限制了磁盘对信息存储量的限制，明确了现代微电子元件微型化的极限。第四，量子尺寸效应。该效应主要是指纳米粒子尺寸持续减少到某一数值时，纳米能级周边的电子能级可以转变为分离能级粒[2]。这一效应使得纳米粒子拥有高水平的光学非线性、光催化性等特征。总的来说，纳米材料与其他材料不同，拥有众多与众不同的特性，这使得其在力学、磁学、热学等各个领域都拥有十分重要的应用价值，并给资源利用拓展了更大的空间。纳米材料在化学化工领域中的应用

2.1 纳米材料在环保领域中的应用

在治理空气污染、水体污染过程中环保是最为基础的要求。纳米材料可以在空气净化、污水处理中起到重要的作用。在空气净化方面纳米材料拥有十分广阔的发展空间，不单单是由于其拥有细微的颗粒尺寸，同时伴随着纳米微粒表面形态与粒径的大小有着密切的关系，粒径减少其表面会变得更加粗糙，从而出现凹凸不平的原子台阶。纳米材料与技术可以被用在汽车尾气超标报警器与净化设备中，显著降低有毒气体的排放量。另外，纳米材料还可以被用于石油提炼工业中的脱硫环节当中[3]。在污水处理方面，要实现污水处理中将有害物质、污染物质、细菌病毒等物质去除的目的，可以使用纳米材料与技术来污水中的贵金属提炼出来，开展循环利用。不论是水体中的有机、无机污染物均可以利用纳米微粒光催化作用来将其制造成为矿化物。

2.2 纳米材料在涂料领域中的应用

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由于纳米材料的表面与结构存在一定的特殊性，拥有其他材料无可比拟的优势，显示出十分强大的活力。在化学化工领域中，表面涂层技术是关注的热点之一。纳米材料的出现给表面涂层技术的发展提供了基于。在使用传统涂层技术上应用纳米材料可以得到纳米复合体系涂层，使用该涂层可以达到质的飞跃与进步。在涂料中加入纳米材料可以进一步提升涂料的防护能力，从而达到防紫外线、防大气侵害等作用。例如，在建筑材料玻璃、涂料中加入纳米材料可以达到显著减少光透射以及热传递的效果，从而形成隔热的效用。又例如，在汽车装饰喷涂行业中纳米TiO2添加入汽车漆面中，可以使得汽车漆面形成一种有魅力的色彩效果。

2.3 纳米材料在催化领域中的应用

催化剂在众多化工领域中都占据着十分重要的地位，其能够控制反应时间、提升反应速度与效率，显著提升经济效益，减少对生态环境的污染。首先，光催化反应。纳米粒子作为光催化剂拥有粒径细、催化效率高等优势，十分容易利用光学手段来对界面的电荷转移进行等特点进行研究。例如，利用纳米TiO2应用在高速公路照明装置的玻璃罩面中，由于其拥有较高水平的光催化活性，能够对其表面的油污进行分解处理，从而保证其良好的透视性。又例如，在火箭发射所使用的固体燃料推进器中，如添加大约为1wt%的超细铝或镍颗粒，可以使得其燃烧使用率增加100%。将表面为180m2/g的碳纳米管直接应用在NO的催化还原中，从而可以增加NO的转化率。结束语

纳米技术的出现给人类的生活与生产带来了重大的影响，其能够从根源上改善解决人类面临的众多问题。尤其是能源、人类健康与环境保护等问题。纳米技术探索的最终目的就是要实现纳米材料的应用化，用于改善人类的环境与生活状态，相信在不久的以后纳米材料将会在生产生活的更多领域中得到更加广泛的应用。纳米材料的应用将会成为新产品、新设计、新产品的支柱，为我国经济发展提供新的发展机遇。

参考文献：

[1]李延军.浅谈纳米新材料在化工领域中的应用[J].劳动保障世界（理论版），2013（04）：61-62.[2]刘华，翟江.纳米材料在化工生产领域中的应用[J].潍坊教育学院学报，2007（03）：37-38+50.[3]蒋文，袁若.纳米材料在电化学生物传感器及生物电分析领域中的应用[J].分析测试学报，2011（11）：1200-1206.发表吧————专业论文发表组织，诚信可靠快速发表。长期有核心期刊论文转让

2.纳米化学论文 篇二

1 试验部分

1.1 试验方法

为获得分散性良好的纳米粉体,首先在纯Fe2O3纳米粉体的制备过程中加入不同的表面活性剂,以确定出适合的表面活性剂及其含量。再在此基础上,对Fe2O3纳米粉体进行单相和双相离子的成分掺杂。纳米粉体的制备均采用超声化学法。

1.2 试验过程

在超声振荡环境下(超声功率63W,温度为室温),将NaOH溶液(0.6mol、100mL)滴加到Fe2(SO4)3溶液(0.1mol、100mL)中,并在反应体系中加入表面活性剂和掺杂物,滴加过程持续30min,反应体系由乳白色变成红棕色并有絮状沉淀产生,滴加完毕后继续超声振荡30min。然后抽滤,多次洗涤,得到沉淀。将沉淀物放置在100℃的干燥箱中烘干至恒重,得到前驱体。将前驱体研磨后在管式炉内600℃烧结1h,得到红棕色粉体。

1.3 样品表征

用日本岛津XRD-6000型X射线衍射仪对样品进行物相分析,Cu靶Ka射线,波长为0.15418,工作电压40kV,管电流20mA,步长为0.2,扫描速度为3°/min,扫描范围2θ从10°～80°。

用日本电子JEM2010型透射电子显微镜对样品进行形貌和粒度分析。工作电压120kV,最高加速电压200kV,点分辨率0.19nm,点阵分辨率0.14nm,最大放大倍数1500000。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂对纯Fe2O3纳米粉体的影响

图1是超声化学法制备过程中加入分散剂后所得Fe2O3的XRD图谱。图1中(a)、(b)、(c)、(d)四条曲线分别表示未加分散剂,加入1%(质量分数,下同)聚乙二醇6000、1%十二烷基苯磺酸钠、1% 聚乙二醇2000的Fe2O3的X射线衍射图。通过与标准图谱对照,在2θ为33°、36°、54°的位置形成3个最强衍射峰,分别对应刚玉结构α-Fe2O3的(104)、(110)和(116)晶面特征峰,但图(b)的峰型有所宽化说明加入聚乙二醇6000后Fe2O3晶粒尺寸有所减小。

图2(a)是未加表面活性剂的Fe2O3纳米粉体形貌,从图中可以看到颗粒与颗粒之间没有明显的界限,几乎都黏在一起。这是由于颗粒尺寸的减小,颗粒间范德华力、静电引力和毛细管力等相互作用越来越强,形成团聚[12]。图2(c)是加入十二烷基苯磺酸纳的透射电镜图,图中能看到单个的Fe2O3颗粒,但也有部分发生了团聚,亲水基的磺酸基吸附在粉体表面,疏水烷基链则伸向溶剂中,SDBS能包裹单个纳米颗粒也能包裹多个颗粒,所以可以看到单个的Fe2O3纳米颗粒,同时也能看到多个纳米颗粒形成的局部团聚体。图2(d)是加入聚乙二醇2000后的透射电镜照片,图中能清晰看到单个球形和椭球形的颗粒,分散较好,看不出软团聚的痕迹。说明在此分子量下,PEG2000能很好的吸附在单个颗粒表面,产生空间位阻,阻碍颗粒间的聚集,达到较好的分散效果。

由图2(b)可以看出加入聚乙二醇6000后纳米颗粒的形貌发生了较大的变化,呈现出板状或短棒状具有一定长径比的颗粒,长径为50～60nm,短径为20nm,未加表面活性剂的基本呈球形,粒径在50nm左右,可见加入表面活性剂PEG6000后,纳米颗粒粒径变小了,这可能是PEG6000吸附在固体颗粒表面,其高分子长链在介质中充分伸展,形成一定厚度的吸附层,产生空间位阻阻止颗粒间过分的聚集,晶体只能沿着某一生长驱动力较小的晶面生长,所以晶体出现一定的长径比而且粒径减小,团聚减弱。

2.2 掺杂金属离子对Fe2O3形貌和粒径的影响

由2.1实验结果可知,加入1%PEG2000对纳米粉体的分散效果良好,因此制备掺杂金属离子的纳米粉体实验均加入1%PEG2000。

2.2.1 掺杂Al3+对Fe2O3纳米粉体形貌和粒径的影响

图3是Al3+掺杂的Fe2O3基粉体的XRD,由图3可知,经Al3+掺杂后,XRD图谱中峰强、峰宽均没有明显变化,也并没有出现Al2O3或其他杂质的衍射峰,与纯Fe2O3标准图谱基本吻合,主要产物是Fe2O3。这表明Al3+进入到Fe2O3晶格中形成固溶体。质量分数9%范围内,Al3+可以随机置换出Fe3+形成置换固溶体或者填充到氧化铁晶格间隙中形成填隙固溶体,生长的氧化铁晶体因为Al3+的固溶量和固溶方式的不同导致尺寸不均匀,形貌不规整。

根据谢乐公式[13]undefined,代入相关参数值K=0.89,λ=0.1541nm,β为半峰宽,D为晶粒的平均粒径,计算出D为50nm,由于铝的原子半径比铁原子半径大,所以掺杂Al3+后Fe2O3纳米颗粒的粒径有所增大。

通过图4可知,Fe2O3晶体颗粒大小不均匀,形貌不规则,有球形,片状,短棒状的晶体存在,能看到单个颗粒,分散性较好。

2.2.2 掺杂Sn4+对Fe2O3纳米粉体形貌和粒径的影响

图5是掺杂不同量的SnCl4的试样的XRD,(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别表示Sn4+的掺杂量为1%、3%、5%、7%、9%、11%。从图5可知,随着掺锡量的增加,峰强增加,结晶度有所提高,当掺锡量达到11%时,出现了明显的SnO2的衍射峰,说明除了部分Sn4+固溶到Fe2O3晶格外,有剩余的Sn4+形成了SnO2独立的相。

图6是掺7%SnCl4的α-Fe2O3样品的TEM,由图6(b)可知,粉体的整体分散性较好,可以看到单个α-Fe2O3晶体,粉体粒径小于40nm,基本呈椭球形掺杂Sn4+后的粉体在形貌上跟掺杂Al3+差别较大,图6和图4比较,掺杂Sn4+的Fe2O3晶体边缘较光滑,形貌较一致,而且平均粒径也有所减少,因为Sn4+的半径比Al3+的半径小。而由图6和图2(d)比较发现掺杂Sn4+后其形貌和粒径没多大的变化。

2.2.3 掺杂Al3+和Sn4+对Fe2O3纳米粉体形貌和粒径的影响

图7中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别表示掺杂1%AlCl3,1% SnCl4、2%AlCl3,2% SnCl4、3%AlCl3,3% SnCl4、4%AlCl3,4% SnCl4、5%AlCl3,5% SnCl4的α-Fe2O3试样的X射线衍射图。由图7可知,最终所得产物为纯的α-Fe2O3,没有其他杂质相生成,说明掺杂的Al3+和Sn4+分别以固溶体的形式进入到Fe2O3晶格中,随着掺杂量的增加,衍射强度有所增加,氧化铁晶体可能会沿着某一晶面较快生长,从而出现棒状晶体。而且随着掺杂量的增大,晶体沿着某一晶面的生长速度更快,长出的棒状更长,长径比增大。

从图8(a)可知,掺杂质量分数为3%SnCl4、3%AlCl3的α-Fe2O3基纳米粉体部分呈长棒形,长约为90nm,直径约为10nm;可以看到单个的纳米晶粒。图8(b)可知,所制粉体分散性较好,出现小的团聚体也在100nm左右,没有出现严重的团聚现象。双相掺杂导致纳米颗粒结构的改变必然会引起其各方性能的变化,有待于进一步研究。

3 结论

(1)采用超声化学法,在反应体系中加入1%PEG2000,可以得到分散性较好的纳米氧化铁粉体。1%PEG6000的加入能减小Fe2O3的粒径,同时改变Fe2O3颗粒的形貌,长成具有一定长径比的板状或短棒状晶体。1%SDBS的加入会出现局部团聚现象。

3.纳米化学论文 篇三

关键词： 双语教学；纳米材料化学；影响因素

21 世纪是信息爆炸、知识爆炸的时代，伴随着世界经济一体化进程的加快和我国改革开放的进一步深化，教育部教高［2001］ 4 号文件［1 ］指出，按照“教育面向现代化、面向世界、面向未来”的要求，为适应经济全球化和科技革命的挑战，本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学，因此英语作为一种国际性语言就显得日益重要。为了适应新形势的需要，各高校的双语教学正在如火如荼地开展。

一、双语教学的内涵和目的

所谓“双语教学”(Bilingual education) ，有人认为就是“用外语(主要是英语) 进行非语言学科的教学，为学生创造与英语‘亲密接触’的环境。”其实，这种观点有些片面。根据英国朗曼出版社《朗曼应用语言学词典》的注释［2 ］ ，“双语教学”是： The use of a second or foreign language in school for the teaching of content subjects 意指在学校里使用第二语言或外语进行各门学科的教学。因此，双语教学主要是指多种语言和多元文化国家的一种语言政策，是通过学校教育中的其他科目来达到帮助学习者掌握语言的目的，而不仅仅是通过语言课程来实现语言教育目标的一种教学方法。

从目前我国教育的实际情况来看，高等学校的双语教学主要有以下三种形式［3 ］： 

(1) 教学完全不用母语，只使用外语，这种教程有时称为浸没教程( Immersion program) ；

(2) 从开始使用母语过渡到在部分学科课程中使用外语，这种双语教学有时称为维持双语教学(Maintenance bilingual education) ； 

(3) 从开始部分或全部使用母语到后来逐步转变为只使用外语，这种双语教学有时称为变迁双语教学( Transitional bilingual education) 。

由于英语作为“国际语言”的特殊地位以及中国目前的教育现状，我国大部分地区的双语教学中的外语或第二语言主要指的是英语，它要求用正确流利的英语进行知识的讲解，但不绝对排除汉语，避免由于语言滞后造成学生的思维障碍；教师应利用非语言行为，直观、形象地提示和帮助学生理解教学内容，以降低学生在英语理解上的难度。

双语教学的目的是试图通过教学过程营造一个语言环境，使学生在相关的专业领域内，接受训练，获得用外语表达专业知识，进行专业方面交流的能力；将学生的外语，通过教学和环境，经过若干阶段的训练，使之能代替或接近母语的表达水平，使我们培养出的学生能够适应入世的需要，适应未来发展的需要，使学生学习的外语能够真正为其所用，走出我国多年来外语教学的误区，这不仅是对学生的培养，更是对教师的挑战和自我培养。中国不象新加坡、加拿大、印度等双语国家，语言环境不是中外并重，考虑中国的基本国情，中国的“双语教学”应采用循序渐进的方式，逐步实施于教学实际［4］。

二、纳米材料化学开设双语教学的必要性与可行性 

双语教学不一定适合所有学科，像语文等科目以汉语学习会更适宜；目前世界各国的普遍趋势是首选数学、物理、化学、生物、计算机等受意识形态影响较小的自然科学类课程或者是等更新很快的高新技术领域的课程来进行双语教学。主要原因在于这些学科具有较强的国际共通性，其表述、词义、专业术语的理解和诠释比较一致，而对于学生来讲，便于其日后在全球的科技领域进行国际交流。纳米材料化学作为一门新兴学科，迅速发展，迅速更新，涉及许多科技前沿问题，非常适合开设双语教学。

本文试从双语教学的实施模式和教学影响因素等方面，谈谈自己对纳米材料化学双语教学的理解和体验。

1、纳米材料化学双语教学的实施模式探讨

双语教学并不适用于所有学校，只有在具有一定师资力量的学校才有可能。对于一所省属高等院校，其中大部分学生的外语能力还不能完全适应听、说、读、写的全外语环境，实施双语教学就是帮助学生创造外语应用环境，使他们逐步提高外语的应用能力。最终目的就是要通过双语教学过程，使学生真正提高外语的应用能力，使之能代替或接近汉语的表达水平，为将来与国际进行通畅的交流打下坚实的基础。

由于纳米材料化学是一门正在高速发展中的课程，有大量的国际权威学术刊物和相关专著可以参考；尤其是我们给材料化学专业大三学生开设本门课程，这一阶段他们已经具备良好的专业知识背景，英语水平在听说读写译等方面有了显著提高，这样就减轻了这门课的双语授课负担。为了提高学生的学习兴趣，迅速进入英语环境，我们每次在讲授新课之前，总是先给出一到两篇英文版的唐诗，引导同学们循序渐进地用英语的逻辑去思考问题，理解问题，分析问题，解决问题。例如：

诗句：前不见古人， 后不见来者。

译文：Where, before me, are the ages that have gone? 

And where, behind me, are the coming generations? 

实施过程中要注意由浅入深、由慢变快、由短至长，让学生在最初较简单的几次授课中找到自信，找到乐趣，为双语教学实施营造轻松的氛围。

2、教材的选用

从原则上讲，双语教学应该使用各类学科的英文原版教材，因为英语和汉语有着两种完全不同的语言习惯和思维习惯。然而对于原版教材，针对不同的学生水准，选择什么样的教材版本，这本身就没有统一的标准，而且引进原版教材又涉及到版权以及价格昂贵等问题。笔者以为，双语教学最好采用双语教材。我们的教材采用John Wiley出版公司出版的英文原版教材Nanoscale Materials in Chemistry的电子版，学生手中的是影印版教材，而且本教材还有相应的中文教材《纳米材料化学》，这样可以作为一本参考教材方便同学们掌握所学习的内容。

3、教师和学生的素质

双语教学成败的关键在授课教师，否则就会有名无实。针对听说能力对不少教师来说属于薄弱环节的问题，笔者认为，要想成功的上好一堂双语教学课，至少要做到以下几点：

首先采用全英文备课，全英文板书。在备课中要仔细阅读英文原版教材或文献，掌握基本概念的表达方法；学会用英语思考，用英语直接编写教案，力求语法纯正；查阅所有专业词汇，掌握重点词汇的标准发音，保证发音准确。同时，针对纳米材料化学学科发展快的特点， 适时查阅有关文献，掌握科技发展前沿。

其次，要充分调动同学们的学习积极性，实现师生之间的全面互动，这样才能达到较好的教学效果。如果发现同学们感觉课堂教学枯燥无味时，可以通过给他们穿插讲解一到两篇英文故事来活跃一下课堂气氛或者适当安排时间让学生分组讨论某个问题，通过引导学生的积极参与把问题引向深入。

再次，课后让学生进一步整理课堂笔记，让他们把课堂笔记按照自己的英语逻辑思维整理成全英文格式，这样既可以起到复习的效果，还可以引导他们用英文处理问题。这对学生的专业知识与英语阅读、写作能力都是很大的锻炼。

最后一点，教师和学生都要养成阅读科技资料的习惯,尤其是国际权威期刊文献资料,通过阅读英文文献可以掌握世界上先进的科技动态,拓宽知识范围,进而提升我们的专业英语水平。这种做法对教师是一种提高和挑战,对学生是一种全新的形式,是一种语言的真正运用。笔者认为这是我校目前材料化学专业双语教学的一种比较实用的方法,也是一个较有实效和合理的切入点。

结束语

纳米材料化学课程双语教学的开展对高校的材料化学专业教学提出了新的挑战。这是一项长期的任务,它的成效不是一朝一日所能体现的。要想获得良好的教学效果,教师不仅需要加强自身的学习,更新知识结构,还应该不断地在教学实践中研究和探索更科学合理的双语教学方式,努力提高自身水平和素质,为推进我校双语教学的开展做出自己的贡献。

参考文献： 

［1］教育部关于印发《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》的通知，教高［ 2001 ］ 4 号, 2001 - 8 - 28 (http：// www moe edu cn/ highedu/ gjjx/ 4 htm)

［2］ Richards J, Platt J, Weber H Longman Dictionary of Applied linguistics ［M］Essex： Longman Group Limited, 1985 28

［3］王旭东： 关于“双语教学”的思考 http：// sq k12 com cn/ being/ shiye/ dw htm 上海外国语大学双语学校, 2001 9 3

4.纳米化学论文 篇四

量子点CdS修饰纳米结构TiO2复合膜的光电化学研究

半导体量子点作为宽禁带半导体材料的敏化剂有着重要的意义[1-5],利用量子点作为光敏剂有许多优点:第一,通过控制量子点的尺寸可以调节它们的能带以至于他们的`吸收光谱能够被调节去匹配日光的光谱分布;第二,半导体量子点由于量子局限效应而有大的消光系数,并且有可以导致电荷快速分离的固有极矩.第三,量子点敏化太阳电池有一个独特的潜在的能力,即能够产生大于一的量子产额.因此人们开始尝试将量子点应用于光电化学电池.本文用原位化学方法在纳米尺度TiO2多孔膜电极上修饰了Q-CdS,对其敏化效果进行了表征,并探讨了光电化学机理.

作 者：王伟 郝彦忠 WANG Wei HAO Yan-zhong  作者单位：河北科技大学理学院,河北,石家庄,050018 刊 名：化学研究与应用  ISTIC PKU英文刊名：CHEMICAL RESEARCH AND APPLICATION 年，卷(期)：2007 19(2) 分类号：O6 关键词：量子点CdS   TiO2/Q-CdS复合膜电极   光电化学  

5.纳米化学论文 篇五

双酚A在壳聚糖-FC-134-碳纳米管修饰电极上的电化学行为及其测定

采用十二烷基硫酸钠(SDS)与全氟辛基磺酰季碘化物FC-134作为碳纳米管的复合分散剂,制备了壳聚糖-碳纳米管修饰电极(MFC/GCE).研究了环境激素双酚A在pH 8.0磷酸盐缓冲溶液中的`电化学行为,并探讨了其电极过程机理.峰电位为0.450 V,峰电流与其浓度在2.5×10-7～1.0×10-4 mo1/L范围内呈线性关系,检出限为1.0×10-8 mol/L.该法用于环境水样中双酚A含量的测定并与荧光法对照,测定结果吻合.

作 者：刘秋香 陈艳玲 梁艳 何钟达 王颖 LIU Qiu-xiang CHEN Yan-ling LIANG Yan HE Zhong-da WANG Ying 作者单位：中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉,430074刊 名：分析科学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ANALYTICAL SCIENCE年，卷(期)：23(6)分类号：O657.1关键词：双酚A 壳聚糖 FC-134 多壁碳纳米管 循环伏安法

6.纳米科学技术与纳米材料发展综述 篇六

摘 要:介绍了纳米科学技术、纳米材料的概况及纳米材料的结构、特性、制备方法和应用前景.关键词:纳米科学技术;纳米材料;纳米效应

纳米是长度单位，原称“毫微米”即10’9米(10亿分之一米)。纳米科学是研究在1一100纳米内原子、分子和其他类型物质的运动和变化的学问。在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工，称为纳米技术。20世纪80年代，纳米材料体系开始为科学家所关注，目前已成为跨世纪材料科学研究的热点。纳米科学技术

纳米科学技术是在0.1~100 nm尺度上研究和应用原子、分子现象,并由此发展起来的多学科的、基础研究与应用研究紧密联系的新的科学技术.它是现代物理(介观物理、量子力学、混沌物理和分子生物学等)和先进工程技术(计算机、微电子和扫描隧道显微镜等技术)结合的产物.纳米并非是一个新名词,但是在Nano ST中的纳米却是一种新的思考方式,即生产过程要越来越精细,以致最后在纳米尺度上直接由原子和分子制造具有特定功能的产品.因此,随着Nano ST的发展,必将引发一系列新的科学技术.国际纳米科技会议将纳米科技分为6个主要部分,即纳米电子学、纳米物理、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学和纳米测量学.其中纳米电子学处于重要地位,其研究的直接目标就是新型的纳米电子器件,在纳米器件中,最有特色的是单电子器件.其典型结构是纳米粒子,它的电子结构特点是一个势阱内具有分立能级的量子点,若处于量子点内的电子能量高于热起伏,那么就可以检测到单电子隧穿现象.在此基础上可以构造单电子晶体管、逻辑电路、存储电路以及纳米功能元件阵列的超高密度集成电路.与现在的微电子器件相比,它具有更低的功耗、更快的开关速度、更高的存储密度以及更高的集成度.因此,它不仅有丰富的理论内容,而且有极为现实的应用前景.2 研究纳米科技的背景和意义

从真空电子管的发明到晶体管的出现,从集成电路的诞生到大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用,每一代小型化电子器件的出现,都带来了电子技术的革命,推动了电子科技的迅速发展,也促进了其它科技和社会生产的进步.特别是以微电子器件为基础的高速计算机的出现和个人计算机的广泛应用,使人类社会进入了计算机时代.促进计算机时代继续发展的一个重要因素是微电子器件的集成度不断提高,其芯片上的功能元件尺寸不断减小,按照目前功能元件尺寸减小的速度推算,不久的将来,芯片上功能元件的尺寸将进入纳米范围.目前,人类广泛应用的功能材料和元件,其尺寸远大于电子自由程,观测的电子输运行为具有统计平均结果.描述这些性质的主要是宏观物理量,现已有成熟的理论和技术.当功能材料和元件的尺寸逐渐减小到纳米量级时,其物理长度与电子自由程相当,载流子的输运将有明显的量子力学特征,传统的理论和技术已不再适用.因而,需要发展基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落等特性的新的理论和新的技术.传统科学技术中元件尺寸是从毫米向微米过渡,现在,在新技术、新效应的应用中,功能元件的尺寸要求从微米向纳米过渡.如果再进一步发展,需要组装性能更新颖、结构更复杂的功能元件,就需要开发新材料和相应的组装技术,也就更需要多学科的协作与交叉发展.因此,从80年代后期开始逐渐发展起来了一个新的综合性的多学科交叉的研究领域———纳米科学技术.纳米科学技术的诞生将对生产力的发展产生深远的影响,并且有可能从根本上解决人类面临的一系列问题,例如粮食、健康、能源和环境保护等重大问题。纳米材料学

纳米材料学是纳米科技领域中发展最为迅速的学科。纳米材料包括纳米颗粒材料和由纳米颗粒组成的纳米相块体材料。纳米材料学主要研究纳米材料的制备、结构、性能及其应用等，是纳米科技与材料学交叉而成的边缘学科。

3.1纳米材料的特性

在生产实践中人们发现，如果将宏观尺度的物质微细化到纳米尺度，这种纳米颗粒在性能上就表现出与原宏观尺度物质完全不同的性质，人们将这种纳米颗粒称为“物质的新状态”。纳米物质之所以表现出这些奇异的性能，主要是由于物质进人纳米尺度后表现出了一些宏观物质不具备或在宏观物质中可忽略的物理效应。据目前人们对纳米颗粒的研究，这些效应主要有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等。

3.1.1表面效应

凝固态物理学告诉我们，处于物质内部的粒子和处于物质表面的粒子其状态完全不同，后者具有很高的能量和化学活性，在电子显微镜的电子束照射下，表面粒子仿佛进人了“沸腾”状态。一般情况下，由于表面原子数和整个物质的原子数相比微不足道，所以无表面效应显示。但当物质的尺度进人纳米量级，表面原子数就达到了不可忽略的地步(表1)，这时表面效应就表现得非常明显。纳米材料的表面效应可增加材料的化学活性、降低熔点等。利用这一特性可制作高效催化剂、敏感元件、用于高熔点材料冶金等。实际上，目前已成熟的粉末冶金法及无机材料行业普遍采用的粉碎一成形一烧结工艺流程，在一定程度上就是利用了这一原理。

3.1.2量子尺寸效应(九保效应)能带理论指出:由无数原子组成固体时，各原子的能级就合并成能带，由于各能带中电子数目很多，能带中能级间隔很小，可以看成是连续的。但对于纳米粒子，能带中能级间隔增大;当能级间距大于热能、磁能、电能、光子能量或超导态的凝聚能时，物质就会呈现出一系列与宏观物质截然不同的反常特性，这就是量子尺寸效应。量子尺寸效应会导致纳米物质在磁、电、光、声、热以及超导性等方面表现出与宏观物质显著不同的特性。例如，导电的金属在纳米状态下变成绝缘体;磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，光谱线会向短波长方向移动等。有人曾利用九保关于能级间距的计算公式计算出金属银粒子在IK时出现量子尺寸效应时的临界尺寸为14nm，指出当银粒的粒径小于14nm时将变成绝缘体。

3.1.3小尺寸效应

当固态物质的粒子尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，晶体周期性边缘条件将破坏，非晶质的表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热等特性发生显著改变，即谓之小尺寸效应。小尺寸效应为纳米物质的实用技术开拓了新领域，如果磁性物质当其处于纳米尺度时具有很高的矫顽力，可以制成磁卡，或制成磁性液体，广泛用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、选矿等领域。利用等离子共振频率随尺寸变化的性质，可以通过改变纳米颗粒的尺寸控制吸收边位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、飞机隐型等。

3.1.4宏观量子随道效应

电子等微观物质具有穿越热垒的能力称隧道效应。现在人们发现一些宏观的量如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器中磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应早期曾被用来解释纳米镍在低温下继续保持超顺磁性等，后来发现在许多纳米物质中普遍存在。对宏观量子隧道效应的研究既有基础理论意义，又有重要的实用意义。它限定了磁介质进行信息存储的时间极限。量子尺寸效应和宏观量子隧道效应一起将会是未来电子器件的基础，一方面它指出了现有电子器件微型化的发展方向，同时又确定了其限度。纳米材料的制备方法

制备高纯、超细、均匀的纳米微粒，发展新型的纳米材料，就显得格外重要。通常，纳米微粒制备的要求是:(l)表面洁净;(2)粒子形状及粒径、粒度分布可控，防止粒子团聚;(3)易于收集;(4)有较好的稳定性;(5)产率高。随着纳米微粒研究的深入，对纳米超细微粒提出了不同的物理、化学特性需求，而解决问题的关键就在于研究、发展新的合成技术，并实现纳米材料的规模化、产业化。纳米超细微粒的制备方法很多，总体上可分为物理方法和化学方法，以物料状态来分可归纳为固相法、液相法、气相法，进而发展、衍生出模板合成法。具体包括固相物质热分解法，物理粉碎法，高能球磨法，水热合成法，表面化学修饰法，化学沉淀法，胶体化学法，溶胶—凝胶法，电解法，激光加热蒸发法，气相等离子体沉积法等。合成的方法各有优缺点，通常存在的问题往往是反应需要高温、大量使用有机溶剂、过程控制复杂、设备操作费用昂贵、颗粒均匀性差、粒子容易粘结或团聚等。因此，需要根据对纳米材料的不同要求和特点，选择研究不同的合成方法。由纳米粉体制备具有极低密度、高强度的催化剂、金属催化剂载体以及过滤器等工艺有待改进。

5纳米技术的前景

现在很多国家，尤其是美国、日本和欧洲都非常重视发展纳米技术，他们在纳米技术研究和应用方面投人的经费成倍地增加，我国政府也十分重视纳米技术的基础研究和应用。据有些科学家分析，我国目前纳米技术的基础研究处于世界上第5第6位，应用研究主要是纳米粉体(材料)的研究处于世界先进地位。纳米技术将是二十一世纪最关键的科学技术，将是二十一世纪里各个国家实力较量的最主要、最根本的领域，二十一世纪将是纳米技术的时代。

参考文献

7.钛酸纳米管的热化学性质研究 篇七

示差扫描量热、差热分析和热重分析是研究二氧化钛/钛酸纳米管的热化学性质的重要方法。通过这些热分析研究,可以获取纳米管的热稳定性,热分解温度,相变温度,相变焓等信息[9]。目前人们对水热法制备的钛酸或钛酸盐纳米管的热化学性质进行了一系列热分析研究,但是其中关于纳米管的管状结构坍塌过程和材料发生相变过程的详细研究工作还很少[10]。本文采用示差扫描量热和热重分析联用法(DSC-TG)在较宽的温度范围内(25~1000℃)研究了钛酸纳米管的热物理和热化学性质,观察到四步热反应过程。通过与原料P25样品的DSC-TG曲线对比,结合SEM和XRD测试结果,对这些热反应过程进行了归属。

1 实验

采用水热法制备钛酸纳米管。具体步骤为称取1 g商品化二氧化钛(P25)放入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢水热反应釜中,加入60 m L、10 mol/L Na OH溶液,超声震荡以促使二氧化钛纳米粒子分散均匀。在130℃下水热反应24 h之后,取出固体样品,用去离子水洗涤至中性。之后在0.1 mol/L HCl溶液中浸渍2 h以完成钛酸盐中Na+与H+的交换而制得钛酸纳米管。接着再用去离子水洗涤至中性。最后将所得钛酸纳米管在80℃下烘6 h。

样品的SEM测试在FEI Quanta 200F型仪器上完成,加速电压20 k V。XRD测试在日本理学株式会社生产的Rigaku D/Max3400型X射线衍射仪上进行。使用Cu靶射线源(λ=1.5406),石墨单色器,管压40 k V,管流30 m A,扫描速率为5°/min。

同步DSC-TG热分析在耐驰STA449F3型仪器上完成。升温速率10℃/min。测试样品前用金,铝,铋,锡,锌五种金属的标准样品对仪器进行温度和灵敏度校正。

2 结果与讨论

采用水热法制得纳米管材料之后,进行了SEM表征,结果如图1所示。从图中可以看到,所制得的材料绝大部分呈管状结构,部分纳米管的管口可被观察到。这些纳米管两端开口,管长约70~130 nm,管外径约10 nm,内径5~7 nm。另外,样品中混有少量未能卷曲成管的纳米薄片。

图2为纳米管样品的粉末XRD谱图。为了进行比较,将原料Ti O2(P25)的XRD谱图也一并列出。从图2中可以看到,原料P25呈锐钛矿和金红石混相,而经水热反应后所得纳米管样品的晶相结构发生了很大变化。主要表现为衍射峰位置和P25比明显不同,而且衍射峰宽化,强度低,说明样品的结晶度不好。文献报导,以Ti O2纳米粒子为前体,经水热反应后先制得钛酸盐纳米管,经酸洗后发生离子交换,最后所得产物主要成分为H2Ti3O7[10]。我们制得的纳米管的XRD谱图和文献报导的H2Ti3O7纳米管的谱图基本一致,说明我们制得的纳米管的主要成分也应该是H2Ti3O7型钛酸。

为了研究钛酸纳米管的热物理和热化学性能,我们采用示差扫描量热和热重分析联用法(DSC-TG)在较宽的温度范围内(25~1000℃)对P25和钛酸纳米管进行了热分析表征,其结果如图3所示。

从图3可以看到,P25样品的DSC-TG曲线在100℃以下有一弱的吸热峰,对应于样品表面物理吸附水的脱附。该过程对应的失重率不到1%,说明样品表面物理吸附水很少。在100~250℃出现一弱的热失重过程,失重率不到1%。对于该过程的归属还不是很清楚,有可能是由样品中含有的少量杂质的热分解反应引起的。在810℃出现一弱的放热峰,且该过程没有热失重。由于P25样品中含有80%锐钛矿和20%金红石,而锐钛矿一般在700~800℃以上会转化为金红石,所以可以将810℃的放热峰归属为锐钛矿向金红石转化的相变过程。

钛酸纳米管的DSC-TG曲线上出现四个峰。100℃附近的吸热峰和810℃的放热峰同样分别归属为样品表面物理吸附水的脱附峰和形成金红石相的相变峰。物理水脱附过程对应的失重率高达5%~6%,说明其表面吸附了大量的水分子。这与纳米管大的比表面积和特殊的孔道结构有关。该纳米管两端开口,空气中的水分子不仅可以吸附在其管壁外,还可以进入到其管腔内部,因而该样品吸附有大量物理吸附水。在200~400℃出现了一宽的放热峰。一般认为,在H2Ti3O7钛酸纳米管受热后会发生脱水反应,逐步生成H2Ti6O13、H2Ti12O25,最后生成Ti O2[10],所以该放热峰对应于H2Ti3O7纳米管的热分解而失去结构水的过程。该过程对应的失重率约6%~7%,和H2Ti3O7脱水生成Ti O2反应的理论失重率7.0%非常接近。由于该脱水反应存在几个中间步骤而这些过程的放热峰重叠在一起,因而该峰的峰形比较宽。在550℃附近出现了一弱的放热峰,且该过程没有失重。该峰在文献中少有报导。我们认为其可能的归属有两种。一是钛酸纳米管受热发生脱水反应后生成的Ti O2发生相变,由无完好晶形的Ti O2转化为锐钛矿型Ti O2。另一种可能是该峰对应于纳米管结构坍塌的放热过程。

为了进一步分析这一热化学过程,我们将钛酸纳米管分别在400℃下和该峰的起峰温度480℃下焙烧2 h,之后进行了SEM和XRD测试,结果如图4和图5所示。从图4上可以看到,在400℃下焙烧后,钛酸纳米管已经失去了管状结构,形成粒径约10 nm的Ti O2纳米粒子。根据该结果我们认为,在钛酸纳米管发生脱水反应的同时伴随着纳米管结构的坍塌过程。脱水反应完成后,样品的管状结构也就完全被破坏了。另外,该结果也提示由钛酸纳米管为前体经焙烧后可制得粒径小,粒径分布均匀且具有较多粒子间堆积孔的Ti O2纳米材料。由图5可知,经480℃焙烧后的样品除含有少量杂相外绝大部分都为锐钛矿相,支持将DSC-TG曲线上出现的550℃附近的放热峰归属为材料发生相变而形成锐钛矿相的过程。

3 结论

采用水热法以P25为前体在130℃下成功制得了钛酸纳米管。示差扫描量热和热重分析联用热分析结果表明,钛酸纳米管在100℃左右发生物理吸附水的脱附。在200~400℃发生脱水放热反应,失去结构水,同时管状结构坍塌,形成Ti O2纳米粒子。所得Ti O2纳米粒子在550℃左右发生相变,形成锐钛矿型Ti O2。在810℃附近进一步发生锐钛矿向金红石相的转化。

参考文献

[1]Hoffmann M R,Martin S T,Choi W,et al.Environmental applications of semiconductor photocatalysis[J].Chem.Rev.,1995,95:69-96.

[2]Hagfeldt A,Boschloo G,Sun L,et al.Dye-sensitized solar cells[J].Chem.Rev.,2010,110:6595-6663.

[3]Mor G,Shankar K,Paulose M,et al.Enhanced photocleavage of water using titania nanotube arrays[J].Nano Letters,2005,5:191-195.

[4]Khan M,Jung H,Yang O.Synthesis and characterization of ultrahigh crystalline Ti O2nanotubes[J].J.Phys.Chem.B,2006,110:6626-6630.

[5]Roy P,Berger S,Schmuki P.Ti O2nanotubes:synthesis and applications[J].Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50:2904-2939.

[6]Hoyer P.Formation of a titanium dioxide nanotube array[J].Langmuir,1996,12:1411-1413.

[7]Mor G,Varghese O,Paulose M,et al.A review on highly ordered,vertically oriented Ti O2nanotube arrays:Fabrication,material properties,and solar energy applications[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2006,90:2011-2075.

[8]Wong C L,Tan Y N,Mohamed A R.A review on the formation of titania nanotube photocatalysts by hydrothermal treatment[J].Journal of Environmental Management,2011,92:1669-1680.

[9]Preda S,Teodorescu V,Musuc A,et al.Influence of the Ti O2precursors on the thermal and structural stability of titanate-based nanotubes[J].J.Mater.Res.,2013,28:294-303.

8.纳米化学论文 篇八

关键词化学镀；纳米铜膜；沉积速率；织构

中图分类号TQ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0206-01

目前，纳米薄膜的制备方法主要有溅射法、电沉积法、溶胶-凝胶法、真空蒸发法和化学镀法等。在这些方法中，化学镀法操作方便，所需设备简单，镀层具有优良的物理和化学性能，在工程上获得了广泛的应用。影响化学镀工艺的因素主要有温度、pH、沉积时间、镀液组成等。

崔升认为，pH值升高有利于化学镀铜包覆纳米碳化硅反应完全进行，但是不利于均匀镀覆；pH值较低不利于获得包覆良好的纳米粉体。本研究采取了以甲醛为还原剂，以酒石酸钾钠为络合剂，采用不同pH值的优化的化学镀液对对试样施镀，经过反复试验，发现化学镀纳米铜膜的沉积速率和晶粒尺寸与pH值密切相关，得到使玻璃表面化学镀铜具有较高的沉积速率的最适pH值。

1实验

实验所用基体试样为75mm×25mm×1mm的石英玻璃片，采用分析纯试剂和去离子水配制镀液，工艺流程和镀液成分参见文献[5,6]。用重量法分别测试不同pH镀液中的纳米铜膜平均沉积速率，并记录作图。采用D/max 2500PC型X射线衍射仪（XRD）获得纳米铜膜的X射线衍射图谱，XRD衍射条件为Cu靶，加速电压50 kV，扫描速度4°/min。。

2结果与讨论

2.1镀液pH值的影响

图1为pH值对沉积速率的影响。由图1可见最佳pH值范围为12.0-13.0。当pH值较低时，甲醛还原能力减弱（甲醛的还原能力随溶液的碱性而增加），沉积速率很小，镀覆不全，外观质量差；但pH值若太高，化学镀反应剧烈，镀液分解很快，致使镀层起泡，结合力差。

图1 pH值对沉积速度的影响

2.2纳米铜膜的X射线衍射分析

图2为不同pH 值镀液所镀纳米铜膜的X射线衍射图谱。可以看出，化学镀纳米铜膜随镀液pH的升高有明显的织构变化。经计算本实验所制备的纳米铜膜衍射峰峰强比值I（111）/I（200）随pH升高分别为2.08，3.38，4.01。pH值为12.5的镀液沉积的纳米铜膜的衍射峰宽化,这表明此时沉积金属层中Cu晶粒尺寸较小。随pH值升高，平均晶粒尺寸分别为62nm、23nm、27nm。XRD 图谱中没有出现Cu2O相的衍射峰，说明Cu2O在镀层中的夹杂量很小。

图2所镀纳米铜膜的X射线衍射图谱

3结束语

1）镀液的pH值对化学镀纳米铜膜的沉积速率和晶粒尺寸具有显著影响。通过综合考虑，最终得出：pH值为12.5时，在较快的沉积速率下能得到平整光亮的纳米铜膜。

2）XRD分析表明，随pH值升高纳米铜膜具有明显的织构变化。

参考文献

[1]王柏春,朱永伟,许向阳,等.材料导报,2005,19(6):71-74.

[2]姜晓霞.化学镀理论与实践[J].北京:国防工业出版社,2002.

[3]GohWL,Tan KT.The use of electroless copperseed in electrochemical deposited copper interconnect[J].Thin Solid Films 2004:275-278.

[4]崔升,沈晓东,肖苏,等.化学镀法制备金属铜包覆纳米碳化硅[J].粉末冶金技术,2008,26(4):281-290.

[5]ZhangHP,Jiang Z H,LiuXL et al.Surface Review and Letters[J], 2006,13:471

[6]Webb B,Witt C,Andryuschenko T et al. Journal of Applied Electrochemistry[J],2004,34:291

[7]楊文彬,张新超,卢苇,等.磁性ICF玻璃靶丸的化学镀工艺[J].光与粒子束2008,20(8):1297-1300.

[8]Lee D N,Hur K H.The evolution of texture during annealing of elect roless Ni-Co-P deposits[J].Scripta Materialia 1999:213-216.