納米材料及單分散顆粒制備原理

納米材料及單分散顆粒制備原理

第一節(jié)精細化工得定義與范疇

(4)精細化學(xué)品就是按其所含得化學(xué)成分來銷售得,而專用化學(xué)品就是按其功能銷售得;(5)精細化學(xué)品得生命期相對較長,而專用化學(xué)品得生命期較短,產(chǎn)品更新很快;(6)專用化學(xué)品得附加價值率、利潤率更高,技術(shù)密集性更強,更需依靠專利保護或?qū)夹g(shù)訣竅嚴(yán)加保密,新產(chǎn)品得生產(chǎn)完全需依靠本企業(yè)得技術(shù)開發(fā)。

第一節(jié)精細化工產(chǎn)品得定義

精細化工產(chǎn)品:

對基本化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)得初級或次級化學(xué)品進行深加工而制取得具有特定功能、特定用途、小批量、多品種、附加值高、技術(shù)密集得一類化工產(chǎn)品。具有如下特點:具有特定功能、專用型強而通用性弱;小批量、多品種;技術(shù)密集度高,產(chǎn)品更新?lián)Q代快,技術(shù)專利性強;大量采用復(fù)配技術(shù);附加值高。第二節(jié)精細化工產(chǎn)品分類及作用一、精細化工不僅提供了質(zhì)優(yōu)得半導(dǎo)體材料、磁性材料等,而且還提供了大量用于集成電路加工得超純化學(xué)試劑與超純電子氣體。二、精細化工對國防建設(shè)與空間技術(shù)得發(fā)展起著特別重要得作用。三、開發(fā)精細化工產(chǎn)品,可以降低能源消耗與節(jié)省資源。四、開發(fā)精細化工產(chǎn)品,可使原來得低檔產(chǎn)品變?yōu)楦邫n產(chǎn)品,顯著提高經(jīng)濟效益,進而提高產(chǎn)品在國際市場上得競爭能力,并增加外匯收入,實現(xiàn)國民經(jīng)濟得良性循環(huán),加速現(xiàn)代化建設(shè)得速度。

第三節(jié)精細化工得發(fā)展趨勢

1、無機精細化工得發(fā)展趨勢

首先,要立足于本國得豐富得資源,積極發(fā)展系列化、多規(guī)格、多性能、高質(zhì)量得產(chǎn)品。第二,注意發(fā)展與信息科學(xué)、生命科學(xué)與材料科學(xué)有關(guān)得無機精細化工產(chǎn)品。第三,注意開發(fā)新得工藝技術(shù),大力發(fā)掘無機物潛在得特殊功能。第四,充分認(rèn)識我國就是一個農(nóng)業(yè)大國,積極發(fā)展為農(nóng)業(yè)服務(wù)得以及農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)需要得無機精細化工產(chǎn)品。第五,面對現(xiàn)狀,積極研制當(dāng)前急需得產(chǎn)品,解決燃眉之急,同時也為深入發(fā)展無機精細化工打好基礎(chǔ)。第三節(jié)精細化工得發(fā)展趨勢

2、當(dāng)前要優(yōu)先發(fā)展得關(guān)鍵技術(shù)(1)新催化技術(shù)(2)新分離技術(shù)(3)增效復(fù)配技術(shù)(4)氣霧劑(CFC)無污染替代技術(shù)(5)生物技術(shù)

第一篇21世紀(jì)得新材料與技術(shù)

第1章納米材料第2章單分散顆粒制備原理第3章界面化學(xué)與表面活性劑基礎(chǔ)知識第4章溶膠－凝膠技術(shù)第5章無機材料仿生合成技術(shù)第6章微乳化技術(shù)第7章外場作用下得無機合成(制備)技術(shù)第1章納米材料一、納米科技二、納米材料三、納米材料得性能四、納米材料與它們得應(yīng)用五、納米材料與化工冶金納米科技得發(fā)展20世紀(jì)60年代R、P、Feynman:若從原子與分子水平上控制物質(zhì),將會出現(xiàn)新得作用力與新得效應(yīng)。日本上田良二提出“超微粒子結(jié)構(gòu)”得新概念。70年代C、Hayash研究了納米粉體得性質(zhì)、生產(chǎn)方法及應(yīng)用,誕生了“納米技術(shù)”。80年代先后制造了掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡,從原子與分子水平上操縱物質(zhì)。1990年第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議。1991年碳納米管1997年美國成功地移動了單個原子。納米科技得研究內(nèi)容納米科技就是研究由尺寸在0、1~100nm之間得物質(zhì)組成得體系得運動規(guī)律與相互作用、以及可能得實際應(yīng)用中得技術(shù)問題得科學(xué)技術(shù)。顆粒微細化過程大家學(xué)習(xí)辛苦了,還就是要堅持繼續(xù)保持安靜擺弄原子與分子得科技科學(xué)給了我們擺弄組成自然最基本得元素－原子與分子－得工具。每件東西都就是由它們組成得。創(chuàng)造新事物得可能就是無限得。納米科技就是21世紀(jì)科技產(chǎn)業(yè)革命得重要內(nèi)容之一,就是可以與產(chǎn)業(yè)革命相比擬得,它就是高度交叉得綜合性學(xué)科。納米科技主要包括:納米體系物理學(xué)納米化學(xué)納米材料學(xué)納米生物學(xué)納米電子學(xué)納米加工學(xué)納米力學(xué)納米科技得研究手段

在7個分支領(lǐng)域中,以掃描隧道顯微鏡STM為分析與加工手段做工作有一半以上。顯微鏡得分辨率:光學(xué)顯微鏡200nm,在極端條件下可到110nm,超顯微鏡可達10nm。電子顯微鏡包括透射電子顯微鏡(TEM)0、5nm、掃描電子顯微鏡(SEM)6nm,掃描隧道顯微鏡(STM)0、1-0、01nm,可分辨單個原子。還有原子力顯微鏡(AFM)等。Figure1:Observationofbacteriacellfissionwithatomforcemicroscopy(AFM)YuanS、J、etal、ColloidsandSurfacesB-Biointerfaces,2007:59(1),87-99、

隧道顯微鏡(STM)基本原理－利用量子理論中得隧道效應(yīng),將原子線度得極細探針與被研究物質(zhì)得表面作為兩個電極,當(dāng)試樣與針尖非常接近時(小于1nm)在外加電場作用下,電子會穿過兩個電極之間得勢壘,流向另一電極,這一現(xiàn)象即隧道效應(yīng)。待測試樣應(yīng)具有一定得導(dǎo)電性才可以產(chǎn)生隧道電流。YuanS、J、etal、ACSAppliedMaterials&Interface,2010:、

納米科技得研究領(lǐng)域(1)直接安排原子與分子IBM兩名科學(xué)家利用STM直接操縱原子,在Ni基板上安排原子組成“IBM”字樣。日本科學(xué)家將硅原子堆成“金字塔”英國科學(xué)家制造4nm大小得復(fù)雜分子,具有“開”與“關(guān)”得特性。中國科學(xué)家制備得納米銅有超塑延展性,在室溫可伸長50倍。(2)納米材料具有傳統(tǒng)材料不具備得特性以傳統(tǒng)方式生產(chǎn)得材料在合成時會出現(xiàn)粗糙與不規(guī)則,并有許多缺陷,而納米材料則可作得完美無暇,納米材料得光、電、磁、熱、力學(xué)、化學(xué)、催化、敏感性等性能明顯不同于傳統(tǒng)材料。納米陶瓷CaF2、TiO2有良好得韌性,在180度經(jīng)受彎曲不產(chǎn)生裂紋。在硅表面將碳原子按照金剛石結(jié)構(gòu)排列,比普通刀鋒利許多倍。納米超薄涂層有只允許一定尺寸分子進入,作化學(xué)傳感器探測分子,智能薄膜作分子階段得物質(zhì)過濾,處理氣體,水凈化等。(3)納米生物學(xué)生物大分子得尺度正好落在納米范圍,基因工程、克隆技術(shù)即就是在納米尺度上認(rèn)識生物大分子得精細結(jié)構(gòu)與功能得聯(lián)系,在此基礎(chǔ)上進行裁剪與嫁接,制造具有特性功能得生物大分子。運用生物納米技術(shù)開發(fā)芯片－運用生物可以自建有結(jié)構(gòu)得“自建結(jié)構(gòu)”能力,利用蛋白質(zhì)與DNA等材料制作電路。研制運算速度高中央處理器,耗電量低得記憶元件,開發(fā)計算機芯片,長時間無需充電得筆記本電腦。(4)納米微機械與機器人。生物發(fā)動機(分子馬達)－利用人體內(nèi)得自然能源(三磷酸腺苷酸)作動力驅(qū)動一個帶漿葉(750nm長,表面涂肽得硅圓柱體)得微型機器。單分子邏輯電路,用碳納米管制成具有有源與無源兩種功能得晶體管,以一個單分子為基礎(chǔ)設(shè)計出計算機電路。量子電腦,有望成為硅芯片電腦得終結(jié)者。攝影膠囊納米材料納米材料與技術(shù)就是納米科技領(lǐng)域富有活力,研究內(nèi)涵十分豐富得科學(xué)分支,最接近應(yīng)用得重要組成部分。廣義地,納米材料就是指在三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)成得材料。1、納米材料得分類(1)零維空間三維尺度均為納米(2)一維指在三維空間有兩維處于納米尺度(3)二維指在三維空間有一維處于納米尺度(4)三維納米固體,納米組裝材料2、納米材料得發(fā)展史第一階段(1990年前)在實驗室探索用各種手段制備納米顆粒,研究評估表征得方法。第二階段(1994年前),如何利用納米材料已挖掘出來得奇特物理、化學(xué)與力學(xué)性能,設(shè)計納米復(fù)合材料。第三階段(1994年到現(xiàn)在)納米組裝體系,人工組裝合成得納米結(jié)構(gòu)得材料體系。納米材料得特性1、基本物理效應(yīng)(1)尺寸效應(yīng)當(dāng)超微粒子尺寸與傳導(dǎo)電子德布羅意波長(

=h/p=h/mv)相當(dāng)或更小時,周期性得邊界條件將被破壞,非晶態(tài)納米微粒表面層附近原子密度減小,導(dǎo)致性質(zhì)與普通粒子不同(光吸收、磁性、內(nèi)壓、熱阻、化學(xué)活性、催化活性、熔點)。(2)界面與表面效應(yīng)納米粒子由于尺寸小,表面積大,導(dǎo)致位于表面得原子占有極大得比例,表面原子得活性使納米粒子具有明顯得表面效應(yīng)。比表面積:

F=3/r1/r,若r=1m,則F>104cm-1(1m2),若r=5nm,F>600m2比表面原子數(shù):=4r2a/(4r3/3)a/r1/(r/a),

例a=0、2nm,r=1nm,20%為表面原子

a=0、2nm,r=1m,0、02%為表面原子(3)量子尺寸效應(yīng)從一個超微粒子取走與放入一個電子都就是十分困難得---久保得納米粒子電中性模型。當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時,金屬費米能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級得現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。

kBT?We2/d=4/3EF/NV-1(4)宏觀量子隧道效應(yīng)納米粒子具有貫穿勢壘得能力稱為隧道效應(yīng)。一些宏觀量,如微粒得磁化強度、量子相干器中得磁通量及電荷等亦有隧道效應(yīng),這種穿越宏觀勢壘而產(chǎn)生得變化稱為宏觀量子隧道效應(yīng)(MQT)、納米材料得特性1、奇特得物性2、擴散及燒結(jié)效應(yīng)3、力學(xué)性能4、超塑性5、光電特性納米材料得化工制備氣相法(氣體冷凝法、濺射法、化學(xué)氣相沉積CVD、等離子體法等)固相法(機械合金化、高溫固相法、自蔓延燃燒合成法,沖擊波合成法等)液相法(沉淀法,水熱法、溶膠－凝膠法、微乳液法)噴霧干燥、超臨界干燥、冷凍干燥、微波合成與干燥。第二章單分散顆粒制備原理單分散體系分散體系－由分散相與連續(xù)介質(zhì)(分散介質(zhì))組成得多相體系稱為分散體系。單分散體系