电沉积纳米材料研究现状_李莉

电沉积纳米材料研究现状_李莉
电沉积纳米材料研究现状_李莉

文章编号:1001-3849(2004)03-0009-06

 

电沉积纳米材料研究现状

 

李 莉, 魏子栋, 李兰兰

(重庆大学化学化工学院,重庆 400044)

 

摘要:综述了近年来利用电沉积技术制备纳米晶材料的研究现状和一些方法,如直流电沉积、脉冲电沉积以及复合电沉积和喷射式电沉积技术。同时,对一些电沉积技术所制备的新型纳米材料功能梯度材料,纳米金属多层膜的制备工艺进行了介绍,并对现存的问题作了简要的概括。

关 键 词:脉冲电沉积;复合电沉积;喷射电沉积;功能梯度材料;组分调制合金

中图分类号:T Q153 文献标识码:A

 

The Current Status of Nanocrystalline Preparation

by Electrodeposition Methods

 

LI Li,WEI Zi-dong,LI Lan-lan

(School of Chemical Engineering and Technolog y,Chongqing U niv ersity,Cho ng qing 400044, China)

 

Abstract:Cur rent status of nanocrystalline prepar ation by electrodeposition methods,i.e. d.c.

electrodeposition,pulse electrodeposition,com posite electr odepo sition and jet electrodeposition w as rev iew ed.The techniques of function gradient material and multilayer film w ere also dis-cussed in this paper.

Keywords:pulse electro deposition;co mpo site electrodeposition;jet electrodeposition;funcito nal gradient material(FGM);composition m odulated allo y(CM A)

 

1 引 言

纳米材料是20世纪80年代发展起来的新型材料科学,由直径在1~100nm尺寸范围的超细颗粒组成的固体材料。纳米材料可以分为纳米晶体和纳米非晶体,与粗颗粒材料相比,由于纳米材料具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,它具有特殊的磁性、光学、力学、电学(超导)、电化学催化性能以及特殊的机械性能、耐磨、减震、巨弹性模量效应,从而成为21世纪材料领域最有吸引力的热门研究课题之一。

纳米材料制备方法多种多样,除了常见的真空蒸发冷凝法、球磨法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水反应法和等离子体,后来又出现了电弧蒸发法、激光高温烧结法、超临界流体迅速扩张法、辐射合成法、微乳液法、模板合成法和固相法等,但用电沉积技术制备纳米材料之所以成为人们关注的焦点,是因为电沉积纳米材料主要具有以下优点:1)适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多;2)电沉积结晶过程的主要推动力——过电位,可以人为控制,

收稿日期:2003-05-30

作者简介:李莉(1979-),女,四川威远人,重庆大学硕士研究生. 

整个沉积过程容易实现计算机监控,在技术上困难较小、工艺灵活,易于实验室向工业现场转变;3)常温常压操作,避免了高温在材料内部引入的热应力;

4)电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长,可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。因此,利用电沉积技术制备纳米材料有着较好的前景。

2 电沉积制备纳米材料

2.1 直流电沉积与脉冲电沉积

El-sherikt[1,2]等人在研究氢气在纳米晶镍晶内的扩散以及纳米晶镍的腐蚀行为时,就利用直流电镀技术在改进了的Watts的槽液中制备出了平均粒径为17nm的镍。

Bakonyi[3]等人则也采用直流电沉积法制备纳米晶镍。他们采用几种不同类型的电解槽,并控制电流密度在2.5~50A/dm2,将Ni沉积到Cu或T i的基体上。与通常研究结果不同的是,他们发现随着电沉积电流密度的下降,沉积晶粒的尺寸随着明显减小。例如在仅有NiSO4单盐的电解池中,将电流密度在50~5A/dm2范围内改变时,可以把镍的晶体尺寸控制在300~30nm,而且阴极界面Ni2+的浓度和吸附氢的数量都对晶体的成长有显著的影响。

脉冲电沉积是以高频下的断续电流(通电时间短,仅几十微秒。断开时间一般大于通电导电时间的几十倍)来代替常规直流电镀。电流的波形一般有方波、正弦半波、锯齿波等多种形式。一般人们根据不同镀种优选出相应的波形。电镀时在脉冲的瞬间阴极表面上有很高的电流密度(比直流电流密度大5~20倍),由于高的瞬时脉冲电流密度提高了阴极极化作用,促使成核速率加快,晶核成长速率慢,因而镀层具有结晶细微、光亮、纯度高、析氢少和孔隙率低的特点:镀层的物理、化学性能优越,从而允许降低镀层厚度,使成本降低。而且脉冲电镀的突出优点是可通过改变脉冲参数来改善镀层的物理化学性质,从而达到节约贵金属和获得功能镀层的目的,对贵金属电镀来说,可节省材料,有更大的优越性。

M astai[4]等人利用脉冲电沉积技术从含有Cd 盐、S或Se物质的二甲基亚砜溶液中电沉积出了CdS和CdSe的纳米晶。并发现晶粒尺寸取决于Cd 盐阴离子的性质。吸附能力相对较强的阴离子如Cl-与吸附能力相对较弱的高氯酸盐相比,更易得到晶粒尺寸更小的纳米晶,其中在强吸附物质(烷基磷化氢)可以得到平均粒径为3.5nm的晶体。

随着研究的深入,人们发现脉冲电沉积不但能控制金属结晶尺寸,而且与直流电沉积技术相比有更高的沉积速率、电流效率和极化度。另外能更有效的控制纳米材料的表面形态、晶面方向和性能,使其具有良好硬度、内应力、孔隙度、抗腐蚀性、耐磨性等。

荆天辅[5]等人用位置敏感原子探针场离子显微镜(POSAP)、T EM、SEM等方法研究了脉冲电沉积与直流电沉积对Co-Ni合金微观结构的影响,结果表明,低频脉冲直流电沉积的Co-Ni合金的平均尺寸为70nm,恒稳直流电沉积的晶粒尺寸为100 nm,即脉冲直流电沉积可以降低晶粒尺寸。邓姝皓[6]等人也采用直流和脉冲电沉积技术从三价铬的氯化物镀液中沉积出Ni-Fe-Cr纳米合金镀层。其研究结果发现由于脉冲电沉积存在的断电时间,使电极表面扩散层中金属离子的浓度得到及时恢复,而使脉冲电沉积的沉积速率、电流效率以及极化度都高于直流电沉积,从而获得的纳米晶Ni-Fe-Cr合金镀层更为细致光亮。另外用脉冲电沉积还能长时间电镀得到性能良好的厚镀层。Gho sh[7]研究了柠檬酸槽液脉冲电沉积Ni-Cu合金及脉冲参数对合金组成的影响,其通过精确控制脉冲频率(50~100 Hz)、脉冲时间、峰值电流密度(20~40A/dm2)等可以获得结合力良好、光滑、光亮的纳米Ni-Cu合金金属镀层(Cu的质量分数为26.0%~36.0%)。并通过搅拌,提高pH值、提高镀液温度来提高镀层中Cu的质量分数,获得的N i-Cu合金为纳米晶体(晶体尺寸为2.5~28.5nm),并只存在面心立方(fcc)相。他们发现在相同条件下其镀层的硬度比直流电沉积镀层高,并且内应力低。Ghosh还利用动电位极化研究了脉冲电沉积Ni的质量分数为35.8%的Cu合金在3%NaCl,50℃下的耐腐蚀性,其结果仍是脉冲电沉积优于直流电沉积。Qu[8]等人利用脉冲电沉积技术制备纳米级的镍。但与以往研究不同的是他们没有利用改变镀液的组成和加入添加剂来控制沉积层镍的尺寸,而仅仅利用超窄的脉冲宽度和高的峰值电流密度来提高沉积电流密度和晶核的成长率。他们发现1)峰值电流密度为100和200 A/dm2时,其镍沉积层表面具有相同形态,当峰值电流密度达到300A/dm2时,可以得到更加细小的微

粒和更多类似的微结构;2)沉积层的微粒尺寸随着峰值电流密度的增加而降低,峰值电流密度为300 A/dm2时,镍的尺寸为50nm;3)镍沉积层的织构主要是(200)面,其与电流密度密切相关;4)脉冲电沉积所得的纳米镍的硬度比用直流电沉积所制备的更好,随着电流密度改变的硬度同样与粒度、内应力以及孔隙度的变化有关。他们的研究进一步表明了脉冲电沉积技术的优越性——脉冲参数与镀层结构、性能之间密切的关系,要想获得更理想的沉积层,必须进一步研究如何有效的控制脉冲参数,并建立一套关于脉冲参数与镀层性能的理论模型。Saber[9]等人用脉冲电沉积技术制备了锌纳米晶。添加聚丙烯酰胺和硫脲,高的峰值脉冲电流密度(J P=2 A/dm2)可以得到纳米粒度的锌沉积层(56nm),而且锌纳米晶最优晶面方向、显微硬度随着脉冲电流密度的变化而变化。J P=1.6A/cm2时,显微硬度为2.3×109HV,但当J P=2A/dm2时,显微硬度下降到1.5×109HV,这可能是因为镀液中少量的添加剂引起的,其晶面方向也从(110)变到(101)面。其锌纳米晶的显微硬度是多晶体锌的5倍。Dietz[10]等人则利用双脉冲技术在铟锡氧化物基体上得到分散的各种结构尺寸的银纳米微粒。他们通过脉冲参数来控制纳米微粒的尺寸、密度以及单分散度等。他们发现,1)增加脉冲电压可以增加核成长率,将增加微粒密度并且可以减小颗粒尺寸;2)随着成核过电压持续时间的增加,微粒密度也随之增加并且伴随着微粒尺寸的降低和分散度的增加;3)增加生长时间可以明显增加颗粒尺寸,并且可依靠颗粒密度来减少孤立微粒的数量。

另外,由于脉冲电沉积技术在控制纳米材料性能方面有较好的优越性,所以它也广泛用于一些新型纳米材料的制备中,如纳米薄膜、功能梯度材料、纳米金属多层膜等。

Nakanishi[11]等利用脉冲电沉积中的恒电位法制备纳米级的软磁膜Co-Ni-Fe合金。实验中,他们采用旋转圆盘电极法,在pH= 2.8电镀液中改变脉冲电沉积参数得到晶体颗粒尺寸基本相同(都小于10nm)厚度为1 m的Co-Ni-Fe薄膜。他们发现脉冲电沉积可以在不改变物质的组成的情况下,改变晶体的结构,如改变占空比或电流密度可使晶体中体心立方(bcc)与面心立方(fcc)的比率发生变化。从XRD峰可看出在体心立方(bcc)的(110)与面心立方(fcc)的(111)比率为最大值时,镀层中的Fe含量比较稳定,从而达到了控制软磁膜的磁通量的目的。

2.2 复合电镀

复合电镀是将固体微粒均匀分散在电镀液中,制成悬浮液进行电镀,但是以纳米微粒作为复合镀微粒得到纳米结构复合镀层的文献却是近几年才出现的。微粒弥散复合镀层可以1)提高金属或合金耐磨损、耐擦损和抗蠕变的性能(如N i-SiC);2)提高抗蚀性,如钢制品镀镍基复合镀层(如Ni-Al2O3)3;

3)作为干性自润滑镀层(如Ni-M oS2、Cu-Mo S2);4)提高高温强度,(如Ni-Cr粉);5)作为电接触功能的复合镀层如A g-Al2O3、(Au-Ni)-SiO2、Sn-Mo S2、Sn-石墨等。

Benea[12]等人利用脉冲电沉积得到了纳米结构的Ni-SiC的镀层,他们用20nm的SiC微粒与Ni 共沉积来得到复合镀层。其复合镀层与纯镍层相比晶粒尺寸更小,表面结构被SiC纳米颗粒所打乱,其Ni基体晶体成长是非晶态结构。这说明,加入的SiC 微粒可以通过阻止晶体的生长来增加成核数目,从而得到较小晶粒尺寸的N i基体,其纳米复合镀层比一般的镍镀层有更好的耐磨性与耐腐蚀性。

骆心怡[13]等人把20~30nm的氧化铈颗粒加入到氯化钾型镀锌液中制备出Zn-CeO2复合镀层。与微米氧化铈复合镀层相比,纳米复合镀层能显著改善镀层的耐蚀性。纳米颗粒进入锌镀层改变了锌电结晶过程,促使晶面产生择优取向,镀层组织更均匀、致密。并且一定范围内,纳米颗粒CeO2含量的增加可以提高镀层的耐蚀性。

张玉峰[14]用脉冲刷镀的方法将刷镀液中呈纳米颗粒的金属Ni与悬浮在镀液中呈纳米颗粒的不溶性固体ZrO2粒子共沉积到被镀基体表面,获得纳米Ni-Zr O2复合镀层。并发现复合刷镀镀层中纳米ZrO2粒子复合量随着刷镀液中纳米ZrO2含量的增加而增加,纳米Ni-ZrO2复合刷镀层中纳米ZrO2在高温下能抑制晶粒的长大,400℃热处理时,相颗粒为15nm,最高硬度可达900HV,充分表现了Ni-纳米ZrO2复合刷镀层的高温硬度特性,它在高温环境下还有摩擦系数低、耐磨性好的特点。另外,张玉峰[15]还用上述方法将Ni-P合金与纳米Si3N4微粒共沉积于基质表面,而得到(Ni-P)-纳米Si2N4复合镀层。

Chen[16]等人把纳米碳管分散到镍的镀液中,用电沉积技术制备了含纳米碳管的镍复合镀层。镀层中纳米碳管含量取决于碳管的长度、阴极电流密度、搅拌速率以及镀液中碳管的质量浓度。镀层中碳管含量是随着镀液中的碳管质量浓度、电流密度以及搅拌速率增加而增加的,但是当达到一定值后,又会随着这些变量减少。

2.3 喷射电沉积

喷射电沉积是一种局部高速电沉积技术,由于其特殊的流体动力学特性,兼有高的热量和物质传输率,尤其是高的沉积速度而引人注目。电沉积时,一定流量和压力的电解液从阳极喷嘴垂直喷射到阴极表面,使得电沉积反应在喷射与阴极表面冲击的区域发生。电解液的冲击不仅对镀层进行了机械活化,同时还有效地减少了扩散层的厚度,改善电沉积过程,使镀层组织致密,晶粒细化,性能提高。

熊毅[17,18]等人利用喷射电沉积能有效提高电镀极限扩散电流密度、沉积速率以及能有效提高镀层的硬度等特点,把脉冲技术引入喷射电沉积中,并用脉冲喷射电沉积的方法制备了镍镀层。由于脉冲电沉积本身的优越性,引入喷射电沉积后,可以通过控制脉冲频率、占空比、电流密度以及添加剂——糖精来有效的控制镀层晶粒尺寸,并使晶粒尺寸在纳米级范围内。他们发现镀层晶粒尺寸随脉冲频率、平均电流密度增大而减小;随占空比的增大而增大。添加少量糖精可有效降低镀层晶粒尺寸。还发现[19]电解液喷射速度为2~5.5m/s,电流密度在80~160 A/dm2之间时,最大沉积速度为14~32 m/m in,沉积层外观光亮,沉积层平均晶粒尺寸为20~30 nm。荆天辅[20]用XRD和T EM等方法研究了邻磺酰苯(甲)酰亚胺添加剂对喷射电沉积纳米晶镍微观结构和硬度的影响。结果表明,加入2.5g/L添加剂可使N i沉积层晶粒尺寸由30nm减小至10nm左右,其显微硬度由371HV升至602HV,沉积层结构由原来的(220)结构转变为(111)和(200)双结构。其细化晶粒机理为添加剂的原子或分子在沉积层生长时吸附在晶体上生长的活性点,有效抑制了晶体生长,促进晶核的形成,使沉积层结晶微细化。

3 电沉积在几类新型纳米材料中的应用

3.1 功能梯度材料

功能梯度材料(Functio nally Gradient M aterial,简称FGM)是20世纪80年代中期随着航天飞机的发展而出现的,因其具有良好隔热、缓和热应力等性能,并解决了以往使用陶瓷涂层复合材料无法解决的问题,从而开辟了材料应用的新领域[21~23]。目前制备的FGM的方向主要是低温法,而电沉积技术就是低温制备功能梯度材料的一个有效途径。

电沉积技术制备的功能梯度材料又称为梯度镀层,其分为结构梯度镀层和成分梯度镀层两种。固体微粒沿着镀层生长方向递增,呈梯度分布,称为成分递变。其目的是将功能微粒特性如耐热、耐腐蚀或高强度性能赋予基质金属。结构递变是指镀层微粒的结构发生递变,如由晶体结构向非晶体结构递变,实质上晶粒直径沿镀层生长方向呈递减的梯度分布。

梯度镀层的应用领域非常广泛。如N i-Zr O2功能梯度镀层用于航空航天飞行器;人造纳米级金刚石颗粒与Ni和Co形成复合镀层,已应用于抛光刀具和微型钻头,有很强的硬度、耐磨性和切割性能;采用Ni-ZrO2、(Ni-W)-ZrO2等的FGM复合梯度镀层,具有耐高温、耐腐蚀性能,延长材料寿命等特点,运用于氧化物燃料电池,改善了电池的性能;在硅晶片上用FGM化技术电沉积砷化镓,使组成、结构、性能连续变化,发挥了硅与砷化镓在半导体中各自的优势,又避免了界面上晶格常数的不匹配。

姚素薇[24]等人利用电沉积法制备了Ni-W纳米结构梯度镀层。采用脉冲电镀中的恒电流法电镀Ni-W纳米梯度镀层。通过逐步提高镀液中的Na2WO4?2H2O含量的方法来制备N i-W纳米结构梯度镀层。其制备工艺是:采用W/(Ni+W)=0.2镀液,在pH=6、 =60℃、阴极电流密度J K=10 A/dm2条件下进行电镀,在电镀过程中不断向镀液添加Na2W O4?2H2O,使镀液中W/(Ni+W)质量比依次为0.2、0.35、0.45、0.55、0.75、0.8和0.9,分别电镀40、40、40、50、60、90和150m in。使镀层中W含量沿镀层生长方向不断增加,同时,晶粒尺寸从10.27nm逐步减到1.56nm,晶格畸变度逐渐增大,镀层由纳米晶结构逐步过度到非晶态结构,形成纳米结构的梯度镀层。

3.2 纳米金属多层膜

纳米金属多层膜,又称组分调制合金(Compo-sition M odulated Allo ys,简称CM A),它是一种金属或合金沉积在另一种金属或合金上形成的组合或结构周期性变化的材料,其调制波长 (多层膜中相

邻两种金属或合金的厚度之和)为1~100nm。这种材料因尺寸为纳米级,有大量的内界面,表现出“量子尺寸效应”,所以具有光学、力学、机械、电磁学、耐蚀、耐磨和巨弹性模量等特殊性能,成为材料学和物理领域的热门研究课题。现在人们已利用电沉积技术获得Cu/Ni、Cu/Bi、Cd/Ag、Ag/Pb、Ni/M o、Co/Ni、Co/W、N i/Fe、Au/Ag、Cu/M o、N i/NiO、Ag/Cu、Cu/Zn、Cd/Zn、Nb/Ge、Cu/Co、Ni-P X、Ni-P X/Ni-P Y、Fe/Cu、N i/Zn、Co/Ni-P、Co/Pt、Co/Pd[25]等几十种纳米金属多层膜。

电沉积技术制备纳米金属多层膜主要分为双槽法和单槽法。双槽法按电镀条件又可分为恒电流法和恒电位法。它是交替在含有不同的沉积金属盐的两个电解槽中进行来得到多层膜的。Ro ss[26]等人介绍了用盘状连续旋转式双槽电沉积设备来制备Ni-P X、Ni-P X/Ni-P Y(0

双槽法和单槽法制备纳米金属多层膜各有优缺点。姚素薇[27]等人分别采用双槽法和单槽法电沉积制备纳米Cu/N i多层膜,研究了两种电沉积方法制备多层膜的工艺条件,对比分析了单槽法和双槽法制备多层膜的优缺点。他们发现分别利用双槽法和单槽法制备的Cu/Ni多层膜均具有明显的层间界限,子层厚度为500nm。经比较,单槽设备较双槽法简单,易于实现。但是,单槽技术对镀液组成要求严格,电解质溶液的两种成分必须具有互溶性,各离子沉积电位之差必须不小于某一特定的值,才能使各离子分别沉积。因此,在利用单槽法制备多层膜时,须对溶液实施严格的监控。而使用双槽法可以比较容易的获得纯金属层交替的多层膜。不过,在使用双槽法时,必须严格选择镀液成分,避免两种金属间发生置换或溶解反应,还要注意采取措施避免镀液交叉污染。

电沉积获得的金属多层膜主要是一些磁性金属Fe、Co、Ni与非磁性金属Cu、Pd、Pt等组成,因为这类材料的奇异磁性性能(巨磁阻效应)。磁阻效应是指材料的电阻随外加磁场的变化而变化的现象,常用电阻改变值 R与磁饱和条件下的电阻R S之比 R/R S来描述。其中研究最多最广泛的就是Co/Cu 多层膜。尽管人们对电沉积Co/Cu多层膜的制备和特性做了大量研究,但由于电沉积技术自身的限制,其磁性能与纯Co的差别不是很大,而且在室温时,电沉积的Co/Cu多层膜的巨磁阻仍低于20%,比溅射法所制备的Co/Cu多层膜要低得多。Peter[28]等就针对此目的,通过电流控制来获得Co-Cu/Cu多层膜。他们分别使用了直流电镀、脉冲电镀、双脉冲电镀和反向脉冲电镀。发现由直流电沉积获得的95%Co-5%Cu合金中面心立方和立方紧密堆积有着相同的数量,而所有的脉冲电流方法所得到的多层膜全是面心立方结构,所制备的Co-Cu/Cu多层膜在室温下最大的巨磁阻为9%。他们发现在一定电流下控制电沉积时间来调整Cu层的厚度比在一定沉积时间下调节电流密度要好得多,而且随着样品厚度的增加,巨磁阻随之减小,在一定程度上是由于电沉积过程中混乱的结构所引起的。M utsuhi-ro[29]等人研究了电沉积的Co/Cu多层膜结构的不完整性和巨磁阻的关系。他们在覆盖有20~40nm 的Cu种层的Si(100)基质上电沉积Co/Cu多层膜。据透射电子显微镜T EM观测,Co/Cu多层膜是外延式生长,并有平均粒径为40~60nm的柱状颗粒结构组成,颗粒边界开槽则导致了多层膜的波动结构。正是这种结构引起了磁性层之间的静磁偶合,超过了所期望的巨磁阻的振荡行为。Gomez[30]等人在恒电压条件下用单槽法电沉积出了Co/Cu复合调制多层膜。他们发现多层膜的亚层厚度可以通过不同的脉冲电势、沉积电荷来控制,并且可以很好的防止铜沉积时钴氧化物的出现。他们[31]还在不同的基体上制备Co/Cu多层膜,来控制双层膜的厚度与质量。pH为4.7的条件下电沉积Cu/Co多层膜,可通过加入硫酸盐-柠檬酸盐减少镀铜时钴的氧化物。他们认为巨磁阻的变化主要是由于Co-Cu分界层上电子散射引起的。

4 结 论

与许多制备纳米材料的物理方法相比,电沉积技术的确具有许多的优势,但是由于电沉积技术自身的原理和工艺的限制,使电沉积制备纳米材料仍有一些很难解决的问题。如,许多物理方法可以制备

粉体材料,电沉积技术则不能;在电沉积过程中,为了获得更好性能的镀层,需要添加各种各样的添加剂,但是到目前为止,人们还不是十分清楚添加剂的作用机理,只能依靠经验和实验来寻找适合的添加剂;电镀参数对镀层结构、性能的影响大部分也是由经验得出。电沉积纳米材料还缺乏有效的理论来模拟电镀参数与镀层性能之间的关系;另外,在电镀过程中所固有的排放污染物;酸、碱、氰化物、多种重金属、各种阴离子等严重污染了环境。

参考文献:

[1] Palumbo G,Doy le D M,El-sher ikt A M,et al.In-

tercr ystalline hydr og en tr anspor t in nanocr ystalline

nickel[J].Script a M et allurg ica et M aterilia,1991,25

(3):679-684.

[2] R ofag ha R,Lang er R,El-sherik A M,et al,T he

co rr osio n behav iour o f nano cr y st alline nickel[J].

Scr ipta M etallurg ica et M ater ilia,1991,25(12):

2867-2872.

[3] Imr e Bako ny i,Eniko T ot h-kadar,L ajos Po gany,et

al,P repara tio n and char acteriza tio n of d.c-plated

nano cry stalline nickel electr odepo sits[J].Surf and

Coat T echno l,1996,78(1~3):124-136.

[4] M astal Y,Ca l D,Ho des G.Nano cr ystal-size co ntro l

o f electr odepo sited nano cr y st alline semiconducto r

films by sur face capping[J].Jo ur nal o f the Electr o-chemical So ciety,2000,147(4):1435-1439.

[5] 荆天辅,M ackenzie R A D,Smith G D W.电沉积Co-

N i合金的原子探针场离子显微分析[J].材料保护,

1996(增刊):85-88..

[6] 邓姝皓,龚青竹,陈文氵曰.电沉积纳米晶镍-铁-铬合金

[J].电镀与涂饰,2002,21(4):4.

[7] G hosh S K,Gr ov er A K,D ey G K,et al.N ano cr ys-

talline N i-Cu allo y plating by pulse electr olysis[J].

Sur face and Coat ing T echno lo gy,2000,126(1):48

(E).

[8] Qu N S,Zhu D,Chan K C,et al,Pulse elect ro de-

po sitio n of nanocr ystalline nickel using narr ow pulse

width and hig h peak cur r ent density[J].Sur face and

Co ating s T echno lgo y,2003,168(2~3):123-128. [9] Saber K H,Ko ch C C,Fedkiw P S.P ulse cur r ent

electr odepo sitio n o f nano cr ystalline zine[J].M ater i-

als Science and Eng ineer ing A,2003,341(1~2):

174-181.

[10] Dietz M H,Anders A,K neppe H,et al.Do uble-

pulse t echnique as an electr ochemical too l fo r co n-

t ro ling the prepara tio n of met allic nanopar ticles[J].

Electr ochemica A cta.2002,48(4):377-386. [11] T akuy a N akanishi,M a saki Ozaki,Hy o-Seung N am,

et al.Pulsed electr odeposito n o f nanocr ystalline co-

N i-F e soft ma gnetic films[J].Jo ur nal o f t he Elect ro-

chemical Society,2001,148(9):C627-C631. [12] L idia Benea,P ier L uig i Bonor a,A lber to Bo rello,et

https://www.360docs.net/doc/d78596535.html,posite electr odeposition to obtain nano st ruc-

tured[J].Jour nal of the Electr ochemical So ciety,

2001,148(7):C461-C465.

[13] 骆心怡,何建平,朱正吼,等.纳米氧化铈颗粒对电沉

积锌层耐蚀性的影响[J].材料保护,2003,36(1):1.

[14] 张玉峰.复合刷镀纳米N i-Zr O2高温耐磨性的研究

[J].电镀与涂饰,2000,19(4):18-21.

[15] 张玉峰.(N i-P)-纳米Si3N4微粒复合刷镀工艺研究

[J].电镀与精饰,2001,23(6):5-7.

[16] Chen X H,Cheng F Q,L i S L,et al.Electr ode-

posit ed nickel composites containing carbo n nan-

o tubes[J].Surface and Coat ing T echno lo gy,2002,

155(2~3):274-278.

[17] 熊毅,荆天辅,乔桂英,等.高速喷射电沉积镍工艺研

究[J].电镀与涂饰,2000,19(5):1.

[18] 熊毅,荆天辅,乔桂英,等.脉冲喷射电沉积镍工艺的

研究[J].电镀与涂饰,2000,19(6):11.

[19] 熊毅,荆天辅,张春江,等.喷射电沉积纳米晶镍的研

究[J].电镀与精饰,2000,22(5):1-4.

[20] 荆天辅,乔桂英,熊毅,等.添加剂对喷射电沉积纳米

晶镍的影响[J].材料保护,2001,34(7):16-17. [21] 王宏智,张卫国,姚素薇.电沉积功能梯度镀层的研

究进展[J].电镀与环保,2001,21(3):1.

[22] 朱景川,来忠红,尹钟大,等.Zr O2-Ni功能梯度材料

的热冲击与热疲劳行为[J].材料科学与工艺,2001,

9(4):387.

[23] 张幸红,李亚辉,韩杰才,等.T iC-N i系功能梯度材料

的断裂力学有限元分析[J].复合材料学报,2001,18

(4):87.

[24] 姚素薇,王宏智,桂枫.电沉积N i-W纳米梯度镀层

[J].天津大学学报,2000,33(4):526.

[25] 喻敬贤,陈永言,黄清安.纳米金属多层膜的电化学制

备与性能研究现状[J].材料保护,1997,30(7):1-4. [26] R oss C A,G oldman L M,Spaepen F.A n electr ode-

posit ion t echnique for pr oducing multilayer s o f nick-

el-phospho rus and o ther allo ys[J].Jo ur nal of the

Electro chemical So ciety,1993,140(1):91.

(下转第37页)

3 硫酸镍铵的测定

3.1 试 剂

20%片碱溶液;混合指示剂,甲基红∶溴甲酚绿=3∶1;0.1mol/L盐酸标准滴定溶液。

3.2 分析程序

吸取镀液10m L,注入定氮瓶中,加水100mL,封闭定氮装置,从漏斗处加入片碱溶液10m L进行定氮。将吸收液取出,用水冲洗定氮装置,合并吸收液。加入混合指示剂数滴,用盐酸标准溶液滴定至红色为止。

计算 3=(c3V3-c4V4×10)×394.99

2

/10

式中: 3——(NH4)2Ni(SO4)2?6H2O的质量浓度,

g/L;

c3——盐酸标准溶液的浓度,m ol/L;

V3——滴定耗用盐酸标准溶液的体积,mL;

c4——测定N H4SCN中用的Ag NO3标准溶液的浓度,mol/L;

V4——测定NH4SCN中耗用的AgNO3标准

溶液的体积,mL;

394.99——(NH4)2Ni(SO4)2?6H2O的相对

分子质量。

4 硫氰酸铵的测定

4.1 试 剂

10%铬酸钾指示液;0.1m ol/LAgNO3标准溶液。

4.2 分析程序

吸取镀液1mL,加水50m L,加入铬酸钾指示液5mL,以AgNO3标准溶液滴定至溶液由黄色转变为砖红色为止。

计算 4=c4V4×76.10

式中: 4——NH4SCN的质量浓度,g/L;

c4——Ag NO3标准溶液的浓度,m ol/L;

V4——耗用Ag NO3标准溶液的体积,m L;

76.10——NH4SCN相对分子质量。

5 硼酸的测定

5.1 试 剂

丙三醇;0.1m ol/L N aOH标准溶液

5.2 分析程序

吸取镀液1mL,加水50m L,加2滴酚酞指示剂,用0.1m ol/L NaOH标准溶液滴至微红不计数,加10mL丙三醇摇匀,用0.1mL NaOH溶液滴至粉红色为终点。

计算 5=c5V5×61.84

式中: 5——H3BO3的质量浓度,g/L;

c5——NaOH标准溶液的浓度,m ol/L;

V5——耗用NaOH标准溶液的体积,m L;

61.84——H3BO3的相对分子质量。

 

 

(上接第14页)

[27] 姚素薇,桂枫,张卫国,等.电沉积纳米多层膜研究

[J].天津大学学报,2001,34(2):261-264.

[28] Peter L,Czir akl A,Pog any I,et al.M icro structure

and giant ma gneto reistance of electr o deposited Co-

Cu/Cu multilayer s[J].Journal o f the Electr ochemi-

cal Society,2001,148(3):C168-176.

[29] M utsuhiro shima,L o ur des G,Sa lamance-r iba,et

al.A n elect ro deposition technique fo r pro ducing

mult ila yer s o f nickel-phosphor us and o ther a lloy s

[J].Jo ur nal of the Electr ochemical Society,2001,

148(8):518-523.

[30] G omez E,L abar ta A,L lor ente A,et al.Char acter-

isation of co balty co pper multilay ers o bt ained by elec-

tr odeposition[J].Sur face and Coat ing T echnolog y,

2002,153(2~3):261-266.

[31] Gom ez E,L abar ta A,L lo rente A,et al.Elec-

t ro chemcial behav iour and phy sical pr o per ties of

Cu/Co m ultilay ers[J].Electr ochemica A cta,2003,

48(8):1005-1013.

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地质学名词解释 七

地质学名词解释七 一、名词解释(30个) 地质学:地质学的研究对象是地球,是研究地球的物质组成、结构构造、地球形成与演化历史以及地球表层各种作用、各种现象及其成因的学问。 地质作用:就是形成和改变地球的物质组成、外部形态特征与内部构造的各种自然作用。 (分为内力地质作用与内力地质作用) 内力地质作用:作用于整个地壳和岩石圈,能源主要来源于地球本身的称为内力地质作用。 外力地质作用:作用于地球表面,能源来自于地球外部称为外力地质作用。 内力地质作用又分为:构造运动、地震地质作用、岩浆作用、变质作用。 外力地质作用又分为:风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用。 沉积岩在固结成岩的过程中主要发生下列:压实作用、胶结作用、重结晶作用。构造运动:地球内部动力引起地壳(或岩石圈)组成物质发生了变形变位的机械运动过程。 构造运动的特点:普遍性和长期性。构造运动的形式:升降运动(造陆、沿半径)、水平运动(造山、沿球体平面沿切线方向) 变质作用:由内力地质作用致使岩石的矿物成分,结构,构造发生变化的作用称变质作用。 影响变质作用的因素:温度、压力和化学活动性流体。其中压力可分为静压力、流体压力、定向压力。 构造运动:内力引起地壳乃至岩石圈变形、变位的作用称为构造运动。 新构造运动:地壳发展史上最近一个时期的构造运动称为新构造运动。 褶皱:岩层受构造应力作用形成的连续弯曲现象。 断层:岩块沿着破裂面有明显位移的断裂构造称为断层。 褶皱:岩层受构造应力作用形成的连续弯曲现象。 地质构造:指由各种内、外力地质作用形成的岩石的变形产物,具体表现为岩石的弯曲变形(塑性变形产物)和断裂变形(脆性变形产物)等。 断裂构造:指岩石所承受的应力达到或超过其破裂强度时发生破裂变形而形成的构造。 地震:是地壳快速颤动或摆动的现象,是地壳运动的一种表现。 地震四要素:发震时刻、震级、震中、破坏烈度。 震源:地壳内部发生地震的地方称为震源。 震中:震源在地面上的垂直投影称为震中。 地震的类型:构造地震、火山地震、陷落地震。 按震源深度地震可分为:浅源地震,范围(0㎞~70km)中源地震,范围(70㎞~300㎞)深源地震,范围(300㎞~700㎞)。 海啸是指在海底或滨海地区发生的强烈地震所引起的巨大波浪。 岩浆作用和火成岩

(完整版)纳米抗菌材料国内外研究现状

1.国内外研究现状和发展趋势 (1)多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性,且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是,由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言,纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银,在抗菌长效性和变色性方面均比银离子(多孔纳米材料负载银离子)抗菌剂有显著改善,而且其毒性也更低(Adv. Mater. 2010);关于其抗菌机理,被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果(Chem. Mater 2010,ACS Nano 2010)。纳米金也有类似的效果(Adv. Mater. Res.2012),尽管活性比纳米银稍差,但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”(NDM-1)的传播(Lancet Infec.Dis. 2010)。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂,其中氧化锌是典型代表,特别是近年来随着纳米技术的发展,一系列低维结构氧化锌的出现,为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间,由于其良好的安全性,氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料(Wiley Znter Sci.,2010)。本项目相关课题组多年的研究发现,ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性(Phys. Chem. Chem. Phys. 2008);锌离子还可以与多种成分杂化,产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能(Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011)。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如:纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用(ACS Nano2010)。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料,表现出良好的抗菌和光催化性能(Nanotechnology 2008);但是Ag的沉积量过大,催化活性反而有所降低(J. Hazard. Mater. 2011)。以壳聚糖为媒质,通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构,结果显示,ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高,表现出明显的协同抗菌作用(RSC Adv. 2012)。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术,结合溶胶-凝胶技术把锐钛

纳米材料的研究进展及其应用全解

纳米材料的研究进展及其应用 姓名:李若木 学号:115104000462 学院:电光院

1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒,一般是指尺寸在1~100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型人介观系统,它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段: 第一阶段(1990年以前):主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体,研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能;研究对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1990~1994年):人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性,设计纳米复合材料,复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段(1994年至今):纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

2、纳米材料:石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体(monocrystalline silicon)高,而电阻率只约10-6 Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

纳米科学与技术的发展历史

纳米科学与技术的发展历史 物三李妍 1130060110 纳米科学与技术(简称纳米科技)是80年代后期发展起来的,面向21 世纪的综合交叉性 学科领域,是在纳米尺度上新科学概念和新技术产生的基础.它把介观体系物理、量子力学、混沌物理等为代表的现代科学和以扫描探针显微技术、超微细加工、计算机等为代表的高技术相结合, 在纳米尺度上(0.1nm到10nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互 作用,以及利用原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的特性制造具有特定功能的产品,实现生产方式的飞跃。 历史背景 对于纳米科技的历史, 可以追溯到30多年前着名物理学家、诺贝尔奖获得者Richard Feynman于美国物理学会年会上的一次富有远见性的报告 . 1959 年他在《低部还有很大 空间》的演讲中提出:物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说, 人类 能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态, 最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。他在这篇报告中幻想了在原子和分子水平上操纵和控制物质.他的设想 包括以下几点: (1)如何将大英百科全书的内容记录到一个大头针头部那么大的地方; (2) 计算机微型化; (3)重新排列原子.他提醒到, 人类如果有朝一日能按自己的主观意愿排列原子的话, 世界将会发生什么? (4) 微观世界里的原子.在这种尺度上的原子和在体块材 料中原子的行为表现不同.在原子水平上, 会出现新的相互作用力、新颖的性质以及千奇 百怪的效应. 就物理学家来说, 一个原子一个原子地构建物质并不违背物理学规律.这正 是关于纳米技术最早的构想。20 世纪70 年代, 科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist 和Buhrman 利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒, 提出了纳米晶体材料的概念, 成为纳米材料的创始者。之后, 麻省理工学院教授德雷克斯勒积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。纳米科技的迅速发展是在20 世纪 80 年代末、90 年代初。1981 年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——— 扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM), 为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984 年德国学者格莱特把粒径6 nm 的金属粉末压成纳米块, 经研究其内部结构, 指出了它界面奇异结构和特异功能。1987 年, 美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO2 多晶体。1990 年7月第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际扫描隧道显微学会议在美国巴尔

工程地质学名词解释

工程地质学名词解释 -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

工程地质学名词解释 1.矿物:存在岩石圈内,由地质作用形成,具有一定物理性质和化学成分的固 体。 2.硬度:鉴定矿物物理性质的标准:矿物抵抗外力刻划、研磨的能力。 3.岩浆岩:岩石成因类型的一种,岩浆内部压力很大,在侵入或喷出的过程中 冷凝形成的。 4.变质岩:岩石成因类型的一种,母岩经过高温高压及化学成分加入等变质作 用,在固体状态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。 5.沉积岩:岩石成因类型的一种,母岩经过风化破碎后经搬运—沉积—固结成 岩。 6.地质构造:地质构造是地壳运动的产物,指在岩石中构造运动留下的痕迹。 7.走向:地质界面与水平面交线的延伸方向,用方位角表示,两个方向角相差 180°。 8.倾向:地质界面的法线在水平面的投影,指向是唯一的。 9.倾角:地质界面与水平面的夹角。 10.褶皱:组成地壳的岩层,收到构造应力的强烈作用使岩石发生弯曲变形。 11.背斜:从褶皱核部向两翼逐渐变新。 12.向斜:从褶皱核部向两翼逐渐变老。 13.节理:断裂构造的一种,其表示断裂面两侧岩土无明显相对位移。 14.断层:断裂构造的一种,其表示断裂面两侧岩土有明显相对位移。 15.正断层:断层上下盘相对位移有垂直方向位移分量,且上盘沿断层面相对下 降,下盘相对上升的断层。 16.逆断层:断层上下盘相对位移无垂直方向位移分量,且上盘沿断层面相对上 升,下盘相对下降的断层。 17.平推(移)断层:断层上下盘相对位移无垂直方向位移分量,相对位移沿断 面走向。 18.整合接触:沉积岩岩层上下接触的地层,沉积地质年代是连续的。 19.界限含水量:土的性状发生改变时所对应的含水量。 20.塑限含水量:土具有可塑性时所含最小的含水量。 21.液限含水量:土进入可流动状态时的最小含水量。 22.塑性指数:Ip=Wl-Wp 其中:Wl:液限:Wp:塑限。 23.液性指数:B=(W-Wp)/(Wl-Wp)其中:W:土的天然含水量。 24.坡积土:在山脚下,由于斜坡岩石风化滑落下的土。 25.残积土:出现在山坡或平地,岩石风化没经过搬运的土。 26.洪积土:岩石强烈风化,由洪水搬运且沉积在山前地带的土。 27.冲击土:河流搬运,且沉积在河谷坡降平缓地段。 28.含水层:被水饱含且具有一定的导水能力的储水介质层,具有外来补给。 29.隔水层:不导水的介质层。 30.潜水:地下饱和带中,第一个稳定隔水层之上的地下水。 31.承压水:地下饱和带中,两个稳定隔水层之间的地下水。 32.上层滞水:包气带中局部隔水层之上的地下水。 33.风化作用:岩石在温度、水等外部因素作用下发生破裂,或矿物成分发生改 变。 34.滑坡:斜坡土体和岩体在重力作用下滑动。

纳米复合材料最新研究进展与发展趋势

智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化,通过自我判断得出结论,并自主执行相应指令的材料,仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴,通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素:感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ,集合了传感、控制和驱动功能,能适时感知和响应外界环境变化,作出判断,发出指令,并执行和完成动作,使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力,是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域,智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性,来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域,智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域,智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果,航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物(FRP)与光纤光栅(OFBG)复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中,可以有效地检测混凝土的裂纹和强度,而且它可以根据需要加工成任意尺寸,十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状,同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物(Shape-Memory Polymer)智能复合材料的研究 形状记忆聚合物(SMP)是通过对聚合物进行分子组合和改性,使它们在一定条件下,被赋予一定的形状(起始态),当外部条件发生变化时,它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化,它们能可逆地恢复至起始态。至此,完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环,聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200%,是可变形飞行器

地质学专业研究生培养方案(博士、硕士)

地质学专业攻读博士学位研究生培养方案 (适用于矿物学、岩石学、矿床学,地球化学,古生物学与地层学,构造地质学,第四纪地质学,沉积学,矿产资源化学,矿物材料学,金属矿产与金属材料学等二级学科专业) 一、学科专业简介 地质学一级学科专业涵盖矿物学、岩石学、矿床学,地球化学,古生物学与地层学、构造地质学、第四纪地质学等五个二级学科专业,是成都理工大学历史最悠久的优势学科之一。在五十余年的建设与发展中,坚持以科学研究为依托,人才培养为中心,立足西部,面向全国,积极主动地融入到国家经济和社会发展中,为我国地质学学科的发展和高层次科技人才培养发挥了重要作用。其中,矿床地质学方向在多源成矿理论,层控矿床理论等方面位居国内前列;地球化学方向在铀地球化学与成矿、同位素地球化学、环境地球化学等方面在国内外具有较大的影响;构造地质学方向在大陆构造与大陆动力学、造山带与盆地耦合、青藏高原演化、活动构造与地质灾害研究等方面形成了独特的优势和特色;古生物学与地层学方向在生物成矿、古脊椎动物学与环境考古学等方面形成了特色和优势。 在地质学一级学科下,根据我校学科优势和研究特色,自主设置有以下四个二级学科,其中矿产资源化学、矿物材料学、金属矿产与金属材料学属交叉学科。 沉积学:是我校最具特色和优势的学科方向,在以刘宝珺院士、曾允孚教授为首的学术带头人的带领下,已成为在国内外有重大影响的高层次人才培养和科学研究基地。在沉积岩石学、层序地层、沉积古地理、盆地构造动力学、沉积地球化学、优质储层成岩机制等领域的研究位居国内前列,为沉积地质学基础理论发展和油气勘探事业做出了突出贡献。 矿产资源化学:在研究地质矿产资源特征的基础上,主攻矿产资源的成因、多组分和具极端浓度的复杂特种矿产体系的探采、加工及综合利用中遇到的化学与工程问题,已形成相平衡与相分离技术、液态(卤水)及固体矿产资源综合利用、地质物料分析测试技术与环境保护等优势方向。 矿物材料学:以矿物资源高效利用为主要任务,研究矿物材料的组成与结构、加工与制备、性能和使用效能以及矿物原料性质与特点等五要素及其相互关系和规律,已形成非金属矿物材料与应用、矿物材料加工工程等优势方向。 金属矿产与金属材料学:研究金属矿产资源综合利用与环境保护问题,主攻复杂体系、

纳米材料的发展及研究现状

纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来,纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如,存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘,成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器,价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件,用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世,充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次,是知识创新的源泉。由于纳米结构单

元的尺度(1~100urn)与物质中的许多特征长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当,从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子,也不同于宏观物体,从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象,认识新规律,提出新概念,建立新理论,为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础,也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题;纳米结构设计,异质、异相和不同性质的纳米基元(零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝)的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点,人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术,带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究,在千年交替的关键时刻,迎接新的挑战,抓紧纳米材料和柏米结构的立项,迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代,纳米材料研究的内涵不断扩大,领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密,实验室成果的转化速度之快出乎人们预料,基

沉积地质学复习整理

《沉积地质学》复习整理(一) 1.压实作用 压实作用或物理成岩作用是指沉积物沉积后,在其上覆水体或沉积层的重荷下,或在构造形变应力的作用下,发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。在沉积物内部可发生颗粒的滑动、转动、位移、变形、破裂,进而导致颗粒的重新排列和某些结构构造的改变。在沉积物埋藏的早期阶段表现得比较明显。 压实作用的表现形式: ○1颗粒接触方式:点接触、线接触、凹凸接触。○2颗粒破裂:刚性颗粒易发生,产生微裂隙。○3颗粒变形:塑性颗粒易发生,形成假杂基。○4软性颗粒弯曲:云母等。 压实(溶)受控因素:颗粒(-孔隙水)的成分、填隙物的类型、胶结物的类型和胶结速率、地温梯度、埋藏速度、时间。 (1)内因:颗粒的成分(石英难)、粒度、形状、圆度(反,因为填积紧密孔隙度小)、分选性(反)、粗糙度(f影响压实作用的进程)。 (2)外因:沉积物的埋藏深度、埋藏过程、胶结类型及程度、溶解作用、异常高压。早期快速深埋、胶结弱或溶蚀强、不存在异常高压时,有利于压实作用。 Eg:泥炭(假设厚度为100%),在上覆沉积物的压实作用下变成褐煤(厚度20%),变成烟煤(厚度10%)。 2.压溶作用:一种物理化学成岩作用。随埋藏深度的增加,碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆层的压力或来自构造作用的侧向应力超过正常孔隙流体压力时(2~2.5倍),颗粒接触处的溶解度增高,将发生晶格的变形和溶解作用。随着颗粒所受应力的不断增加和地质时间的推移,颗粒受压处的形态:点接触---线接触---凹凸接触(砾石中的砾岩)---缝合接触(砂岩中的石英颗粒)。 3.白云岩化作用 白云岩的成因问题多年来一直是沉积学争论的重大问题之一。古代地层中所见的白云岩大多具有交代的证据,它们是经白云石化作用所形成的。白云石化作用的机制很复杂,并不是一种机理所能概括,学者们提出了许多白云岩化作用的机理来解释白云岩的成因。 亚当斯等(1960)在研究美国二叠纪白云岩的成因时,提出了蒸发泻湖渗透回流作用形成交代白云岩的假说。后来迪菲耶斯等(1965)在研究加勒比海的博内尔岛的现代白云石形成时,也证实存在这种作用。亚当斯和罗德斯(1960)等所提出的蒸发泻湖渗透回流作用机制是:在蒸发强烈的海洋地区,堡礁或沙堤所阻挡的近岸泻湖,与外海海水交流不能正常进行,在强烈的蒸发作用下,使间歇性进入泻湖的海水盐度不断增高。向岸方向盐度更高。当盐度达到72‰时,除CaCO3以文石和高镁方解石方式沉淀外,开始出现石膏沉积,向岸越近其蒸发作用越强烈。当盐度达到199‰,沉积物中大量出现石膏并逐渐出现石盐。大量过盐水中的Ca被沉淀。大大提高了海水中Mg含量。这种重卤水沉降到泻湖底部并顺着泻湖向海洋方向平缓的斜坡流动,当遇到堡礁或沙堤和附近的沉积物时,由于沉积物的孔隙中饱含正常盐度海水,因浓度差使高盐度高密度的重卤水向含低盐度和低密度的正常海水沉积物中渗透,并向海洋方向回流。在流经疏松的钙质沉积物和礁体时,Mg进入沉积物的CaCO3晶格中,逐渐形成白云石。 4.胶结作用:从孔隙溶液中沉淀出的矿物质(胶结物)将松散的沉积物固结起来形成岩石的作用。是沉积物转变成沉积岩的重要作用,也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主因之

纳米材料研究现状及应用前景要点

纳米材料研究现状及应用前景 摘要:文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法,综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域,并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词:纳米材料;纳米材料制备;纳米材料性能;应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来,纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料,制备方法及应用领域日新月异。 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,包括纳米粉体( 零维纳米材料,又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒,一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟,是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于:高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料,如纳米碳管,可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起,中间有极为细小的间隙的薄膜;致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料,主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复

简述纳米材料的发展历程

简述纳米材料的发展历程 纳米材料问世至今已有20多年的历史,大致已经完成了材料创新、性能开发阶段,现在正步人完善工艺和全面应用阶段。 “纳米复合聚氨酯合成革材料的功能化”和“纳米材料在真空绝热板材中的应用”2项合作项目取得较大进展。具有负离子释放功能且释放量可达2000以上的聚氨酯合成革符合生态环保合成革战略升级方向,日前正待开展中试放大研究。 该产品的成功研发及进一步产业化将可辐射带动300多家同行企业的产品升级换代。联盟制备出的纳米复合绝热芯材导热系数可控制为低达4.4mW/mK。该产品已经在企业实现了中试生产,正在建设规模化生产线。 联盟将重点研究开发阻燃型高效真空绝热板及其在建筑外墙保温领域的应 用研发和产业化,该技术的开发将进一步促进我国建筑节能环保技术水平的提升,带动安徽纳米材料产业进入高速发展期。 纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的,后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material),是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子(nano particle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒,一般是指尺寸在1~100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型的介观系统,它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 纳米材料具有一定的独特性,当物质尺度小到一定程度时,则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为,当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时,其粒径虽改变为1000倍,但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨,所以二者行为上将产生明显的差异。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大,也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构,此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结,同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 就熔点来说,纳米粉末中由于每一粒子组成原子少,表面原子处于不安定状态,使其表面晶格震动的振幅较大,所以具有较高的表面能量,造成超微粒子的热性质,也就是造成熔点下降,同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结,而成为良好的烧结促进材料。 一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体,当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时,即形成单磁区之磁性物质。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时,将成为优异的磁性材料。

沉积地质学课程报告

中国地质大学(武汉) 2016年《沉积地质学基础》课程读书报告题目:风暴沉积作用和风暴相模式 学院:地球科学学院 班级: 016131 学号:20131004494 姓名: 冷勇辉 2016年5月20号

风暴沉积作用和风暴相模式 冷勇辉 (中国地质大学,湖北,武汉,016131) 摘要:风暴沉积是20世纪70年代后期才指提出的一个重要概念,被认为是沉积学理论的一次重大突破。但 是以往的研究多集中在对浅海陆棚区风暴沉积的研究,而对近岸地带潮坪风暴沉积的研究则比较薄弱。系统 总结了不同类型的风暴沉积作用和风暴相模式,同时介绍了在现代的潮坪风暴岩沉积特征,而且风暴层的辨认,对重塑地质历史的灾变事件,对恢复古板块的位置都是十分重要的。最后指出了风暴沉积的研究意义。 关键词风暴沉积;风暴岩;风暴相模式 0.引言:构造风暴沉积的研究最初从20世纪50年代开始,至目前已有60多年的研究史。在国外这项研究已取得了不少突破性成果,开始建立的风暴流理论,被公认为与50年代出现的浊流理论一样,视为沉积学乃至地质学上发展的里程碑。最早是麦基(Mckee,1959).鲍尔(Ball等,1967.1971),海伊(High,1969)等人先后研究了赤道碳酸盐沉积发育地区由大旋风、咫风及其它风暴流的风暴沉积。斯威夫(Swift.1969),(Walton,1970),顿内克和辛(Reineek,和Singh,1972),Kumar和Sanders(1976)着重研究现代陆源风暴沉积。70年代国外对古代的有关风暴沉积陆续鉴别出来。其中包括:Brenlie:和Davies(1973)对北美奥尔美、蒙塔那 地区的侏罗纪的风暴沉积研究。 Ager(1974)对北非摩洛哥的侏罗纪风暴碳酸盐沉积的研究,Dott(1974)对北美维思康辛洲的上寒武系风暴沉积的究,G.Kellingp.R.Mulin,(1975)对Moroeean的石炭系风暴沉积的研究,D.K.Hobday,和H.G.Reading(1972)对Finlimark地区晚前寒武世风暴沉积的研究等。我国从80年代起陆续开展风暴沉积的研究。孟祥化(1983)对华北地区晚寒武世风暴碳酸盐沉积的研究。山西地质局科研所(1984)报道了山西奥陶系风暴沉积的研究。余素玉等(1987)编译了风暴沉积教材,在国内引起研究风暴沉积的热点。近年来对海洋盆地风暴沉积研究越来越多。90年代初,作者在松辽盆地研究沉积相时发现英台地区白坐系湖泊风暴沉积。到目前尚未见有国外有关湖泊风暴沉积的报道。从报道文章来看,多数着重研究风暴浪在浅海沉积作用中的重要地位,在近滨和陆棚由风暴浪造成的风暴流沉积属于浅水的。然而过去曾有人把它误定为浅水浊积岩或浪成浊积岩或部分定成浪成砾屑岩的,实际上是风暴流沉积。因而风暴流概念提出和风暴沉积的研究,是对过去误认的浊流沉积和浪成沉积的一种冲击或补充。 风暴岩成分可为碳酸盐岩,也有磷酸盐沉积,还可为陆源碎屑沉积。由于风暴流属密度流,也具重力流性质,故它的沉积物与浊流的沉积物很相似,又与复理石很相似,但也有不少较明显的区别。 一个完整的风暴沉积剖面序列由以下 6 个层段构成: A.粒序层段,具有突变底界和冲刷充填构造; B.平行层理段; C.丘状交错层理; D.波状层理段; E. 水平层理段; F.泥质层段,可具有生物扰动 风暴沉积特征研究,不但对古代海洋或湖泊中的水动力条件能作进一步了解.而且有利于做

纳米材料研究进展

2011年第4期甘肃石油和化工2011年12月 纳米材料研究进展 李彦菊1,高飞2 (1.河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018; 2.中核第四研究设计工程有限公司,河北石家庄050000) 摘要:纳米材料具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。综述了纳米材料 的分类、特性以及应用领域。 关键词:纳米材料;功能材料;复合材料 1前言 纳米(nm)是一个极小的长度单位,1nm=10-9m。当物质到纳米尺度以后,大约是在1~100nm 这个范围空间,物质的性能就会发生突变,呈现出特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。纳米技术正是利用纳米粒子这些特性实现其在各行各业中的特殊应用[1,2]。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐步被人们所认识,纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。目前世界各国都对纳米材料和纳米科技高度重视,纷纷在基础研究和应用研究领域对其进行前瞻性的部署,旨在占领战略制高点,提升未来10~20年在国际上的竞争地位。我国政府对纳米科技十分重视,先进的纳米产业正在蓬勃发展[3,4]。 2纳米材料的分类 以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代,它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1~100nm[5]。在纳米材料发展初期,纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义而言,纳米材料是指在3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[6],纳米材料的基本单元可以分为3类:①0维,指在空间3维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒,原子团簇等;②1维,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等; ③2维,指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料[7,8]。按材料物性可分为:纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的,属于人工材料,但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片,人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的[9,10]。 3纳米材料的特性[11,12] 3.1表面效应 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(表面体 收稿日期:2011-07-05 作者简介:李彦菊(1981-),女,河北廊坊人,硕士,已发表论文10余篇,其中SCI2篇。主要从事纳米材料的研究工作。8

纳米技术发展史

纳米技术发展史 【摘要】纳米技术是21世纪科技发展的制高点,是新工业革命的主导技术,它将引起一场各个领域生产方式的变革,也将改变未来人们的生活方式和工作方式,使得我们有必要认识一下纳米技术的发展史。纳米技术的发展史是一个很长的过程,同时也是一个广泛应用的过程。 【关键词】发展纳米技术纳米材料 纳米技术基本概念 纳米技术是以纳米科学为基础,研究结构尺度在0.1~100nm范围内材料的性质及其应用,制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为基础,以当代精密仪器和先进的分析技术为手段,是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域,各传统学科之间的界限变得模糊,各学科高度交叉和融合。纳米技术包含下列四个主要方面: 1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。 过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 2、纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。 3、纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。 纳米技术的发展史 1959年著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小 的机器制做更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原 子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想。 20世纪70年代科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想,1974年,科学家 唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工 1982年科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,揭示了一个 可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极的促进作用。1990年7月第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科

纳米材料国内外研究进展

纳米材料国内外研究进展 一、前言 从人类认识世界的精度来看,人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)[1]。自20世纪80年代初, 德国科学家 Gleiter[2]提出“纳米晶体材料”的概念,随后采用人工制备首次获得纳米晶体,并对其各种物性进行系统的研究以来,纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲,纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒),一维材料(直径为纳米量级的纤维),二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲,则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)[3]。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次,是交叉学科跨世纪的战略科技领域。 二、国内外研究现状 1984年德国科学家Gleiter首先制成了金属纳米材料, 同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议, 使纳米材料成为世界性的热点之一;1990年在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议, 标志着纳米科技的正式诞生;l994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议,表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。近年来,世界各国先后对纳米材料给予了极大的关注,对纳米材料的结构与性能、制备技术以及应用前景进行了广泛而深入的研究,并纷纷将其列人近期高科技开发项目。2004年度纳米科技研发预算近8.5亿美元,2005年预算已达到10亿美元,而且在美国该年度预算的优先选择领域中,纳米名列第二位。现在美国对纳米技术的投资约占世界总量的二分之一[4]。 自70年代纳米颗粒材料问世以来,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料, 至今已有 30多年的历史, 但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在 80年代中期以后。因此 ,从其研究的内涵和特点来看大致可划分为三个阶段[5]。 第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索,用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,通常采用纳米微粒与纳米微粒复

金属纳米材料研究进展

高等物理化学 学生姓名:聂荣健 学号:…………….. 学院:化工学院 专业:应用化学 指导教师:………….

金属氧化物纳米材料研究进展 应用化学专业聂荣健学号:……指导老师:…… 摘要:综述了近年来金属氧化物纳米材料水热合成方法的研究进展,简要阐述了金属氧化物纳米材料的应用,对其今后的研究发展方向进行了展望。 关键词: 纳米材料水热合成金属氧化物

Research progress of metal oxide nanomaterials Name Rongjian Nie Abstract: This article reviews the recent progress in hydrothermal synthesis of metal oxide nanomaterials. The application progress of metal oxide nanomaterials is briefly describrd.The future research directions are prospected. Keywords: nanomaterials; hydrothermal; metal oxides ;

引言 纳米材料是纳米科学中的一个重要的研究发展方向,近年来已在许多科学领域引起了广泛的重视,成为材料科学研究的热点。作为纳米材料的一个方面,金属氧化物纳米材料在现代工业、国防和高技术发展中充当着重要的角色。 1.纳米材料简介 1.1 纳米材料概述 纳米是长度的度量单位,1纳米=10-9米,1纳米大约为10个氢原子并排起来的长度,仅仅相当于一根头发丝直径的0.1%。纳米材料则是在纳米量级(lnm-100nm)内调控物质结构所制成的具有特殊功能的新材料,其三维尺寸中至少有一维小于100nm,且性质不同于一般的块体材料。 纳米材料是指在三维尺度上至少存在一维处于纳米量级或者由它们作为基本单元所构成的材料,一般将纳米材料分为零维、一维以及二维纳米材料: (1)零维纳米材料,是指在空间三维尺度上都处于纳米量级的纳米材料,如纳米球,纳米颗粒等; (2)一维纳米材料,是指在空间三维尺度上只有两维处于纳米量级,而第三维处于宏观量级的纳米材料,比如纳米棒、纳米管、纳米线/丝等; (3)二维纳米材料,是指在空间三维尺度上只有一维处于纳米量级,而其他两维处于宏观量级的纳米材料,比如纳米片,纳米薄膜等。 1.2纳米粒子基本效应的研究 纳米粒子是尺寸为1-100nm的超细粒子。纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而急剧增大,显示出强烈的体积效应(即小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。 1.2.1 量子尺寸效应[1] 当粒子尺寸达到纳米量级时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明:金属纳米粒子所包含的原子数有限,能级间距发生分裂。当此能级间隔大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量或超导态的凝聚能时,纳米粒子的磁、光、声、热、电及超导电性与宏观物体有显著的不同。 1.2.2 体积效应[2] 由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当纳米粒子的尺寸与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征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的体积效应。例如:磁有序态向磁无序态、超导相向正常相的转变;光吸收显著增加;声子谱发生改变;强磁性纳米粒子(Fe-Co合金,氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时具有很高的矫顽力;纳米粒子的熔点远远低于块状金属;等离子体共振频率随颗粒尺寸改变[3]。 1.2.3 表面效应[4] 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而急剧增大后引起的性质上改变。随着粒径减小,表面原子数迅速增加,粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足以及高的表面能使原子表面有很高的化学活性,极不稳定,很容易与其他原子结合,这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米粒子表面输运和构型的变化,也引起了表面原子自旋构象和电子能谱的变化。

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