本科生毕业论文纳米材料论文

学号0802114152纳米材料的应用学院名称：物理与信息工程学院专业名称：物理学年级班别：2008级3班姓名：王江涛指导教师：张莹河南师范大学本科毕业论文河南师范大学毕业论文（设计）1摘要简要介绍了纳米材料的分类以及它的基本特征，然后分析了纳米材料的特殊性能。最后介绍了纳米材料在各领域的应用，其中重点分析了新型能源纳米材料中光电转换、热电转换、超级电容器及电池电极的纳米材料；并详细介绍了环境净化纳米材料中的光催化、吸附、尾气处理等；还较具体的讲述了纳米生物医药材料中纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。关键词：纳米材料、性能、应用河南师范大学毕业论文（设计）2AbstractBrieflyintroducestheclassificationofnanometermaterialsanditsbasiccharacteristics,andthenanalyzesthespecialcharacteristicsofnanometermaterials.Finallyintroducedthenanomaterialapplicationinvariousfields,whichfocusesontheanalysisofnewenergyinnanometermaterialofphotoelectricconversion,hotconversion,thesupercapacitorandbatteryelectrodematerial;andintroducesindetailtheenvironmentpurifyingnanomaterialsinadsorption,photocatalytic,tailgastreatment;alsomorespecificaboutnanometerbiologicalmedicinematerialofnanoceramicmaterial,nanometercarbonmaterial,nanometerpolymericmaterials,nanocompositematerials.【Keywords】:nanometermaterial,performance,application.河南师范大学毕业论文（设计）3目录摘要.............................................................................................................................1Abstract.........................................................................................................................2前言.............................................................................................................................41.纳米材料................................................................................................................51.1.纳米材料的基本特征和分类.........................................................................51.2.纳米材料的特殊效应.....................................................................................62.纳米材料在各领域的应用......................................................................................83.新型能源纳米材料的分析....................................................................................103.1纳米光电材料和热电材料的用途................................................................103.2超级电容器....................................................................................................103.3金属空气电池................................................................................................114.纳米材料对环境净化的贡献................................................................................135.纳米生物医药材料................................................................................................155.1纳米陶瓷材料................................................................................................155.2纳米碳材料....................................................................................................155.3纳米高分子材料............................................................................................165.4纳米复合材料................................................................................................17结束语：.....................................................................................................................19参考文献：.................................................................................................................20致谢...........................................................................................................................21河南师范大学毕业论文（设计）4前言诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100~102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域[20]。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变[18]。纳米相材料跟普通的金属、陶瓷，和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。其常规纳米材料中的基本颗粒直径不到100nm，包含的原子不到几万个。一个直径为3nm的原子团包含大约900个原子，几乎是英文里一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条300多米长的帆船跟整个地球的比例[19]。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域河南师范大学毕业论文（设计）51.纳米材料1.1.纳米材料的基本特征和分类纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1~100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料）。按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等）。图1-1：纳米材料图1-2：纳米金属颗粒河南师范大学毕业论文（设计）61.2.纳米材料的特殊效应当纳米材料的结构进入纳米尺度调至范围时，会表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米效应。表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。随着粒径的减小，纳米粒子的表面原子数、比表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。表面原子处于裸露状态，周围缺少相邻的原子，有许多剩余键力，易与其他原子结合而稳定具有较高的化学活性。纳米材料中界面原子所占的体积分数很大，它对材料性能的影响非常显著。低温超塑性是纳米材料的一个重要特性，普通陶瓷只有在1000℃以上，在小于一定的应变速率时才能表现出塑性，而许多纳米陶瓷在室温下就会发生塑性变形。这种纳米陶瓷增韧效应主要归因于大量界面的存在。而它的塑性变形主要是通过晶粒之间相对滑移而实现的。小尺寸效应纳米粒子的熔点可远低于块状本体，此特性为粉末冶金工业提供了新工艺，利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可通过改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，构造具有一定