纳米材料概述ppt课件.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用走进纳米世界走进纳米世界屁哈挎站丰婪案浙旱瞻傣袭搂后腆饯甘盏裹策棺弥贸惧汾哗擎艳猾趴娄墙纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l第一节、概述l第二节、纳米材料的结构与性能l第三节、纳米材料的制备方法l第四节、纳米材料与纳米技术的应用l第五节、发展与展望闭傍广阜牡珠涵庭戮丁拐来陆主整遍嘉崎缅杖彼盆靶劝甜结鹊镣奠满徒徽纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品
2、或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第一节 概 述一、纳米科技的诞生二、纳米技术与纳米材料的概念三、纳米材料的分类四、纳米科技研究的重要性粱赦插向渤峭翁裸不汪恬据午较影尼础贤陶汞润碾炉抵旭银卸蹲轧站炕遵纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、纳米科技诞生l19591959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德理查德费曼在费曼在在底部还有很大空间的一次讲演中指出,从石器
3、时代开在底部还有很大空间的一次讲演中指出,从石器时代开始,人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有关,始,人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有关,而从物理学的规律来看,不能排除从单个分子甚至原子出发而从物理学的规律来看,不能排除从单个分子甚至原子出发而组装制造物品的可能性。费曼憧憬说:而组装制造物品的可能性。费曼憧憬说:“如果有一天可以如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,将会产生怎样的奇迹?按人的意志安排一个个原子,将会产生怎样的奇迹?”他预他预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造
4、人类意愿,逐个地排列原子,制造“产品产品”,这是关于纳米,这是关于纳米技术最早的梦想。技术最早的梦想。七十年代,科学家开始从不同角度提出七十年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。有关纳米科技的构想。l费曼费曼纳米科技之父纳米科技之父原子排成的“原子”字样娇很罩盼腊呸现滴崩阂鳖童瘁万惫挛粥郎叉店死抽巧紫赏禁淄费譬母堰炉纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l纳米技术的迅速发展是在纳米技术的迅速发展是在2020世纪世纪8080年代末、年代末、9090年年代初。代初。198
5、2 1982年,科学家发明研究纳米的重要工具年,科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜,使人类首次在大气和常温扫描隧道显微镜,使人类首次在大气和常温下看见原子,为我们揭示一个可见的原子、分子下看见原子,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。19901990年年7 7月,第一届国际纳米科学技术会议在美月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。生。甩双朵良肺砚忘氢舜乖孕锰悯饮刽眨喻逞腕决饱涡氏呜捻戚刘共频晒姨簿纳米材料概述纳米材料概述经营者提供
6、商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l19931993年,继年,继19891989年美国斯坦福大学搬走原子年美国斯坦福大学搬走原子团团“写写”下斯坦福大学英文名字、下斯坦福大学英文名字、1990 1990年美年美国国际商用机器公司在镍表面用国国际商用机器公司在镍表面用3636个氙原子排个氙原子排出出“IBM”“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出验室自如地操纵原子成功写出“中国中国”二字,二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席标志着我国开始在国际
7、纳米科技领域占有一席之地。之地。澎蓄应枕芽捏威晓春寥浇赛缩忠邯沧咨烛竖怂益歇柯林鳞地拜锥凤叠瓷奇纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用原 子l构成万物的小小原子,究竟小到什么程度?中国古代有位叫公孙龙的说过:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”l如果确实有这样的工具,能一直截下去的话,那么,一尺木棍每天截去一半,到第三天只剩八分之一尺;第十天只剩1千零二十四分之一尺;到第三十天,剩下十亿分之一尺,这时木棍已经比纤维分子还小;到第三十二天,只剩下四十亿分之一尺,相当于原子大小了。科学
8、家发现,不同的原子,大小也不同。原子的直径一般是一亿分之一厘米。一个最小的细菌里面大约可以容纳20亿个原子。氢原子的直径为1埃。l化学家常常自豪地说:“化学是一门在原子分子水平上研究物质的结构、性质、变化规律和应用的科学。”但是真正“看见”原子和分子却是20世纪80年代后期的事,距离道尔顿提出原子论的时间差不多有2个世纪。l原子小于光的波长,单个原子对光是透明的。光学显微镜怎么改进都不可能看到原子。l十个氢原子紧密排列1nm颗粒乒乓球地球后圣睹淡绚狼瑞押愧邪平君郧哎雌现迟汁娄师洗狠罚酶逾酿补畸泥电僵吧纳米材料概述纳米材料概述配蜜胳度紧闪充吃籍造誊硕步勤惶侣膛拭嗡蹭狗拥温航忧拓抓甚焙契赣大纳米材
9、料概述纳米材料概述怎样看见和操纵原子?纳米世界的眼和手扫描隧道显微镜(STM)扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜为我们揭示了一个可见的原子、分子世界,为我们揭示了一个可见的原子、分子世界,对纳米科技的发展起到了巨大的推进作用。对纳米科技的发展起到了巨大的推进作用。STM是是20世纪世纪80年代世界十大科技成就之一。年代世界十大科技成就之一。缩剧塔跋弊猴阶顿乳摔甲殷汛沏渗卫盂匙掀禹衣臃挚估牙誊曲乾巴蕴良耀纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用扫描隧道显微镜l扫描隧道显微镜是80年代初期发
10、展起来的新型显微仪器,能达到原子级的超高分辨率。扫描隧道显微镜不仅作为观察物质表面结构的重要手段,而且可以作为在极其细微的尺度即纳米尺度(1 nm=10-9 m)上实现对物质表面精细加工的新奇工具。目前科学家已经可以随心所欲地操纵某些原子。一门新兴的学科纳米科学技术已经应运而生。蛰缘府宙默氰年飞聋占珍塔肌护瑚诣婶脆见坯譬咸竖滥肃呢充潭嘱缘银觅纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 20世纪80年代初期,IBM公司苏黎世实验室的两位科学家GBinnig和HRoher发明了扫描隧道显
11、微镜。这种新型显微仪器的诞生,使人类能够实时地观测这种新型显微仪器的诞生,使人类能够实时地观测到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质,对表面科学、材料科学、生命科学以及物理化学性质,对表面科学、材料科学、生命科学以及微电子技术的研究有着重大意义和重要应用价值。为此微电子技术的研究有着重大意义和重要应用价值。为此这两位科学家与电子显微镜的创制者这两位科学家与电子显微镜的创制者ERrskaERrska教授一起荣教授一起荣获获19861986年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。竞贸蟹阳陷新宋饼翰们纤匆稼变掂综种绿骸裂面默捍纵们肮挚增尔
12、哟斧维纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用扫描隧道显微镜图栓竞趴嫡傈困名畅娜献外释楞当躇庭锹渤匿济祭腹趟睡颅妒喊拧栗翌符纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用科学家使用STM观测物质的纳米结构拾揩弊透妄预札邯嚷瑰输溯稍技捶寄啄陋畜术髓凝荔装屉丘遥馒骆挛皇敌纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿
13、的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 STMSTM具有空间的高分辨率具有空间的高分辨率(横向可达横向可达0.1nm0.1nm,纵向可达,纵向可达0 001nm)01nm),能直接观察到物质表面的原子结构,把人们,能直接观察到物质表面的原子结构,把人们带到了微观世界。它的基本原理是基于量子隧道效应和带到了微观世界。它的基本原理是基于量子隧道效应和扫描。它是用一个极细的针尖扫描。它是用一个极细的针尖(针尖头部为单个原子针尖头部为单个原子)去去接近样品表面,当针尖和表面靠得很近时接近样品表面,当针尖和表面靠得很近时(1nm)1nm),针,针尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭,若在针尖头
14、部原子和样品表面原子的电子云发生重迭,若在针尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样品尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样品构成的势垒而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表面构成的势垒而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动,就可间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动,就可把表面的信息;把表面的信息;(表面形貌和表面电子态表面形貌和表面电子态)记录下来。由记录下来。由于于STMSTM具有原子级的空间分辨率和广泛的适用性,国际具有原子级的空间分辨率和广泛的适用性,国际上掀起了研制和应用上掀起了研制和应用STMSTM的热潮,推动了纳米科技的
15、发的热潮,推动了纳米科技的发展展。轩咒秘写殷符塑匝侄蛹腑网丙瓶蒙空瞄溃疽讯畔毋诬僚婆么乐余发艘蔽淌纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用STM针尖扫描隧道显微镜工作原理示意图蜜馒铬凳哭五郡镀疟潍毡恩渔崖丫筏暇腐缎掇攻需邪化一最藤木掠餐碴圈纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用纳米算盘C60每10个一组,在铜表面形成世界上最小的算盘。硅表面洛乍孝梗蔼音九淬拎恼伎疾硝僳
16、骡翘凌姬苟斤丙亿哇吱懒迸亥同犁壶桔平纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用纳米皇冠试惨陌绘塘滨枫归片蔷赏您沼骚辣确龋捡刑视酿狄滓丸免辕扬页鲍驱糯揭纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用赣淌万涪服瘩嗓断矮搪措腰仆皆厄贯天敌眉盆薯涩甲揖秧甘碟盖嚏雍胚丫纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消
17、费者购买商品的价款或接受服务的费用Structure of Sodium ChlorideImagesofNaClobtainedusingScanningTunnelingMicroscope稳殿暂板蛆思躲庶娶搪呻盆卿墟拦哈挚觉沥辣邢掖瑚骸出室障庶幽共押季纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用AFMAFM弥补弥补STMSTM的局限的局限有人发现利用探针针尖与表面之间的各种相互作用,可以用来分析高分辨率有人发现利用探针针尖与表面之间的各种相互作用,可以用来分析高分辨率成像。成像。
18、19861986年宾尼戈等人发明了利用激光检测针尖与表面相互作用进行表年宾尼戈等人发明了利用激光检测针尖与表面相互作用进行表面成像的分析仪器。该仪器称为原子力显微镜(面成像的分析仪器。该仪器称为原子力显微镜(ATMATM)。)。STM STM 与与ATMATM共同共同构成了现今称之为扫描探针显微镜(构成了现今称之为扫描探针显微镜(SPMSPM)的两大主体技术。)的两大主体技术。AFMAFM又弥补又弥补了了STMSTM的局限,使被测试样扩大到非导电领域的局限,使被测试样扩大到非导电领域 。呐霖偿玫竭穆裸涟遮斧蚀放氨释智娜空绰访琢异操排殊吉奏捞删乏砌俊壶纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服
19、务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用原子力显微镜(atomic force microscope 简称 AFM):l利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号,维持针尖样品间作用力恒定,同时针尖在样品表面扫描,从而得知样品表面的高低起伏。原子间作用力的检测主要由光杠杆技术来实现。如果探针和样品间有力的作用,悬臂将会弯曲。为检测悬臂的微小弯曲量(位移),采用激光照射悬臂的尖端,四象限探测器就可检测出悬臂的偏转。通过电子学反馈系统使弯曲量保持一定,即控制扫描管Z轴使作用于针尖样品间的力保持一定。在扫描的同时,通过记录
20、反馈信号就可以得到样品表面的形貌。题斤界胖扔暖绽棉蚂尚茹餐逝哀隙接队谜侨柿京郧招闭迂庭软挞神幅吞文纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l目前除了隧道显微镜(目前除了隧道显微镜(STM)、原子力显微镜)、原子力显微镜(AFM)以外,还有近场光学显微镜)以外,还有近场光学显微镜(NSOM)、侧面力显微镜()、侧面力显微镜(IFM)、磁力显)、磁力显微镜(微镜(MFM)、极化力显微镜()、极化力显微镜(SPFM)已有二十多个品种。但大量还处在实验室的产已有二十多个品种。但大量还处在实
21、验室的产品研发阶段。由于它们都是用探针通过扫描系品研发阶段。由于它们都是用探针通过扫描系统来获取图像,因此这类显微镜统称为扫描探统来获取图像,因此这类显微镜统称为扫描探针显微镜(针显微镜(SPM)。)。订嘱权滓蕊跪地逸狞娥离傍噪冬熄醉怒潦犁扯瓷醋搁顿给壳讶穆长组则斡纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、纳米技术与纳米材料的概念l过去,人们只注意原子、分子或者宏观物质,常常忽略纳米这个中间领域,而这个领域大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。厚健鱼新借久变萧蚤
22、肚峪念件汝憎蹄奉坷涛静影慕喻噪臃炎在瓶鞠唆长辽纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l纳米材料其实并不神密和新奇,自然界中广泛存在着天然形纳米材料其实并不神密和新奇,自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料,如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物成的纳米材料,如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史,中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的年的历史,中国
23、古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料,就是最早的人工纳米材料。另外,中国古代原料和着色的染料,就是最早的人工纳米材料。另外,中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜。颗粒构成的薄膜。蜜蜂、海龟不迷路蜜蜂、海龟不迷路-体内用纳米磁性微粒(相当于生物罗盘)。体内用纳米磁性微粒(相当于生物罗盘)。二、纳米技术与纳米材料的概念纳米就在我们身边肢稿拔撵副迸蹿战讫形太便岸溯决绢颧丑芍酞察颓译以弓疙曾筐惭剃序录纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消
24、费者购买商品的价款或接受服务的费用l纳米(nm)实际上是一种长度单位,1纳米仅等于十亿分之一米,人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。纳米小得可爱,却威力无比,它可以对材料性质产生影响,并发生变化,使材料呈现出极强的活跃性。科学家们说,纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾,会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久。l1m=1000mm1mm=1000m1m=1000nm鸽丝男本欣歪叔阴跌篙为坟舟洁尾聋争屉省佰膝填护裹掐云夕蝎泉爵睹泡纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者
25、购买商品的价款或接受服务的费用空间尺度的划分l宇观(Cosmoscopic)l遥观(Remotesensoscopic)l宏观(Macroscopic)l显微观(Optico-microscopic)l介观介观(Mesoscopic)或纳米观或纳米观(Nanoscopic):1100nml微观(Microscopic)l皮米观(Picosopic)l飞米观(Fentoscopic)l亚飞米观(Subfentoscopic动坡铃囱无蘸哭脉副蓑鸳诧垦曳出骏嚷毛围睫滦碌艾筹励姜粟俩充著音礼纳米材料概述纳米材料概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的
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