第三章幾類常見的納米微粒及其性質(zhì)

1、幾類常見的納米材料及其性質(zhì)以納米來命名材料是在上世紀(jì)80年代它作為一種材料的定義把納米顆粒限制到1nm100nm范圍。在納米材料發(fā)展初期納米材料是指納米顆料和由它們構(gòu)成的納米薄膜和固體?，F(xiàn)在納米材料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)成的材料。納米材料及分類分類方式類別按化學(xué)組成分類納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子、納米復(fù)合材料等按材料物性分類納米半導(dǎo)體、納米磁性材料、納米非線性材料、納米鐵電體、納米超導(dǎo)材料、納米熱電材料等按用途分類納米電子材料、納米生物醫(yī)用材料、納米敏感材料、納米光電子材料、納米儲能材料等表1 納米材料的分類 納米材料及分類零維

2、指在空間三維尺度均在納米尺度一維二維按維數(shù)納米材料及分類指在空間中有二維尺度處于納米尺度指在空間中有一維處于納米尺度納米尺度顆粒、原子團簇納米絲、納米棒、納米管超薄膜、多層膜，孔材料等零維納米材料零維納米材料納米粒子（nanoparticle）超微粒子（ultrafine particle）超微粉（ultrafine powder）煙粒子（smoke particle）團簇（cluster）納米團簇（nano-cluster）它們的尺寸范圍稍有區(qū)別。納米材料的尺寸大于原子簇而小于通常的微粉，處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域。零維納米材料納米粒子量子點納米TiO2納米Al2O3納米粒子巨大的表

3、面積和表面效應(yīng)體積效應(yīng)，尺寸誘導(dǎo)相變。特性Kubo認(rèn)為納米粒子由于尺寸的減小,將產(chǎn)生兩方面的效應(yīng): 是表面效應(yīng)(Surface effect)是體積效應(yīng)(Volume effect) 因此,納米粒子具有一系列不同于宏觀塊體的特性。零維納米材料由于具有量子性也叫量子點，是一種直徑在1100 nm 之間，能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體納米顆粒。量子點量子點三維團簇尺寸大小都在納米量級1100 nm 之間人造原子光、電性質(zhì)與原子相似、類似原子能級結(jié)構(gòu)庫侖電荷效應(yīng)有電子(或空穴)的排斥作用族-族-族Si量子點InAs量子點ZnTe量子點Ge量子點GaSb量子點CdSe量子點GaN量子點CdS量子點Zn

4、O量子點常見量子點量子點ZnS 包裹CdSe QDs 在近紫外燈激發(fā)下的十種顏色變化. 從左至右由藍(lán)變紅激發(fā)波長分別在 443, 473, 481, 500, 518, 543, 565, 587, 610, 655 nm.CdSe量子點的光學(xué)特性Current Opinion in Biotechnology 2002, 13:4046納米二氧化鈦形態(tài)相對密度晶格類型晶格常數(shù)Ti-O距離/nm禁帶寬度/eVac銳鈦礦3.84正方晶系5.279.370.1953.2金紅石4.22正方晶系9.055.80.1993板鈦礦4.13斜方晶系基本物性環(huán)保方面的應(yīng)用衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用防結(jié)霧和自清潔涂層光

5、催化化學(xué)合成光催化劑有機污染物的處理 無機污染物的處理 1. 光催化能夠解決Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金屬子的污染問題 2. 光催化還可分解轉(zhuǎn)化其它無機污染物，如CN-、NO2-、H2S、 SO2, NOx等室內(nèi)環(huán)境凈化 環(huán)保衛(wèi)生保健滅殺細(xì)菌和病毒納米TiO2的應(yīng)用 使致癌細(xì)胞失活可以用于生活用水的的殺菌消毒；負(fù)載TiO2 光催化劑的玻璃、陶瓷等是醫(yī)院、賓館、家庭等各種衛(wèi)生設(shè)施抗菌除臭的理想材料在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上完全浸潤。因此，在浴室鏡面、汽車玻璃及后視鏡等表面涂覆一層氧化鈦可以起到防結(jié)霧的作用TiO2薄膜有機污垢無機污垢CO2 H2O防結(jié)霧自清潔涂層在窗玻璃、建筑物的外墻

6、磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦在太陽光照射下產(chǎn)生的強氧化能力和超親水性，可以實現(xiàn)表面自清潔氧化鋁是白色晶狀粉末，已經(jīng)證實氧化鋁有、和等十一種晶體。不同的制備方法及工藝條件可獲得不同結(jié)構(gòu)的納米氧化鋁：、和型氧化鋁，其特點是多孔性、高分散、高活性，屬活性氧化鋁；另外還有、型氧化鋁；納米氧化鋁 Al2O3 ，其比表面低，具有耐高溫的惰性，但不屬于活性氧化鋁，幾乎沒有催化活性； Al2O3、Al2O3 的比表面較大，孔隙率高、耐熱性強，成型性好，具有較強的表面酸性和一定的表面堿性，被廣泛應(yīng)用作催化劑和催化劑載體等新的綠色化學(xué)材料。 Al2O3在自然界中以剛玉形式存在，其硬

7、度約為，僅次于金剛石和碳化硅，利用這個特性可制做鉆頭砂輪、銼刀和軸承等。納米氧化鋁 用特種工藝制成的高純納米氧化鋁是一種粒徑為 的超細(xì)粉體，由于純度高、顆粒細(xì)小且分布均勻，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化， 使納米化鋁具有特殊的表面和界面效應(yīng)，臨界尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子遂道效應(yīng)等， 因而呈現(xiàn)出一系列獨特的光、電、熱、力學(xué)等方面的性質(zhì)，從而使其具有更優(yōu)異的特性和廣泛的應(yīng)用前景。納米氧化鋁分類特性材料狀態(tài)用途用途工程陶瓷高強度致密燒結(jié)體葉片、轉(zhuǎn)子、活塞、內(nèi)襯、噴嘴硬度、強度、韌性致密燒結(jié)體切削工具高機械強度粉末研磨膏、模具材料、補強材料熱功能耐高溫性致密燒結(jié)體錐體導(dǎo)彈窗口耐熱結(jié)構(gòu)材料、

8、高溫爐、高溫用坩鍋導(dǎo)熱性高純致密燒結(jié)體、薄片集成電路基片電子功能絕緣體高純致密燒結(jié)體、薄片集成電路基片、散熱性絕離子導(dǎo)體-氧化鋁燒結(jié)體緣襯底磁學(xué)功能磁流體發(fā)電致密燒結(jié)體鈉硫電池光學(xué)功能透光性致密透明燒結(jié)體電離氣體通道透紅外光性熱壓燒結(jié)體高壓鈉燈管、激光窗口透無線電波致密燒結(jié)體導(dǎo)彈窗口、衛(wèi)星天線窗化學(xué)功能傳感燒結(jié)體化學(xué)傳感器催化粉體或多孔燒結(jié)體化學(xué)傳感器吸聲功能吸聲多孔燒結(jié)體催化劑、催化劑載體生物功能生物骨替代致密燒結(jié)體吸聲板核工功能屏蔽射線致密燒結(jié)體核反應(yīng)堆屏蔽材料納米Al2O3的應(yīng)用一維納米材料一維納米材料準(zhǔn)一維納米材料是在二維方向上為納米尺度，長度上為宏觀尺度的新型材料(如納米管、納米棒等

9、)一維的納米材料NF(nanofibers)由準(zhǔn)一維納米材料發(fā)展而來它既是研究其他低維材料的基礎(chǔ)，又與納米電子器件及微型傳感器密切相關(guān)可能在納米導(dǎo)線、開關(guān)、線路及高性能光導(dǎo)纖維等方面發(fā)揮極大的作用1970年 法國科學(xué)家就首次研制出直徑為7nm的碳纖維。1985年 Kroto，Smalley等發(fā)現(xiàn)了C601991年 日本飯島澄男用高分辨電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)了碳納米管碳納米管標(biāo)志著碳家族增加了兩種新的同素異形體：富勒烯(Fullerene) C60和納米碳管。一般認(rèn)為碳有三種同素異形體：金剛石、石墨和無定形碳 (A) 椅形單壁碳納米管椅形單壁碳納米管 (B) Z形單壁碳納米管形單壁碳納米管 (C) 手性

10、單壁碳納米管手性單壁碳納米管碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖(D) 螺旋狀碳納米管，螺旋狀碳納米管， (E) 多壁碳納米管截面圖多壁碳納米管截面圖碳納米管的結(jié)構(gòu)碳納米管的結(jié)構(gòu)單壁碳納米管單壁碳納米管多壁碳納米管多壁碳納米管單層碳納米管在照相機閃光燈的照射下燃燒碳納米管透射電子顯微鏡納米突透射電子顯微鏡碳納米管的性質(zhì)碳納米管的性質(zhì)像頭發(fā)一樣的單層碳納米管納米碳管中注入有富勒烯的原型納米碳管中注入有富勒烯的原型碳納米管作骨架制作的立體結(jié)構(gòu)圖碳納米管花瓣直徑約80m的“雛菊”碳納米管的特性力學(xué)性能電磁性能光學(xué)性能熱學(xué)性能 其它極高的強度、韌性和彈性模量彈性模量可達(dá)1Tpa增強體可表現(xiàn)出良好的強度

11、、彈性、抗疲勞性及各向同性，碳納米管的特性力學(xué)性能電磁性能碳納米管可能是導(dǎo)體，也可能是半導(dǎo)體大約有1/ 3是金屬導(dǎo)電性的，而2/ 3是半導(dǎo)體性的。導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角扶手椅方向(armchair) 和鋸齒面方向(zig)碳納米管軸向磁感應(yīng)系數(shù)是徑向的111倍，超出C60近30倍。光學(xué)性能單壁碳納米管的發(fā)光強度隨發(fā)射電流的增大而增強。多壁碳納米管的發(fā)光位置主要限制在面對著電極的部分，發(fā)光強度也是隨著發(fā)射電流的增大而增強。在室溫條件下，碳納米管能夠吸收較窄頻譜的光波，能以新的頻譜發(fā)射光波，還能發(fā)射與原來頻譜完全相同的光波單壁管膜的光吸收隨壓力的增大而減弱，其原因主要是壓力的變化能夠?qū)?/p>

12、致管的對稱性的變化。多壁碳納米管層與層之間的振動耦合很弱，每一層可以單獨考慮并具有理想的二維聲子結(jié)構(gòu)熱學(xué)性能熱導(dǎo)率在120K以下與溫度成平方關(guān)系，120K以上趨于線性。熱擴散率在120K以下為線性，而120K以上趨于不變。從熱導(dǎo)率和熱擴散率這兩個全溫區(qū)非線性的物理量推出的比熱容在整個測量溫區(qū)表現(xiàn)出良好的線性碳納米管管壁在生長過程中有時會出現(xiàn)五邊形和七邊形缺陷，使其局部區(qū)域呈現(xiàn)異質(zhì)結(jié)特性。其它整流效應(yīng)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的碳納米管連接在一起會出現(xiàn)非線性結(jié)效應(yīng)，有近乎理想的整流效應(yīng)納米碳管的應(yīng)用若用CNT代替碳黑場致發(fā)射材料場致發(fā)射顯示器納米碳管的應(yīng)用CNT代替碳黑添加量只需0.01%0.004%已用于汽

13、車工業(yè)可以用于制造飛機機翼的抗靜電罩代替目前采用的ITO導(dǎo)電玻璃，以克服ITO的脆性和與塑料難粘附的缺點。場致發(fā)射材料它作為電子槍時比Si和W更優(yōu)越多壁碳納米管(MWNT)場致發(fā)射源的亮度可比現(xiàn)有的電子源高30倍納米碳管的應(yīng)用場致發(fā)射顯示器與液晶顯示器相比低功耗低電壓薄型化平板化能在惡劣條件下工作納米碳管的應(yīng)用目前存在的主要問題目前存在的主要問題 合成的碳納米管純度合成的碳納米管純度不高、均勻性差不高、均勻性差 溶解性差溶解性差 化學(xué)選擇性差化學(xué)選擇性差 未知的毒性未知的毒性功能化的方法可以解決除碳納米管之外一維納米材料包括人們熟知的納米棒、金屬(如上所述)及半導(dǎo)體納米線、同軸納米電纜、納米帶

14、等。非碳納米管納米管BN、MoS2、WS2納米棒SiC、Si3N4納米絲Si、SiO2、SiC納米帶ZnO、In2O3、CdO、PbO納米電纜SiC材料直徑/nm長度/mWS2(多壁)納米管155WS2(單壁)納米管15750.2Bi納米管50.55V2O5納米管608012鈦酸鹽納米管20400.53CdS納米管10060BN納米管0.555CdSe納米管45602GaN納米管801004幾種常見一維非碳納米管類型 目前報道的非碳納米管有幾十種，相關(guān)文章有上千篇！硫族化物硫族化物WS2, MoS2, TiS2, ZnS, NiS, CuS, WSe2, MoSe2, NbSe2, CdSe

15、氧化物氧化物V2O5, Al2O3, TiO2, ZnO, (Er, Tm, Yb, Lu) oxide,SiO2, MoO3, RuO2 多相金屬摻多相金屬摻雜雜PbNbnS2n+1, Mo1-xWS2, Nb-WS2, WS2-CNTs, Au-MoS2,Ag-WS2,Ag-MoS2, Cu5.5FeS6.5 金屬金屬Au,Ag,Co,Fe,Cu,Ni 硼基和硅基硼基和硅基BN,BCN,Si鹵化物鹵化物NiCl2,WO2Cl2Fe2O3GaNZnOGa2O315o現(xiàn)已合成的非碳一維納米線 一維WS2納米線應(yīng)用于AFM針尖傳統(tǒng)針尖：微米級WS2針尖：納米級Au、Ag等貴金屬納米線具有優(yōu)異的電

16、學(xué)性能，可用于制作納米電路器件;W、Mo 等難熔金屬納米線具有出色的場發(fā)射性能，可作為場發(fā)射電子器件。一維金屬納米材料集合了一維納米材料及金屬本身的特性具備優(yōu)異的物理和化學(xué)性能納米電子器件方面具有很大的應(yīng)用潛力納米金納米金的SEM圖片納米金直徑1.6nm 時，納米絲的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為多層壁的圓柱狀(A4A6)0.5 3.0nm 的納米金絲復(fù)合納米金雙分子納米金聚集在多數(shù)TiO2(右下)表面的電鏡圖片(左下)和示意圖(左上)形成了Au/TiO2Au/TiO2的核-殼結(jié)構(gòu)可設(shè)計使其等離激元共振吸收峰的位置位于光譜的近紅外區(qū)金納米殼球體這一獨特的光學(xué)性質(zhì)，體現(xiàn)其人工設(shè)計的可控性，在藥物緩釋、免疫分析、癌癥治

17、療和成像以及生物傳感等很多領(lǐng)域多呈雜亂無規(guī)分布， 相互之間纏繞嚴(yán)重， 難以分散; 一維非碳納米結(jié)構(gòu)材料的不足與建議制得的產(chǎn)品中還含有很多其他雜質(zhì)顆粒目前制備的樣品的長度只有幾十微米，檢測條件苛刻積極推進(jìn)一維非碳納米結(jié)構(gòu)在信息、能源、環(huán)境、航空、醫(yī)藥衛(wèi)生等 建立一維非碳納米結(jié)構(gòu)制備及其成核生長動力學(xué)模型;大力發(fā)展其設(shè)計、優(yōu)化組合及自組裝等前沿技術(shù);重視一維非碳納米結(jié)構(gòu)與納米器件之間的相關(guān)性;不足建議二維納米材料二維納米材料是指在空間中有一維處于納米尺度如超薄膜、多層膜分類如下二維納米材料按尺寸按功能按結(jié)構(gòu)按材料含有納米顆粒與原子團簇基質(zhì)薄膜納米功能薄膜單層薄膜單一薄膜（單一材料合成）納米尺寸厚度

18、的薄膜,其厚度接近電子自由程納米結(jié)構(gòu)薄膜多層薄膜復(fù)合薄膜（多種材料組合合成）納米WO3 薄膜二維納米材料納米TiO2 薄膜近年來,人們發(fā)現(xiàn)TiO2光催化材料還具有凈化空氣、殺菌、除臭、超親水性等功能,已廣泛應(yīng)用于抗菌陶瓷、空氣凈化器、不用擦拭的汽車后視鏡等領(lǐng)域。納米二氧化鈦薄膜1972 年Fujishima 等人發(fā)現(xiàn)受輻射的TiO2表面能發(fā)生水的持續(xù)氧化還原反應(yīng)以來,以TiO2為代表的光催化材料已得到廣泛的研究最初主要是利用TiO2的光催化作用進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換,后來研究范圍擴展到有機物合成、貴金屬回收、廢水處理、N2 和CO2 的還原等領(lǐng)域。由于粉末狀光催化劑TiO2存在易失活、難回收等缺點,使

19、其應(yīng)用受到限制。近年來,TiO2光催化薄膜得到廣泛的研究。納米WO3 薄膜WO3是典型的電致變色材料,具有高的變色效率和相對較低的價格,一直以來是人們首選的無機電致變色化合物WO3 薄膜尤其是非晶態(tài)氧化鎢薄膜有著廣闊的應(yīng)用前景WO3不僅是典型的電致變色材料,也是一種常用的氣敏材料,具有氣致變色特性WO3薄膜氣致變色性能的研究與應(yīng)用WO3 氣致變色系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單和變色范圍寬(5 %75 %) 等優(yōu)點如對氫氣而言,當(dāng)WO3 薄膜材料與氫氣接觸時,常溫下其顏色也會發(fā)生變化,很明顯是因為薄膜的某些光學(xué)性能發(fā)生了變化。氫氣是一種易燃易爆氣體,通過常溫下測定WO3 薄膜光學(xué)參數(shù)的變化來確定氫氣濃度,避免

20、了目前所常用的測電學(xué)參數(shù)時需要加熱加壓等外加條件和電磁干擾等,從而提高了氫氣傳感器的安全性和選擇性。用WO3 薄膜制備光纖光學(xué)氫敏傳感器,有著廣闊的應(yīng)用前景。先將膠體表面的陳化膜轉(zhuǎn)移出來發(fā)現(xiàn)新鮮的膜體表面均勻過一段時間以后,出現(xiàn)小的膠體粒子疇,并逐漸增多變大隨著時間的增加,疇間距縮小,形成大塊膜納米薄膜的結(jié)構(gòu)中科院長春化學(xué)研究所研究了用膠體化學(xué)法制備的SnO2 納米粒子膜的結(jié)構(gòu)薄膜的致密程度以及晶型與轉(zhuǎn)移膜的懸掛狀態(tài)和干燥時間有一定的聯(lián)系納米薄膜的性能力學(xué)性能超模量韌性超硬度效應(yīng)耐磨性好尚待研究光學(xué)性能納米薄膜的性能藍(lán)移和寬化具有特殊的紫外-可見光吸收光譜光的線性與非線性當(dāng)光強較弱時,介質(zhì)的電

21、極化強度與光波電場的一次方成正比的現(xiàn)象在焦點附近由于單位面積上的光強增大,吸收系數(shù)也增大,在焦點處吸收系數(shù)達(dá)最大值。電磁學(xué)特性磁學(xué)特性磁性能仍然不高電學(xué)特性電阻反?，F(xiàn)象,隨納米Au 顆粒含量的增加,電阻不但不減小,反而急劇增加巨磁電阻效應(yīng)(GMR效應(yīng))氣敏特性如只對醇敏感納米薄膜的性能納米介孔材料納米多孔材料的分類微孔材料介孔材料大孔材料定義：定義：有序介孔材料是以表面活性劑分子聚集體為模板，利用溶膠凝有序介孔材料是以表面活性劑分子聚集體為模板，利用溶膠凝膠工藝，通過有機物和無機物之間的界面作用組裝生成的孔道規(guī)則、孔膠工藝，通過有機物和無機物之間的界面作用組裝生成的孔道規(guī)則、孔徑介于徑介于2-

22、50nm2-50nm的多孔材料。的多孔材料。特性比表面積大比表面積大介孔孔徑均一可調(diào)介孔孔徑均一可調(diào)骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于摻雜其他組易于摻雜其他組分分顆粒外形豐富多彩顆粒外形豐富多彩內(nèi)表面易于修飾內(nèi)表面易于修飾水、熱穩(wěn)定性較好水、熱穩(wěn)定性較好M41S系列介孔分子篩Mobil公司首次成功合成M41S系列MCM-41具有六方規(guī)整排列結(jié)構(gòu),一維孔道,孔分布均勻且孔徑可根據(jù)模板劑的選擇,可在1.510nm之間調(diào)變從此掀起介孔材料研究的熱潮從此掀起介孔材料研究的熱潮MCM-41 MCM-48 MCM-50M41S系列納米介孔材料的結(jié)構(gòu) 纖維狀 棒狀 薄膜 球形 多面體 M41S系列納米介孔材料

23、的形貌純硅材料 有機-無機雜化材料 非硅材料 M41S系列納米介孔材料的組成介孔分子篩SBA-15SBA-15的結(jié)構(gòu)較M41S系列具有更高的熱和水熱穩(wěn)定性介孔材料制備的另一里程碑1998年趙東元合成了SBA-15高度有序的六邊形直孔結(jié)構(gòu)，其孔徑可以在550 nm 范圍內(nèi)變化,且孔壁較厚有序介孔材料自誕生起就得到國際物理學(xué)、化學(xué)與材料界的高度重視，并迅速成為跨學(xué)科研究的熱點之一化工領(lǐng)域化工領(lǐng)域生物醫(yī)藥領(lǐng)域生物醫(yī)藥領(lǐng)域功能材料制備功能材料制備環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域分子篩與多孔材料化學(xué) 徐如人 龐文琴等 科學(xué)技術(shù)出版社 649-658分離科學(xué)領(lǐng)域分離科學(xué)領(lǐng)域有序介孔材料的應(yīng)用化工領(lǐng)域 直接用作催化

24、劑 骨架引入Al或者Ti、V等金屬離子-酸堿性和 氧化性 催化劑載體 氧化/還原 ； 氫化 ；酸性催化 ；堿催化 ；鹵化 ；生物催化 ；聚合 ；光催化生物醫(yī)藥領(lǐng)域 細(xì)胞/DNA的分離 控釋藥物 酶、蛋白質(zhì)等的固定與分離 一般生物大分子如蛋白質(zhì)、酶、核酸等，當(dāng)它們的分子質(zhì)量一般生物大分子如蛋白質(zhì)、酶、核酸等，當(dāng)它們的分子質(zhì)量大約在大約在1 1100100萬之間時尺寸小于萬之間時尺寸小于10nm10nm，相對分子質(zhì)量在，相對分子質(zhì)量在10001000萬左右的病毒其尺寸在萬左右的病毒其尺寸在30nm30nm左右。有序介孔材料的孔徑可在左右。有序介孔材料的孔徑可在2 250nm50nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)和

25、無生理毒性的特點使其非常適用范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)和無生理毒性的特點使其非常適用于酶、蛋白質(zhì)等的固定和分離。于酶、蛋白質(zhì)等的固定和分離。Lei C H, et al, J American Chemical Society , 2002,124:11242-11243 環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域 降解有機廢物：介孔TiO2比納米TiO2有更高的比表面積 氣體吸附劑 汽車尾氣處理 水質(zhì)凈化介孔材料具有開放性孔道結(jié)構(gòu)介孔材料具有開放性孔道結(jié)構(gòu), , 窄的孔徑分布及很高的窄的孔徑分布及很高的比表面積和孔容比表面積和孔容, , 可作為良好的環(huán)境凈化材料。可作為良好的環(huán)境凈化材料。分離科學(xué)領(lǐng)域 吸附劑吸附劑 分離無機物 分離

26、有機小分子 分離生物大分子和藥物分子 色譜固定相色譜固定相 有序介孔材料由于其孔徑分布窄、比表面積大有序介孔材料由于其孔徑分布窄、比表面積大, ,作為色譜固定相。作為色譜固定相。通常用作硅基質(zhì)的色譜填料的多孔硅膠通常用作硅基質(zhì)的色譜填料的多孔硅膠, ,其比表面積一般小于其比表面積一般小于500 m500 m2 2/ g/ g，有序介孔硅膠的比表面可高達(dá)有序介孔硅膠的比表面可高達(dá)1600 m1600 m2 2/ g ,/ g ,孔徑分布窄孔徑分布窄, ,并且由于孔形狀并且由于孔形狀和大小均一而有利于傳質(zhì)和大小均一而有利于傳質(zhì), ,有望成為具備良好分離能力的色譜填料。有望成為具備良好分離能力的色譜

27、填料。 目前用作目前用作HPLC HPLC 填料的有序介孔材料的主要有硅基填料的有序介孔材料的主要有硅基MCM-41 MCM-41 、MSU-nMSU-n、SBA-3 SBA-3 和和SBA-15 SBA-15 以及非硅基的氧化鋯。以及非硅基的氧化鋯。 徐麗 等，分析化學(xué)，2005，32（3）：374380Dai S , et al. Chemical Communications, 2002,2680 2681Gallis C W, et al. Studies in Surface Science and Catalysis, 2000, 129: 747755功能材料領(lǐng)域 儲能材料 有序

28、介孔材料具有寬敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出含碳或Pd等儲能材料，增加這些儲能材料的易處理性和表面積，達(dá)到傳遞儲能的效果。 功能材料在納米孔道內(nèi)的組裝 介孔材料高的比表面積、規(guī)則有序的較沸石類分子篩大的孔徑以及表面豐富的硅醇鍵使之非常適宜作為主體材料進(jìn)行金屬、金屬氧化物和金屬有機化合物等客體材料在其孔道內(nèi)的組裝，從而形成主客體材料。如果客體材料具有催化活性，則介孔材料主體就是催化劑的一種特殊載體，催化劑全部或部分被負(fù)載于主體材料的孔道內(nèi)，這種主客體材料也成為一類特殊的負(fù)載型催化材料。 Nanodots Nanowires Nanorods NanotubesPtAuGaNCarbonYan

29、g C T,et al. J Physical Chemistry B ,2005,109(38):17842-17847Ryoo R, et al. Chemical Communications ,2003,17:2136-2137不同形狀的功能材料前景展望 介孔分子篩是近年來材料科學(xué)領(lǐng)域興起的一個前沿學(xué)科，已成為當(dāng)今科學(xué)界研究的一個熱點。 近期的研究表明各種新型的介孔材料在化學(xué)、光電子學(xué)、電磁學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、分離科學(xué)等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。 相信，介孔分子篩功能材料將在二十一世紀(jì)材料科學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。納米器件納米器件環(huán)境納米結(jié)構(gòu)反應(yīng)器生物、醫(yī)藥納米生物探測新材料藥

30、物分配器表面積多孔材料信息產(chǎn)業(yè)納米器件的應(yīng)用應(yīng)用最多信息產(chǎn)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)單電子器件磁電子器件過濾器截止器諧振器微電容微電極自旋電子器件共振隧穿器件光電子器件巨磁電阻器件量子點和分子電子器件納米結(jié)構(gòu)器件納米加工信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用納米電子器件的分類(1)納米級CMOS器件(2)量子效應(yīng)器件；(3)單電子器件(4)單分子器件(5)納米傳感器(6)納米集成電路(7)納米存儲器(8)納米CMOS混合電路單電子晶體管SET雖然，將來SET 未必會取代傳統(tǒng)電子學(xué)中的FET ，但已證實它們可用于極低噪聲模擬應(yīng)用它對固態(tài)量子計算機也會是一個有用的讀出器件四個限制，即當(dāng)信號能量、信號電荷、器件尺寸和器件

31、尺寸目前器件還不能完成的某一功能共振隧穿二極管RTD結(jié)構(gòu)簡單，卻具有典型的量子輸運現(xiàn)象的幾乎全部因素已成功建立正確且精確的RTD理論模型實驗制作RTD 已非難事居于半導(dǎo)體科學(xué)和工程研究前沿共振隧穿二極管(RTD)的特點(1)高頻高速工作:隧穿機制和納米尺寸決定了其高速度工作的本質(zhì)；(2)低工作電壓、低功耗:RTD 工作電壓在0.15V 左右，工作電流在A 級，用RTD 構(gòu)成的靜態(tài)隨機存儲器(SRAM) 單元功耗僅為50nW;(3)負(fù)阻和自鎖(self2latching)特性:負(fù)阻為RTD 的基本特性;(4)只用少量器件完成多種邏輯功能:如構(gòu)成一個異或(XOR)門，需要用33個晶體管2晶體管邏輯(TTL)，或16個互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件，如用RTD只需4個器件。分子電子器件2001年年12月月21日，美國日，美國科學(xué)科學(xué)雜志將分子電子學(xué)所雜志將分子電子學(xué)所取得的一系列成就評為取得的一系列成就評為2001年十大科技進(jìn)展之首年十大科技進(jìn)展之首分子導(dǎo)線分子開關(guān)分子整流器與場效應(yīng)晶體管分子電路分子導(dǎo)線