第一篇：金屬納米顆粒論文：金屬納米顆粒的性質(zhì)研究及其應(yīng)用

金屬納米顆粒論文：金屬納米顆粒的性質(zhì)研究及其應(yīng)用

【中文摘要】納米材料的合成和應(yīng)用證明了其在物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿?尤其是納米材料所具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng),使其產(chǎn)生了獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)性質(zhì)以及催化性質(zhì)。金屬納米顆粒的性質(zhì)在近十幾年受到了廣泛關(guān)注。納米尺度的金屬納米材料具備許多塊體材料沒(méi)有的優(yōu)越性質(zhì),其中,金屬納米顆粒所具備的獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)——表面等離子體共振性質(zhì)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一。金屬納米顆粒中的表面等離子體共振是描述其導(dǎo)帶電子在電磁場(chǎng)作用下集體振蕩的一個(gè)物理概念,共振性質(zhì)受尺寸、形狀以及周圍介質(zhì)影響非常顯著。對(duì)納米顆粒尺寸及其形貌的有效控制一直都是大家關(guān)注的。近幾年來(lái),隨金、銀金屬納米顆粒表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)、熒光效應(yīng)的廣泛應(yīng)用,金屬納米顆粒已經(jīng)廣泛應(yīng)用于催化、光催化、信息存儲(chǔ)、表面增強(qiáng)拉曼、太陽(yáng)能電池、生物傳感器、化學(xué)傳感器、非線性光學(xué)、光電子學(xué)等領(lǐng)域。本論文的工作主要致力于金、銀納米顆粒的合成、性質(zhì)及應(yīng)用：通過(guò)油相中無(wú)機(jī)金屬鹽的熱分解,合成不同粒徑的銀納米顆粒；在水相中利用檸檬酸鹽

【英文摘要】The synthesis and applications of metal nanomaterials suggests their great potential foreground in the physical science, chemical science and materials science, especially for unique properties, such as surface effect，volume effect, quantum size effect and macroscopic quantum tunneling effect.These properties render new applications in optics, electrics, chemists and catalyzers.The properties of noble metal nanomaterials attract much attention in recent years.Metal materials in nano-scale have predominant characters which bulk metal lacks of.In particular, metal nanomaterials have excellent optical properties due to the surface plasmon resonance(SPR).SPR is a physical concept of describing the collective oscillations of conduction band electrons in the electromagnetic field, which is influenced significantly by size, shape and surrounding medium.Size and shape of nanoparticles has been the effective control of all concerned.In recent years, with a wide range use of surface-enhanced Raman scattering, fluorescence effect of gold and silver nanoparticles, metal nanoparticles have been widely used in catalysis, photocatalysis, information storage, surface-enhanced Raman, solar cells, bio-sensors, chemical sensors, nonlinear optics, optoelectronics and other fields.This thesis focus emphasis on the synthesis, properties and applications of gold and silver nanoparaticls:the thermal decomposition of inorganic salts in oil phase for synthesis of silver nanoparticles, resulting in different size;using of

citrate reduction of HAuC14 in the aqueous phase for synthesis of gold nanoparticles.With changing different protective agent(oil amine, carboxylic acides of different chain length), the size and solubility of the metal nanoparticles change.Besides, the means of transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HR-TEM), scanning electron microscopy(SEM), X-ray powder diffraction(XRD), UV-visible absorption spectroscopy(UV-Vis)were used to characterized the metal nanoparticle’s phase, size, morphology and optical properties;through different sulfhydryl groups replacing the surface protective agent, we studied the size and surface protective agents dependence of SPR effects.Furthermore, we use spin-coating after photolithography electrodes, to study the electronic properties of metal nanoparticles, and to explore the possible applications in semiconductor devices;when the size of metal nanoparticles drastically reduced, its boiling point sharply decline.After the sintering of the nanoparticles, they can be applied as the electrods of organic semiconductor devices.This paper illustrated the use of silver nanoparticles to serve as electrodes, and explored the role of sintering temperature and sintering time.Finally, we studied the interaction between the

absorption spectra of metal nanoparticles, semiconductors and dyes, exploring their prospects for the applications in solar cells.This thesis mainly focused on the use of chemical liquid phase synthesis methods, combining the structure, performance and applications together, expecting offering help in the preparation of fuctional devices and dye-sensitized thin film solar cells.【關(guān)鍵詞】金屬納米顆粒 表面等離子體共振吸收 噴墨打印銀電極 太陽(yáng)能電池

【英文關(guān)鍵詞】metal nanoparticles surface enhanced plasmon resonance silver inkjet printing electrodes solar cell 【目錄】金屬納米顆粒的性質(zhì)研究及其應(yīng)用8-10ABSTRACT10-11

摘要

第一章 1.2 金

符號(hào)說(shuō)明12-13引言13-19屬納米顆粒的應(yīng)用15-1719-46

1.1 課題研究的背景和意義13-1414-15

1.3 本論文工作及內(nèi)容安排參考文獻(xiàn)17-19第二章 金屬納米顆粒研究現(xiàn)狀

19-21

2.2 金屬納米2.2.2 光性質(zhì)參考文獻(xiàn)2.1 金屬納米顆粒的制備顆粒的性質(zhì)21-3733-3739-4646-67

2.2.1 電性質(zhì)21-33

37-392.3 金屬納米顆粒的表征第三章 金屬納米顆粒的制備及性質(zhì)研究3.1 引言部分46

3.2 羧酸保護(hù)銀納米顆粒合成46-5747-483.2.1 實(shí)驗(yàn)部分46-473.2.3 結(jié)果與討論48-57

3.3.1 實(shí)驗(yàn)部分

3.2.2 樣品表征3.3 油胺保護(hù)銀納米57-58

3.3.2 樣品顆粒的合成57-61表征58析58-593.3.3 結(jié)果與討論58-613.3.3.1 樣品形貌分

3.4 金納3.4.2 金3.5 總結(jié)3.3.3.2 掃描電鏡形貌表征59-61

3.4.1 實(shí)驗(yàn)部分61-623.4.3 結(jié)果與分析62米顆粒的合成61-62納米顆粒的表征6262-6467-77參考文獻(xiàn)64-674.1 引言部分67-68

第四章 金屬納米顆粒的應(yīng)用

4.2 金屬納米顆粒SPR對(duì)

4.2.2 結(jié)果與4.3.1 實(shí)光陽(yáng)極的增強(qiáng)68-70討論68-70驗(yàn)部分7172-7479-80

4.2.1 實(shí)驗(yàn)部分68

4.3 噴墨打印銀電極研究70-724.3.2 結(jié)果與討論71-72參考文獻(xiàn)74-77

4.4 總結(jié)

致謝學(xué)位論

第五章 結(jié)論77-79附錄: 攻讀碩士期間完成的論文80-90

文評(píng)閱及答辯情況表

第二篇：金屬納米材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

金屬納米材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

摘要：本文從金屬納米材料這一金屬材料重要分支進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，其中重點(diǎn)講述了強(qiáng)行塑性變形及膠束法制備納米材料，并分析了金屬納米材料的現(xiàn)狀及對(duì)今后的展望。

關(guān)鍵字：晶粒細(xì)化；強(qiáng)烈塑性變形；膠束法；塊狀納米材料

引言：

金屬材料是指金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。

現(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)金屬材料的服役性能提出了更高的要求，各國(guó)科學(xué)家積極投身于金屬材料領(lǐng)域，向金屬材料的性能極限不斷逼近，充分利用其為人類服務(wù)。

一種嶄新的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，往往需要新材料的支持。例如，人們?cè)缇椭绹姎馐胶娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)比螺旋槳航空發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于沒(méi)有合適的材料能承受噴射出燃?xì)獾母邷?，是這種理想只能是空中樓閣，直到1942年制成了耐熱合金，才使噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的制造得以實(shí)現(xiàn)。

1金屬納米材料的提出

從目前看，提高金屬材料性能的有效途徑之一是向著金屬結(jié)構(gòu)的極端狀態(tài)發(fā)展:一方面認(rèn)為金屬晶界是薄弱環(huán)節(jié),力求減少甚至消除晶界,因此發(fā)展出了單晶與非晶態(tài)合金;另一方面使多晶體的晶粒細(xì)化到納米級(jí)(一般<100 nm,典型為10 nm左右)[1]。細(xì)化晶粒是金屬材料強(qiáng)韌化的重要手段之一,它可以有效地提高金屬材料的綜合力學(xué)性能,尤其是當(dāng)金屬材料的晶粒尺寸減小到納米尺度時(shí),金屬表現(xiàn)出更加優(yōu)異的力學(xué)性能[2]。因此,金屬材料晶粒超細(xì)化/納米化技術(shù)的發(fā)展備受人們關(guān)注,一系列金屬納米材料的制備技術(shù)相繼提出并進(jìn)行了探索,包括電沉積法、濺射法、非晶晶化法、強(qiáng)烈塑性變形法(Severe Plastic Deformation, SPD)、[3]粉末冶金法以及熱噴涂法等。

金屬納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度或由它們作為基本單元構(gòu)成的金屬材料。若按維數(shù)，納米材料的基本單元可分為(類：一是零維。指在空間三維尺度均在納米尺度，如納米粉體、原子團(tuán)簇等；二是一維。指在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；三是二維。指在三維空間中有一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜及超晶格等。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點(diǎn)材料[4]。金屬納米顆粒表現(xiàn)出許多塊體材料所不具備的優(yōu)越性質(zhì),可用于催化、光催化、燃料電池、化學(xué)傳感、非線性光學(xué)和信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

以金金屬具體來(lái)說(shuō)，與塊狀金不同，金納米粒子的價(jià)帶和導(dǎo)帶是分開的。當(dāng)金粒子尺寸足夠小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)，引起金納米粒子向絕緣體轉(zhuǎn)化，并形成不同能級(jí)間的駐電子波。若其能級(jí)間隔超出一定的范圍并發(fā)生單電子躍遷時(shí)，將表現(xiàn)出特殊的光學(xué)和電子學(xué)特性，這些性質(zhì)在晶體管、光控開關(guān)、傳感器方面都有其潛在的應(yīng)用前景。是因?yàn)榻鸺{米粒子的特殊性質(zhì)，使其在生物傳感器、光化學(xué)與電化學(xué)催化、光電子器件等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。近幾年來(lái)，基于金納米粒子在發(fā)生吸附后其表面等離子共振峰會(huì)發(fā)生紅移這一性質(zhì)，對(duì)擔(dān)載金納米粒子的DNA及糖類分子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其在免疫、標(biāo)定、示蹤領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。此外，金納米粒子作為一種新型催化劑在催化氧化反應(yīng)中有著很高的催化活性，而擔(dān)載金納米粒子后，TiO2薄膜的光催化活性極大提高[5]。

2金屬納米材料的制備技術(shù)

如今，金屬納米材料的制備技術(shù)已趨于多樣化發(fā)展，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)具有不同的分類方法。其中基本的可分為物理法，化學(xué)法及其他方法，物理法大致包括粉碎法和構(gòu)筑法，化學(xué)法由氣相反應(yīng)法和液相法。物料的基本粉碎方式是壓碎、剪碎、沖擊粉碎和磨碎。常借助的外力有機(jī)械力、流能力、化學(xué)能、聲能、熱能等。一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機(jī)和振動(dòng)磨是磨碎和沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合。構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子。

氣相法制備金屬納米微粒，主要有氣相冷凝法、活性氫—熔融金屬反應(yīng)法、濺射法、流動(dòng)液面上真空蒸鍍法、通電加熱蒸發(fā)法、混合等離子法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法、爆炸絲法、化學(xué)氣相凝聚法和燃燒火焰—化學(xué)氣相凝聚法。

液相法制備金屬納米微粒，主要有沉淀法、噴霧法、水熱法、溶劑揮 發(fā)分解法、溶膠—凝膠法、輻射化學(xué)合成法。此外還包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、微波等離子體、低壓火焰燃燒、電化學(xué)沉積、溶液的熱分解和沉淀等。

2.1塊體材料制備

金屬納米塊體材料制備加工技術(shù):兩種大塊金屬納米材料的制備方法[6]-[8]。第一種是由小至大，即兩步過(guò)程，先由機(jī)械球磨法、射頻濺射、溶膠—凝膠法、惰性氣體冷凝法等工藝制成納米顆粒，再由激光壓縮、原位加壓、熱等靜壓或熱壓制成大塊金屬納米材料。凡能獲得納米粉末的方法一般都會(huì)通過(guò)后續(xù)加工得到大塊金屬納米材料。第二種方法為由大變小，是將外部能量引入或作用于母體材料，使其產(chǎn)生相或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，直接制備出塊體納米材料。諸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能機(jī)械球磨、嚴(yán)重塑性形變、滑動(dòng)磨損、高能粒子輻照和火花蝕刻等。使大塊非晶變成大塊納米晶材料或利用各種沉積技術(shù)獲得大塊金屬納米材料。

大塊金屬納米材料制備技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)量大及適應(yīng)范圍寬，能獲得樣品界面清潔且無(wú)微孔的大尺寸納米材料制備技術(shù)。其發(fā)展方向是直接晶化法。實(shí)際上今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)塊狀納米晶樣品制備仍以非晶晶化法和機(jī)械合金化法為主[4]?，F(xiàn)在需要克服的是機(jī)械合金化中微孔隙的大量產(chǎn)生，亦應(yīng)注意其帶來(lái)的雜質(zhì)和應(yīng)力的影響。今后納米材料制備技術(shù)的研究重點(diǎn)將是高壓高溫固相淬火，脈沖電流及深過(guò)冷直接晶化法和與之相關(guān)的復(fù)合塊狀納米材料制備及研究工作。

2.2 強(qiáng)烈塑性變形法（SPD技術(shù)）

強(qiáng)烈塑性變形法（SPD技術(shù)）是在不改變金屬材料結(jié)構(gòu)相變與成分的前提下,通過(guò)對(duì)金屬材料施加很大的剪切應(yīng)力而引入高密度位錯(cuò),并經(jīng)過(guò)位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、重排和湮滅等一系列過(guò)程,將平均晶粒尺寸細(xì)化到1μm以下,獲得由均勻等軸晶組成、大角度晶界占多數(shù)的超細(xì)晶粒金屬材料的一種工藝方法[9]。SPD是一種致力材料納米化的方法,其特點(diǎn)是利用劇烈塑性變形的方式,在較低溫度下(一般<0.4Tm, Tm為金屬熔點(diǎn))使常規(guī)金屬材料粗晶整體細(xì)化為大角晶界納米晶,無(wú)結(jié)構(gòu)相變與成分改變,其主要的變形方式是剪切變形。它不僅是一種材料形狀加工的手段,而且可以成為獨(dú)立改變材料內(nèi)部組織和性能的一種技術(shù),在某些方面,甚至超過(guò)熱處理的功效。它能充分破碎粗大增強(qiáng)相,尤其是在促使細(xì)小顆粒相均勻分布時(shí)比普通軋制、擠壓效果更好,顯著提高金屬材料的延展性和可成形性。在應(yīng)用方面,到目前為止,通過(guò)SPD法取得了純金屬、合金鋼、金屬間化合物、陶瓷基復(fù)合材料等的納米結(jié)構(gòu),而且投入了實(shí)際應(yīng)用并獲得了認(rèn)可[3]。譬如,通過(guò)SPD法制備的納米Ti合金活塞,已用于小型內(nèi)燃機(jī)上;通過(guò)SPD法制備的納米Ti合金高強(qiáng)度螺栓,也已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和宇宙飛船上。這些零件可以滿足高強(qiáng)度、高韌性、較高的疲勞性能的要求,從而大大提高了使用壽。

經(jīng)過(guò)近年的快速發(fā)展,人們對(duì)采用SPD技術(shù)制備金屬納米/超細(xì)晶材料已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)。但是,不管是何種SPD法制備納米材料,目前,還處在工藝可行性分析及材料局部納米化的實(shí)驗(yàn)探索階段,存在諸如成形效率低、變形過(guò)程中出現(xiàn)疲勞裂紋、工件尺寸小、顯微組織不均勻、材料納米化不徹底等問(wèn)題,對(duì)SPD制備納米/超細(xì)晶金屬材料的成形機(jī)理沒(méi)有統(tǒng)一的定論。

2.3膠束法

膠束法是控制金屬納米顆粒形狀的另一個(gè)重要方法[10]。膠束以一小部分增溶的疏水物質(zhì)或親水物質(zhì)形式存在。如果表面活性劑的濃度進(jìn)一步增大,增溶程度會(huì)相應(yīng)提高。膠束尺寸可增大到一定的范圍,此時(shí)膠束尺寸比表面活性劑的單分子層厚度要大很多,這是因?yàn)閮?nèi)池中的水或者油的量增大的緣故。如果表面活性劑的濃度進(jìn)一步增大,膠束則會(huì)被破壞而形成各種形狀,這也為合成不同形狀的納米粒子提供了可能。合成各種形貌的金屬納米顆粒的方法還包括高溫分解法、水熱法、氣相沉積法、電化學(xué)法等。其中,高溫分解法是在高溫下分解前驅(qū)體;水熱法是一種在高溫高壓下從過(guò)飽和水溶液中進(jìn)行結(jié)晶的方法;氣相沉積法是將前驅(qū)體用氣體帶入反應(yīng)器中,在高溫襯底上反應(yīng)分解形成晶體。這3種方法均可以得到純度高、粒徑可控的納米粒子,但是制備工藝相對(duì)復(fù)雜,設(shè)備比較昂貴。電化學(xué)方法中可采用石墨、硅等作陰極材料,在水相中還原制備不同金屬納米顆粒,也可采用模板電化學(xué)法制備金屬納米管、納米線等不同形貌的納米材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單,但目前還沒(méi)有大規(guī)模合成方面的應(yīng)用。

2.4雙模板法制納米點(diǎn)陣[11]

采用先后自組裝、沉積和溶解的方法，制成2種模板，然后在其中空球模板中電化學(xué)沉積得到納米粒子點(diǎn)陣，溶去另外一種模板后得到納米粒子點(diǎn)陣。這是目前獲得粒子均勻排列有序納米粒子點(diǎn)陣的最有效的方法，關(guān)鍵是如何控制粒子的大小和獲得較窄且均勻的粒度分布。

3金屬納米材料的現(xiàn)狀分析

納米技術(shù)在生產(chǎn)方式和工作方式的變革中正在發(fā)揮重要作用，它對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)繁榮、國(guó)家安定和人類生活質(zhì)量的提高所產(chǎn)生的影響無(wú)法估量。鑒于納米技術(shù)及納米材料特別是金屬納米材料在未來(lái)科技中的重要地位及產(chǎn)業(yè)化的前景一片光明，目前世界上各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視金屬納米材料，從戰(zhàn)略高度部署納米技術(shù)研究，以提高未來(lái)10年至20年在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)能力。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者羅雷爾說(shuō)過(guò)：20世紀(jì)70年代重視微米研究的國(guó)家如今都成為發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)今重視納米技術(shù)和納米材料的國(guó)家極可能成為下世紀(jì)的先進(jìn)國(guó)家。最近美國(guó)在國(guó)家科學(xué)技術(shù)理事會(huì)的主持下，提出“國(guó)家納米技術(shù)倡議”：納米技術(shù)將對(duì)21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和社會(huì)產(chǎn)生重大影響，可能與信息及生物技術(shù)一樣，引導(dǎo)下一個(gè)工業(yè)革命，應(yīng)該置其于科技的最優(yōu)先位置。世界各國(guó)制定納米技術(shù)和納米材料的戰(zhàn)略是：以未來(lái)的經(jīng)濟(jì)振興和國(guó)家的實(shí)際需求為目標(biāo)，牽引納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)研究；組織多學(xué)科的科技人員交叉創(chuàng)舉，重視基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的銜接，重視技術(shù)集成；重視納米材料和技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品，提高高技術(shù)含量，同時(shí)部署納米技術(shù)和納米材料在環(huán)境、能源和信息等重要領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。我國(guó)納米技術(shù)和納米材料始于20世紀(jì)80年代末?！鞍宋濉逼陂g，納米材料科學(xué)列入國(guó)家攀登項(xiàng)目。納米材料的應(yīng)用研究自1996年以后在準(zhǔn)一維納米絲納米電纜的制備等幾個(gè)方面取得了重大成果。我國(guó)約有1萬(wàn)人從事納米研究與發(fā)展，擁有20多條生產(chǎn)能力在噸級(jí)以上的納米材料粉體生產(chǎn)線。生產(chǎn)的納米金屬與合金的種類有：銀、鈀、銅、鐵、鈷、鎳、鋁、鉭、銀-銅合金、銀-錫合金、銦-錫合金、銅-鎳合金、鎳-鋁合金、鎳-鐵合金、鎳-鈷合金[4]。

4結(jié)束語(yǔ)及展望

隨著金屬納米科技的發(fā)展,金屬納米材料的制備已日漸成熟,并廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)方面，金屬納米科學(xué)也將成為受人矚目的學(xué)科。但目前還存在一些不足，如在對(duì)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與機(jī)理的探索、金屬納米材料的規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用等方面還需要我們進(jìn)行更加深入和系統(tǒng)的研究。不過(guò)，我們有理由相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，上述金屬納米材料化學(xué)制備的新技術(shù)和新方法將會(huì)得到不斷創(chuàng)新與發(fā)展完善并將產(chǎn)生新的突破，它們將極大地推動(dòng)金屬納米材料的規(guī)模制備與廣泛實(shí)際應(yīng)用，并最終在不久的將來(lái)產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

今后金屬納米的發(fā)展趨勢(shì)： 1在制備方面，大量的新方法、新工藝不斷出現(xiàn)，希望找到產(chǎn)量大、成本低、無(wú)污染、尺寸可控的制備方法，為產(chǎn)業(yè)化服務(wù)。

2實(shí)用化研究提到日程上，出現(xiàn)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用并行發(fā)展的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)金屬材料進(jìn)行納米改性，以期獲得優(yōu)良性能。

3日益體現(xiàn)出多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)材料的研究不僅依賴于物理、化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，而且同電子學(xué)、生物學(xué)、測(cè)量學(xué)等產(chǎn)生越來(lái)越緊密的聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：基于金屬納米槽網(wǎng)格的透明電極的研究

基于金屬納米槽網(wǎng)格的透明電極研究

透明導(dǎo)電電極是許多柔韌性的光電設(shè)備的重要組件，包括觸屏和電子交換機(jī)。銦錫氧化物薄膜——是典型的透明電極材料——表現(xiàn)了優(yōu)越的電學(xué)行為，但是，薄膜易碎，且有低的紅外線透光度和較低的材料儲(chǔ)備，這使得它在現(xiàn)實(shí)工業(yè)上的應(yīng)用受到阻礙。最近發(fā)布的一些報(bào)道，例如導(dǎo)電聚合物，碳納米管和石墨烯都可以替代它。然而，盡管這樣會(huì)使它的柔韌性顯著提高，但是以碳為基體的材料的光電性能所表現(xiàn)的低導(dǎo)電性給了它很大的局限性。其他的一些例子包括金屬基納米電極能夠達(dá)到在90%的透光率下，薄膜電阻可以小于10Ω，這是由于金屬高的導(dǎo)電性造成的。為了達(dá)到這些性能，金屬納米線必須無(wú)缺陷，導(dǎo)電性接近他們?cè)谌萘可系牡闹?，使線與線的連接點(diǎn)的數(shù)量盡可能的小，呈現(xiàn)出小的連接電阻。這里我們提出一個(gè)簡(jiǎn)單地制作過(guò)程，根據(jù)我們?nèi)康男枨髞?lái)制造一種新的具有優(yōu)良光電子性能（2Ω的薄膜電阻，90%的透光率）和在拉伸與彎曲作用下保持良好的機(jī)械柔韌性的透明導(dǎo)電電極。這種電極是由獨(dú)立的金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)組成以及被生產(chǎn)要通過(guò)靜電紡絲和金屬沉積的過(guò)程。我通過(guò)制作一個(gè)柔韌性好的觸摸屏和一個(gè)透明導(dǎo)電膠帶的方式來(lái)證明透明導(dǎo)電電極在實(shí)際中的應(yīng)用。

用掃描電子顯微鏡（SEM）來(lái)表征納米槽的微觀結(jié)構(gòu)。圖1b是了納米槽網(wǎng)格的典型結(jié)構(gòu)，在這種情況下，一個(gè)均勻的相互纏結(jié)的金納米網(wǎng)格網(wǎng)狀物的寬度達(dá)到400納米，長(zhǎng)度超過(guò)1毫米。在金屬沉積物中，獨(dú)特的納米網(wǎng)格在它們的結(jié)點(diǎn)位置自然地相互聯(lián)結(jié)在一起是很重要的（如圖1b）。合成的納米槽的SEM圖像證實(shí)了聚合物纖維模板得到了充分的變形，通過(guò)凹截面清除固體帶狀物。水槽的厚度是80納米左右，通過(guò)改變金屬沉積的時(shí)間來(lái)獲取不同的槽的厚度。每個(gè)水槽平均寬度406nm（如圖S6），并能通過(guò)用靜電紡絲的手段控制聚合物纖維模板的直徑來(lái)完成調(diào)整。圖一展示了金納米槽成功附著在不同表面，這些表面包括載玻片，PET塑料制品，紙，紡織品和曲面玻璃燒瓶，它們?nèi)繘](méi)有表面處理，也沒(méi)有制作全部的表面高傳導(dǎo)（圖1d，如圖s9）。納米槽很牢固的吸附在基底上，且不能被膠帶剝落（添加影片S1）。

超過(guò)80nm的金屬薄膜通常具有低的透明度，但是金屬納米槽具有高的透明度（如圖S10）。圖2a將各種表面電阻Rs以玻璃為基片的金屬納米槽電極的透明度進(jìn)行劃分。銅，金和銀納米槽在90%的透光率下的電阻值分別為2.8Ω和10Ω。銅納米槽網(wǎng)格表現(xiàn)出最好的性能——透光率為90%2的電阻為20Ω，95%時(shí)為10Ω，以及97%時(shí)電阻為17Ω——這一性能可以與最先進(jìn)的ITO相媲美，而且優(yōu)于其他透明導(dǎo)電電極，例如那些以石墨烯，碳納米管為基體的薄膜，可溶解加工的銀納米線或銅納米線以及金屬網(wǎng)絡(luò)、薄的金屬片和導(dǎo)電聚合物。

（圖1 納米槽的制造和的轉(zhuǎn)移過(guò)程。a，聚合物納米線模板制造納米槽過(guò)程的原理圖。聚合物納米線模板通過(guò)靜電紡絲，選擇優(yōu)質(zhì)材料，用標(biāo)準(zhǔn)薄膜沉積技術(shù)來(lái)進(jìn)行涂層。纖維涂層通過(guò)固體基片被轉(zhuǎn)移?；S后被浸在水或者有機(jī)溶劑用以清除聚合物纖維模板。b，金納米槽網(wǎng)格和兩個(gè)納米槽的連接點(diǎn)的SEM圖。c，獨(dú)立的金納米槽的SEM橫截面圖片展示了凹形形狀d，金納米槽網(wǎng)格能夠簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)移到各種基體上，包括玻璃載片，PET塑料，紙，紡織品和曲面玻璃燒瓶（從左往右））

納米槽電極的這種卓越的性能歸因于以下幾種重要因素。首先，金屬納米槽是由用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的沉積薄膜工藝生產(chǎn)出來(lái)的，沉積工藝生產(chǎn)了高質(zhì)量的金屬。例如，一個(gè)單獨(dú)的金納米槽有2.2×105Scm-1 的電導(dǎo)率（通過(guò)四點(diǎn)探針來(lái)衡量），這個(gè)可以與他的多晶容量值相比（4.1×105Scm-1）（圖2b，以及圖S12和S13）。相對(duì)于與他們的大部分同類物品相比，納米結(jié)構(gòu)的金屬通常有更低的導(dǎo)電性的這個(gè)數(shù)據(jù)是很重要的，在合成期間也許由于雜質(zhì)的生成，減少了結(jié)晶質(zhì)量，在表面有污垢或表面活性劑，以及電子散射。例如單晶的銀納米線的導(dǎo)電性大約低于多晶的十倍。相反的，我們的納米槽展現(xiàn)的電導(dǎo)率接近多晶的一半，可能是由于蒸發(fā)造成的結(jié)果，生產(chǎn)了清潔和高質(zhì)量的金屬。

第二，納米槽形成了高度均勻、相互聯(lián)結(jié)的網(wǎng)格狀。這些納米槽電極的特性由滲透理論描述出來(lái)（如圖S11）。這些納米槽網(wǎng)格需要有特殊的過(guò)濾參數(shù)來(lái)完成高性能透明導(dǎo)電電極（如表S1）。它表明過(guò)濾參數(shù)主要依賴于網(wǎng)格的均勻性。改進(jìn)方案之所以能夠被觀察歸因于網(wǎng)格在空間上的一致性，這個(gè)網(wǎng)格是通過(guò)靜電紡絲的方法均勻分布在聚合物納米線模板上完成的。納米槽網(wǎng)格的這種互相聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)也避免產(chǎn)生了大量的連接電阻，金屬納米線網(wǎng)格中的普通障礙物。

第三，納米槽的凹形減少了電磁的橫截面，相對(duì)于平的納米條允許了更多的可見(jiàn)光通過(guò)。（如圖S15）金屬納米槽網(wǎng)格表現(xiàn)出了一個(gè)從300nm到2000nm的透明光譜（圖2c，如圖S16）。一些光電設(shè)備通過(guò)一些額外的彩色修正部件得到令人滿意的寬頻光譜，使紅外傳感器和偵測(cè)器的應(yīng)用成為可能，以及能夠通過(guò)利用紅外光譜提高太陽(yáng)能電池的效率（常見(jiàn)的ITO導(dǎo)體變得幾乎不透明）。

化學(xué)穩(wěn)定性是透明導(dǎo)電的另一個(gè)需要我們注意的重點(diǎn)。附加圖S17展示了各種金屬納米槽網(wǎng)格在受到高溫和濕度的影響時(shí)電阻的改變。通過(guò)表面鈍化使化學(xué)穩(wěn)定性提高，以及證明我們之前對(duì)銅納米線做的研究。納米槽的鈍化已經(jīng)超出了我們當(dāng)前的研究范圍，它將成為未來(lái)的研究課題。

我們的金屬納米槽網(wǎng)格是可以彎曲的，且能伸展、能折疊。為了檢測(cè)他們的機(jī)械性能，我們將納米網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到178μm厚的PET基片上，彎曲這個(gè)薄膜達(dá)到2mm的半徑范圍或者彎曲2000次，使薄膜厚度達(dá)到20mm。彎曲之后再次測(cè)試這個(gè)透明電極，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性有顯著的衰減。但是與此相反的是ITO薄膜在彎曲小于50毫米，或者彎曲20毫米超過(guò)20次之后導(dǎo)電性有嚴(yán)重的衰減。透明電極的延展性通過(guò)轉(zhuǎn)移納米槽網(wǎng)格纖維底片來(lái)檢測(cè)，而不是表面活化。在單向拉伸產(chǎn)生50%的應(yīng)變時(shí)薄膜的電阻增加了40%，它可以與碳納米基的透明彈性導(dǎo)體的性能相比，而且在很大程度上對(duì)于相似厚度的金屬薄膜在電阻上還有很顯著的增加。

將納米槽網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到了紙上來(lái)測(cè)試其在極端條件下的機(jī)械性能。把電極壓碎然后展開在紙上，我們發(fā)現(xiàn)電極仍保持導(dǎo)電性，且在電阻上僅僅發(fā)生了有限的改變（如圖3a，以及S18）。這個(gè)機(jī)械學(xué)上的原理是，在折疊期間納米槽仍保持連續(xù)，經(jīng)過(guò)納米級(jí)變形來(lái)緩和外部壓力。而且從SEM圖中可以看出，獨(dú)立的金屬納米槽網(wǎng)格能夠折疊而不會(huì)破損。這些耐用的納米槽網(wǎng)格也能夠轉(zhuǎn)移到商業(yè)的透明膠帶上去，可以生產(chǎn)透明導(dǎo)電膠帶。這個(gè)透明導(dǎo)電膠帶能夠很容易的黏住材料表面，且不需要表面處理而使材料表面導(dǎo)電。這個(gè)新的技術(shù)也許能簡(jiǎn)單地用運(yùn)在光電設(shè)備集成上，也可以擴(kuò)大透明導(dǎo)電電極應(yīng)用的領(lǐng)域。

由于金屬納米槽電極的一些優(yōu)勢(shì)，包括容易制作，不需要轉(zhuǎn)移，高的透明度和良好的柔韌性，因此這些電極也能夠應(yīng)用在實(shí)際的光電設(shè)備上。事實(shí)上，我們已經(jīng)展示了一個(gè)高性能的納米槽，并與有抵抗性的觸摸屏裝置合為一體。這個(gè)裝置的操作展示在動(dòng)畫S3。

最后，連續(xù)的金屬納米槽獨(dú)特的凹形和納米級(jí)尺寸也可以引起一些光學(xué)特性。為了理解入射光掃描和納米槽之間的作用關(guān)系，我們用數(shù)字解決麥克斯韋方程，并獲得納米槽周圍光強(qiáng)度的擬域分布。我們的仿真預(yù)言了局部“光集中”現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)有關(guān)，在金屬納米槽附近有效的聚合了光。對(duì)于橫向磁場(chǎng)極化，掃描強(qiáng)度幾乎是表面離子效應(yīng)環(huán)繞功能區(qū)內(nèi)部的七倍。有趣的是，橫斷面電子極化，甚至沒(méi)有表面離子效應(yīng)，納米槽仍然能夠提供一個(gè)有效的的輕聚合效果，包括通過(guò)中心6.5處的因素使掃描強(qiáng)度加強(qiáng)。這是由于功能區(qū)獨(dú)特的橫截面，宏觀水槽反光鏡的活動(dòng)是為了獲取中心掃描強(qiáng)度的最大值。這種獨(dú)特的局部光聚合效應(yīng)在一些光電子的應(yīng)用上是有希望的，包括太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能燃料，光輔助局部化學(xué)反應(yīng)以及光量傳感器等。

總之，我們發(fā)現(xiàn)金屬納米槽透明導(dǎo)電電極表現(xiàn)出卓越的光電子性能（對(duì)比同等級(jí)的ITO）和優(yōu)越的機(jī)械性能（能夠忍受巨大的彎曲和拉伸應(yīng)力）。它們的合成是基于標(biāo)準(zhǔn)的靜電紡絲和金屬沉積技術(shù)，能夠簡(jiǎn)易的合成并能被人們?nèi)菀捉邮?。這樣的金屬納米槽電極能夠取代ITO，它可以廣泛的應(yīng)用在太陽(yáng)能電池，觸摸傳感器以及平板顯示器，還可以用于一些新型的應(yīng)用領(lǐng)域例如柔韌電子和皮膚傳感器。

方法：

納米槽的制作：高分子納米纖維模板通過(guò)靜電紡絲合成，低成本和高質(zhì)量制備連續(xù)超長(zhǎng)的納米纖維是一項(xiàng)卓越的技術(shù)?？扇苡谒木酆衔锇≒VA和PVP，被用作原材料來(lái)生產(chǎn)自然可降解的聚合物模板。前驅(qū)體溶液是通過(guò)將聚合粉添加到去離子水中，然后加熱到80℃保持10小時(shí)來(lái)制備的。

15kv的電壓被用到高電壓源的溶液。獨(dú)立的纖維逐步形成一個(gè)網(wǎng)格，收集在銅的框架上。納米纖維的密度通過(guò)改變靜電紡絲的時(shí)間來(lái)控制。金屬納米槽通過(guò)鉻、金、銅、銀和鋁、白金和鎳的電子束蒸發(fā)來(lái)形成一個(gè)1×10-6Pa的底面壓力。對(duì)于應(yīng)用在透明電極的金屬納米槽網(wǎng)格，在一個(gè)恒定的10nm厚度的地方放了全部的金屬，除非有其他說(shuō)明。在蒸發(fā)期間式樣的溫度維持在60℃以下。硅和ITO納米槽的產(chǎn)生是基于125W的低功率和5托的壓力電磁噴射而產(chǎn)生的。值得注意的是納米槽的質(zhì)量會(huì)受到聚合物模板的選擇的影響。因此，PVP納米纖維模板通過(guò)金，鉑，硅和ITO的納米槽來(lái)選擇，然而PVA納米纖維模板被用在銅，銀和鋁上。（蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，使之在工件或基片表面析出的過(guò)程。）

對(duì)于光學(xué)和電學(xué)的的描述。這個(gè)薄膜的電阻用四點(diǎn)探針裝配的萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量，以便排除接觸電阻。納米槽的導(dǎo)電性是用一個(gè)獨(dú)立的納米槽裝置來(lái)決定的。對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)格用乙醇進(jìn)行超聲處理，以形成懸浮的單個(gè)的納米槽。納米槽澆鑄到氧化硅基體上，并且用標(biāo)準(zhǔn)的電子束影印和鉻或金的熱蒸發(fā)的手段將圖案印到裝置上。納米槽裝置用安捷倫科技公司B1500A半導(dǎo)體裝置分析儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量。用石英鎢鹵族燈作為光源來(lái)測(cè)量透光率，外加單色儀來(lái)控制波長(zhǎng)。虹膜和凸透鏡用來(lái)聚焦光線到1mm×2mm，而且分束器將光線分離成完整的球面和光電二極管。為了強(qiáng)有力的校準(zhǔn)光，將光電二極管與靜電計(jì)相連。將樣品放在積分球面上，因此球面光，漫射光和薄霧全部被包含進(jìn)去。同一玻璃載片被用來(lái)參考。一個(gè)能量測(cè)算單位被用來(lái)衡量來(lái)自積分球的光電流，透射比基于參考平面的玻璃滑動(dòng)來(lái)計(jì)算。因此，標(biāo)準(zhǔn)的透射比不包括玻璃基板的透射比。

觸摸屏裝置的制作。四線模擬觸摸屏裝置是由來(lái)自TVI電子工業(yè)重裝的。用一個(gè)PET薄膜和ITO玻璃塊的ITO電極組成2.8英寸的一個(gè)裝置，通過(guò)聚合物墊片方格來(lái)隔開。在重建裝置中，ITO和PET薄膜被一個(gè)178μm厚的PET的金納米槽網(wǎng)格所代替。為了制備金納米槽透明導(dǎo)電電極原件，金納米槽網(wǎng)格被移動(dòng)到PET基片，然后用具有塑料硬膜的400nm厚的銅線對(duì)其進(jìn)行圖案裝飾。銅電路允許金納米槽電極與商業(yè)的控制器結(jié)合，而且它與計(jì)算機(jī)形成界面。三明治結(jié)構(gòu)的裝置最終被雙面膠帶密封了。測(cè)試的軟件也是由商家提供。

圖1為聚合物納米纖維模板制備納米槽的原理圖。聚合物納米纖維模板第一次通過(guò)靜電紡絲的方式來(lái)制備，然后涂上上等材料用標(biāo)準(zhǔn)的薄膜沉積技術(shù)。這個(gè)涂層纖維被轉(zhuǎn)移到固體基片上。為了溶解掉聚合物纖維模板這個(gè)基片隨后被浸在水里或者有機(jī)溶劑。

圖2為金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)（左）和兩個(gè)納米槽的接點(diǎn)的頂視ＳＥＭ圖片。

圖３單壁金屬納米槽的橫截面ＳＥＭ圖片，展示了它的凹面形。

圖４金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)能夠很容易的轉(zhuǎn)移到各種基片上，包括玻璃載片，ＰＥＴ塑料制品，紡織品和曲面玻璃燒瓶（如圖從左向右）。

銅，金，銀和鋁納米槽網(wǎng)絡(luò)的表面電阻和透光率的對(duì)比，這可以通過(guò)滲透理論來(lái)描述。ITO，碳納米管，石墨烯，銀納米線，銀網(wǎng)格以及鍍鎳薄膜表現(xiàn)出的性能作對(duì)比。值得注意的是提到的透射比并不包括基片的透射比。

D，對(duì)在178微米厚的PET基體上涂抹ITO薄膜以及金納米槽網(wǎng)格的透明電極組合在彎曲下電阻的變化。E，金納米槽電極和ITO電極涂抹在PET薄膜上在10mm的半徑范圍上彎折不同次數(shù)對(duì)電阻的影響。F，對(duì)可伸展的透明電極包含涂在0.5mm厚的PDMS的基底上的金納米槽網(wǎng)格進(jìn)行拉伸來(lái)看對(duì)Rs的影響。金薄膜相對(duì)于納米槽發(fā)生了很快的退化。

第四篇：石墨烯納米銀線金屬網(wǎng)格對(duì)比分析

石墨烯/納米銀線/金屬網(wǎng)格對(duì)比分析

OFweek顯示網(wǎng)訊：從觸摸屏產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)講，玻璃基板、Petfilm、膠材是產(chǎn)業(yè)上游的主要材料，而玻璃基板、Petfilm的供應(yīng)被美日企業(yè)所壟斷。ITO玻璃、ITOfilm、sensor（包含觸控IC）、coverlens是中游部分，下游的就是觸控模組一塊。從近幾年的觸控材料研發(fā)上看，替代性材料的研發(fā)主要在上中游部分。

2013年，國(guó)內(nèi)電容屏出貨面積超過(guò)400萬(wàn)平方米，其中ITO導(dǎo)電玻璃需求量超過(guò)360萬(wàn)平方米，ITO PET導(dǎo)電膜需求量超過(guò)140萬(wàn)平方米。從觸摸屏產(chǎn)業(yè)上游材料的成本分析，ITO材料占據(jù)40%左右。且隨著觸摸屏行業(yè)的發(fā)展，對(duì)ITO材料的需求將越來(lái)越大，作為稀有金屬的銦，不但價(jià)格隨之不斷上漲，而且將會(huì)有告罄的危險(xiǎn)，所以在此進(jìn)行分析的烽煙四起的觸控材料，主要為替代ITO的石墨烯、Metal Mesh和納米銀。

東莞市鑫聚光電科技有限公司董事長(zhǎng)蔡文珍表示，三種材料中，納米銀線是唯一一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用前景的。理論上，石墨烯的透光度及電阻性能都占優(yōu)勢(shì)，但是由于其制備過(guò)程工藝復(fù)雜，在設(shè)備改進(jìn)、工藝優(yōu)化等方面都預(yù)示在前期需要有巨大的投入。相信石墨烯在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都不具備量產(chǎn)的條件。

金屬網(wǎng)格最主要的優(yōu)勢(shì)在于成本低且導(dǎo)電性佳，但為了達(dá)到足透的光穿透率，在線細(xì)化過(guò)程中必須拿掉95%～99%的觸控感應(yīng)面積，導(dǎo)致觸控訊號(hào)降低20～100倍，現(xiàn)今觸控IC難以支持；其二，為了讓眼睛看不到，金屬線寬必須小于5微米，使的其黃光顯影制程或精密印刷技術(shù)費(fèi)用高；此外，5微米金屬線不斷裂、解決金屬反射問(wèn)題、材料氧化等問(wèn)題都讓金屬網(wǎng)格技術(shù)備受考驗(yàn)。在解決以上難題時(shí)，成本也會(huì)隨之增加，屆時(shí)Metal Mesh是否還具備成本優(yōu)勢(shì)是廠商必須考量的問(wèn)題。

相比之下，納米銀線在工藝制程上就擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、良率高。由于線寬較小，銀線技術(shù)制成的導(dǎo)電薄膜相比于金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜可以達(dá)到更高的透光率。再次，納米銀線薄膜相比于金屬網(wǎng)格薄膜具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時(shí)電阻變化率較小，應(yīng)用在具有曲面顯示的設(shè)備，例如智能手表，手環(huán)等上的時(shí)候，更具有優(yōu)勢(shì)。銀納米線除具有銀優(yōu)良的導(dǎo)電性之外，由于納米級(jí)別的尺寸效應(yīng)，還具有優(yōu)異的透光性、耐曲撓性。此外由于銀納米線的大長(zhǎng)徑比效應(yīng)，使其在導(dǎo)電膠、導(dǎo)熱膠等方面的應(yīng)用中也具有突出的優(yōu)勢(shì)。以鑫聚光電目前小批量生產(chǎn)的納米銀線產(chǎn)品為例，是利用研發(fā)出來(lái)的液體涂料，經(jīng)過(guò)涂布機(jī)涂在基膜上，然后經(jīng)過(guò)干燥、覆蓋保護(hù)膜，成品的生產(chǎn)就完成了。而且，鑫聚光電擁有完善的LCD用光學(xué)膜產(chǎn)品生產(chǎn)線，納米銀線的部分制程與LCD用光學(xué)膜制程相似，因此，鑫聚產(chǎn)線擁有很大的通用性，大大減少了前期對(duì)于產(chǎn)線的投入，從而降低了產(chǎn)品成本。

第五篇：淺談納米材料的應(yīng)用(論文)1

納米材料的應(yīng)用

張健華

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)101班

摘要：納米技術(shù)是當(dāng)今世界最有前途的決定性技術(shù)。納米技術(shù)目前已成功用于許多領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)及生物檢測(cè)、制造業(yè)、光學(xué)以及國(guó)防等等。有人曾經(jīng)預(yù)測(cè)在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國(guó)相繼投入巨資進(jìn)行研究，美國(guó)從2000年啟動(dòng)了國(guó)家納米計(jì)劃，國(guó)際納米結(jié)構(gòu)材料會(huì)議自1992年以來(lái)每?jī)赡暾匍_一次，與納米技術(shù)有關(guān)的國(guó)際期刊也很多。關(guān)鍵詞：納米材料

納米技術(shù)

特殊材料

應(yīng)用

一、納米發(fā)展小史

1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德●費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。1991年，美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。

二、何為納米材料

納米（nm）是長(zhǎng)度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來(lái)說(shuō)，納米是一個(gè)很小的單位，例如：人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來(lái)表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

三、納米材料的特殊性質(zhì)

納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)散率，它對(duì)蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。因此納米材料所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)出的性質(zhì)。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強(qiáng)度——硬度、高擴(kuò)散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率、強(qiáng)軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特殊導(dǎo)體、分子篩、超微復(fù)合材料、熱交換材料、敏感元件、催化劑等領(lǐng)域。

四、納米技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域方面的應(yīng)用

陶瓷材料作為材料的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。但是，由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆，韌性、強(qiáng)度較差，因而使其應(yīng)用受到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，希望以此來(lái)克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。英國(guó)材料學(xué)家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料，也就是說(shuō)晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級(jí)的水平上。要制作納米陶瓷，這就需要解決：粉體尺寸形貌和粒徑分布的控制，團(tuán)聚體的控制和分散，塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制。

雖然納米陶瓷還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但其優(yōu)良的低溫和高溫力學(xué)性能、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性，使其在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件等諸多方面都有廣泛的應(yīng)用，并在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.2 納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用

納米電子學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，其主要思想是基于納米粒子的量子效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)并制備納米量子器件，它包括納米有序（無(wú)序）陣列體系、納米微粒與微孔固體組裝體系、納米超結(jié)構(gòu)組裝體系。納米電子學(xué)的最終目標(biāo)是將集成電路進(jìn)一步減小，研制出由單原子或單分子構(gòu)成的在室溫能使用的各種器件。

目前，利用納米電子學(xué)已經(jīng)研制成功各種納米器件。單電子晶體管，紅、綠、藍(lán)三基色可調(diào)諧的納米發(fā)光二極管以及利用納米絲、巨磁阻效應(yīng)制成的超微磁場(chǎng)探測(cè)器已經(jīng)問(wèn)世。并且，具有奇特性能的碳納米管的研制成功，為納米電子學(xué)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。

納米電子學(xué)立足于最新的物理理論和最先進(jìn)的工藝手段，按照全新的理念來(lái)構(gòu)造電子系統(tǒng)，并開發(fā)物質(zhì)潛在的儲(chǔ)存和處理信息的能力，實(shí)現(xiàn)信息采集和處理能力的革命性突破，納米電子學(xué)將成為對(duì)世紀(jì)信息時(shí)代的核心。

4.3 納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用

眾所周知，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小單位。生物分子是很好的信息處理材料，每一個(gè)生物大分子本身就是一個(gè)微型處理器，分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以可預(yù)測(cè)方式進(jìn)行狀態(tài)變化，其原理類似于計(jì)算機(jī)的邏輯開關(guān)，利用該特性并結(jié)合納米技術(shù)，可以此來(lái)設(shè)計(jì)量子計(jì)算機(jī)。美國(guó)南加州大學(xué)的Adelman博士等應(yīng)用基于DNA分子計(jì)算技術(shù)的生物實(shí)驗(yàn)方法，有效地解決了目前計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題-“哈密頓路徑問(wèn)題”，使人們對(duì)生物材料的信息處理功能和生物分子的計(jì)算技術(shù)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

未來(lái)，納米計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，將會(huì)使當(dāng)今的信息時(shí)代發(fā)生質(zhì)的飛躍。它將突破傳統(tǒng)極限，使單位體積物質(zhì)的儲(chǔ)存和信息處理的能力提高上百萬(wàn)倍，從而實(shí)現(xiàn)電子學(xué)上的又一次革命。

4.4 納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用

納米技術(shù)的發(fā)展，使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運(yùn)算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn)有雷達(dá)信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對(duì)地偵察。但是要獲取高分辨率圖像，就必需先進(jìn)的數(shù)字信息處理技術(shù)?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將光調(diào)制器和光探測(cè)器結(jié)合在一起的量子阱自電光效應(yīng)器件，將為實(shí)現(xiàn)光學(xué)高速數(shù)學(xué)運(yùn)算提供可能。在經(jīng)過(guò)多個(gè)科學(xué)家研究的發(fā)現(xiàn)，無(wú)能量閾納米激光器的運(yùn)行還可以得出速度極快的激光器。由于只需要極少的能量就可以發(fā)射激光，這類裝置可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開關(guān)。已經(jīng)有一些激光器能夠以快于每秒鐘200億次的速度開關(guān)，適合用于光纖通信。由于納米技術(shù)的迅速發(fā)展，這種無(wú)能量閾納米激光器的實(shí)現(xiàn)將指日可待。4.5 納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

納米粒子作為光催化劑，有著許多優(yōu)點(diǎn)。首先是粒徑小，比表面積大,光催化效率高。另外，納米粒子生成的電子、空穴在到達(dá)表面之前，大部分不會(huì)重新結(jié)合。因此，電子、空穴能夠到達(dá)表面的數(shù)量多，則化學(xué)反應(yīng)活性高。其次，納米粒子分散在介質(zhì)中往往具有透明性，容易運(yùn)用光學(xué)手段和方法來(lái)觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)與表面態(tài)密度的影響。目前，工業(yè)上利用納米二氧化鈦-三氧化二鐵作光催化劑，用于廢水處理（含SO32-或 Cr2O72-體系），已經(jīng)取得了很好的效果。

用沉淀溶出法制備出的粒徑約30~60nm的白色球狀鈦酸鋅粉體，比表面積大，化學(xué)活性高，用它作吸附脫硫劑，較固相燒結(jié)法制備的鈦酸鋅粉體效果明顯提高。

4.6 納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上該技術(shù)也開始嶄露頭角。研究人員發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)的RNA蛋白質(zhì)復(fù)合體，其線度在15~20nm之間，并且生物體內(nèi)的多種病毒，也是納米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小，因而可以在血管中自由流動(dòng)。如果將超微粒子注入到血液中，輸送到人體的各個(gè)部位，作為監(jiān)測(cè)和診斷疾病的手段?？蒲腥藛T已經(jīng)成功利用納米 SiO2微粒進(jìn)行了細(xì)胞分離，用金的納米粒子進(jìn)行定位病變治療，以減少副作用等。另外，利用納米顆粒作為載體的病毒誘導(dǎo)物已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)在已用于臨床動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，估計(jì)不久的將來(lái)即可服務(wù)于人類。

研究納米技術(shù)在生命醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，可以在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，獲取生命信息。科學(xué)家們?cè)O(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機(jī)器人，在血液中循環(huán)，對(duì)身體各部位進(jìn)行檢測(cè)、診斷，并實(shí)施特殊治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。這樣，在不久的將來(lái)，被視為當(dāng)今疑難病癥的愛(ài)滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃而解，從而將使醫(yī)學(xué)研究發(fā)生一次革命。

4.7 納米技術(shù)在其它方面的應(yīng)用

利用先進(jìn)的納米技術(shù)，在不久的將來(lái)，可制成含有納米電腦的可人-機(jī)對(duì)話并具有自我復(fù)制能力的納米裝置，它能在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)十億個(gè)操作動(dòng)作。在軍事方面，利用昆蟲作平臺(tái)，把分子機(jī)器人植入昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中控制昆蟲飛向敵方收集情報(bào)，使目標(biāo)喪失功能。

利用納米技術(shù)還可制成各種分子傳感器和探測(cè)器。利用納米羥基磷酸鈣為原料，可制作人的牙齒、關(guān)節(jié)等仿生納米材料。將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中，并通過(guò)一定的機(jī)制來(lái)激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。另外，還可利用碳納米管來(lái)制作儲(chǔ)氫材料，用作燃料汽車的燃料“儲(chǔ)備箱”。利用納米顆粒膜的巨磁阻效應(yīng)研制高靈敏度的磁傳感器；利用具有強(qiáng)紅外吸收能力的納米復(fù)合體系來(lái)制備紅外隱身材料，都是很具有應(yīng)用前景的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。

納米技術(shù)目前從整體上看雖然仍然處于實(shí)驗(yàn)研究和小規(guī)模生產(chǎn)階段，但從歷史的角度看：上世紀(jì)70年代重視微米科技的國(guó)家如今都已成為發(fā)達(dá)國(guó)家。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國(guó)家很可能在21世紀(jì)成為先進(jìn)國(guó)家。納米技術(shù)對(duì)我們既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)遇。必須加倍重視納米技術(shù)和納米基礎(chǔ)理論的研究，為我國(guó)在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)騰飛奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。整個(gè)人類社會(huì)將因納米技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化而產(chǎn)生根本性的變革。

【參考文獻(xiàn)】

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