《纳米材料基础与应用》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 零维纳米材料

纳米材料基础与应用 目 第5章零维纳米材料

纳米材料基础与应用  第5章 零维纳米材料

零维纳米材料 目 零维纳米材料是指在三个维数上都进入了纳 米尺度范围的材料 ▣零维纳米材料主要包括： 1、团簇(clusters) 2、纳米微粒(nanoparticle)

2  零维纳米材料是指在三个维数上都进入了纳 米尺度范围的材料  零维纳米材料主要包括： 1、团簇(clusters) 2、纳米微粒（nanoparticle） 零维纳米材料

原子团簇 团簇作为一类新的化学物种，直到20世纪80年代才被 发现 ● 团簇是指几个至几百个原子的聚集体，其粒径小于或 等于1nm,如Fen,Cu,Sm,C,Hn和碳族(C6o,C7o)等等。 。从结构上，既不同于分子，也不同于块体。 ·在性质上，既不同于单个原子和分子，又不同于固体 和液体，而是介于气态和固态之间的物质结构的新形 态，常被称作“物质第五态” 3

原子团簇 ⚫ 团簇作为一类新的化学物种，直到20世纪80年代才被 发现 ⚫ 团簇是指几个至几百个原子的聚集体, 其粒径小于或 等于1 nm，如Fen, CunSm , CnHm和碳族（C60，C70)等等。 ⚫ 从结构上，既不同于分子，也不同于块体。 ⚫ 在性质上，既不同于单个原子和分子，又不同于固体 和液体，而是介于气态和固态之间的物质结构的新形 态，常被称作“物质第五态” 3

原子团簇 2 345 6713 宏观 一→A→令→g→的 →Fcc →HCP 团簇是各种物质由原子、 分子向大块物质转变的过 渡状态，或者说，团簇代 表了凝聚态物质的初始状 态，是介于原子、分子与 宏观固体之间的物质结构 团 的新层次，有时被称为物 质的“第五态”。 从原子到宏观块体材料的演变 第三章零维纳米材料

4 第三章 零维纳米材料 原子团簇

原子团簇 原子团簇的独特性质： )具有硕大的比表面积而呈现出表面或界面效应； 2)幻数效应：形状和对称性多种多样 3)“库伦爆炸” 是自然界中的一种与电荷相关的基本相互作用之一。例如当一个 金属球充电以后，电荷与电荷之间的相互排斥作用会导致系统的 能量升高。当电荷量超过了临界值（瑞利不稳定极限）时，金属 球会发生爆炸而分裂成几个小球，并以此来降低系统的库仑排斥 能。 4)原子团逸出功的振荡行为等。 0 5

5 原子团簇 ⚫ 原子团簇的独特性质： 1）具有硕大的比表面积而呈现出表面或界面效应； 2）幻数效应：形状和对称性多种多样 3）“库伦爆炸” 是自然界中的一种与电荷相关的基本相互作用之一。例如当一个 金属球充电以后，电荷与电荷之间的相互排斥作用会导致系统的 能量升高。当电荷量超过了临界值（瑞利不稳定极限）时，金属 球会发生爆炸而分裂成几个小球，并以此来降低系统的库仑排斥 能。 4）原子团逸出功的振荡行为等

原子团簇 ●纳米碳球 主要代表就是C60,亦称作富勒碳 √ 60个C原子组成的封闭的球形， 32面体，20个六边形和12个五 边形构成一个完成富勒碳。 其结构与常规的碳的同素异性 体金钢石和石墨完全不同，物 化性质非常奇特，如电学、光 学和超导特性。 6

6 原子团簇 ⚫ 纳米碳球 ✓ 主要代表就是C60，亦称作富勒碳 ✓ 60个C原子组成的封闭的球形， 32面体，20个六边形和12个五 边形构成一个完成富勒碳。 ✓ 其结构与常规的碳的同素异性 体金钢石和石墨完全不同，物 化性质非常奇特，如电学、光 学和超导特性

纳米颗粒 ▣纳米颗粒（也称作纳米微粒、超微粒子或纳米粉 颗粒尺度为纳米量级的超微颗粒，尺度大于原子团簇， 般在100nm以内。 纳米颗粒是肉眼和一般光学显微镜看不见的微小粒子。 通常纳米颗粒小于红血球的千分之一、是细菌的几十分 之一，与病毒大小相当。 日本上田良二教授：用电子显微镜(TEM)能看到 的微粒称为纳米颗粒 7

7 纳米颗粒  纳米颗粒（也称作纳米微粒、超微粒子或纳米粉） 颗粒尺度为纳米量级的超微颗粒，尺度大于原子团簇， 一般在100nm以内。 纳米颗粒是肉眼和一般光学显微镜看不见的微小粒子。 通常纳米颗粒小于红血球的千分之一、是细菌的几十分 之一，与病毒大小相当。 日本上田良二教授：用电子显微镜（TEM）能看到 的微粒称为纳米颗粒

00e5068 50至m 100y983 200nm 200nm 12052m 50n6388 755±8 4001nm 400nm 第三章零维纳米材料

8 第三章 零维纳米材料

纳米晶 14m -100nm (1110 (100 [11) (200 (110 (220) 40 0 7 -100nm 20(deg】 Fig.1.(A)Low-and(B)high-magnification SEM images of slightly truncated silver nanocubes synthesized with the polyol process.The image shown in(B)was taken at a tilting angle of 200.(C) A TEM image of the same batch of silver nanocubes.The inset shows the diffraction patter recorded by aligning the electron beam perpendicular toone of the square faces of an individua cube.(D)An XRD pattern of the same batch of sample,confirming the formation of pure fcc silver. a.u.,arbitrary units. 第三章零维纳米材料

9 第三章 零维纳米材料 纳米晶

B Fig.3.SEM images of silver nanocubes(Fig.1)after they had reacted with(A)0.3 ml and(B)1.5 ml of aqueous HAuCl solution (1 mM).As indicated by the black spots in (A).the (111)facets of gold nanoboxes were incompletely closed in the early stages of this replacement reaction,when HAuCl was in deficiency (as calculated from the stoichiometric equation).If excess HAuCla solution was added [as in(B)],the area of (111)facets could increase up to a maximum value at the expense of (100}and [110}facets.(C and D)Electron diffraction patterns of two gold nanoboxes with their square and triangular facets oriented perpendicular to the electron beam, respectively.Scale bars,100 nm. 第三章零维纳米材料

10 第三章 零维纳米材料