纳米微晶材料的结构和性质

纳米微晶材料是纳米量级晶粒所构成的多晶物质,其晶界区域中存在与长程有序晶态和短程有序非晶态结构不相同的“气体状”的结构。本文讨论了纳米微晶材料的制备方法、结构特点和奇异性质及其在材料科学中的应用。     

磁性纳米材料的新进展

文章介绍了纳米结构的巨磁电阻效应材料、纳米微晶软磁材料、纳米微晶稀土永磁材料以及纳米磁制冷工质的一些新进展．     

毫微晶材料的结构和性能

本文综述了八十年代发展起来的毫微晶材料的结构和性能．毫微晶材料中，界面剖分占原子总数的９０％左右．实验结果表明，界面部分原子的徘列既不象晶态材料那样长程有序，也不象非晶态材料那样短程有序，可以看成是一种类似于气体的结构．这种材料在力学、磁学、热学等方面的性能相对于相同成分的多晶材料、非晶态材料有了很大的改进，是一种具有广阔发展前景的新型材料．     

纳米介孔ZrO2及其表面修饰的发光性质

水热合成法制备的高度有序多孔ZrO2具有规则六角排列、均匀纳米孔洞(约1．8nm)，并且其蓝、(近)紫外光发射强度比纳米微晶材料高2个数量级。本文研究了纳米介孔ZrO2这种不同于常规体材料与纳米晶材料的特殊发光性质。通过化学方法对纳米介孔ZrO2进行表面修饰后，能进一步提高其光发射聋度约3倍。通过这些发光性质的研究，以期增进对ZrO2发光机理的认识。     

GeO2-SiO2纳米复合材料的合成及其光学特性研究

运用溶胶-凝胶法合成了GeO2-SiO2纳米复合材料,探索了为pH在2的条件下通过水解Si(OC2H5)4和GeCl4合成GeO2-SiO2干胶的过程.在100～1 200℃下对干胶进行热处理.采用UV光谱法测定了材料的光学性质,观察到随热处理温度的升高,样品光谱的吸收边向长波方向移动.由于温度的影响,晶粒长大,带隙能量减小,纳米微晶的量子尺寸效应显示出来.经X射线衍射分析,观察到了随热处理温度的增高,材料结构从无序到有序的转变过程,直到1 100℃时,有明显的微晶生成,其尺寸为5～10nm.     

稀土配合物Tb(Sal)3·3H2O纳米微晶的制备及发光性质

利用化学沉淀法制备了不同粒径的Tb(Sal)_3·3H_2O纳米微晶和Tb(Sal)_3·3H_2O稀土配合物。利用元素分析、红外光谱、热重分析和透射电镜表征了纳米微晶和稀土配合物的结构、热性质和粒径大小。利用荧光激发和发射光谱、紫外光谱探讨了有机配体和中心离子之间的能量传递过程。结果显示Tb(Sal)_3·3H_2O纳米微晶的粒径主要分布在50～250nm区域并且发出较强铽(Ⅲ)离子的特征荧光。这些结果为进一步扩展稀土配合物在发光材料以及磁材料中的应用奠定了基础。     

纳米固体材料

纳米固体材料是80年代研制成功的一种具有新型结构的材料.它是由粒度为1-15nm的超微粒子,在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料.它包括纳米金属、陶瓷、非晶态材料及复相材料等,也可分为纳米晶态材料和晶态玻璃,即纳米晶态材料的纳米颗粒可以是晶体,也可以是非晶.纳米固体材料的结构既不同于长程有序的晶体,也不同于长程无序、短程有序的非晶态玻璃,而表现为长、短程均无序的“类气体”固态结构.纳米固体材料是无数微粒子的聚合体,界面原子的比例很高,而纳米材料颗粒之间通过界面发生相互作用,会在颗粒之间产生量子输运的隧道效…     

稀土配合物Tb（Sal）3·3H2O纳米微晶的制备及发光性质

利用化学沉淀法制备了不同粒径的Tb（Sal）3·3H2O纳米微晶和Tb（sal）3·2H2O稀土配合物。利用元素分析、红外光谱、热重分析和透射电镜表征了纳米微晶和稀土配合物的结构、热性质和粒径大小。利用荧光激发和发射光谱、紫外光谱探讨了有机配体和中心离子之间的能量传递过程。结果显示Tb（Sal）,·3H2O纳米微晶的粒径主要分布在50～250nm区域并且发出较强铽（Ⅲ）离子的特征荧光。这些结果为进一步扩展稀土配合物在发光材料以及磁材料中的应用奠定了基础。     

纳米球刻蚀法制备的二维有序的CdS纳米阵列及其光学性质的研究

采用纳米球刻蚀(nanosphere lithography)技术,以自组装的聚苯乙烯纳米小球(polystyrene,PS小球)的单层膜为掩模,制备出二维有序的CdS纳米阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)对样品结构进行了表征,用紫外—可见分光光度计对样品光学性质进行了分析.结果表明：制备的二维CdS纳米阵列是高度有序的,且与作为掩模的纳米小球的原始尺寸及排布结构一致;禁带宽度为2.60eV,相对于体材料的2.42eV,向短波长蓝移了0.18eV,表现出CdS材料在纳米结构点阵中的量子尺寸效应;CdS纳米 关键词： 纳米球刻蚀 二维CdS纳米有序阵列     

SiO2气凝胶中ZnS：Mn纳米微晶的发光性质

利用溶胶－凝胶法在SiO2气凝胶中制得了ZnS-Mn纳米微晶,并对微晶的X射线衍射谱,激发0发射光谱、发光效率,时间分辨光谱进行了研究,讨论了发光性质变化的原因,实验表明,Mn2 在纳米微晶中的发光效率相对于体材料有明显的提高,弛豫时间也比在体材料中缩短了约一个数量级。     

SiO2气凝胶中ZnS∶Mn纳米微晶的发光性质

利用溶胶 凝胶法在SiO2 气凝胶中制得了ZnS∶Mn纳米微晶 ,并对微晶的X射线衍射谱、激发 发射光谱、发光效率、时间分辨光谱进行了研究 ,讨论了发光性质变化的原因。实验表明 ,Mn2 + 在纳米微晶中的发光效率相对于体材料有明显的提高 ,弛豫时间也比在体材料中缩短了约一个数量级     

二氧化钛纳米微晶的制备及性质的研究

用无水四氯化铁和异丙醇为原料，用溶胶－凝胶法制备二氧化钛纳米微晶，用一系列手段研究了它的结构，结果表明，所得纳米微晶为椭球状，粒径分布范围窄，６００℃焙烧１小时所得微晶为锐矿相和金红石相两种结构共存，其Ｘ射线光电子能谱及红外光谱的特性直接受该微结构的影响。     

磁性材料进展

磁性材料大体上分为两类 :其一为铁磁有序的金属磁性材料 ;其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料 .5 0年代以前 ,金属磁性材料占绝对优势 ;5 0年代以后 ,非金属磁性材料发展成为磁性材料的主流 ,除电力工业用的高饱和磁化强度FeSi合金外 ,铁氧体几乎应用于各个领域 .历史似乎按螺旋形的方式发展 ,90年代后 ,金属磁性材料又以新的面貌出现 ,3d (4f,4d ,5d ,5f… )合金与化合物、非晶、纳米微晶磁性材料重领风骚 ,其性能远超越铁氧体 .纳米磁性材料将成为新的功能材料 .文章重点介绍了永磁材料与软磁材料 ,其他如磁记录材料、磁致冷材料、磁致伸缩材料等将作简单介绍 .     

微波吸收法研究ZnO光电子衰减过程

微波吸收无接触测量技术可以用于半导体粉体材料、微晶材料等研究光生载流子衰减过程。本文采用微波吸收法在室温下分别测量了ZnO纳米材料和微晶材料的光电子衰减过程。发现在紫外激光短脉冲激发下,两种材料的导带光电子寿命有很大的差异,ZnO微晶粉体材料的光电子寿命为50ns,而ZnO纳米材料的光电子寿命仅为10ns。分析认为纳米ZnO的光电子寿命缩短是由于纳米ZnO晶体的表面积远远大于体材料的表面积,纳米材料的表面形成了大量的缺陷能级,加速了光电子的表面复合,缩短了光电子的寿命。纳米材料内部缺陷增多和量子限域效应同样会缩短光电子的寿命。     

纳米微晶结构ZnO及其紫外激光

本文介绍了近年来研制Ⅱ Ⅵ族半导体激光器的一个新的途径———ZnO的纳米微晶结构。它分为两大类别 :即六角柱形蜂巢状结构和粉末状颗粒结构。都已在近紫外波段实现了室温下光泵激发的受激发射。它将是继Ⅱ Ⅵ族硒化物和Ⅲ Ⅴ族氮化物之后的新型半导体激光器材料。     

非晶化与量子限域效应

当材料尺度减小到几个纳米时，材料内部电子结构会表现为分立能级，这就是所谓的量子限域效应。通过晶态和非晶Pd纳米颗粒的单电子隧穿实验发现，在晶态Pd颗粒中能观察到量子限域效应，而在同样大小的非晶Pd颗粒中却没有观察到。考虑到有序／无序结构的静态效应并结合电子散射等动态效应，解释了非晶Pd颗粒实验中没有观察到量子限域效应的原因。这一结果表明，尺寸减小并不足以使纳米体系表现量子行为，原子结构有序度对于决定纳米体系表现经典行为或量子行为具有同等重要作用。     

PED沉积La-Sr-Cu-O薄膜表面的有序纳米结构

采用脉冲电子束沉积(PED)技术在Si(100)衬底上生长La_Sr_Cu_O薄膜，在750℃生长温度下获得具有有序纳米结构的表面形貌.采用聚集离子束(FIB)技术对获得的纳米结构进行表征，结果表明，这种有序的纳米结构是由于Si衬底和La_Sr_Cu_O薄膜之间的热膨胀系数和晶格的 失配引起的纳米裂纹.在这些纳米裂纹处，La_Sr_Cu_O成核生长获得独立的纳米线.通过控制 这种有序的纳米结构的生长，这种有序的纳米结构可以用来构造弱连接形成的器件. 关键词： 脉冲电子束沉积 La_Sr_Cu_O薄膜 纳米结构     

环氧树脂基碳纳米复合电磁屏蔽材料研究

基于碳纳米材料有序结构优异的结构与功能特点,研究了其在新型电磁防护材料中的应用,结合环氧树脂与碳纳米有序结构在电磁屏蔽效能和力学性能方面表现出的显著优势,论述了环氧树脂基碳纳米管复合电磁屏蔽材料和碳纳米管有序纳米结构研究,通过电磁仿真优化设计构筑三维导电网络结构,得出8~12 GHz电磁波段屏蔽效能≥82.96 dB的理想结构模型,为环氧树脂基碳纳米复合电磁屏蔽材料研究开发提供了指导,有利于该新型电磁屏蔽材料在国防、国民经济各领域的应用。     

封面照片说明

 有序排列的纳米多孔材料的组装合成和功能化研究是由复旦大学承担的。这项研究基于纳米和分子组装化学、模板导向化学、表面活性剂化学,研究和建立了微孔、介孔和多级有序分子筛材料的构筑方法,在材料形貌、孔结构和孔内活性位等几个层次上,创立了“酸碱对”和电荷匹配理论,实现了材料的定向合成与宏观控制,并将所合成的新材料用于催化、蛋白分离等领域。封面是Ia3d空间群双连续螺旋结构的图片,这项成果被Nature、ChemistryofMaterials选为封面报道。     

多孔碳纳米球的制备及其电化学性能

以三嵌段共聚物F108为软模板,通过水热法合成酚醛树脂球并在氮气氛围下碳化、KOH活化处理,最终得到多孔碳纳米球材料.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮气吸附分析仪对样品进行表征,结果表明样品的平均粒径为120 nm,球形度高,比表面积达到1403 m~2/g,孔径分布广.通过X射线衍射研究样品的结晶度,傅里叶红外光谱分析样品表面官能团的情况,结果表明KOH处理和高温处理使得样品的微晶结构有序度提高,表面官能团含量降低.以多孔碳纳米球作为超级电容器电极的活性物质,电化学特性测试结果表明,多孔碳纳米球材料的比电容能够达到132 F/g(0.2 A/g),在10 A/g的电流密度下,经过10000次循环充放电后,电容量保留率为97.5%.本文采用水热法制备的多孔碳纳米球电化学性能良好,适用于超级电容器电极材料,研究结果表明,比表面积大、孔径分布合适(具有一定介孔含量)、结晶度高和含有少量表面官能团的理化特性的电极材料,其电化学性能更加优越.