发布时间 : 星期五 文章纳米科技导论，徐国财精华版更新完毕开始阅读2bf544c60c22590102029dfe
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(i)醇盐水解溶胶-凝胶法已成功地制备出TiO2纳米微粒(＜=6nm)，有的粉体平均粒径只有1.8nm(用透射电镜和小角散射来评估)。 该制备方法的工艺过程如下：
在室温下40ml钛酸丁酯逐滴加到去离子水中，水的加入量为256ml，边而加边搅拌并控制滴加和搅拌速度，钛酸丁脂经过水解，缩聚，形成溶胶。超声振荡20min，在红外灯下烘干，得到疏松的氢氧化钛凝胶。将此凝胶磨细，然后在873K烧结1h，得到TiO2超微粉。
(ii)以无机盐水解溶胶—凝胶法制SnO2纳米微粒的工艺过程如下：
将20gSnCl2溶解在250ml的酒精中，搅拌半小时。经l h回流，2 h老化，在室温放置5d(天)，然后在333K的水浴中干燥两天，再在100℃烘干得到SnO2纳米微粒。 自组装是在无人为干涉条件下，组元通过共价键等作用自发地缔结成热力学上稳定、结构上确定、性能上特殊的聚集体的过程。
据是否使用模板一般可以分为―模板‖法和―无模板‖法。
“模板”法是最近十多年发展起来的合成新型纳米结构材料的方法。 一般来讲，模板法根据其模板自身的特点和局限性的不同可以分为“硬模板”法和“软模板”法
硬模板多是利用材料的内表面或外表面为模板，填充到模板的单体进行化学或电化学反应，通过控制反应时间，除去模板后可以得到纳米颗粒、纳米棒，纳米线或纳米管，空心球和多孔材料等。经常使用的硬模板包括分子筛，多孔氧化铝膜，径迹蚀刻聚合物膜，聚合物纤维，纳米碳管和聚苯乙烯微球等等。
与软模板相比，硬模板在制备纳米结构方面有着更强的限域作用，能够严格控制纳米材料的大小和尺寸。
但是，―硬模板‖法合成低维材料的后处理一般都比较麻烦，往往需要用一些强酸、强碱或有机溶剂除去模板，这不仅增加了工艺流程，而且容易破坏模板内的纳米结构。
另外，反应物与模板的相容性也影响着纳米结构的形貌。
软模板通常为两亲性分子形成的有序聚集体，主要包括：胶束、反相微乳液、液晶等。
? 两亲性分子中亲水基与疏水基之间的相互作用是两亲性分子进行有序自组装的主要
原因。
? 表面活性剂是一类应用极为广泛的物质，其特点是很少的用量就可以大大降低溶剂
的表（界）面张力，并能改变系统的界面组成与结构。表面活性剂溶液浓度超过一定值，其分子在溶液中会形成不同类型的分子有序组合体
液体表面均匀散布一些物质，可以降低液体的表面能。 这些能均匀散布的物质称为“表面活性剂”。
26光学显微镜：
? 人的眼睛的分辨本领0.1毫米。
? 光学显微镜，可以看到象细菌、细胞那样小的物体，极限分辨本领是0.2微米。 ? 显微镜的分辨本领公式（阿贝公式）为：d=0.61?/(N?sin?)，N?sin?是透镜的孔径数。
其最大值为1.3。光镜采用的可见光的波长为400~760nm。 ? 观察更微小的物体必须利用波长更短的波作为光源。 ? X射线能不能用作光源？？？
27.电子显微镜与光学显微镜的区别：电子显微镜：1）以电子束为照明束;2)将电子束聚焦成像的是磁透镜；光学显微镜1以可见光为照明束，2将可见光聚焦成像的是玻璃透镜 28.透射电镜（TEM）的成像过程
? 从加热到高温的钨丝发射电子，在高电压作用下以极快的速度射出，聚光镜将电子
聚成很细的电子束，射在试样上；
电子束透过试样后进入物镜，由物镜、中间镜成像在投影镜的物平面上，这是中间像；
? 然后再由投影镜将中间像放大，投影到荧光屏上，形成最终像。 27 高分辨透射电子显微镜TEM
? 高分辨TEM是观察材料微观结构的方法。不仅可以获得晶包排列的信息，还可以确
定晶胞中原子的位置。
? 200 KV的TEM点分辨率为0.2 nm，1000KV的TEM点分辨率为0.1nm。 ? 可以直接观察原子象。 ? 高分辨显微像
? 高分辨显微像的衬度是由合成的透射波与衍射波的相位差所形成的。
? 透射波和衍射波的作用所产生的衬度与晶体中原子的晶体势有对应关系。重原子具
有较大的势，像强度弱。 ? 晶格条纹像 常用于微晶和析出物的观察，可以揭示微晶的存在以及形状，可通过衍射环的直径和晶格条纹间距来获得。
? 4 电子衍射
? 当一电子束照射在单晶体薄膜上时，透射束穿过薄膜到达感光相纸上形成中间亮斑；
衍射束则偏离透射束形成有规则的衍射斑点。
单晶，多晶与非晶的比较
? 使用电镜的电子衍射功能可以判断样品的结晶状态： ? 单晶为排列完好的点阵。
? 多晶为一组序列直径的同心环。 ? 非晶为一对称的球形。
? 四、用TEM测纳米材料尺寸 ? 1．制样要求
? [1] 负载的铜网上，铜网直径2-3 mm。 ? [2]样品必须薄，电子束可以穿透，在100 kV 时, 厚度不超过100 nm，一般在50nm。
粉体、涂膜、切片、染色、OsO4
? [3] 样品必须清洁，防尘，无挥发性物质。
? [4]有足够的强度和稳定性，耐高温、辐射，不易挥发、升华、分解。(注意辐射损伤） ? 2．基本步骤
? [1] 将样品用超声波振荡分散，除去软团聚。
? [2] 用覆盖有碳膜或其它高分子膜的铜网悬浮液中，捞取或用滴管滴在碳膜上，用
滤纸吸干或晾干后，放入样品台。
? [3] 在有代表性且尺寸分布窄的地方，分散好的地方照像。
? 二次电子——从距样品表面l00?左右深度范围内激发出来的低能电子。<50eV，与
原子序数没有明显关系，对表面几何形状敏感。 secondary electrons
? 背散射电子——从距样品表面0.1—1μm深度范围内散射回来的入射电子，其能量
近似入射电子能量。 backscattered electron ? 3. 成像 ? [1]二次电子
? 与原子序数没有明显关系，对表面几何形状敏感。
? 突出的尖棱、小粒子和比较陡的斜面二次电子产额较多，(这些部位电子离开表层的
机会多)亮度大；平面二次电子产额较少，亮度低；深的凹槽随产生多的二次电子，但不以检测到，亮度较暗。
28.扫描电子显微镜SEM分析样品的优缺点
? 优点：
? 1)仪器分辨本领较高，通过二次电子像能够观察试样表面60 ?左右的细节。 ? 2) 放大倍数变化范围大(一般为l0—150000倍)，且能近续可调。
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? ? ? ? 3)观察试样的景深大，图像富有立体感。可用于观察粗糙表面，如金属断口、催化剂等。
4)样品制备简单。 缺点：
不导电的样品需喷金(Pt、Au)处理，价格高，分辨率比TEM低，现为3-4nm。
一．量子隧道效应
在经典力学中，当势垒的高度比粒子的能量大时，粒子是无法越过势垒的。
量子力学中，粒子穿过势垒出现在势垒另一侧的几率并不为零，这种现象称为隧道效应。
? 隧道效应是微观粒子(如电子、质子和中子)波动性的一种表现。
(1) 探针：探针最尖端非常尖锐，通常只有一两个原子。决定STM的横向分辨率。通常是Pt, Pt-Ir,W，通过电化学、剪切拨拉的方法制作。
(2)压电三角架：在压电三角架上加电场，使压电材料变形，产生收缩和膨胀，其精度可达到每改变1伏，引发~10?的膨胀或收缩来控制探针的运动。
? 2. 扫描隧道显微镜STM工作原理 ? [1] 隧道电流的产生
? 在样品与探针之间加上小的探测电压，调节样品与探针间距控制系统，使针尖靠近
样品表面，当针尖原子与样品表面原子距离≤10?时，由于隧道效应，探针和样品表面之间产生电子隧穿，在样品的表面针尖之间有一纳安级电流通过。电流强度对探针和样品表面间的距离非常敏感，距离变化1 ?，电流就变化一个数量级左右 ? [2]扫描方式： ? 移动探针或样品， ? 使探针在样品上扫描。
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? 根据样品表面光滑程度不同，采取两种方式扫描：恒流扫描，恒高扫描 ? A:恒流扫描：
? 即保持隧道电流不变，调节探针的高度，使其随样品表面的高低起伏而上下移动。 ? 样品表面粗糙时，通常采用恒流扫描。 B:恒高扫描：
? 当样品表面很光滑时，可采取这种方式，即保持探针水平高度不变，平移探针进行
扫描。直接得到隧道电流随样品表面起伏的变化。 ? 特点：成像速度快 ? 3. STM像
? STM通常被认为是测量表面原子结构的工具，具有直接测量原子间距的分辨率。 ? 但必须考虑电子结构的影响，否则容易产生错误的信息。
? 原因是STM图像反映的是样品表面局域电子结构和隧穿势垒的空间变化，与表面原
子核的位置没有直接关系，并不能将观察到的表面高低起伏简单地归纳为原子的排布结构。
? 4. STM的特点： ? 优点：
? 1.具有原子高分辩率。横向：0.1nm, 纵向：0.01nm。最高。 ? 2.可实时得到在实空间中表面的三维图像； ? 3.可以观察单个原子层的局部表面结构。
? 4.可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至水中也可以，而且对样品无损。 ? 5. 不仅可以观察还可以搬动原子。 ? 缺点： ? 要求高：
? 防震，高真空，防温度变化。
? 电导率在10-9S/m以上的样品可以满足常规STM测试的要求。如果样品的导电性
很差。最好使用银或金导电胶将其固定，并进行镀金处理。
? 在恒流模式下，样品表面微粒之间的沟槽不能够准确探测。恒高模式下，需采用非
常尖锐的探针。
29.三、原子力显微镜
? AFM Atomic Force Microscope
? SEM 、STM不能测量绝缘体表面的形貌。
? 1986年，Binning、Quate 和Gerber等人提出原子力显微镜的概念，在斯坦福大学
发明了第一台原子力显微镜，不但分辨率高，可测量绝缘体，还可测量表面原子力，测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、摩擦力等。
1 AFM原理：
? 将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定。另一端的针尖与样品表面轻轻接
触。当针尖尖端原子与样品表面间存在极微弱的作用力(10-8--10-6N)时，微悬臂会发生微小的弹性形变。
利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。
? 2 AFM扫描方式有2种
? “恒力”模式(constant Force Mode) ：
? 在扫描过程中利用反馈回路保持针尖和样品之间的作用力恒定，即保持微悬臂的变
形量不变，针尖就会随表面的起伏上下移动，得到表面形貌的信息。是使用最广泛的扫描方式。
? 工作过程中，使AFM的针尖处在排斥力状态，此时作用力不变，移动样品，如表
面凹下，作用力减小，控制系统立即使AFM推动样品上移。相反--------，纪录控制
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电压的起伏大小变化，可知道表面原子的起伏状态。 ―恒高‖模式 (Constant Hight Mode)
在扫描过程中，不使用反馈回路，保持针尖与样品之间的距离恒定，检测器直接测量微悬臂Z方向的形变量来成像。 对于表面起伏较大的样品不适用。