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2023-06-15
纳米材料：分类及应用简析
【摘要】：除此之外，纳米材料还存在很多其他的分类方法。根据纳米材料的来源分类，可分为天然纳米材料和合成纳米材料。目前我们所认识和研究的绝大部分是合成纳米材料。根据纳米材料的性能分类，可分为半导体型纳米材料、光敏型纳米材料、增强型纳米材料和磁性纳米材料。纳米点是具有代表性的零维纳米材料，又称为量子点。
纳米材料可简单地分为离散的纳米材料和纳米结构材料。离散的纳米材料是指至少在一个维度上具有纳米量级的外观特征的材料，如纳米粒子、纳米线和纳米薄膜。纳米结构材料是指材料具有块状材料的外观特征，且由离散的纳米颗粒或连续的纳米结构单元构成的。如，纳米粉通过固结或烧结形成的块体材料，多孔材料，包括微孔（＜2 nm）材料、介孔（2～50 nm）材料和大孔（＞50 nm）材料等。除此之外，纳米材料还存在很多其他的分类方法。
根据纳米材料的来源分类，可分为天然纳米材料和合成纳米材料。天然纳米材料是指自然界已经存在的纳米材料。例如，纳米结构组织的天然骨质材料。合成纳米材料是指通过“自上而下”或“自下而上”的加工工艺合成的材料。目前我们所认识和研究的绝大部分是合成纳米材料。
根据纳米材料的属性分类，可分为金属纳米材料、氧化物纳米材料、硫化物纳米材料、碳（硅）化合物纳米材料、氮（磷）化合物纳米材料、含氧酸盐纳米材料和复合纳米材料。
根据纳米材料的性能分类，可分为半导体型纳米材料、光敏型纳米材料、增强型纳米材料和磁性纳米材料。
根据纳米材料的形态分类，可分为零维纳米材料（纳米点）、一维纳米材料（如纳米线、纳米带和纳米管）和二维纳米材料（如纳米薄膜）等。
1.零维纳米材料
（1）纳米点。纳米点是具有代表性的零维纳米材料，又称为量子点。很多纳米材料很容易以纳米点的形式表现出来，纳米材料最初也是以纳米点的形式为人们所认识的。见图1-1（a）～（d）是各种组分及形态的纳米点。
图1-1 不同组分和形貌的一维纳米材料
（a）碳量子点［2］ （b）Ag2S／Ag纳米点［3］ （c）Pt纳米点［4］ （d）CdSe／CdS量子点［5］（e）Hap［Ca10（PO4）6（OH）2］纳米环［6］ （f）金纳米环［7］
（2）纳米环。纳米环是低维纳米体系中的一个新成员，是由量子点家族派生而来，由大小、形状和组分相同的多个自组装生长的半导体量子点排列成环状。见图1-1（e）和（f）。
2.一维纳米材料
一维纳米材料是指两个维度上都处于纳米尺度的材料。如纳米线（棒）、纳米带、纳米管、同轴纳米电缆等。见图1-2。
图1-2 不同类型的一维纳米材料
（a）TiO2纳米管［8］ （b）多壁碳纳米管［9］ （c）SiC／SiO2同轴电缆［10］
（d）ZnO纳米带［11］ （e）Si-C纳米线［12］
3.二维纳米材料
二维纳米材料仅在一个方向存在纳米尺度范围内的尺寸，其他两维的尺寸不限。常以薄膜的形式存在，目前最常见的、最引人注意的是近几年被广泛研究的石墨烯。见图1-3。
4.异型结构纳米材料
纳米材料的结构形态在自然界中是多种多样的，同样，人工合成的纳米材料也是多姿多彩、形态各异的。图1-4列出了纳米ZnO的几种常见异型结构［17-21］。
5.孔材料
这是一类空腔尺寸处于纳米尺度范围内的结构材料。如图1-5所示。
图1-3 各种二维纳米材料
（a）BN［13］ （b）石墨烯［14］ （c）MoS2［15］ （d）负载SnO2的石墨烯［16］
图1-4 纳米ZnO的各种形态
图1-5 各种孔材料
（a）为填充Pt的SBA-15（SiO2）介孔材料［22］ （b）为SBA-13（SiO2）的（100）面的高分辨图像［23］（c）为具有孔结构的碳材料［24］ （d）为具有微孔结构的沸石［25］ （e）为SiO2微孔材料［26］
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