非金属纳米矿物材料

　　前 言 与信息技术一样，随着纳米技术的产生，纳米科技时代必将对人类生活和生产方式产生广泛而深刻的影响。纳米技术现在的发展水平只相当子计算机和信息技术在20世纪50年代时的发展水平。人们研究基本的纳米尺度现象的工具和对这些现象的理解水平还只是初步的。要想实现纳米技术的目标，尚有很多基础科学问题需要解答，包括对分子自组装的理解、如何构筑纳米器件、复杂的纳米结构系统是如何运作的等。只有在物理、化学、材料科学、电子工程学以及其他学科的很多方面得到充分发展的情况下，才能真正地形成一项具体的纳米技术。 非金属纳米矿物材料作为一类重要的纳米材料正日益展现出其旺盛的生命力。随着纳米矿物材料的迅速发展，一些重要问题也变得突出起来，这是由于超纯、超细是纳米矿物材料的先决条件。首先，提纯技术是极富挑战性的课题，尤其在超细条件下，这一点显得尤为突出。在非金属矿物中由于同质多相变体及其密度接近的矿物分离提纯显得尤为重要。其次，团聚和分散是纳米矿物材料面临的最重要问题，过去的研究是把团聚和分散割裂开来，其实应全面地研究才有可能提供相关的实用技术。因此，深入研究纳米矿物材料中的有机-无机复合分散体系的各种参数，可为制备高性能的有机-无机复合材料准备基础资料。纳米矿物晶体的研究现在还没有开始进行，应着重对纳米矿物单晶体的研究；加强纳米材料中界面的生长、运移和形态的研究，为制备复杂纳米材料从而使其具有多功能化提供技术上的支持。矿物纳米空间结构的几何构型、空间电荷构型、原子配位、物理化学性质及其内外表面的过渡部位都要仔细研究，其次研究矿物纳米空间中反应体系大小、类型、反应中间态及其控制条件和影响因素，其中团簇、分子、原子及其他活动物质在纳米空间的状态、对内壁的修饰、自我裁剪、自我组装及形成新的功能都要给予重视。我国拥有丰富的非金属矿物资源，大力发展非金属纳米矿物材料对我国21世纪的产业发展具有重要意义。 本书中以非金属纳米矿物材料为材料基础，系统介绍了该类纳米材料的种类、结构和性能，并对纳米矿物材料的提纯技术进行了归纳。书中不仅对天然纳米矿物材料进行了论述，而且对人工合成非金属纳米材料以及在非金属纳米材料基础上的复合纳米材料进行了论述，对非金属纳米材料的制备方法进行了介绍。另外，还对纳米材料的结构表征手段进行了较为全面的总结。希望读者通过本书的阅读，能了解和掌握非金属纳米矿物材料的相关知识，并对促进我国有效开发和利用非金属纳米矿物原料做出贡献。 由于作者水平有限，书中不当之处在所难免，恳请读者批评指正。 编者 2005年3月

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"目录

1绪论1

1??1纳米材料的概念和种类1

1??2纳米材料的发展历史和现状2

1??3纳米微粒特性4

1??3??1量子尺寸效应5

1??3??2小尺寸效应5

1??3??3表面效应6

1??3??4宏观量子隧道效应7

1??4纳米材料的主要特殊物理化学特性7

1??4??1光性能8

1??4??2热性能9

1??4??3力学性能9

1??5非金属矿物纳米材料概述10

1??5??1非金属矿物纳米材料的特点10

1??5??2非金属无机纳米矿物的结构特征11

1??5??3纳米矿物材料种类13

1??5??4非金属纳米矿物资源的研究意义17

2非金属矿物纳米材料种类22

2??1天然纳米矿物材料22

2??1??1石墨22

2??1??2沸石24

2??1??3高岭土29

2??1??4凹凸棒石黏土33

2??1??5海泡石黏土35

2??1??6膨润土40

2??1??7累托石黏土46

2??1??8蛭石47

2??1??9硅藻土48

2??1??10珍珠岩51

2??2合成非金属纳米矿物材料53

2??2??1纳米CaCO353

2??2??2纳米TiO256

2??2??3纳米SiO261

2??2??4炭黑66

2??3非金属矿物纳米复合材料68

2??3??1概述68

2??3??2黏土矿物在纳米复合材料中的作用70

2??3??3纳米复合材料举例73

3非金属纳米矿物的选矿与提纯79

3??1准备作业79

3??2非金属矿物选矿与提纯的基本原理81

3??2??1概述81

3??2??2拣选和摩擦洗矿83

3??2??3重力选矿85

3??2??4浮选95

3??2??5磁选与电选103

3??2??6超细颗粒的分选技术110

3??2??7化学提纯126

4纳米材料的制备技术138

4??1概述138

4??1??1物理方法138

4??1??2化学方法140

4??1??3物理化学方法141

4??2纳米材料的制备技术141

4??2??1气相合成方法141

4??2??2液相合成方法146

4??2??3固相合成方法161

4??2??4其他合成方法164

4??3纳米复合材料的制备技术169

4??3??1概述169

4??3??2非金属纳米材料复合技术170

4??4非金属纳米矿物粉体的制备技术177

4??4??1制备方法177

4??4??2纳米矿物粉体的改性178

4??5沸石和分子筛材料的合成181

4??5??1沸石和分子筛材料的合成182

4??5??2层柱型多孔性材料的合成184

5非金属纳米材料结构表征193

5??1概述193

5??2电子显微技术195

5??2??1透射电子显微技术196

5??2??2扫描电子显微技术198

5??3探针显微技术203

5??3??1扫描隧道显微镜203

5??3??2原子力显微镜205

5??3??3磁力显微技术（MFM）207

5??4X射线技术208

5??4??1概述208

5??4??2X射线衍射分析方法209

5??5光谱分析214

5??5??1核磁共振谱214

5??5??2红外光谱217

5??5??3拉曼光谱219

5??5??4紫外光谱（UV）.可见光谱（VIS）分析222

5??5??5原子光谱分析226

5??5??6分子荧光光谱分析231

5??6能谱分析233

5??6??1俄歇电子能谱(AES)233

5??6??2X射线光电子能谱分析235

5??6??3紫外光电子能谱分析238

5??7其他分析方法239

5??7??1质谱法239

5??7??2光子相关谱法240

5??7??3比表面积法243

5??7??4热分析技术244

5??7??5沉陷法245

5??7??6中子活化分析246

5??7??7电声显微技术246

6非金属纳米材料的应用247

6??1在催化.能源.环境保护领域中的应用247

6??1??1催化剂247

6??1??2能源249

6??1??3环境保护251

6??2在生物和医学上的应用261

6??3在材料工业中的应用263

6??4在电子与电气工业中的应用266

6??5纳米材料在涂料中的应用269

6??6纳米材料在润滑剂中的应用272

6??7纳米材料在材料制备方面的应用275

6??8纳米材料在功能性纺织品中的应用279

6??9新型非金属纳米材料——碳纳米管的应用282

参考文献286