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摘 要

纳米技术是二十一世纪才兴起的新技术，是各领域关注的焦点科技之一。近年来，纳米领域的研究在社会上热度居高不下，一直是新技术中对人们生活方式影响最大的技术之一。金属纳米材料更是因为具有的高导热率、高效的催化活性、优良的电子界面传输能力等优异特性从而在电磁学、光学、热学等领域具有了广泛的用途，受到了各领域的广泛关注，铜纳米材料更是其中的翘楚。本文从纳米科技基本效应开始介绍，简述了铜纳米材料的几种基本的制备方法，着重研究了铜纳米科技国内外的发展现状以及探讨了运用Hummer改性法合成石墨烯片与水热法合成铜纳米线在经过空气冷却和彻底超声处理后形成石墨烯-CuNWS复合材料的可能性与性能。

关键词： 纳米科技 铜纳米结构 石墨烯

Preparation and application of Copper Nanostructures

Abstract

As a new technology emerging in the 20th century, nanotechnology is one of the focus technologies in various fields. In recent years, the research in the field of nanometer technology has been hot in the society and has been one of the new technologies that have the greatest impact on people's lifestyle. Metal nanomaterials have been widely used in the fields of electromagnetism, optics and thermology due to their high thermal conductivity, high catalytic activity and excellent electronic interface transmission capacity. Copper nanomaterials are the best among them. In this paper, starting from the basic effect of nano science and technology, this paper expounds several basic preparation methods of nanometer materials, this paper studies the copper nano science and technology development present situation at home and abroad, and discusses the synthesis method of graphene using modified Hummer piece and hydrothermal synthesis of copper nanowires in after dealing with the air cooling and thorough ultrasound formed graphene CuNWS possibility and properties of composite materials.

Keywords：Nanotechnology ;Copper nanostructured ;Graphene

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1历史上的纳米技术 1

1.2纳米材料分类 2

1.2.1按形态结构分类 2

1.2.2按纳米材料聚集态大致可分为两类 2

1.3纳米材料的基本性质 2

1.3.1量子隧道效应 2

1.3.2量子尺寸效应 3

1.3.4表面与界面效应 3

1.4研究意义 3

1.5国内外研究现状 4

第二章 铜纳米材料的制备及表征 7

2.1铜纳米材料制备方法 7

2.2铜纳米材料的表征手段 7

2.2.1粒度分析 8

2.2.2形貌分析 8

2.2.3成分分析       8

2.3实验设想及理论目标 8

2.3.1制备成为石墨烯-CuNWS 8

2.3.2制备为碳纳米管/铜基复合材料 9

2.3.3制备为纳米氧化铜棒 10

第三章 总 结 12

参考文献 13

致 谢 16

第一章 绪论

纳米技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质、应用的一种技术。在过去科技迅速发展的几百年之间，人类注意力集中在了最细小的微粒，最广阔的宇宙空间之中，而忽视了分子之上，宏观物质之下的空间范围，而这个范围，实际上有许多具有研究意义，具有特殊性质的物质，只是以前人们没有认识到这个尺度范围的性能以及巨大潜力。当人类最终能够靠自己精确操控原子分子，每一个原子都能都按照自己所想的去控制，制造出有全新性能的元器件时，它将会大幅度的改变我们的生产生活方式。

在纳米的量级上，发现一些新的现象、新的规律、研究新的性质、建立新的理论，将是未来突破科技瓶颈的一个主要方向，会带来更多的新技术，形成一场场科技的革命风暴。其中非常重要的一点是，纳米技术引起了各个国家各个领域重要关注，这将会引起一场新的革命风暴。而纳米科技所引发的革命风暴，最主要的驱动力是来源于我们现在的信息产业^[1]。纳米科技会对生命科技信息产业包括医疗、信息传输、电子信息等对新技术新材料需求较大的产业产生非常重大的影响。

金属纳米材料是由金属或者合金形成的纳米晶粒，纳米管等材料，具有高导热率、高效的催化活性、优良的电子界面传输能力等优异特性从而在电磁学、光学、热学等领域具有了广泛的用途，潜在的应用价值更是巨大。金属纳米线，纳米管等可以用于集成电路，光电器材，新型气体传感器，纳米器件、精密仪器制作等方面。

1.1历史上的纳米技术

纳米技术，来源于费曼的一次演讲：人类的器件制造，都是一次性地利用数以亿万计原子分子形成的物质做成人类所需要的形态，那如果我们能够从单个原子或者分子开始组装，通过这样的方法，做成我们所需物质呢？至少在我看来，物理学的规律是能证明我们能够是用这样的方法的。

日本的一位科学家--谷口纪男是第一个认识到纳米技术性能的优越性的科学家，并且运用了纳米这一个概念来对他的实验进行描述。上个世纪七十年代，通过蒸发法制备超微粒子，并且研究后发现：具有宏观常见性质的金属材料被做成纳米级别后，就失去了宏观物质的性质，比如具有导电能力的金属被制成纳米金属后，就有可能失去导电能力。磁性材料就是如此，把它做成大约20-30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍^[33]。1982年，一名德国物理学家和一名瑞士物理学家，在瑞士的实验室发明了世界上第一台具有分子分辨率的扫描隧道显微镜（STM），向人们展示了奇妙的微观视角来观察0.1纳米到10纳米的微观世界，对纳米技术研究的发展奠定了坚实的基础。1990年IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行重排，纳米技术取得了关键性的突破^[34]，不久，科学家不仅能够操纵单个原子，还能够对原子进行“喷涂”。这证明了Feynman的想法是能够实现的。

纳米科学技术正式诞生的标志是第一届国际纳米技术会议的举办，美国同时通过这场会议正式开启了对纳米科技的研究，加大在这方面的投资。1991年，人类发现了碳纳米管，这一发现更让人类坚定在纳米科技方面研究的决心，因为碳纳米管的体积质量比是钢的六十倍。斯莫利认为碳纳米管是未来最佳纤维的首选材料，将被纳米电子线路等广泛应用^[2]。近年来，众多国家纷纷对纳米技术加大投资，想要走在纳米科技领域的前沿。

1.2纳米材料分类

1.2.1按形态结构分类

（1）零维纳米粒子；（2）一维纳米材料；（3）二维纳米材料；（4）三维纳米材料；

1.2.2按纳米材料聚集态大致可分为两类

（1）纳米颗粒；（2）纳米固体；

1.3纳米材料的基本性质

1.3.1量子隧道效应

量子隧道效应是纳米材料所具有量子效应之一。当微观微粒的总能量比势垒高度小的时候，宏观时出现能量不够时就不能够穿越类似壁垒的障碍，而微观微粒子却仍然能够穿越量子势垒，这种微观微粒所具有的与宏观情况不同的贯穿势垒的能力就被称作隧道效应^[3]。其实，一些宏观的物理量也具有隧道效应，这些现象被科学家成为宏观量子隧道效应。

1.3.2量子尺寸效应

当粒子尺寸下降到某一值时，金属的费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象，纳米半导体粒子存在不连续的最高被占据的分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽就是量子尺寸效应^[3]。

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