纳米技术在水处理中的应用课件

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1、第七章生态（环境）材料EcomaterialsEcologicalEngineeringApartmentofUSTB概念研究内容现代材料新技术生态（环境）材料发展ConceptContentNewTechnologiesofModernMaterialsDevelopmentofEcomaterials1概念对资源和能源消耗最小、生态影响最小、再生循环率最高，或可分解使用的具有优异使用性能的新型材料。特点先进性：能为人类开拓更为广泛活动空间范围和环境。环境协调性：使人类的活动与外部环境尽可能相适应。舒适性：使人类生活环境更繁荣

2、、更舒适。第一节概念2生态材料及生态产品生物降解材料材料再生及再循环利用降低环境负担性的材料加工工艺、技术环境工程材料环境负荷评价第二节研究内容3第三节现代材料新技术纳米材料超导材料生物材料特种陶瓷高分子材料半导体材料光通信材料磁记录材料航天复合材料金刚石和超硬材料超晶格和非晶态材料4纳米(nanometer)长度单位，用nm表示，1nm=10-9m。纳米材料物质在超微粒状态（100nm以下）时，许多特性会产生奇异的变化。称颗粒尺寸在1～100nm的微粒为超微粒，该种物质是纳米材料。纳米技术(nano-ST)在纳米尺寸范围内认识

3、和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创制新物质的技术。纳米材料的特殊现象表面效应、小尺寸效应、量子效应、隧道效应和介电限域效应。概念1.纳米材料5纳米微粒的表面效应金属超微粒的尺寸越小，微粒表面原子所占的百分数越大。当超微粒的尺寸为10nm(假定球形微粒)时，总原子数为30000个，表面原子占20%，尺寸为lnm时，总原子数为30个，表面原子占100%，全部都处在微粒的表面。利用高分辨率电子显微镜，对尺寸小于10nm的金属超微粒进行观测，发现微粒没有固定形态，随着时间的推移，会自动形成多种形态，而表面原子在电子束的照射下，处

4、于剧烈运动状态，好像“沸腾”起来似的。纳米材料表面具有很高的活性，金属超微粒在空气中会很快自燃起来。利用其表面高活性，超微粒做高效催化剂，提高化工厂的生产效率。6在一定条件下，随着颗粒尺寸的量变，会使纳米微粒发生性质的改变称为尺寸效应。金属材料当被细分到小于光波波长时，便失去原有的金属色泽成为黑色。在军事上把超微粒材料涂在兵器上就成为飞机、火炮的隐身材料。晶态物质的熔点是一定的，但细分成超微粒后，其熔点明显下降。金的熔点1064℃，2nm时，熔点为327℃。银的熔点是670℃，而其超微粒熔点仅为100℃。在钨颗粒原料中附加0.1

5、％～0.5％的镍超微粒后，其烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，大大降低了对设备条件的苛刻要求，从而大幅度降低了产品成本。纳米微粒的尺寸效应7量子效应超微粒材料的尺寸范围在1～100nm，电子在这样的小空间的能量状态与在大块材料中的能量状态有很大的不同，超微粒材料的性质会发生反常变化，产生量子效应。在微电子技术中，当尺寸减小到l00nm以下就会产生量子效应，电子会穿过量子隧道从器件中逃走。科学家利用量子隧道效应研制成功新一代量子器件，使微电子技术得到了了新的发展。8晶粒尺寸为8nm的铜材料，自扩散系数比晶体铜增大10

6、19倍，在110～293K，纳米铜的热膨胀比晶体铜增大了2倍。陶瓷通常是脆性材料，而纳米陶瓷却可变为韧性材料。纳米TiO2陶瓷在室温下可以弯曲，塑性形变高达100％。纳米硅薄膜则具有一系列不同于非晶硅、微晶硅和单晶硅的特点。在可见光和红外光范围内，光吸收系数α值明显高于其他结构的硅材料，甚至提高数十倍。电导率比单晶硅高100倍，比非晶硅高106倍，压阻效应显著，也是重要特性。纳米材料结构的特殊性导致与结构密切相关的特性的奇异性。纳米材料的特性9纳米材料的制备方法惰性气体淀积法沉淀法水解法化学气相淀积法10纳米技术的应用1.在陶瓷

7、领域的应用纳米陶瓷是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都在纳米级的陶瓷材料。Tatsuki等人对制得的A12O3-SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验，结果发现伴随晶界的滑移，Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入A12O3晶粒中，从而增强了晶界滑动阻力，提高了蠕变能力。纳米陶瓷克服了原陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。纳米陶瓷具有优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有广泛的应用，并在许多超

8、高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔应用前景。112.微电子学上的应用纳米电子学是利用纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件，包括纳米有序(无序)阵列体系、纳米微粒与微孔固体及纳米超结构组装体系。最终目标是进一步减小集成电路，研制出