走进纳米时代论文

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1、走进纳米时代论文纳米材料及其应用摘要：21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最冇前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方血的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。关键词：纳米材料；纳米技术；应用1.纳米材料的发展自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点人致可划分为三个阶段：第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局

2、限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料己发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一•度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空问组装排列成具有纳米结构的体系。2.纳米材料的定义纳米材料是指在三维空

3、问中至少有一维处于纳米尺度范围（1-lOOnm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10〜100个原子紧密排列在一•起的尺度。3.纳米材料的结构纳米级的颗粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，是一种典型的介观系统。因此,从结构上看，它是士两种组元构成的，即材料的体相组元晶体原子和界血组元晶界。若是常规材料，截血应该是一个完整的晶体结构，但对于纳米晶来说，由于晶粒尺寸小，界面组元在整个材料中所占的比例极大，晶界缺陷所占的体积比也相当大，尽管每个单独的分界血可能具有一个二维局部或局域的有序结构，但从一个局部界面到另一个局部界

4、面的周期不同，由所冇这样的界血原子组成的界血，其原子排列方式均不同。W此，在整体上构成了一种与品态和玻璃态均有较大差别的、崭新的微观结构。由于纳米粒子的这种特殊类型的结构，导致纳米材料具有一系列新异的物理、化学特性，而且这些特性是其他固体材料或常规材料根木所不具宥的特性。1.纳米材料的特性(1)表面与界面效应这是指纳米晶体粒表而原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表曲'原子占40%;粒子直径为1纳米吋，微粒包含有30个原子，表而原子占99%。主要原因就在于直径减

5、少，表面原子数量增多。(2)小尺寸效应当纳米微粒尺、r与光波波长，传导电了的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小吋，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺、r时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米吋却开始导电。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又宥可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。(3)量子尺寸效应当粒子的尺寸达到纳米量级吋，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能

6、、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，宥种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。(4)宏观量了•隧道效座微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。2.纳米材料的应用(1)陶瓷增韧传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的品粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的

7、强度和高初性以及&好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温卜进行冷加工。如果在次高温K将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表而退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍其宥纳米材料的延展性的高性能陶瓷。(1)计算机技术世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了18000个电子管，总重量30t，占地而积约170m2,可以算得上一个庞然大物了，可是，它在is内只能完成5000次运算。经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编

8、程技术的发展，使计算机技术宥了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算机。如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器