浅谈纳米材料与纳米技术应用及前景

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1、浅谈纳米材料与纳米技术应用及前景前言：纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。曲于纳米材料体系具有许多独特的性质，应川前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表而、界而科孕等多种学科，在实际成用和理论上都具有极人的研究价位,所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被齊为“21世纪鉍冇前途的材料”。关键词：纳米材料与技术；应用；前景。-：纳米材料的广泛运用①纳米技术在陶瓷领域的应用陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产屮起着举足轻重的作用。但是，由于

2、传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应川受到Y较人的限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希塑以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷其有象金屈一•样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家Cahn桁出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。所谓纳米陶瓷，足指显微结构屮的物相具奋纳米级尺度的陶瓷材料，也就足说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米兌级的水平上。要制备纳米陶瓷，这就需要解决:粉体尺寸、形貌和分布的控制,团聚体的控制和分散，块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。Gleiter指！li,

3、如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的品粒组成，则能够在低溫下变为延性的，能够发生100%的塑性形变。并.R.发现，纳米TiO2陶瓷材料在室温下具冇优良的韧性，在180'C经受弯曲而不产生裂纹。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程屮抑制晶粒长人的技木问题，从而控制陶瓷品粒尺、在50nm以卜的纳米陶氮则它将具有的®硬度、0韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。上海硅酸盐研究所研究发现，纳米3Y2TZP陶瓷（lOOnm左右）在经室温循环拉仲试验样品的断II区域发生了局部超朔性形变，形变量高达380%,并

4、从断口侧囬观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线。Tatsuki等人对制得的AI2O32SIC纳米fi相陶瓷进行拉仲蠕变实验,结果发现伴随品界的滑移，AI2O3品界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入AI2O3晶粒之屮，从而增强了晶界滑动的阻力，也即提髙了AI2O32SSC纳米S相陶瓷的蠕变能力。②纳米技术在微屯了学领域的应用纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其主要思想是基于纳米粒子的量子效应來设计并制备纳米量子器件，它包桮纳米有序（无序）阵列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系。纳米电子学的最终目

5、标是将集成电路进一步减小，研制出由单原子或单分子构成的在室温能使川的各种器件。0前，利川纳米电子学已经研制成功各种纳米器件。单电子晶体管，红、绿、蓝三色可调谐的纳米发光二极管以及利用纳米丝、巨磁阯效应制成的超微磁场探测器已经问世。并.FU具冇奇特性能的碳纳米管的研制成功,为纳米电了学的发展起到了关键作川。碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成，径14尺层控制在lOOnm以卜*。电子在碳纳米管的运动在径h'd上受到限制,表现出典型的發了限制效应，而在轴h'd上则不受任何限制。以碳纳米管为模子来制备一维半导体fi了•材料，

6、并不是凭空设想，淸平大学的范守善教授利用碳纳米管，将气相反应限制在纳米管内进行，从血生长岀半导体纳米线。他们将Si2SiO2混合粉体置于石英管中的坩埚底部，加热并通入N2。SiO气体与N2在碳纳米管中反应生长出SiN纳米线，其径叫尺寸为4〜40nm。另外，在1997年，他们还制备出了GaN纳米线。1998年该科研组与美W斯坦福火学合作，在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长,它将人大推进碳纳米管在场发射平ifdK示方Ifti的应用。K独特的电学性能使碳纳米管可用于人规模集成电路，超异线材等领域。③纳米技

7、术在牛.物工裎领域的应用众所周知，分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物大分了木身就是一个微型处理器，分了在运动过程中以可预测方式进行状态变化，艽原理类似于计算机的逻辑开关,利用该特性并结合纳米技术，可以设计量子计算机。美国南加州大学的Adelman博士等应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法，有效地解决了目前计算机无法解决的问题“哈密顿路径问题”，使人们对中物材料的信息处理功能和牛物分子的计算技术有了进一步的认识。①纳米技木迕化T.领域的应用纳米粒子作为光催化剂，有着许

8、多优点。首先是粒径小，比表囬积人，光催化效率高。另外,纳米粒子牛成的电子、空穴在到达表面之前，大部分不会策新结合。因此，电子、空穴能够到达表而的数量多，则化学反应活性高。其次，纳米粒子分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手段和方法来观察界而M的电荷转移、质了转移、半导体能级结构与表而态密度的影响。0前，工业上利川纳米二氧化钛-三氧化二铁作光催化剂，川于废水处理（含SO