纳米材料综述

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1、纳米材料综述田力学号：20083081008指导老师：唐世洪(吉首大学凝聚态物理研究所416000)【摘要】本文综述了纳米材料的发展、种类、结构特性、目前应用状况和相关的应用前景，并对我国和国际目前的研究水平和投入做了对比分析。【关键词】纳米、纳米技术、纳米材料、纳米结构【Abstract】Thispaperreportedthedevelopmentofnano-materials,thetypeofthemandthecharacteristicofstructure,theforesightdevelopmentandapplic

2、ationsareillustrate.Finally,wemakeacomparativeanalysisbetweenourresearchandinternational’sinlevelandtheinput.【KeyWords】nanometer,nanotechnology,nano-materials,nanostructure.1引言著名科学家费曼于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲中，以“由下而上的方法”(bottomup)出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理

3、学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大得扩充我们获得物性的范围。”[1]1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具－－扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。[2]2纳米知识介绍2.1纳米纳米（Nanometer），是一种长度单位，即1米的十

4、亿分之一，单位符号为nm。2.2纳米技术纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段：第一阶段(1990年即在召开“Nano1”以前)主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜)，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳

5、米相材料。第二阶段(1990年～1994年)人们关注的热点是设计纳米复合材料：7/7•纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合)，•纳米微粒与常规块体复合(0-3复合)，•纳米复合薄膜(0-2复合)。第三阶段(从1994年至今)纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。2.3纳米材料用纳米这么小的微粒制成的材料就是纳米材料。和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光、电、磁、热和力、化学等方面的性质。图1纳米颗粒材料SEM图对于纳米材料的研究包括两个方面：一是系统地研

6、究纳米材料的性能、微结构和光谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型纳米材料，包括新型纳米材料合成方法的探索和对常规材料的纳米修饰与改性。目前，在纳米材料的应用中所遇到的关键技术问题是：在大规模制备的质量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化。2.4纳米结构以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的新体系。它不仅具有纳米物质单元的性能，还存在由结构组合而产生的新的特性。Gleiter认为纳米材料是其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量界面

7、，晶界原子达15%一50%。可以利用TEM、X射线、中子衍射和一些其它方法来表征纳米材料及其结构。对于纳米材料晶界的结构有三种不同的理论:（1）Gleiter的完全无序说。[3]这种假说认为纳米晶粒间界具有较为开放的结构，原子排列具有随机性，原子间距较大，原子密度低，既无长程有序，又无短程有序。（2）Seagel的有序说。[4]有序说认为晶粒间界处含有短程有序的结构单元，晶粒间界处原子保持一定的有序度，通过阶梯式移动实现局部能量的最低状态;（3）叶恒强、吴希俊的有序无序说。[5]7/7该理论认为纳米材料晶界结构受晶粒取向和外场作用等一些

8、因素的限制，在有序和无序之间变化。[6-9]3目前应用3.1碳纳米管1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳