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1、第18卷 第3期 世 界 地 质 Vol118No131999年9月WORLDGEOLOGYSep11999纳米材料的发展及其展望周少红甘树才 陈 博(南京地质学校,南京210008)(长春科技大学应用理学院,长春130026) 摘要 介绍了纳米材料的研究现状及特点。对纳米组装材料、纳米结构材料、纳米添加材料、纳米涂层材料和纳米颗粒的表面修饰和包覆等纳米材料的研究进行了评述,并对21世纪纳米材料的发展新动向提出展望。关键词 纳米微粒 纳米结构材料 团簇1 纳米材料的发展概况 人类对物质的认识分为两个层次:一是宏观,另一个就是微观。人们对宏
2、观物质的研究已经很深入,研究历史也较悠久。微观物质的研究到了20世纪80年代出现了团簇科学,成为凝聚态物理研究的热点。团簇是1nm以下的原子聚合体,它是由几个到几百个原子构成的。1985年Kroto发现C60和C70是由20个六边形和12个五边形构成的封闭球形。这种结构不同于金刚石和石墨的结构,进一步研究得出碳原子团簇的幻数为20、24、28、32、36、50、60和70时,具有稳定结构。团簇的研究正处在原子物理、凝聚态物理、量子化学、表面科学和材料科学等多学科的交叉领域,因此而构成现在的团簇物理学。 在团簇物理研究中,人们在团簇和亚微米体系之间又发现了一个十分令
3、人注目的新体系,那就是纳米体系。这个体系通常研究的范畴为1～100nm,纳米微粒就是这个体系中的典型代表。由于纳米微粒的尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应使得纳米微粒具有不同于常规固体的新特性,因而成为材料科学、物理学及化学等学科的前沿焦点。1990年7月在美国巴尔基摩召开了第一届国际纳米科学技术会议(NanoScienceandTechnology简称NST),正式把纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支公布于世。纳米材料科学的诞生标志着材料科学已进入了一个新时代,人们对客观世界的认识又前进了一大步。1994年10月在德国斯图加特大学召开第二届国际纳米材料学术会议,
4、大会收到论文287篇,对高强度、高韧度和高硬度纳米材料、纳米磁性材料和纳米功能材料的现状及发展趋势和对纳米材料界面结构描述的理论及见解进行了全面总结。1996年7月在美国夏威夷召开了第三届国际纳米材料学术会议。从1994年到1996年有关纳米材料科技的学术论文每年以20%的速度增加,仅在国际上权威期刊(按影响因子超过3.0计数)上发表的纳米材料科学的论文每期都有相当的数量。专利到1996年比90年代初增加2倍。纳米材料研究发展速度如此之快,对相关各个领域影响之深,出乎人们意料之外。特别是纳米材料的应用研究已影响到许多产业,逐渐渗透到传统工业和高科技企业。美国自199
5、4年以来,每年召开一次大型的纳米材料商业会议。由政府牵头,由科学家、企业家和商业家参加,共同商讨纳米材料的应用和开发。日本也有纳米材料的商品出售。面对这种形势,我国高科技领域在“八五”和“九五”研究计划 第一作者简介 周少红 女 25岁 讲师 工业分析专业 已发表“离子交换分离荧光法测定地质样品中微量铌等”论文 收稿日期 19990104©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第3期 周少红等:纳米材料的发展及其展望 101中,也提到重
6、要位置上来,同信息科学和海洋资源开发一起作为下个世纪的重要产业。目前,纵观纳米材料研究的世界形势,美国、日本、德国、俄罗斯、荷兰、加拿大等国的纳米材料研究处于领先地位,中国虽然起步较晚,但也步入世界先进的行列。2 纳米材料研究的内容及特点 纳米材料分为纳米微粒和纳米固体,纳米微粒指单个纳米尺寸的超微粒子,纳米微粒的集合体称为纳米粉末或超微粉。纳米固体是由纳米微粒聚集而成的新型凝聚体,它包括二维的纳米薄膜和三维的纳米块体。[1,2] 纳米材料研究的内容包括两个方面:(1)系统地研究纳米材料的性能、微观结构和波谱特性。通过和常规材料对比,找出纳米材料特殊的规律,建立
7、描述和表征纳米材料的新概念和新理论,发展完善纳米材料科学体系。(2)发展新型纳米材料。纳米尺寸的合成为发展新材料提供了新途径,这就大大地丰富了纳米材料制备科学。 目前,世界上的材料有100万余种,而天然的材料只占约5%。这就是说人工合成材料在材料科学发展中占有重要地位。纳米尺度的合成为人们设计新型材料尤其是合成复合材料打开了大门。领域纳米微粒的特性,人们可以采用纳米微粒和纳米微粒的复合(0-0复合);纳米微粒与常规块体材料的复合(0-3复合);纳米微粒与纳米薄膜的复合(0-2复合)。这样人们可以把过去难以实现的有序相与无序相、晶体与金属玻璃、铁磁相与反铁磁相、
