现代新型材料与纳米材料

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1、现代新型材料与纳米材料NewMaterialsandNanometer-Materials（2）材料科学与工程学院纳米材料与新材料课程组2第二讲纳米材料(1)3人类科技始终朝两个目标发展：向越来越大、越来越远的宏观世界进军，向世界的广度进军，探索宇宙的起源和进化；向越来越小、越来越深的微观世界发展，向原子、原子核、基本粒子的微观层次不断探索物质起源和结构。哈勃望远镜引言扫描电镜创生之柱419世纪末，人们证明原子不是物质最小粒子。1919年，卢瑟福发现质子的存在。1932年，查德威克发现中子。20世纪50年代，格拉

2、泽将亚原子粒子加速到光速，这些粒子碰撞质子后，质子分裂为一群新粒子。新粒子从碰撞点扩散时会留下一个极其微小的气泡，科学家无法看到粒子本身，却可看到这些气泡的踪迹。1977年，费米实验室发现下夸克。目前，人们大力寻找希格斯玻色子。52012年7月4日，欧洲核子研究中心宣布发现一个新粒子，与希格斯玻色子有吻合之处；或者，至少是0自旋，衰变产物等特性和希格斯玻色子一模一样的新粒子，这是物理学在2012年最大的进展。如果没有希格斯玻色子，世界没有静质量，所有的基本粒子都以光速运动，不可能形成原子，分子和原子核，宇宙中不会

3、有各式各样的星球，更不会出现生命。6在向两个极端目标前进中，人们蓦然回首，发现对原子、分子和宏观物体之间的中间领域，即纳米领域还尚未完全认识和开拓。纳米领域出现许多既不同于宏观体系，也不同于微观体系的物理性能。纳米材料7人类社会进入“知识社会”，科学家在新材料和新加工技术的开发中创造新的社会文明信息时代，由电子材料、光子材料、激光材料等组成Co超级存储材料太空时代，由航空航天材料、高聚物、复合材料等组成航天密封用氢化丁腈橡胶生命复制时代，由医学材料、生物材料、转基因技术、克隆技术等开启基因测序黄金大米超导时代；低

4、碳时代；智能时代；………………新能源时代，由光伏材料、热电材料、聚变材料等组成太阳能光伏电池8在信息、航空、生命等高科技领域背后，人们都可以发现纳米材料和纳米技术的身影。目前，纳米领域是与人类关系最密切的物质层次。纳米技术的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，人类社会也从“毫米文明”、“微米文明”迈向“纳米文明”。毫米文明微米文明纳米文明9以纳米技术为代表的新兴科技将给人类带来第三次工业革命，推动信息、材料、能源、环境、生物、农业、国防等领域的技术创新，给传统产业带来极大变革，为人类创造新材料、新

5、产品，彻底改变人们的生活习惯和生产模式。纳米技术是21世纪科技发展的领头羊。10纳米及纳米材料定义111、纳米的定义纳米(nanometer)是一种几何尺寸度量单位，简写为nm；1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m1纳米是1米的10亿分之一；人类DNA形态(方框边长为10nm)12在原子物理中使用的其他一些微观尺度计量单位：1nm=10埃米(Å)1nm=1000皮米(picometer)1pm=1000飞米(femtometer)1fm=1000阿米(attometer)氢原子直径约为1Å，1nm约为1

6、0个氢原子排列的长度；纳米是一个极小的尺寸单位C-H化合物中的原子排列方框边长为1nm13约130亿光年，人类已观察到的宇宙大致范围约10亿光年，可看到银河系的全貌约1000亿千米，可看到冥王星的完整轨道约1万千米，可分辨地球的一部分将人类研究的物质世界的尺度大小进行比较：141千米，可分辨城市的建筑排列10米，可看清足球场上的人1厘米，可分辨皮肤表面皱纹局部100微米，可分辨人体细胞、大小约17微米1微米，可看到聚集的染色体100纳米，可分辨染色体1纳米，可分辨DNA分子结构100皮米，可看到电子云笼罩下的原子

7、轮廓15100飞米，可整体分辨原子核10飞米，可看清原子核的质子和中子1飞米，可分辨组成质子和中子的夸克100阿米，可进一步看清夸克纳米尺寸的量度人的身高10-25亿nm人头发的直径60000-80000nm血液中的红血球6000-9000nm细菌2000-3000nm病毒尺寸几十nm16在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。现在，广义地，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内(0-100nm)，或以它们作为基本单元构成的材料。纳米材料的定义17按维数，纳米材料的基本

8、单元可分为：零维：空间三继尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇等；一维：空间两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；二维：三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。这些单元具有量子性质，对零维、一维和二维的基本单元分别有量子点、量子线和量子阱之称。纳米Au颗粒Janaetal，Adv.Mater.2001,13,1389纳米氧化钴颗粒纳米Au线Fe2