纳米材料及其技术应用前景

《纳米材料及其技术应用前景》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、清华大学材料系纳米材料及其技术应用前景1一纳米材料的定义二纳米材料的发展历程三纳米材料的特性3.1纳米材料的表面效应3.2纳米材料的体积效应3.3纳米材料的量子尺寸效应四纳米材料的合成方法4.1物理法4.2化学反应法2五纳米材料的应用热点5.1纳米技术在陶瓷领域方面的应用5.2纳米技术在微电子领域方面的应用5.3纳米技术在生物工程方面的应用5.4纳米技术在环保领域方面的应用5.5纳米技术在分子组装方面的应用5.6纳米技术在国防工业领域方面的应用5.7纳米技术在其它领域方面的应用3六、我国在纳米材料领域所取得的成果

2、七、世界纳米战略及纳米市场八、纳米技术研究与开发的动向与难点九、我国“十五”“863”纳米专项规划4一纳米材料/纳米技术的定义纳米材料：是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100-102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子，二是粒子间的界面。5纳米技术：纳米技术（纳米科学与技术的简称）研究在0.1-100纳米尺度范围的物质世界，其实质就是要操纵原子和分子,目的是直接用原子和分子制造具有特定功能的产品。纳米技术是由物理学、化

3、学、生物学以及电子学等各个学科交叉形成的新兴学科。包括：纳米材料学；纳米电子学；纳米动力学；纳米生物学和纳米药物学。6纳米技术的研究内容：创造和制备优异性能的纳米材料。设计、制备各种纳米器件和装置。探测和分析纳米区域的性质和现象。生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。7二、纳米材料发展历程1860,胶体化学诞生，开始对粒径约1～100nm胶体粒子进行研究。1929,Kohlshuthe用金属作电极，在空气中进行弧光放电，制得金属氧化物溶胶。1940,Ardeume首次利用TEM对

4、金属氧化物的烟状物进行观测和研究。1945,Buk提出在低压惰性气体中获得金属超微颗粒的蒸发方法。1959,P.Feynman发表演讲，预言该类材料的特殊性能。1962,R.Kubo发现金属超微粒子与块状物质的热性质不同，提出Kubo效应。1975,日本、法国、美国科学家利用NMR、TEM、XRD对纳米粒子进行研究。81984，Gleiter、Siegel利用原位加压成形得到纳米微晶块体。1989，IBM公司的科学家实现用单个Xe原子排列拼写出“IBM”商标。1990，在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议；我国

5、在中科院固体物理所召开首次纳米固体讨论会。1991，Iijima制备出直径为4~10μm的多壁碳纳米管。1992，我国首次把“纳米材料科学”列入“攀登计划”。93－至今，纳米材料及其技术开始蓬勃发展。9三个发展阶段：第一阶段（1990年以前）：实验室探索制备纳米颗粒粉体，合成块体。第二阶段（1994年前）：设计合成纳米复合材料。第三阶段（从1994年～）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构。10Fe原子排列成的汉字“原子”1148个铜原子构成圆形，电子相互干涉形成干涉波12的无痛型微型针放在指尖上的四百支排列整

6、齐13被囚禁冷却的原子和“原子激光”14用光刻技术做成的微米尺寸的微机械15纳米碳管16纳米陶瓷17纳米金属铜的超延展性18三纳米材料的特性1、纳米材料的表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上变化。表面原子数与粒径的关系192纳米材料的体积效应由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。久保理论：认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为：δ=4

7、EF/3N∞V-1∞1/d3随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。203纳米材料的量子尺寸效应当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。它将导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。如光吸收显著增加，超导相向正常相转变，金属熔点降低，增强微波吸收等。21四、纳米材料的合成技术（1）

8、粒子纯度及表面的清洁度高（2）粒子粒径及粒度分布可控（3）粒子几何形状规一，晶相稳定性好（4）粉体无团聚或团聚程度低。22方法制备特点物蒸发冷凝法用真空蒸发,激光,电弧高频感应等法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷使之凝结。纯度高,结晶组织好,粒度可控,但技术设备要求高.理方法物理粉碎法通过机械粉碎,电火花等法制得纳米粒子。操作简单,成本较低,但易引进杂质降低产品纯度，机