纳米材料与纳米科技概述

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1、认识客观世界的几个层次；纳米技术的定义、研究特点及基本特征；纳米科技的分类；纳米研究的主要手段；纳米科技的基础；纳米材料的主要应用领域；纳米材料的分类上节重点纳米是一种长度单位，是十亿分之一(10-9)米。什么是纳米(nanometer)？1纳米=10个氢原子依次排列起来的长度=一根头发丝直径的八万分之一客观世界的划分：宏观：人眼可分辨的最小物体以上微观：分子原子尺度以下介观：介于宏观与微观之间的中间领域纳米技术开辟了人类认识世界的新层次，使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平，标志着人类的科学技术

2、水平进入了一个新时代，即纳米科技时代。纳米技术的定义及其特征纳米技术：在纳米量级范围内（0.1-100nm）对分子、原子进行操纵和加工的技术，是用单个原子、分子制造物质的技术，是研究一小堆原子(团簇)甚至于单个原子或分子的一门学科；是以纳米科学为基础，制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手段。特征：1.至少必须有一维具有0.1~100纳米的尺度；2.设计过程必须体现微观操纵的能力；3.组合起来可形成更大的结构并且具有优异的电气、化学、机械等性质。纳米电子学、纳米物理学、纳米化学纳米生物学、纳米机械学、纳

3、米表征学纳米科技的分类：纳米研究的主要手段：扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜(AFM)纳米科技的基础：纳米材料什么是纳米材料？至少有一个维度的尺寸小于100nm，或由小于100nm的基本单元组成的材料称为纳米材料。由于纳米材料在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料所不具有的特征，因而在磁性材料、电子材料、光学材料和陶瓷增韧等领域有着极为广阔的应用前景，纳米材料和纳米技术正受到世界各国的普遍关注。按化学组成及其特性分：纳米金属纳米陶瓷纳米高分子纳米复合材料纳米材料的分类按材料物性分：纳米半导体纳米磁性材

4、料纳米光学材料纳米超导材料纳米热电材料等按应用分：纳米电子材料纳米光电子材料纳米生物医用材料纳米敏感材料纳米储能材料等纳米材料的分类(按维数分）：零维结构材料（OD)纳米颗粒、原子团簇等；一维结构材料（1D)纳米丝、纳米棒、纳米管等；二维结构材料（2D)超薄膜、多层膜、超晶格等；三维结构材料（3D)纳米块体材料。纳米材料的巨大魅力：通过改变纳米材料基本结构单元的大小，控制纳米材料内部和表面的化学性质以及纳米结构单元的组合，就能设计材料的特性和功能。人类研究和发展纳米科技的最终目标，是要按照人类自己的意志操

5、纵单个原子，组装成具有特定功能的成品，从而改变人类的生产和生活。----《走进纳米世界》1.2纳米技术对社会进步的影响关键词：操纵，原子科学家的评价：美国科学家尼尔.莱恩：“纳米技术是最有可能在未来取得突破的科学和工程领域。这项技术并不只是向小型化迈进了一步，而是迈入了一个崭新的微观世界，在这个世界中物质的运动受量子原理的主宰”。关键词：量子原理人类社会的发展进步将与纳米材料与技术的发展密切相关：经济发展的基础；国防实力的保证；高新技术的依托。——经济发展的基础纳米科技的兴起孕育了一个新的经济—纳米经济。

6、经济世界领域将出现的一大批新型工业：智能操作工业、生物工业、隐形工业、绿色环保工业、太空工业等，纳米技术对各类工业技术都有渗透，成为全球经济的增长点。纳米材料和纳米结构的应用将为调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量，并提供新的机遇。对世界工业经济的主要影响产品结构调整：精加工、高附加值、高科技的纳米材料和纳米结构产品比例和产值明显增大。生产格局发生变化：生产纳米材料的企业开始成为国家经济体系中的重要部分。原材料和能耗转变：原料低成本、高质量、多功能；能耗降低。投

7、资重点转移：投资结构调整，生产产品重点倾斜，环保、改造的投资增大。高附加值产品大量出现：推动产品革新，使市场形成良性循环。以汽车工业为例----汽车工业发展提出的新要求：环境净化。安全预测防护。创造舒适的乘坐空间。提供必要而确切的信息。彻底改变汽车工业的纳米技术----活性树脂---用自行修复材料制造的汽车表面散布纳米量级物质的超强钢板用纳米铝实现车身超轻量化纳米技术与汽车催化装置汽车纳米/微米涂料轮胎材料的分子构造控制---高刹车性能和低燃耗性能汽车车架的制造工艺流程纳米技术在汽车催化装置中大有用武之地

8、催化装置的构成及各部位的尺寸催化装置的主体：直径为数纳米的贵金属粒子铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）等，由于单纯贵金属粒子性质不稳定，必须将其固定在比表面积较大的载体助催化粒子上。助催化粒子的作用：储藏和释放氧元素。如数十纳米CeO2-Zr02固溶体。左图：汽车催化装置里的纳米世界如何将贵金属粒子保持在纳米水平是维持其对有害气体高净化率的关键。右图：催化膜层中贵金属粒子的电子显微照片在催化条件下，当氧元素不足（还原环境）时，