纳米材料基本概念和分类.ppt

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1、一、纳米科学技术的基本概念和内涵“纳”(nano)来自于希腊文，本意是“矮子”或”侏儒”的意思。纳米(nanometer)是一个长度单位，简写为nm。1nm=10(-9)m=10埃。1,000纳米=1微米(μm)。头发直径：50-100m,1nm相当于头发的1/50000。氢原子的直径为1埃，所以1纳米等于10个氢原子一个一个排起来的长度。纳米科学离我们并不遥远原子是构成物质的基本单元，纳米科学与技术的研究实际上就是在原子层次上认识世界。1990年，世界上最小的“I-B-M”3个字母在实验室诞生了。1990年，美国IBM公司阿尔马登研究中心（AlmadenResearchCenter）的科

2、学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，在镍金属表面组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长，成为世界上最小的IBM商标。荷叶自清洁效应水滴落在荷叶上，会变成了一个个自由滚动的水珠，而且，水珠在滚动中能带走和叶表面尘土。荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍。而荷叶叶面都具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”研究表明，包括蜜蜂、海龟等在内的许多生物体内都存在着纳米尺寸

3、的磁性颗粒。这些磁性纳米颗粒对于生物的定位与运动行为具有重要意义。最新的科学研究发现，蜜蜂的腹部存在着磁性纳米粒子，这种磁性的纳米粒子具有类似指南针的功能，蜜蜂利用这种“罗盘”来确定其周围环境，利用在磁性纳米粒子中存储的图像来判明方向。当蜜蜂采蜜归来时，实际上就是把自己原来存储的图像和所见到的图像进行对比，直到两个图像达到一致，由此来判断自己的蜂巢。利用这种纳米磁性颗粒进行导航，蜜蜂可以完成数公里的旅程。横行霸道亿万年前，螃蟹并非如此“横行”。因其第一对触角里有几颗磁性纳米微粒，螃蟹便拥有了用于定向的几只小“指南针”。靠这种高精度的“指南针”，螃蟹的祖先堂堂正正地前进后退，行定自如。后来，由

4、于地球的磁场发生多次剧烈倒转，螃蟹触角里的那几颗珍贵的纳米小磁粒发生错乱，失去了正确指示方向的功能。于是，晕晕乎乎的螃蟹便开始横行，从此落得个蛮横的名声。飞檐走壁的壁虎壁虎可以在任何墙面上爬行，反贴在天花板上，甚至用一只脚在天花板上倒挂。它依靠的就是纳米技术。壁虎脚上覆盖着十分纤细的茸毛，可以使壁虎以几纳米的距离大面积地贴近墙面。尽管这些绒毛很纤弱，但足以使所谓的范德华键发挥作用，为壁虎提供数百万个的附着点，从而支撑其体重。这种附着力可通过“剥落”轻易打破，就像撕开胶带一样，因此壁虎能够穿过天花板。蝴蝶翅膀上的斑斕色彩蝴蝶因为其翅膀上变化多端、绚烂美好的花纹而使人着迷。这也让生物学家们感到疑

5、惑：蝴蝶令人眼花缭乱的颜色是如何形成的，又有什么不同意义呢？最近，荷兰格罗宁根大学的希拉尔多博士发现了解决这个问题的通道。在研究了菜粉蝶和其它蝴蝶翅膀的表面后，希拉尔多博士揭示了这个秘密：翅膀上的纳米结构正是蝴蝶的“色彩工厂”。他的研究表明，蝴蝶翅膀上炫目的色彩来自一种微小的鳞片状物质，它们就像圣诞树上小小的彩灯，在光线的照耀下能折射出斑斓的色彩。蝴蝶翅膀上的颜色其实是一个身份标志。不同颜色的翅膀，让形色万千的蝴蝶能在很远的地方就识别出同伴，甚至辨别出对方是雄是雌。通过电子显微镜的观察，希拉尔多博士发现粉蝶翅膀的结构非常奇特；尽管不同种类的蝴蝶，鳞片的结构不同，但彼此之间还是有共同特征。一般

6、来说，蝴蝶翅膀由两层仅有3至4微米厚的鳞片组成，上面一层鳞片像微小的屋瓦一样交替，每个鳞片的构造也很复杂。而下一层则比较光滑。蝴蝶翅膀这种井然有序的安排形成了所谓的光子晶体，也就是纳米结构。通过这种结构，蝴蝶翅膀能捕捉光线，仅让某种波长的光线透过。这便决定了不同的颜色。纳米器件“自上而下”是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化；“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意志进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品。目前，在纳米化工厂、生物传感器、生物分子计算机、纳米分子马达等方面，都做了重要的尝试。纳米材料定义按国际制（SI）词冠中纳米尺寸概念以及纳米度

7、量单位与其它度量单位的关系如下：1艾米（exametre）＝1000拍米（petametre）1拍米（petametre）＝1000太米（terametre）1太米（terametre）＝1000吉米（gigametre）1吉米（gigametre）＝1000兆米（megametre）1兆米（megametre）＝1000千米（kilometre）1千米（kilometre）＝10百米（hectometre）