先进制造技术 教学课件 作者 李伟 第7章-纳米技术.ppt

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1、第1章绪论第2章制造自动化技术第3章微细加工技术第4章快速原型技术第5章工业机器人第6章虚拟制造技术第7章纳米技术第8章压电驱动与控制技术第9章绿色制造技术第7章纳米技术中国农业大学先进制造技术第7章纳米技术7.1概述7.2纳米材料结构与性能7.3纳米材料的制备7.4纳米级测量技术7.5纳米级加工技术7.1概述7.1.1纳米材料定义及分类7.1.2纳米技术及其重要性7.1.3纳米技术的发展及应用纳米(nanometer)是一个长度单位，1纳米是1米的十亿分之一，即1nm＝10-9m。纳米科学是研究纳米尺度范畴内原子、分子和其他类

2、型物质运动和变化的科学；纳米技术则是在纳米尺度范畴内对原子、分子等进行操纵和加工的技术。纳米科学技术(NanoScienceandTechnology，Nano-ST)是研究由尺寸在0.1～100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用，以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术，它是一门多学科交叉的、基础研究和应用开发紧密联系的高新科学技术。7.1概述纳米科学技术包括以下若干领域：纳米材料学纳米电子学纳米机械加工学纳米生物学纳米化学纳米力学纳米物理学纳米测量学等。7.1概述7.1.1纳米材料定义及分类纳米材料是指在三维空间中

3、，至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。基本单元按维数可以分为三类：①零维②一维③二维在空间三维尺度均在纳米尺度。如纳米尺度颗粒、原子团簇、人造超原子、纳米尺寸的孔洞等。在空间有两维处于纳米尺度。如纳米丝、纳米棒、纳米管等。在三维空间中有一维在纳米尺度。如超薄膜、多层膜、超晶格等。纳米材料可分为以下六类1.纳米粉末(零维)又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。7.1.1纳米材料定义及分类可用于高密度磁记录材料、吸波隐身材料、

4、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米粉末研究开发时间最长、技术最为成熟，是制备其他纳米材料的基础。1.纳米粉末(零维)是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于微导线、微光纤(未来量子计算机与光子计算机的重要元件)材料；新型激光或发光二极管材料等。2.纳米纤维(一维)纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的

5、薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化(如汽车尾气处理)材料；过滤器材料；高密度磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。3.纳米膜(二维)是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为超高强度材料，智能金属材料等。4.纳米块体(三维)纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合)、纳米微粒与常规块体复合(0-3复合)、纳米微粒与薄膜复合(0-2复合)、不同材质纳米薄膜层状复合(2-2复合)等。通过物理或化学方法将纳米微粒填充在介孔固体(如气凝胶材料)的纳米孔洞中，这

6、种介孔复合体也是纳米复合材料。纳米复合材料可利用已知纳米材料奇特的物理、化学性能进行设计，具有优良的综合性能，可应用于航空、航天及人们日常生产、生活的各个领域，纳米复合材料被誉为“21世纪的新材料”。5.纳米复合材料是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新体系，它包括一维、二维、三维的体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇或人造原子、纳米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的孔洞等。6.纳米结构纳米结构体系根据构筑过程中的驱动力，可分为两类：人工组装体系自组装体系是按人类的意志，利用物理和化学的方法人工地将纳米尺

7、度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维的纳米结构体系。包括纳米有序阵列体系和介孔复合体系等。是按通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德华键和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。6.纳米结构纳米技术是指在纳米尺寸范围内，对材料、设计、制造、测量、控制和产品进行研究处理的技术。纳米技术主要内容包括：纳米级精度和表面形貌的测量；纳米级表层物理、化学、力学性能的检测；纳米级精度的加工和纳米级表层的加工——原子和分子的去除、搬迁和重组；纳米材料；纳米级微传感器和控制技术；微型和超微型

8、机械；微型和超微型机电系统和其他综合系统；纳米生物学等。7.1.2纳米技术及其重要性纳米技术本身就是通过改变材料的尺寸，使其有效面积增加来进行发掘、改变材料的力学、光学、电学、磁学以及生物学特性的。纳米材料的奇异特性是由于它的特殊结构所决定的，只有材料达到纳米尺