纳米材料在人类生活中的应用.doc

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1、纳米材料在人类生活中的应用1、“纳米"是英文nanometer的译名，是一种度量单位，1纳米为白万分Z一毫米，即一毫微米，也就是十亿分Z—米，只相当于十儿个中等原子串起来那么长。2、纳米结构、纳米技术和纳米材料。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术是一种材料技术，材料技术发展的趋势Z—就是尺寸向越来越小的方向发展。纳米技术其实就是一•种用单个原子、分子制造物质的科学技术。自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0」至10

2、0纳米这样的尺度为研究对象的新学科，这就是纳米科技。作为一门极有前途的新兴科学，纳米科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。纳米技术是80扯代初迅速发展起来的前沿学科，它使人们认识、改造微观世界的水平提高到了一个新的高度。纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑、电视机、卫星、机器人等的体积变得越来越小。材料是一切事物的物质基础。如果没有七十年代制成的光导纤维，也不会有现代的光通信；如果不制成高纯度大直径的单晶硅，就不会有高度发展的集成电路，也不会有今天如此先进的计

3、算机和电子设备。粒度小于38um(400R)的粉料通常被称作超细粉体材料。而纳米材料一般是指粒径在lnm〜lOOnm间的粒子，它处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介系统，即接近于分子或原子的临界状态。近年来，许多发达国家已先后投入巨资组织力量竞相加紧研究。我国对纳米材料的研究也非常重视。我国已将“纳米材料”列入国家“八五”期间重大基础研究“攀登计划”项冃。许多研究所、高等院校也组织科研力量开始纳米技术研究工作，并取得了令人瞩冃的成果。3、纳米粒子的特

4、性纳米材料由纳米粒了组成。纳米粒子一般是指尺寸在1〜lOOnm间的粒子，它具有以下四方面效应，并由此派生出传统固体不具有的许多特殊性质：3.1.表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加。例如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/go粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面

5、积、表面能都会迅速增加。这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与具它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，具表面能大大增加。这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子输运和构型变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。3.1.量子尺寸效应大块材料的能带可以看成是连续的，而介于原子和大块材料Z间的纳米材料的能带将分裂为分立的能级。能级间的间距随颗粒

6、尺寸减小而增大。当热能、电场能、或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称Z为量子效皿。这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。3.3•小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由丁•颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对纳米颗粒而言尺寸变小，同吋其比表面积亦显著增加，从而磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等祁较普通粒子发生了很大的变化，产生一系列新奇的性质。例如金属纳米颗粒对光吸收显

7、著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移；小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别，由磁有序态向磁无序态，超导相向正常相转变。与大尺寸固态物质相比纳米颗粒的熔点会显著下降，例如2nm的金颗粒熔点为600K,随着粒径增加熔点迅速上升，块状金为1337K。3.4•宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观的量子隧道效应MQT(MacroscopicQ

8、uantumTunneling)o这一效应与量了尺寸效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短吋间。以上四种效应是纳米粒子与纳米固体的基本特性，它使纳米粒子和固体呈现许多奇异的物理性质和化学性质，出现一些“反常现象”，如金属是导体，但纳米金属微粒在低温由丁量子尺寸效应会呈现电绝缘性；纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍；化学惰性的金属钳制成纳米微粒(箔黑)后，却成为活性极好的催化剂等。4.纳米粒子的制备方法纳米