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1、纳米材料的应用摘要:由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能,使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。本文就纳米材料及其应用进行了综述,并对其发展前景进行了展望。关键词:纳米材料;应用;ApplicationofnanomaterialsAbstract:Becauseofthespecialstructureofthenano-materials,aswellasitsspecificeffectsandperformance,thenano-materialshavethespecialpurposesotherthantheconventional
2、materials.Inthispaper,nano-materialsandtheirapplicationswerereviewed,andits`developmentisprospected.Keywords:nano-materials;applications一、前言从人类认识世界的精度来看,人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)。自20世纪80年代初,德国科学家Gleiter提出/纳米晶体材料0的概念,随后采用人工制备首次获得纳米晶体,并对其各种物性进行系统的研究
3、以来,纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲,纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒),一维材料(直径为纳米量级的纤维),二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲,则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次,是交叉学科跨世纪的战略科技领域。二、纳米材料纳米材料是纳米科技发展的重要基础,也是纳米科技最为重要的研究对象。自186
4、1年以来,随着胶体化学的建立,人们开始了对直径1nm~100nm的粒子系统即所谓胶体的研究,但真正有意识地把纳米粒子作为研究对象始于20世纪60年代。广义上,纳米材料是指在三维空间中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,即纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系,或纳米结构排列于一定基体中分散形成的体系,包括纳米超微粒子、纳米块体材料和纳米复合材料等。组成纳米材料的基本单元在维数上可分为三类:零维。指在空间三维尺寸均在纳米尺度内。如纳米尺度颗粒、原子簇等;一维。指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;二维。是指在三维空间中有一
5、维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。构成纳米材料的物质的类别可以有多种,分为金属纳米材料、半导体纳米材料、纳米陶瓷材料、有机-无机纳米复合材料及纳米介孔固体与介孔复合体材料等。纵观纳米材料的发展历史,大致可以分为三个阶段,第一个阶段限于合成纳米颗粒粉体或合成块体等单一材料和单相材料;第二个阶段则集中于各类纳米复合材料的研究;到第三个阶段表现为对纳米自组装、人工组装合成的纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系等纳米结构材料的关注。纳米材料的研究内涵也从最初的纳米颗粒以及由它们所组成的薄膜与块体,扩大至纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料等范畴。三、纳米材料的应用纳米
6、材料由于其产生的特殊效应,因而具有常规材料所不具备的性能,使得其在各个方面的潜在应用极为广泛。对于纳米材料及其应用前景的研究工作已经不再局限于单一学科与单一研究方法,而是多学科和多种研究方法的综合利用。3.1在催化方面的应用纳米微粒作催化剂是纳米材料的重要应用领域之一。纳米颗粒具有很高的比表面积,表面原子配位不全表面的键态和电子态与颗粒内部不同等特点,导致表面的活性位置增加,使纳米颗粒具备了作为催化剂的先决条件。有关纳米粒子表面形态的研究指出,随着纳米粒子的粒径的减小,微粒表面的光滑程度变差,凹凸不平的原子台阶逐步形成,能够大大增加反应物料在其表面的接触机会。利用上述
7、特性,可将纳米粒子进一步加工成具有化学催化、光催化和热催化性能的纳米催化剂。纳米微粒作催化剂可以控制反应时间、提高反应效率及反应速度、决定反应路径、有优良的选择性和降低反应温度。半导体纳米粒子的光催化作用已经引起人们的广泛重视并在催化降解有机物等方面得到了一定应用。半导体纳米粒子在光的照射下,其价带电子可以跃迁到导带,价带的空穴能够把周围有机物中的一些电子夺过来,使有机物中的部分短链基团变成自由基,作为强氧化剂而使酯类、醇类、醛类和酸类有机物发生一系列变化,最终降解为CO2。半导体纳米粒子的粒径越小,光生载流子越容易通过扩散而从粒子内部迁移到表面,光
