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1、变色蝴蝶翅膀中的纳米结构马玉坤摘要被誉21世纪最有前途的材料的纳米材料同信息技术和生物技术一样已经成为21世纪社会经济发展的三大支柱之一和战略制高点。本文从不同角度对纳米材料进行了分类，概述了纳米材料的特性、制备方法及其应用。本文主要针对Morpho变色蝴蝶翅膀的结构及制备进行研究，发现MS法复制的鳞片与实际蝴蝶翅膀具有相同的结构色效果,故本文所提出的MS法可以用来探索制备仿生生物结构色样品,为其他光学装置的制备研究提供借鉴。关键词：纳米材料；特异效应；Morpho变色蝴蝶；磁控溅射法AbstractThispaperintroducedtheclassificationo
2、fnanometermaterialsfromdifferentaspects,summarizesthecharacteristics,preparationmethodsandapplicationsofnanomaterials,thespecialstructureofthenanometermaterialsandspecialeffectandperformances.ThispaperfocusesonthestructureandpreparationofdiscolorationMorphobutterflywings,foundMSmethodofsca
3、lesandtheactualcolorbutterflywingshavethesamestructureeffect.0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。纳米材料的特殊结构决定了纳米材料具有一系列的特异效应(如:小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等),因
4、而出现常规材料所没有的一些特别性能,从而使纳米材料己获得和正在获得广泛的应用。1基本概念1.1纳米材料1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下:一相任一维的尺寸达到100nm以下的材料为纳米材料[1]。由此可知,纳米材料的几何形状既可以是粒径小于100nm的零维纳米粉末,也可以是径向尺寸小于100nm的一维纳米纤维或二维纳米膜、三维纳米块体等。纳米材料的材质可以是金属或非金属;相结构可以是单相或多相;原子排列可以是晶态或非晶态。当物质进入纳米级后,其在催化、光、电、热力学等方面都出现特异化,这种现象被称为“纳米效应”。1.2纳米复合材料以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连
5、续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性剂为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。2纳米材料的类别划分近年来,由于纳米材料的分类是从不同的学科角度进行,因此显得较为混乱且缺乏系统性,本文主要把纳米材料分为3类:纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。2.1纳米微粒纳米微粒指线度处于1～100nm之间的聚合体,它是处于该几何尺寸的各种粒子的总称。纳米微粒的形态并不限于球形,还有板状、棒状、角状、海绵状等。当粒子尺寸进入纳米级时,具有量子尺寸效应、小尺寸效应、
6、表面效应和宏观量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。例如录音带、录像带和磁盘等都有采用磁性微粒作为磁记录介质。随着社会的信息化,要求信息储存量大、信息处理速度高,促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。2.2 纳米固体纳米固体是由纳米微粒聚集而成的凝聚体,虽然可以从不同的角度将其分为许多种类,但它们都有一个共同的特点,即超细颗粒间巨大的界面积,可从以下角度再分类。2.2.1 按几何形态划分从几何形态的角度可将纳米固体划分为纳米块状材料、纳米薄膜材料、纳米纤维材料。纳米块状材料通常是指由表面清洁的纳米微粒经高压
7、形成的三维凝聚体,纳米薄膜则是指二维的纳米固体,常用的制备方法有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、溅射镀膜法等。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面,如5nm颗粒所构成的固体将含1019个/cm3晶界,原子的扩散系数要比大块材料高1014～1016倍,从而使得纳米材料具有高韧性。2.2.2 按组成颗粒的结构状态划分按纳米固体中纳米微粒结构状态的不同,可将其分为纳米晶体、纳米非晶体、纳米准晶材料。包含的纳米微粒为晶态的纳米固体就是纳米晶体。由具有短程有序的非晶态纳米微粒组成的纳米固体称为纳米非晶体,而将只有取向对
