纳米材料的概述

“纳米材料”—开启微观世界之门

1.纳米材料及纳米技术

纳米技术界定为：在1nm～100nm尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，通过直接操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的新技术。

纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。2.纳米材料的发展

人类对物质的认识分为两个层次：一个是宏观，另一个是微观。人们对宏观物质的研究已经很深人，研究的历史也较悠久。对于微观物质的研究，到20世纪60年代出现了团簇科学，成为凝聚态物理研究的热点。在团簇物理研究中，人们在团簇和亚微米体系之间又发现了一个十分令人注目的新体系，即纳米体系。这个体系通常研究的范畴为1～100nm，其中典型的代表是纳米粒子。由于纳米粒子的尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应使其具有不同于常规固体的新特性，而成为材料科学、物理学和化学等学科的前沿焦点。

1959年著名的美国物理学家理查德?费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲，预言说：“我不怀疑，如果我们对物质微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物质得到大量的可能的特性。”虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年，日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。

1981年格尔德?宾宁（Gerd Binnig）和海因里希?罗雷尔Heinrich Rohrer 发明了扫描隧道显微镜，它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。

1984年Gleiter 首次采用气体冷凝的方法，成功地制备了Fe纳米粉。随后，美国、西德和日本先后研制成纳米级粉体及块体材料。

1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名未来学家，多面网格球顶的发明人巴克明斯特?富勒（R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使

用最广泛的纳米材料之一。

1986年在苏黎世的IBM研究实验室中，卡尔文?夸特（Calvin Quate）和克里斯托?格柏（Christoph Gerber）与德国物理学家宾尼（Binnig）协作，发明了原子力显微镜。它成为在纳米尺度成像，测量和操作的最重要的工具之一，这是纳米技术最核心的部分。

1989年在加州圣何塞的IBM阿尔马登研究中心，公司的科学家唐艾?格勒（Don Eigler）和埃哈德?施魏策尔（Erhard Schweizer）使用35个氙原子拼出了IBM 公司的标志，进一步表明了纳米颗粒的可操作性。

1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术会议，正式将纳米材料科学作为材料科学的一个新分支公布于众。1991年NEC公司的饭岛澄男（Sumio Iijima）制造出了碳纳米管，它是一种二维材料，直径只有几个纳米，而强度比钢高100倍；密度仅为钢的1／6．是很有前途的增强剂，因其导电性超过铜，有可能成为纳米级电子线路材料。

1998年白宫的国家科学技术理事会成立了纳米技术的机构间工作组。它的任务是：赞助研讨会和研究，以界定纳米科学技术和预测其发展前景。

1999年使用纳米技术的消费类产品开始出现在全球市场。

2001年美国总统克林顿建立了国家纳米技术计划，协调联邦研究和开发工作，提高美国在纳米技术上的竞争力。

2002年欧盟以纳米论坛的形式，向公众普及纳米技术知识。

2003年美国国会制定21世纪纳米技术研究和发展条例。为美国纳米技术计划提供了法律基础，建立项目，分配机构的责任，授权筹资水平，以及启动研究以解决关键问题。

2008年12月10日国家研究委员会批评纳米技术计划的环境，健康和安全研究战略；纳米技术计划回顾后，称它对国家研究委员会的结论持有异议。

2009年9 月29日美国环保局陈述了新的研究策略，以更好地了解如何纳米材料对人体健康和环境的潜在危害。它还宣布，某些纳米材料的制造商和使用者必须告知环保局它们的使用计划。

2010年1月8日在英国，上议院的科学和技术委员会就纳米技术问题发表了有关纳米技术和食品问题的长篇报告，警告本国的食品工业不要隐瞒纳米技术的使用情况。

2010年3月美国参议院环境和公共工程委员会继续为修订有30年历史的有毒物质控制法收集证据。美国环保局称，这将有助于规范纳米材料的商业应用。

纳米材料科学的诞生标志着材料科学已进入了一个新时代，而人们对客现世界的认识又前进了一大步。

3.纳米材料的性能

20世纪九十年代以后，随着纳米材料的不断发展，在理论研究方面，纳米科技的诞生，给人们的思维带来了一次革命。它告诉我们，任何一种物质的性质都是由其本身的特性、聚集状态形式以及存在的环境条件范围决定，而且在不同的聚集状态及存在环境条件下，其自身的物性规律和运动规律都将发生根本性变化。换言之，物性的变化规律和与之相适应的理论都是在一定的环境条件范围内成立的，当环境条件超过某一极限范围后，物质的运动规律、物性都会发生质的变化，其相应的理论也将发生改变，必须寻找新的适应该环境条件范围内的理论与之相适应。比如按相对论的推理，当物体速度超过光速后，时间就会成为负值，即出现时间倒转，这可能吗?那么是否是这个理论是不正确的呢?不是的，事实上，从环境条件的观点来看，这个理论的适用范围就是物体的速度不超过光速。当物体速度超过光速后，这个理论将不再适应。应该有新的理论来取代；再比如化学热力学中的绝对温度零度，在热力学中绝对零度是不能达到的。因为温度低于绝对温度零度，体系能量将会变成不确定的数(分母为零)，那么是否绝对温度零度就一定不能达到呢? 也不是这样的，只能说当温度达到绝对温度零度后，热力学中的这些定律、公式已经不再适用，必须有新的理论代替之。物体的尺寸大小也一样，当物质的聚集形式达到极细(纳米尺度)的程度，这种物质的聚集形式的细小程度就使物质环境范围达到了质变的极限程度，这种状态下的物质与常态下的该物质的物性就会出现许多本质的不同，如原来的良导体变成了绝缘体、惰性物质变成了活性物质，而且这些现象也无法用原来的理论加以解释，这就说明原来的理论已不再适应于这种状态，必须有新的理论取而代之。在这样的思路下可以设想，在温度极高或极低，压力极大或极低、单个原子、数十数百个原子(纳米状态)和宏观物质的情况下，同一种材料将产生完全不同的物性，也将有不同的理论诞生，用以解释在该条件下的各种现象、以及不同的物性。这种思路极大地拓宽了材料科学的研究范围，促使了新材料的诞生，同时也拓宽了材料的使用范围。

物质的尺寸处于纳米尺度范围时，其表现出来的性能与其在常规尺寸下所表现出的性能有很大的差别。它们不仅表现出许多常规尺寸时没有的性能，而且对常规尺寸时的一些性能则表现出完全相反的性质。例如，金属在常规尺寸下，具有金属光泽、是一种好的导体。但金属在纳米状态时都不具有光泽，成为黑色的；并且所有的金属在纳米状态下都不导电。一些在常规尺寸下绝缘的材料，在纳米状态下又呈现出超导现象等等。众所周知，物质的宏观性能是物质微观结构的宏观表现。纳米材料与其在常规尺寸下的性能发生巨大变化表明，物质的尺寸处于纳米尺度范围时原子的受力状态与常规尺寸下的原子的受力状态是不同的。事

实上我们知道当物质聚积在一起时，原子是靠某种力结合在一起，如金属是靠金属键力，离子晶体是靠离子间的化学键力而分子的聚积则是靠分子间的范德华力结合在一起。原子聚积在一起后，形成一定大小的颗粒，这在宏观上表现为一个晶粒，非晶体表现为一个分子聚集体，无论是晶体的规则排列结构，还是非晶体的分子聚集体，这些处于颗粒心部的原子将受到上下左右前后各个方向的原子(分子)的作用，而处于颗粒表面的原子则不同，它至少有一个方向不会受到其它原子(分子)的作用，但是这些处于表面的原子又将受到界面外的其他原子的作用，所以处于表面的原子(分子)与处于心部的原子(分子)的受力状态是不一样的，在常规尺寸下，物质的颗粒尺寸较大，处于心部的原子(分子)占绝大部分，处于表面的原子只是极少数，其受力状态的情况完全可以忽略不计，材料的宏观性能就是处于心部原子(分子)的受力状态平均值，所以这时材料的宏观性能完全决定于处于心部原子(分子)的受力状态，而表面原子(分子)对物质宏观性能的贡献很小，可以忽略不计；但是当材料处于纳米状态时，由于材料的颗粒尺寸非常小，材料的比表面积大大增加，处于表面的原子(分子)的数量就大大增加，这时处于表面原子(分子)的受力状态对宏观性能的影响就不能忽略不计，甚至起到了决定性的作用，我们知道，处于表面的原子(分子) 与处于心部的原子(分子)的受力状态是完全不同的，所以当物质处于纳米尺度范围时物质的宏观性能与常规尺寸下的性能完全不同，这就是必然的了。物质的颗粒越小，其表面积越大，物质体系的表面能越高，同时物质的颗粒越小，其原子(分子)的混乱度越大，体系的熵值也越大。因此物质的颗粒尺寸越小，体系的能量就越大，体系能量越高，体系就越不稳定。因此纳米状态实际上是一种不稳定的高能体系状态。它会自发的由小颗粒的高能状态向大颗粒的低能状态转变，这就是我们在纳米材料中常说的团聚。因此纳米材料在制备和应用过程中的一个较大的困难就是要防止纳米材料的团聚。纳米颗粒一旦发生团聚，材料在纳米尺度范围所表现出的优异性能就会丧失待尽。目前经过广大科学家的努力，纳米材料在理论研究上已获得许多研究成果。这些研究大都是从纳米材料的原子状态能级关系等方面而入手进行。这些理论有：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应、库仑阻塞与量子隧穿、介电限域效应等。

4.纳米技术的辩证哲学思考

纳米尺度下的物质世界及其特性是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土。在宏观和微观的理论充分完善之后，介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这是新技术发展的源头。从人类未来发展的角度看，可持续发展将是人类社会进步的唯一选择。纳米科技推动产品的微型化、高性能化和与环境友善化，这将极大节约资源和能源，减少对它们的过分依赖，并促进生态环境的改善。

这将在新的层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域。而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会。科学方法的跨学科应用客观事物具有统一性，因而不同学科之间存在着一定的共性和相似性。科学作为一个有机的整体，在各学科、各方向存在着相互渗透相互支撑的密切关系。现代科学的细致分工，使一个学科的研究方法得以发展得十分细致，其他学科直接或间接地加以借鉴运用，实际上是一种思维方法的拷贝。

4.1纳米科技对人类生产方式改变

生产力决定生产关系，生产关系反作用于生产力。历史上每一次技术革命都是生产力的大解放和大发展。纳米新科技革命，预示了一种全新的、与蒸汽时代和电子时代乃至我们正在经历的电子计算机时代不同的经济运行模式，将引发一场新的技术革命和产业革命。纳米技术从根本上改变了传统的物质生产方式纳米技术的本质在于根本改变自有文明以来人类创造物质世界的生产方式。1959年12月29日，查德·费曼在《底部有个很大的空洞》的演讲中提出：从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都是通过削去“多余”物质(数以亿计的原子)，以便把物质做成有用的形态，这是“从大到小”或者“由上到下”的加工技术。费曼想“为什么我们不可以从另一个方向出发，从单个分子，甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求?如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹?”。这一灵感来自于大自然本身从单个分子，甚至单个原子创造物质的启示。大自然具有无可比拟的创造力，在自我复制的“工厂”里，创造出一个个奇迹。“如果把人体分解成组成它的基本单元，我们获得的将是一小桶的氧、氢和氮；一小堆碳、钙和盐；微量的硫、磷、铁和镁；以及微不足道的20多种或更多的其他化学因素。大自然就是采用它自己的、科学家们称之为纳米工程的方法，把这些无生命单元转换成具有自生成、自修复、自意识能力的生灵。”按原子逐个排列—这就是大自然设计和制造物质的方式。纳米技术正是模仿大自然的这种创造能力，在原子水平上直接生产出自己需要的任何东西，如分子大小的“万能制造机”、“原子装配机”能够运用任何材料去合成一切生存和享用的必需品。纳米技术的实现方式是从微观向宏观，即“从小到大”或者“由下自上”。人类可以用小的机器制造更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品及在原子层面上操纵物质。

4.2纳米材料对人类认知方式的改变

人类在感受纳米技术所展现的奇异的物质结构、特性与功能的同时，潜移默

化地更新观念，调整着习以为常的认知方式。德雷克斯勒认为“纳米技术不是小尺度技术的延伸”，“它根本不该被看作是技术，而是一场认知的革命”。纳米技术标志着人类认识自然达到了一个新层次恩格斯指出：“全部哲学，特别是近代哲学的重大的基本问题，是思维和存在的关系问题。”思维和存在的关系问题也就是物质和意识的关系问题。物质是始终标志客观实在，并能被人所反映、摹写，它终究是能被人们不断认识并被利用和造福人类的。人们对于纳米材料的研究和进一步利用，首先就是符合物质和意识的辩证关系原理。人类认识外部世界是从感官开始的，用肉眼认识周围世界，借助仪器探测宇宙和微小世界。人类早就认识到物质是由原子构成的。人类对物质的认识一直存在着一个巨大的断层：断层的下方是由原子、分子和更小的基本粒子构成的微观物质世界，断层的上方是由无数个原子构成的即增减一部分原子性质不会改变的物体构成的宏观物质世界。两个物质世界之间存在着一个过渡区域即纳米世界，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应，使它具有不同于常规固体的新的特性。纳米材料的发展史充分体现了辩证唯物主义关于认识运动是充分发展的这一基本规律。纳米材料的诞生标志着材料科学进入了一个新的层次。从认识论的意义上看，人们认识自然的水平又前进了一步。北京大学技术物理系的博士后李正孝对此进行了深刻分析：“人类对毫米、微米、深亚微米的认识和概括，再到对纳米的研究成功，总是循序渐进的，没有对微米级材料研究的实践活动，就不可能有对微电子技术越来越小的思考，也就无法归纳物质物理分解的极限特性，以及无法研究并突破这一极限的纳米材料，这就是不断实践，不断认识，持续开发研究，使人类对物质特性的认识越来越丰富，越来越深入，把纳米级区间物理上的新现象和新效应揭示出来，并建立起新的理论和发展新的规律，最终成为新技术开发的源头。”

4.3纳米材料中质量互变

纳米技术也体现了由量变到结构改变再到质变的新的飞跃唯物辩证法认为，物质的变化均应在一定质的基础上首先进行量的积累，这种扩大或缩小的量的变化达到一定程度，超过了某种临界，就要发生质的变化。不仅如此，量变还可在总量不变的情况下，由于其内部分子、原子的排列结构改变，重新受控组台。发生质变，其性质由原有的状况变化为新的状况，常规下出现新质的事物。纳米技术就是通过控制、设计单个原子或分子间的配置，从而改变其内部原予或分子的空间位置，压缩原子或分子间的距离，使其重新合成出新质的材料，并始终保持在100纳米以下的尺寸从事加工，从而使新合成的物质往往产生既不同于微观原子、分子，也不同于宏观物质的超常规特性，这就是到新质的飞跃，新生事物由

此而诞生。

5.纳米技术是把双刃剑

随着纳米技术的快速发展，纳米技术的应用十分广泛，当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面，它可能带来的巨大商机，企业界因此而参与纳米产品的研发，公众因其可能有特殊而神奇的功能而有所期待，正因为如此，商家才常常大打“纳米牌”。但纳米科技同样是一把双刃剑，存在着的潜在风险纳米技术向人们显示了其巨大的发展潜力，然而它的不确定性和不可控性依然存在，这使得人们开始对纳米技术潜在的风险进行思考。

5.1人体健康

纳米颗粒很容易被吸入，一旦人吸入很难排掉，那么一些纳米粒子是有毒性的，它们会危害实验动物的呼吸系统、循环系统、神经系统、免疫系统等，甚至导致实验动物死亡，因此，这些纳米粒子如果通过各种渠道侵入人体，其后果将不堪设想。

5.2社会伦理

另外如果利用纳米科技能够改变基因和细胞结构，那么人类就可以根据自己的想法和目标去生育后代，这样将改变传统的生育方式和人类传统的传宗接代的方式。果真如此，也就不存在传统意义上的父母双亲的概念了，这对人类的伦理道德将是一个极大的挑战。纳米技术使人类的永生不再只是一个神话，如果纳米技术足够发达的话，人们可以将年轻时的个人信息储存起来，然后选择未来的某个年代再将自己“召回”。但是，这种复制人和永生的设想将永远无法回避伦理学上的恐慌，纳米技术装置能够被用来窃听和侵扰他人的隐私。而纳米技术在军事上的广泛应用将给人类世界带来更大的甚至是毁灭性的灾难。此外，随着纳米技术的发展，人们的寿命将得到延长，人口的死亡率大大低于人口的出生率，由此将引发世界人口的急剧增长。这些都是引起社会的不稳定的因素。

5.3环境保护

纳米粒子对环境的影响不容忽视。研究表明，一些纳米粒子具有很好的水溶性，而且具有杀菌作用，因为细菌在许多生态系统中处于食物链的低端，因此纳米粒子可能会破坏生态系统。“还有研究表明，一些纳米粒子在环境中很难降解。因此，纳米粒子在环境中长期累积和扩散，也将会对环境带来负面影响。”

5.4世界发展

纳米科技的发展有可能加剧世界各国之间的发展不平衡，从而无助于实现可持续发展的公平性，尤其是代内公平。那些在纳米技术领域处于领先地位的国家、地区和群体，将率先享有应用纳米技术所带来的各种发展优势，从而在日趋激烈的世界发展竞争中占据主导地位。

所以纳米技术的不适当运用甚至滥用，则可能导致科技工具理性的极度膨胀，带来一系列的社会问题。从哲学意义上考察，技术的异化导致人性的异化。纳米技术等高科技对社会的负面影响，不可能单凭科学技术自身去解决，“人类要用理性的律令校正高科技的价值取向和使命意识”。科学家库兹威勒认为，微技术的发展是不可避免的，其利大于弊。但他也强调，必须建立技术防范系统。他的同事焦伊则主张放弃某些技术，认为技术防范系统可能反过来又威胁人类。其实，微技术和其他新技术一样，即使防护和免疫系统也可能是利害双全。微技术的最大危险不是它本身，而是人用这种技术来反对人。人类要尽量减少如原子弹一样因为新技术而带来的巨大灾难。

6.总结

纳米材料的发现实现了人类从宏观物体到微观物体的进一步认识，纳米级颗粒有一些宏观物体没有的特殊性质，进一步改变了人们认识事物的方式；小的东西同样可以达到大的效果，进而随着纳米技术的进一步发展，实现了与各个学科的交叉渗透，攻破了很大技术上的瓶颈，让我们看到了事物之间的区别，但紧紧联系在一起，只要我们找到合理的切合点就会发挥很大的功效；同时一个科学问题的发现，提出，然后不断的证明归纳，到最后一整套理论我的完善，都是要经过很多人不断的去努力，所以我们要有提出的勇气，也一定要有去实现的毅力。从另一方面说，纳米技术给人类生产方式带来了变革，我们得益于其的同时一定要反思它同样会给反作用于我们，由于人类滥用纳米技术造成的各种负面效应，纳米科技的发展必须受到人性的制约，处理好人类与技术的关系，更好的使它服务我们。

总之，纳米材料的发现给科学发现史上带来又一次飞跃，纳米技术的诞生和发展大大拓展了人类改造自然的能力，影响和改变了人类的发展实践，引领生产方式发生质的飞跃，将从根本上改变人类的处境。

纳米材料的概述

“纳米材料”—开启微观世界之门 1.纳米材料及纳米技术 纳米技术界定为：在1nm～100nm尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，通过直接操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的新技术。 纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。2.纳米材料的发展 人类对物质的认识分为两个层次：一个是宏观，另一个是微观。人们对宏观物质的研究已经很深人，研究的历史也较悠久。对于微观物质的研究，到20世纪60年代出现了团簇科学，成为凝聚态物理研究的热点。在团簇物理研究中，人们在团簇和亚微米体系之间又发现了一个十分令人注目的新体系，即纳米体系。这个体系通常研究的范畴为1～100nm，其中典型的代表是纳米粒子。由于纳米粒子的尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应使其具有不同于常规固体的新特性，而成为材料科学、物理学和化学等学科的前沿焦点。 1959年著名的美国物理学家理查德?费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲，预言说：“我不怀疑，如果我们对物质微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物质得到大量的可能的特性。”虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年，日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。 1981年格尔德?宾宁（Gerd Binnig）和海因里希?罗雷尔Heinrich Rohrer 发明了扫描隧道显微镜，它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。 1984年Gleiter 首次采用气体冷凝的方法，成功地制备了Fe纳米粉。随后，美国、西德和日本先后研制成纳米级粉体及块体材料。 1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名未来学家，多面网格球顶的发明人巴克明斯特?富勒（R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使

纳米材料的发展及研究现状

纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单

元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基

碳纳米材料概述

碳纳米材料概述 名字：唐海学号：1020560120 前言 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。 近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。 分类 (1)碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。 (2)碳纤维分为丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维两种。碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1／4，强力是铁的10倍，除了有高超的强力外，其化学性能非常稳定，耐腐蚀性高，同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域，由于制造成本高，大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料。美国伊利诺伊大学发明了一种廉价碳纤维，有高强力的韧性，同时有很强劲的吸附能力、能过滤有毒的气体和有害的生物，可用于制造防毒衣、面罩、手套和防护性服装等。 (3)碳球根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2)未完全石墨化的纳米碳球，直径在50nm 一1μm之间；(3)碳微珠，直径在11μm以上。另外，根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等。 碳纳米材料的性质及相关应用 1.力学 (1)超强纤维碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺来制成防弹保暖隐身的军用装备。 (2)材料增强体用于增强金属、陶瓷和有机材料等。并且结合碳纳米管的导热导电特性，能够制备自愈合材料。

纳米材料应用现状及发展趋势

NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料 应用现状及发展趋势 北京有色金属研究总院李明怡 摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。 关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势 1前言 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。 2纳米材料的结构和特性 我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界 20

纳米材料研究及检测.

纳米材料研究及检测 【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地 概述了纳米技术，纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料的应用前景。本文以纳米材料为主要研究对象,阐述了其分析使用的分析方法。 【关键词】纳米技术；纳米材料；结构；性能；分析方法；表征 前言 纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米科技是未来高科技的基础, 而适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。因此, 纳米材料的分析和表征对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义 和作用。 分析科学是人类知识宝库中最重要、最活跃的领域之一, 它不仅是研究的对象, 而且又是观察和探索世界特别是微观世界的重要手段。随着纳米材料科学技术的发展, 要求改进和发展新分析方法、新分析技术和新概念, 提高其灵敏度、准确度和可靠性, 从中提取更多信息, 提高测试质量、效率和经济性。 纳米材料主要性质有:小尺寸效应[、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。目前表征纳米材料的技术很多，采用各种不同的测量信号形成了各种不同的材料分析方法，大体可以分为以下

几种方法。 1.纳米科学和技术 1.1 纳米科技的定义 纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）范围内认识和改造自然，最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。 1.2 纳米科技的内容 纳米科技主要包含：纳米物理学；纳米电子学；纳米材料学；纳米机械学；纳米生物学；纳米显微学；纳米计量学；纳米制造学…… 1.3 纳米科技的内涵 第一：纳米科技不仅仅是纳米材料的问题。目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。如果将纳米科技与传统学科相结合，可产生众多的新的学科领域，并派生出许多新

碳纳米管材料的研究现状及发展展望

碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；抗静电；隐身涂料；吸波涂料 纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出许多独特的物理化学性质。20世纪80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注。它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带米新的机遇。 1、碳纳米管的制备、结构与性能 1.1、碳纳米管的制备 1．1. 1电弧法 石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定［1］。放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物[2]。这种方法具有简单快速的特点，碳纳米管能够最大程度地石墨化，管缺陷少。但存在的缺点是：电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。经过多年研究，科研工作者对该方法进行了改进，如Takizawa等人利用电弧放电法，通过改变催化剂镍和钇的比例，实现了控制产物直径分布的目的。Colbert[3]等人将一般阴极(大石墨电极)改成一个可以冷却的铜电极，再在上面接石墨电极，这样产物的形貌和结构大为改观，使电弧法再次焕发了青春。 1．1．2催化裂解法 催化裂解法亦称为化学气相沉积法，通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成。其基本原理为将有机气体(如乙炔、乙烯等)混以一定比例的氮气作为压制气体，通入事先除去氧的石英管中，在一定的温度下，在催化剂表面裂解形成碳源，碳源通过催化剂扩散，在催化剂后表面长出碳纳米管，同时推着小的催化剂颗粒前移[4]。直到催化剂颗粒全部被石墨层包覆，碳纳米管生长结束。该方法的优点是：反应过程易于控制，设备简单，原料成本低，可大规模生产，产率高等。缺点是：反应温度低，碳纳米管层数多，石墨化程度较差，存在较多的结晶缺陷，对碳纳米管的力学性能及物理化学性能会有不良的影响。 1．1．3离子或激光蒸发法 1996年，诺贝尔化学奖获得者之一的Smally研究小组首次利用激光蒸发法合成了纳米碳管。此后，激光蒸发法成为制备单壁碳纳米管的有效方法之一[5]。此法在氩气气流中，用双脉冲激光蒸发含有Fe／Ni(或Co／Ni)的碳靶方法制备出直径分布范罔在0．81—1．51 nnl 的单壁碳纳米管。该法制备的碳纳米管纯度达70％～90％，基本不需要纯化，但其设备复杂、能耗大、投资成本高。 1．1．4其他合成方法 近几年来，科研工作者在改进传统制备技术的同时，探索和研究出了一系列新型碳纳米

纳米材料现状及趋势展望

纳米材料现状及趋势展望 报告出处：中国塑料行业网发布日期：2007年07月26日 09:16 作为纳米技术同产业关联最紧密的纳米新材料，业已成为各国投巨资进行应用研究的重点领域。纳米新材料的开发研究工作已被众多国家和地区列入科技发展战略，纳米技术势必成为未来世界科技创新的主要推动力量之一。目前，已有30多个国家和地区从事纳米材料的研究开发工作，全球纳米新材料研究的投资总额已经由1997年的4.32亿美元，增长到2004年的32.5亿美元。 一、全球纳米材料市场发展现状与特点 自20世纪80年代出现以来，纳米技术基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了快速的发展，并且在传统材料、医疗器材、电子设备、涂料等行业得到了广泛的应用。在产业化发展方面，除了纳米粉体材料在美国、日本、中国等少数几个国家初步实现规模生产外，纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗诊断材料等产品仍处于开发研制阶段。赛迪顾问预计，2004年全球纳米新材料市场规模达22.3亿美元，年增长率为14.8％。今后几年，随着各国对纳米技术应用研究投入的加大，纳米新材料产业化进程将大大加快，市场规模将有放量增长。 纳米粉体材料具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，在光学、力学、热学、电学、磁学等方面同宏观固体有显著的差异。由于纳米粉体材料拥有与众不同的独特物理性质，在医疗诊断、生物制药、航空航天、微电子、纺织工业、机械制造等众多领域有着广泛的应用前景。从目前全球范围来看，纳米粉体材料中的纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米氧化硅等几个产品已形成一定的市场规模；纳米粉体应用广泛的纳米陶瓷材料、纳米纺织材料、纳米改性涂料等材料也已开发成功，并初步实现了产业化生产；纳米粉体颗粒在医疗诊断制剂、微电子领域的应用正加紧由实验研究成果向产品产业化生产方向转移。 二、2004年中国纳米材料市场规模与结构 2004年，中国纳米新材料市场总体规模达到29.2亿元，年增长率为

纳米技术的发展历程及现状

纳米技术的发展历程及现状 纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10～100纳米（即十亿分之一米）尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。由于纳米技术将最终使人类能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制，所以被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有极为重要影响的一门热点学科，被世界各国列为21世纪的关键技术之一，并投入大量的人力物力进行研究开发。 纳米技术的思想是1959年美国物理学家费曼（Feynman R.P.）提出。到了70年代后半期，有人倡导发展纳米技术，但是当时多数主流科学家对此仍持怀疑态度。在70年代中期到80年代后期，不少科学家相继在实验室制备得到纳米尺寸的材料，并发现这种材料具有不少奇妙特性。1990年，当国际商用机器公司（IBM）的科学家运用扫描隧道显微镜将氙原子拼成了该公司商标\"IBM\"，这是第一次公开证实在原子水平有可能以单个原子精确生产物质，纳米技术开始成为媒体关注的热点。1990年7月，在美国巴尔的摩召开的第一届国际纳米科技大会，标志着纳米科技的正式诞生。 纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）在其中起着重要作用。 21世纪前20年，是发展纳米技术的关键时期。由于纳米材料特殊的性能，将纳米科技和纳米材料应用到工业生产的各个领域都能带来产品性能上的改变，或在性能上有较大程度的提高。利用纳米科技对传统工业，特别是重工业进行改造，将会带来新的机遇，其中存在很大的拓展空间，这已是国外大企业的技术秘密。英特尔、IBM、SONY、夏普、东芝、丰田、三菱、日立、富士、NEC等具有国际影响的大型企业集团纷纷投入巨资开发自己的纳米技术，并到得了令世人瞩目的研究成果。纳米技术在经历了从无到有的发展之后，已经初步形成了规模化的产业。 目前纳米材料及技术的应用也越来越广泛，在专业电子信息产业，纳米技术的应用将为电子信息产业的发展克服以强场效应、量子隧穿效应等为代表的物理限制，以功耗、互联延迟、光刻等为代表的技术限制和制造成本昂贵、用户难以承受的经济限制，制造出基于过于效应的新型纳米器件和制备技术。具有量子效应的纳米信息材料将提供不同于传统器件的全新功能，从而产生出新的经济增长点。这将是对信息产业和其他相关产业的一场深刻的革命。这些技术的突破将全面地改变人类的生存方式，它所带来的经济价值是难以估量的。正如美国《新技术周刊》指出，纳米技术在电子信息产业中的应用，将成为21世纪经济增长的一个主要发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见细。 我国纳米材料研究始于20世纪80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。此后，国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，国家863计划、973计划新材料领域也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。其中，863计划纳米材料与微机电系统重大专项于2002年正式启动。2002年重大专项以市场、应用和国家重大战略需求为导向，面向和促进产业化为重点，针对国际纳米材料技术发展趋势，并结合我国国情，在有相对优势和战略必争的关键领域，如纳米信息材料及器件的集成

我国纳米材料发展现状

21 我国纳米材料发展现状 管理学院林怡3213004780 摘要：近年来，随着先进科学技术的不断发展,纳米复合材料的种类也变得多种多样。纳米复合材料的综合应用性能很好,在我国各工业产业领域的应用范围非常广泛，如涂料、工程材料、光学材料、磁性材料等。本文主要介绍三种纳米复合材料的应用以及我国纳米复合材料的发展现状。 关键词：纳米复合材料纳米科技应用发展现状 0引言 纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性，引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，纳米技术将成为21世纪的主导技术。 1纳米材料概述 1.1纳米材料的定义 纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它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。纳米技术被公认为21世纪最具有发展前途的科学之一，纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能，使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。 1.2纳米复合材料的定义及分类 纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，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。 根据材料中是否含有聚合物及聚合物的种类将纳米复合材料进行简单的分类，主要分为非聚合物纳米复合材料与聚合物纳米复合材料。其中非聚合物纳米复合材料又分为金属一金属纳米复合材料、氧化物一氧化物纳米复合材料以及

纳米材料的与技术的发展现状与趋势

11042227 王鹏集成电路设计与集成系统纳米材料的与技术的发展现状与趋势 纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。利用纳米科技对传统工业，特别是重工业进行改造，将会带来新的机遇，其中存在很大的拓展空间，这已是国外大企业的技术秘密。英特尔、./0、12)3、夏普、东芝、丰田、三菱、日立、富士、)45等具有国际影响的大型企业集团纷纷投入巨资开发自己的纳米技术，并到得了令世人瞩目的研究成果。纳米技术在经历了从无到有的发展之后，已经初步形成了规模化的产业。 什么是纳米材料？ 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1～100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维，甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1～10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D 纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界越多,在晶界面上的原子也越多;此外,晶粒越小,比表面积越大,表面能也越高。 纳米材料的特点 1力学性能 许多纳米金属的室温硬度比相应粗晶高2～7倍;纳米材料具有更高的强度,例如,6nm的纳米铁晶体的强度比多晶铁提高12倍,硬度提高了2～3个数量级;韧性更大,如美国Argonnel实验室制成的纳米CsF2陶瓷晶体在室温下可弯曲100%。室温下的纳米TiO2陶瓷晶体表现出很高的韧性,压缩至原长度的1Π4仍不破碎。2热学性能 一般纳米金属材料的热容是传统金属的2倍;直径为10nm的Fe、Au和Al熔点分别由其粗晶熔点的1540℃、1063℃和660℃降到33℃、27℃和18℃。2nm 的金的颗粒熔点仅为330℃,比通常金的熔点低700℃以上,而纳米银粉的熔点仅为100℃;此外,纳米材料的热膨胀可调,可用于具有不同热膨胀系数的材料的连接。3磁学性能 当晶粒尺寸减小到纳米级时,晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有重要影响,使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力,低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍,而饱和磁矩是普通金属的1Π2。 4光学性能 各种纳米微粒几乎都呈黑色,它们对可见光的反射率将显著降低,一般低于1%。粒度越细,光的吸收越强烈,利用这一特性,纳米金属有可能用于制作红外线检测

纳米科学技术概述

纳米科学技术概述 一、历史背景 在20世纪90年代的科技报刊上，经常出现“纳米材料”和“纳米技术”这种名词。什么是“纳米材料”呢？通俗一点说，就是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。1纳米为10亿分之一米，用肉眼根本看不见。但用纳米颗粒组成的材料却具有许多特异性能。因此，科学家又把它们称为“超微粒”材料和“21世纪新材料”。而纳米材料并非完全是最近才出现的。最原始的纳米材料在我国公元前12世纪就出现了，那就是中国的文房四宝之──墨，墨中的重要成分是烟。实际上，烟是由许多超微粒炭黑形成的，而制造烟和墨的过程中就包含了所谓的纳米技术。 1984年，一位德国科学家格莱特（Gleiter）把一些极其细微的肉眼看不见的金属粉末用一种特殊的方法压制成一个小金属块，并对这个小金属块的内部结构和性能做了详细的研究。结果发现这种金属竟然呈现出许多不可思议的特异的金属性能和内部结构。他制出的这种材料的特殊性在于，一般的物理概念认为晶体的有序排列为物质的主体，而其中的缺陷、杂质是次要的，要尽力除去。格莱特把物质碾成极小微粒再组合起来，实际上是把界面上的缺陷作为物质的主体，由微小颗粒压制成的金属块是一种双组元材料，有晶态组元和界面组元，界面组元占50％，在晶态组元中原子仍为

原来的有序排列，而在界面组元中，界面存在大量缺陷，原子的排列顺序发生变化，当把双组元材料制到纳米级时，这种特殊结构的物质就构成了纳米材料，由此开始了对纳米材料及纳米科学技术的研究。 1987年，德国和美国同时报道制备成功二氧化钛纳米陶瓷（颗粒大小为12纳米），这种陶瓷比单晶体和粗晶体的二氧化钛陶瓷的变形性能和韧性好得多。例如，纳米陶瓷在180℃下能经受弯曲变形而不产生裂纹，纳米陶瓷零件即使开始时带有裂纹，在经受一定程度的弯曲变形后，裂纹也不会扩大。1989年，美国商用机器公司（IBM）的科学家用80年代才发明的扫描隧道显微镜（STM）移动氙原子，用它们拼成IBM 三个字母，接着又用48个铁原子排列组成了汉字“原子“两字。1990年，首届纳米科学技术大会在美国成功举行，标志着一个把微观基础理论与当代高科技紧密结合的新型学科 ──纳米科学技术正式诞生了。1991年，IBM的科学家制成了速度达每秒200亿次的氙原子开关。2019年，IBM设在苏黎世的研究所又研制出世界上最小的“算盘”，这种“算盘”的算珠只有纳米级大小，由著名的“碳”巴基球C60制成。 二、发展现状 纳米技术的发展现状十分乐观，世界各国纷纷制定发展纳米科学技术的战略，纳米科技成为世界科技竞争的一个热点领

纳米材料的发展现状及展望

纳米材料的发展现状及展望 摘要：本文介绍了纳米材料的现状及其发发展趋势，重点说明了纳米材料研究 的特点、阶段、内容以及在实际应用方面所取得的成就，并对未来的发展趋势进行了预测。 关键词：纳米材料发展现状未来预测 纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义是指纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100nm。广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构材料的含义还包括纳米组装体系，该体系除了包括纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，也就是说纳米材料包括：纳米微粒、纳米块体、纳米薄膜和纳米组装体系。1纳米=10-9米，纳米是一种长度的量度单位，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的十万分之一。 纳米材料的主要特点就是尺寸缩小、精度提高。纳米材料的重要意义最主要体现就是在这样一个尺寸范围内，其所研究的物质对象将产生许多既不同于宏观物体也不同于单个原子、分子的奇异性质，或对原有性质有十分显著的改进和提高。导致纳米材料产生奇异性能的主要限域应有：比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应等，这些效应使纳米体系的光、电、热、磁等的物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。如光吸收显著增加，金属熔点降低，增强微波吸收等。 研究纳米材料已有多年历史了。自物理学家诺贝尔奖金获得者理查德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告后，就开始了纳米尺度领域的研究。费曼认为能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这小的机器又可制作更小机器，这样一步步达到分子线度，他的设想包括以下几点：①如何将大英百科全书的内容记录到一个大头针部那么小的地方。②计算机微型化。③重新排列原子。 纳米材料研究的内容包括两个方面:①系统地研究纳米材料的性能、微观结构和波谱特性。通过和常规材料对比,找出纳米材料特殊的规律,建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论,发展完善纳米材料科学体系。②发展新型纳米材料。纳米尺寸的合成为发展新材料提供了新途径,这就大大地丰富了纳米材料制备科学。从研究的内涵和特点大致可划分为三个阶段。第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同与常规材料的特殊性能。对纳米颗粒的纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究对象一般局限在单一材料和单相材料。第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料挖掘出来的奇异物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用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）。这一阶段纳米复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米复合材料的主要方向。第三阶段（1994年到现在）纳米组装体系，人工组装合成的纳米结构材料体系越来越受人们的关注，正在成为纳米材料研究的新热点。

聚合物纳米复合材料发展现状

聚合物纳米复合材料发展现状 一、聚合物纳米复合材料的发展现状 1.1 聚合物纳米复合材料的市场应用状况 聚合物纳米复合材料还处于发展阶段，但根据预测，纳米复合材料将会迅速发展，成为近10年来对塑料工业影响最大的技术。聚合物通过熔融复合或者原位聚合技术利用2%~5%的纳米填料进行增强改性，即可大幅度改善其热学-力学性能、气体阻隔性能和阻燃性能，而且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高得多的耐热性能、尺寸稳定性能和导电性能。 聚合物纳米复合材料已经在汽车和包装领域获得应用[1]。通用汽车公司最新推出的“悍马（hummer）12”越野车的车身使用了重达3 kg的纳米复合材料作为饰件、中心桥、嵌板和盒路保护。尽管目前经济效益不佳，发展速度低于预期。但是根据在美国旧金山召开的nanocomposites 2004、在美国芝加哥召开的spe antec 2004和在比利时布鲁塞尔召开的nanocomposites 2004三大纳米复合材料技术会议总结的信息，全球对聚合物纳米复合材料的研究和开拓市场的热情极为高涨，这将推动聚合物纳米复合材料的快速发展。 1.2 聚合物/纳米粘土复合材料 市场预测和研究公司[2] business communications的调查报告统计2003年全球聚合物纳米复合材料市场为2450万磅，价值9080万美元，并且预测到2008年将以年均18%的速度增长，增至21110万美元。即使聚合物纳米复合材料市场发展遇到一些障碍，但business communications预测其部分应用将以20%/年的速度增长。 研究与开发和商业化生产中主要的纳米填料是层状硅酸盐纳米粘土和纳米云母，其次是碳纳米管和片状石墨。其他一些纳米填料也在积极研究之中，例如合成粘土、多面体低聚半氧硅烷（poss）和天然纳米填料（亚麻纤维和大麻纤维）。 研究最广泛的、首先商业化应用的纳米填料是纳米粘土和碳纳米管。为了获得较好的分散状态和最终产品的综合性能，纳米填料都必须经过表面改性剂进行化学改性。纳米粘土和碳纳米管均能改善聚合物材料的结构性能、热学性能、气体阻隔性能和阻燃性能。碳纳米管还能增强导电性能。 迄今为止，纳米粘土由于其价格低廉（2.23~5.25美元/磅）而获得最为广泛的应用，一般用于通用树脂（如聚丙烯、热塑性弹性体、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯和尼龙）改性。目前，纳米粘土主要是纳米蒙脱土。纳米蒙脱土是一种层状硅铝酸盐，单片直径为1微米，比表面积为1000 ：1。生产纳米蒙脱土的两大厂商为：nanocor公司，建有nanomer生产线；southern clay products公司，建有cloisite生产线。这两家公司都与树脂供应商、表面活性剂生产商以及树脂加工商、汽车制造商和包装材料生产商建立了联盟。相关企业进行的研究都申请了专利，并获得了商业成功。 gerneral motors公司已经在应用聚合物纳米复合材料方面领先一步。gerneral motors公司首次采用纳米复合材料是用于生产2002年款的“通用游猎（gmc safari）”和“雪佛兰星旅（chevrolet astro）”的辅助台阶，使用纳米复合材料制备的辅助台阶比目前汽车使用的塑料材料轻20%，而且更耐用，也更有利。2004年1月，该公司推出的“雪佛兰英帕拉（chevrolet impala）”的车身使用纳米复合材料制备，质量减轻了7%。该车型使用的纳米热塑性弹性体材料是由gerneral motors公司与basell north america和southern clay products合作生产的。目前，gerneral motors公司每年使用660 000磅的纳米复合材料，这是世界上使用聚烯烃基纳米复合材料最大的应用。 1.3 聚合物/碳纳米管复合材料 纳米粘土可以增强聚合物，碳纳米管则赋予聚合物以导电和导热性能。碳纳米管的商业

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

纳米材料综述

纳米材料综述 目录 1引言 (2) 2 应用现状与应用前景 (2) 2.1纳米材料各方面的性能在实际中的应用归纳如下： (2) 2.2 应用前景 (3) 2.2.1 微电子和光电子领域 (3) 2.2.2 陶瓷领域 (4) 2.2.3生物医学中的纳米技术应用 (4) 3 纳米材料的概述 (4) 3.1 纳米材料的定义 (4) 3.2 纳米材料的分类 (5) 3.3 纳米材料的特性 (6) 3.4 纳米材料的制备 (7) 3.4.1物理制备方法 (7) 3.4.2化学制备方法 (8) 4 国内发展情况 (9)

1引言 一纳米等于十亿分之一米，相当于人的头发丝直径的八万分之一。纳米材料被誉为“21一世纪最具有前途的材料”，与信息技术和生物技术并成为21世纪社会经济发展的三大支柱之一和战略制高点。材料的结构决定材料的性质，纳米材料的特殊结构决定它具有一些特异性质，从而纳米材料具有常规材料没有的性质，从而使纳米材料得到更广泛的应用。纳米材料在化工、工程材料、信息、生物医学、军事等领域都得到了充分的应用。 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技最为活跃、最接近应用的重要组成部分。顾研究纳米材料对我国未来的发展具有重要作用。 2 应用现状与应用前景 2.1纳米材料各方面的性能在实际中的应用归纳如下：

纳米材料研究现状及应用前景.

纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 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，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、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。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，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。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；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。纳米块体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。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

我眼中的纳米材料与纳米技术的未来

《纳米材料》课程论文 我眼中的纳米材料与纳米技术的未来 学院： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 日期：

我眼中的纳米材料与纳米技术的未来 摘要:21世纪，纳米材料与纳米技术在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了我了解的纳米材料，包括其基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米技术的未来。 关键词：纳米材料；性能；应用；纳米技术； 一、纳米材料 1.1纳米材料 纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 对于纳米材料的研究包括两个方面： 一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和光谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论； 二是发展新型纳米材料，包括新型纳米材料合成方法的探索和对常规材料的纳米修饰与改性。目前，在纳米材料的应用中所遇到的关键技术问题是：在大规模制备的质量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化。 1.2、材料分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。 （1）纳米陶瓷 利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是利用纳米粉体对现有陶瓷进行改性，通过往陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。它克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响，为代替工程陶瓷的应用开拓了新领域。