纳米材料和纳米结构的性能与应用

973计划2005-2006年纳米材料和纳米结构的性能与应用

项目名称：纳米材料和纳米结构的性能与应用基础

首席科学家：解思深中国科学院物理研究所

起止年限：2005.12至2010.11

依托部门：中国科学院

一、研究内容

本项目拟解决的关键科学问题是：纳米材料和纳米结构的可控生长是纳米材料与纳米结构研究中的基本问题之一。本项目拟从研究可控生长的条件及生长动力学出发，总结基本实验规律及纳米尺度下物质和能量的输运的规律和理论模型，实现纳米材料生长中尺寸、形状、方向、位置及结构的控制。纳米体系中的尺寸效应、表面与界面、电子相干性是纳米材料与纳米结构研究中的另一基本问题。本项目拟研究纳米材料中的发光行为、电子的量子输运、纳米复合体系的磁性及其它量子相干效应、位错与界面的交互作用、纳米材料在外场中的响应，以及它们与电子、声子等元激发的基态和激发态的关系。得到经验规律，提出理论模型，实现对纳米材料与结构的性能调控，揭示纳米材料的优异性能。在纳米材料可控制备和结构性能关系研究的基础上，探索纳米材料与纳米结构在制造业、信息技术、能源、环境、健康医疗、生物技术和国家安全等领域中的应用。本项目拟探索若干种关键的纳米材料和纳米结构，在场发射平板显示、光电器件、传感器的应用，并发展高强、高导热、高导电等实用纳米材料和纳米结构。具体的科学问题分解为以下三个方面：

（一）纳米材料和纳米结构的生长动力学及可控生长

1、纳米材料的物相、结构和形状的可控生长及机理

2、纳米超结构(核壳、异质、同质异性结构、有序阵列等)的设计与合成

3、金属材料结构纳米化的动力学过程

4、纳米氮化物和碳化物材料的可控制备和应用探索

5、与标准的半导体制备环境相兼容的纳米管/纳米线制备技术

（二）纳米材料和纳米结构中的结构－性能关系的新规律及其演化

1、一维纳米材料中的电输运和热导行为及其器件设计、制备中的基本问题

2、纳米结构对磁熵变、居里温度及磁电阻的调控规律

3、金属及其合金纳米结构的综合力学和电学性能

4、纳米体系的热力学及纳米材料的结构演化规律及稳定性

5、纳米异质结构及阵列的表、界面结构和环境(气氛、外场)对性能的影响

6、研究电极材料与电极结构纳米化对离子、电子传输动力学的影响

（三）纳米材料和纳米结构优异性质的应用

1、一维纳米材料为基的原理型量子器件的探索

2、纳米材料在场发射器件中的应用和性能提高

3、高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构的应用探索

4、纳米复合磁性材料在磁致冷和磁传感领域中的可能应用

5、通过比表面的调控提升金属-空气电池容量、功率与寿命

本项目的主要研究内容

（一）纳米材料合成方法探索及可控生长研究

1、系统研究纳米材料合成及可控生长的热力学和动力学过程，寻找有利的纳米材料合成与生长的工艺条件。由经验规律导出纳米尺度下影响生长过程的热力学和统计物理的规律，从理论上对热力学和动力学控制纳米材料合成生长进行诠释，发展无机纳米材料制备技术和研究其形成机理，以期实现纳米材料的可控合成与生长。

2、探索“自下而上”制备纳米材料的新途径。以溶剂热和复合溶剂热合成为主要方法，发展γ-射线、超声、微波等外场辅助的纳米材料制备技术。

3、一维纳米材料的催化生长机理及结构控制，研究纳米催化剂的组分、尺寸、形状及外场对一维纳米材料生长的影响，制备物相、形状、尺寸可控的一维纳米线、管、带、线圈、空心球和其它纳米结构。

4、纳米异质结构和二元/赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制。具有一维准有序结构的纳米材料和纳米芯壳结构的设计与合成。

5、纳米管/纳米线阵列的定位生长与定向生长。通过微纳米光刻技术制备金属催化剂图型，利用CVD方法和外场控制，在衬底上的确定位置生长纳米管/纳米线的阵列的技术。

6、发展与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。研究纳米管/纳米线的合成条件(如温度、衬底、催化材料等)与器件工艺的兼容性。

（二）纳米材料的性能研究与调控

1、一维纳米材料和纳米异质结构中电子态、声子态和低能元激发的谱学及相互作用性质的研究，重点研究力学性质、电输运性质、发光性质及热学性质，一维纳米材料和纳米异质结构中的结构－性能关系的尺度效应。

2、电介质/贵金属芯壳纳米结构对表面等离子体共振(SPR)吸收峰移动的影响，研究同轴异质纳米棒的荧光现象及变化规律，分别实现对SPR峰和荧光峰位在较大波长范围内的调控。

3、表面状态和环境对一维纳米材料和纳米异质结构性能的影响，研究纳米结构阵列表面化学、生物修饰(包括官能团的接枝)以及纳米异质结构的环境敏感性等。研究环境和表面状态对结构或性能的影响。

4、纳米磁性颗粒的尺度、极化取向和在半导体基体中的分布对磁性金属/半导体复合体系中电子传输规律的影响，探索通过控制磁性金属纳米颗粒尺寸、极化取向和分布优化体系的磁学性质和输运性能的新途径。

5、研究纳米化电极的组成、结构与化学能-电能转变的关系，研究电极与电解质的兼容性及循环稳定性，提升金属-空气电池容量、功率和寿命，探索电极材料纳米化的电池中离子和电子传输的新规律。

（三）金属材料结构纳米化与综合性能研究

1、金属材料结构纳米化过程及稳定性。系统研究不同晶体结构金属材料(如FCC、BCC和HCP)在强烈塑性变形过程中微观结构纳米化动力学及结构演化过程和纳米晶粒形成机理。研究塑性变形导致最小极限尺寸晶粒的微观结构演变及变形行为。研究金属材料的晶体结构、层错能和变形条件的应变量、应变速率等参量与细化机理的相关性，揭示强烈塑性变形诱导的纳米晶粒形成机理。通过优化微观结构大幅度提高这些材料的综合力学性能和电学性能。

2、金属及其合金纳米结构的综合力学性能和电学性能。分别采用强烈塑性变形技术和电化学沉积工艺制备高致密、高纯度可用于宏观力学性能测试的纳米结构Cu和Cu合金样品，研究制备工艺条件对纳米Cu和Cu合金微观结构的影响。研究纳米Cu及合金样品的本征力学性能、塑性变形和强化机制。研究纳米材料中晶界、孪晶界、位错、结构等对材料性能的影响，建立纳米金属材料的结构—性能关系模型，为实现高强度、高导电性功能金属材料奠定基础。

（四）纳米材料与纳米结构优异性能的应用探索

1、一维纳米材料在场发射器件中的应用和性能提高：重点研究和解决均匀性、稳定性、低阈值等关键问题。以衬底上CVD生长的碳纳米管阵列为基础，制造高精度、面积不太大的平面显示器；以丝网印刷工艺为基础，制造大面积、低成本的平面显示器。研制出单色碳纳米管场发射平面显示样机，争取实现彩色显示。

2、探索以纳米管/纳米线为基的纳米器件的结构，发展相应的制备工艺和测试技术，研究提高纳米管/纳米线为基的器件性能的原理和方法。发现纳米管/纳米线为基的纳米器件的新特性和可能的应用。制备出纳米管/纳米线为基的原型器件和简单的逻辑电路。

3、通过优化微观结构，大幅度提高金属纳米材料的综合力学性能、电学性能和结构稳定性。重点研究和解决纳米金属材料的韧性、结构热稳定性和导电性，探索其在工程材料性能升级及表面性能优化等方面的实际应用，发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。

4、探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。

5、发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。

二、预期目标

1．本项目总体目标

发展出若干种具有实用价值的纳米材料与纳米结构;发展出与IT工艺相容的纳米材料的可控制合成与集成技术，为纳米材料的性能研究和纳米器件应用提供基础。以发现材料的优异特性和潜在应用为导向，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；把自下而上和自上而下两种制备纳米结构与器件的技术相结合，发展出基于纳米材料优异特性的新器件和高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构。获得一批国际水平的研究成果，使我国在纳米材料和纳米结构研究和应用总体水平保持国际先进水平。预计经过五年的研究，纳米材料与纳米结构的研究将为我国纳米器件和技术的发展

提供关键材料和新知识，为建立纳米材料科学体系框架奠定基础。5年内发展一至二种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料；一维纳米材料可控生长的1-2种新技术；发展

出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。

五年发表500篇SCI收录的论文，申请国内专利25项，国外专利10项，出版1至2本专著；获国家奖1-2项。通过本项目的执行，培养和造就一批高层次的研究人才，形成几个在相关领域中有国际影响的研究群体。

2．项目五年预期目标

1、探索纳米材料和纳米结构新体系制备科学和新合成方法，分析纳米材料形成阶段的动力学过程，对材料的形成机理进行深入研究，认识纳米材料平衡态及非平衡态物相形成的热力学性质，优化纳米材料合成与生长的工艺条件，完善控制合成方法，获得无机纳米材料的合成与可控生长技术和知识。在相关理论指导下制备物相、形状、尺寸可控及具有特定物相或通常难以合成的纳米材料，开拓和发展拥有自主知识产权的纳米异质结构及阵列的制备技术，建立对该体系性能可调的新原理和新方法，设计合成多种纳米异质结构和阵列。

2、开拓和发展一维纳米材料如碳纳米管可控生长的热力学和统计物理；发展多组元、多相一维半导体纳米材料可控生长的1-2种新技术，探索具有轴向超结构的一维半导体纳米材料新的制备方法。在一维纳米材料的结构、性能关系之间的尺度效应研究上，找到一些结构与物性的定量关系，提炼出普适的结构物性规律。

3、通过深入研究金属材料微观结构纳米化过程机理，发展一至两种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料。建立并完善纳米金属材料的微观结构与本征性能之间的关系，进一步深入理解纳米金属材料的结构稳定性及其控制规律，揭示纳米金属材料中的一些新规律、新现象和新性能。为纳米材料的实际应用和发展新一代高性能、高稳定性金属材料奠定基础。

4、发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术；实现纳米管/纳米线阵列的定位生长和定向生长；发展出纳米管/纳米线场效应晶体管制备工艺和测试技术，制备出原型器件。研制出单色碳纳米管场发射平面显示样机，争取实现彩色显示。

三、研究方案

1．本项目的研究思路和项目的技术路线及可行性

（1）本项目的研究思路

本项目以上一个973项目“纳米材料与纳米结构”的五年研究成果、技术积累为基础，以国家的重大需求为牵引，集中研究有重要应用或重大科学价值的纳米材料与纳米结构。坚持实验和理论并举、基础研究和应用研究并重，针对纳米体系的无限周期结构的缺损、原子或分子数有限和电子态的量子涨落、电子间相互作用等特点，发展与纳米体系相应的实验方法和理论，发现纳米体系中新现象和新规律；阐明材料的结构参数与制备条件之间的内在联系，实现纳米材料与纳米结构的可控制备；深入理解纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；在应用研究方面，探讨纳米材料用于器件的可能性，发展以纳米结构为工作单元的发光、平面显示和纳电子器件。发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。在整个项目中，以纳米材料的性能研究为主导，以纳米材料的制备为基础，探索有应用前景的纳米材料和器件。

（2）本项目的技术路线

以通过深入研究纳米材料与结构的形成机理为基础，揭示材料的结构与制备条件之间的内在联系，发展出若干种重要的纳米材料与纳米结构可控合成与组装技术。以功能为牵引发展自下而上的可控制合成和自组装技术，实现从简单纳米材料和结构向具有特定功能的、多组元、复杂结构或超结构的过渡。在此基础上制备出信息业和制造业需要的关键纳米材料与纳米结构，为纳米材料的性能研究和器件应用提供基础。以发现材料的优异特性和潜在应用为牵引，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；以研究表面界面结构、缺陷对性能的影响为出发点，通过表面修饰、掺杂、环境变化和施加外场为手段，结合发展新的纳米尺度表征技术，揭示纳米尺度体系中的光、电、磁和力学的一些新规律、新现象和新性能。围绕国家目标开展若干项纳米材料的应用研究。以制备和性能研究的成果为基础，在纳米结构的可控制备的基础上，实现器件前驱体、原型器件的构筑。发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术；发展相应的制备工艺和测试技术，制备出原型器件。通过金属及合金材料的结构纳米化，和发展纳米复合材料，获得具有特殊性能的新型材料。

（3）取得重大突破的可行性

一、本项目在新型纳米材料方面有可能取得重大突破，在项目实施期间，制备出重要影响的、具有知识产权的3～5种新材料，申请20项发明专利。

1、发展用于平板显示、场发射、发光和探测等有关的关键纳米材料和纳米结构：在上一个973项目的执行期间，项目成员解思深、范守善和张立德的研究组等在碳纳米管的定向制备、碳纳米管绳、半导体纳米阵列的制备方面取得了重要进展，在纳米材料可控生长的某些方面处于国际领先地位。在此基础上，本项目结合器件需求，集中研究几种关键纳米材料的生长动力学和热力学的规律，理论与实验相合的方式发展出新型的、适宜于平板显示、场发射、发光和探测的关键纳米材料。

2、高导电性和力学性能的金属纳米材料：本项目的承担者之一卢柯研究组，在上一个973项目的执行期间，发明了采用电化学沉积工艺制备高致密、高纯度、具有特殊孪晶纳米结构的Cu和Cu合金大块纳米材料的技术，文章发表在Science 上，并有自己的知识产权。在此基础上，拟采用强烈塑性变形技术和电化学沉积工艺相结合的技术路线，将研究范围适当的拓宽，在更大范围内能发现获得具有特殊性能的新型材料。

二、在认识纳米材料的结构、缺陷与物性关系的规律方面，取得重要进展，为建立有关的新理论框架奠定基础：

1、纳米材料的可控生长机理及纳米材料生长动力学、热力学和结构稳定性的研究方面，本项目通过研究纳米材料的生长动力学及纳米尺度的可控制性、制备工艺条件对纳米材料结构的影响的实验工作，得出经验规律，并通过对纳米尺度下物质、能量的传输和转变的实验研究和热力学计算，发展小体系热力学和非平衡热力学的理论。这一工作是在上一个973项目基础上的拓展和深化，在以前广泛探索的基础上，集中研究重要材料和常规条件下难合成的材料，采取实验与理论结合的方式，总结出新的规律。

2、在材料表面纳米化的基础上，本项目提出研究金属材料在强烈塑性变形过程中结构纳米化的发生及结构演化过程，特别是研究塑性变形导致的晶粒最小极限尺寸和纳米晶粒形成机理。在此基础上研究的微观结构演变及变形行为、纳米材料中晶界、孪晶界、位错、结构等对材料性能的影响。这一思想突破了纳米晶粒中缺陷的存在和演化的束缚，有利于发现新概念、新原理，建立新理论。

3、在研究表面、界面结构及其对纳米材料和纳米结构性能的影响的工作中，重点研究异质结的界面结构、二元复相纳米材料等因素对性能的影响。通过表面修饰、搀杂及在不同的环境或外场中的响应的研究，在发光的起因、准一维纳米结构中的量子相干和量子输运等方面建立有关科学体系框架。

三、在新技术方面，争取突破一些共性关键技术，为纳米器件的深入研究奠定基础：

1、在实现纳米管/纳米线阵列的定位生长和定向生长的基础上，深入研究催化剂的作用和影响，发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术；在已发展的纳米功能材料的组装技术基础上，通过微加工和纳米结构的自组织生长技术相结合的方法，探索具有特定结构的纳米材料及性能的调控。

2、发展出纳米管/纳米线场效应晶体管制备工艺和测试技术，制备出原型器件。为进一步开展纳米器件的研究奠定基础。

3、研究纳米化电极的组成、结构与化学能-电能转变的关系，研究电极与电解质的兼容性及循环稳定性，提升金属-空气电池容量、功率和寿命，探索电极材料纳米化的电池中离子和电子传输的新规律。根据本项目总体研究目标、主要研究的科学问题，在上一期973项目“纳米材料和纳米结构”研究的基础上，围绕知识创新、技术上的突破和应用进展的要求，进一步凝炼了科学目标，集中了研究内容，进行了课题分解。本项目的课题设置有三个显著的特点，一是，课题的研究内容以结构、性能及其关系等基本科学问题为主，探索新的现象和新的规律，进一步强调了研究的深度和创新性。二是，本项目每一个研究课题中都包含理论研究内容，促进理论工作与实验工作的紧密结合，实现项目知识创新的目标。三是，注意了研究的原创性和系统性的结合，基础和应用研究的结合，在注重深入研究的同时部署了探索性很强的应用研究，并加强了基础和应用的衔接。

2．创新点与特色

在过去十几年的发展与探索中，国际纳米科技的研究已开始从材料合成制备向相关的性能测试及纳米器件的设计应用上发展。纳米材料本身研究的发展趋势正从单纯的材料合成向纳米材料的可控生长方面侧重和倾斜。研究纳米材料合成和可控生长的热力学与动力学过程国际上已开始出现苗头，这些问题都是国际上新一轮纳米科技开始将要研究的重要科学问题。我们这一期973项目“纳米材料和纳

米结构的性和应用基础”把上述问题研究作为重点，并做了一些超前的部署，既保持了与国际同步，在研究内容、关键科学问题的凝练和研究目标的确立方面又有自己的特色，这是把我国纳米材料和纳米结构研究引向深入、继续保持国际先进水平的重要保证。按照这样的部署执行下去，在某些方面达到国际领先水平也是有可能的。

3．课题设置

01课题：纳米材料新体系、合成方法及可控生长动力学和热力学研究

承担单位：中国科学技术大学负责人：钱逸泰

主要学术骨干：谢毅、唐凯斌、步宇翔

主要研究内容和目标：纳米材料和纳米结构新体系制备科学和新合成方法的探索，找出生长动力学的规律，认识纳米受限体系热力学特点，获得无机纳米材料的合成与可控生长技术和知识，对其中一些重要的材料按需要实现在一定范围进行形状和尺寸的调控，获得合成无机纳米材料普遍适用的方法。制备出具有特定物相和常规条件难以合成的无机纳米功能材料，为建立纳米材料体系可控生长的知识框架提供实验和理论的依据。

经费比例：14.3%

02课题：一维纳米材料的结构、性能和尺度效应

承担单位：中国科学院物理研究所负责人：周维亚

主要学术骨干：解思深、刘邦贵、禹日成、闫新中、赵明文

主要研究内容和目标：一维纳米材料包括碳纳米管和半导体纳米线、带等的催化生长机理及结构控制。二元和赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制和具有一维超结构的纳米材料的制备研究，研究纳米体系下相关系和对性能的调制作用和相界面结构的影响。研究环境和表面状态对一维纳米材料的结构或性能的影响。一维纳米材料中电子态、声子态和低能元激发的谱学及相互作用性质的研究。在一维纳米材料如碳纳米管和其它一维半导体纳米材料的可控生长的热力学和统计物理等问题上，做出一批有国际影响的成果。

经费比例：19.6%

03课题：纳米异质结构及阵列的设计合成和性能调控

承担单位：中国科学院固体物理研究所负责人：费广涛

主要学术骨干：张立德、李广海、孟国文、曾雉、叶长辉

主要研究内容和目标：纳米异质结构及阵列的优化设计，合成多种纳米异质结构和阵列，建立对该体系性能可调的新原理和新方法，实现对等离子共振吸收峰、荧光带和吸收边等的光学性能的调控，研究环境对纳米异质结构性能的影响，研究纳微流体与表面的相互作用引起的结构和键合特征的变化，实现用Raman谱、红外谱和光电子能谱等手段对异质纳米结构阵列表面结构变化规律进行表征。经费比例：14.3%

04课题：金属材料结构纳米化动力学过程及纳米金属体材料的综合性能研究

承担单位：中国科学院金属研究所负责人：卢柯

主要学术骨干：卢磊、汪伟、韩忠

主要研究内容和目标：研究金属材料微观结构纳米化过程机理，发展一至两种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料。建立并完善纳米金属材料的微观结构与本征性能之间的关系，进一步深入理解纳米金属材料的结构稳定性及其控制规律，揭示纳米金属材料中的一些新规律、新现象和新性能。经费比例：14.3%

05课题：多元纳米复合体系的结构和性能优化

承担单位：南京大学负责人：张凤鸣

主要学术骨干：都有为、唐少龙、熊诗杰、殷江、高濂

主要研究内容和目标：研究多元组成、界面耦合、与尺寸纳米化对性能的影响和变化规律，从而实现对优异磁学性能和其他功能特性的人工调控。研究核/壳结构磁性材料的静态与动态磁性及量子限域效应，揭示出性能与微结构之间的内在联系。研究磁性纳米结构材料的输运性质及在磁致冷和磁传感技术等领域中的应用。利用具有优异特性的纳米材料，改进高聚物和陶瓷材料的综合性能，通过两相复合研制出高强度、高导电性、高介电性、高导热性多元纳米复合体系。经费比例：16%

06课题：纳米材料与纳米结构优异性能的研究和应用

承担单位：清华大学负责人：范守善

主要学术骨干：朱嘉麟、李亚栋、姜开利、唐成春

主要研究内容和目标：发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术，

实现纳米管/纳米线阵列的定位和定向生长；发展出纳米管/纳米线场效应晶体管制备工艺和测试技术，制备出原型器件，研制出单色碳纳米管场发射平面显示样机，争取实现彩色显示；实现对单分散金属、半导体纳米粒子尺寸、形状、分散度以及微观结构的控制，研究其在纳米催化与纳米生物技术应用中的基本科学问题。

经费比例：14.3%

07课题：纳米新能源材料能量转化的新规律及在高端电池中的应用

承担单位：南开大学负责人：陈军

主要学术骨干：黄唯平、唐祥海

主要研究内容和目标：设计合成纳米新能源材料，研究组成、结构对化学能转变电能的影响，探索电子、离子传输的新规律，研究电极界面结构、电解质对能量转化和能量传输的影响，电极与电解质的兼容性以及电极的循环稳定性，构建纳米材料电极的新型金属-空气电池。经费比例：7.2%

4．各课题之间的关系

为了推动项目顺利地实施，我们全盘考虑了项目的实施方案，把前面提到的4项主要研究内容划分为3个层面，组织7个课题进行分工研究。3个层面是：1)纳米材料可控生长新方法和新原理、纳米受限体系热力学；2)纳米材料性能调控、优化和稳定性；3)纳米材料的应用基础的科学问题，原型纳米器件的设计、制作和纳米材料

在提升金属-空气电池性能上的应用。3个层面相互联系，互相依托，总项目的研究目标和关键地科学问题作为2条纵线贯穿3个层面地研究，并作为纽带把7个课题紧紧锁定在4个主要研究内容上。在战略部署上，在第一个层面地研究上，主要安排了一个子课题(01课题)，在第二个层面研究上，部署了4个子课题(02、03、04、05课题)联合进行研究，在第三个层面上，以06和07课题作为骨干力量与其他课题配合进行重点突破。这套研究方案和研究力量地部署与前一期973项目“纳米材料和纳米结构”相比较，研究重心有明显地转移，在性能优化调控和纳米材料应用两方面有所拓展，加强了研究力量的部署。在制备科学方面，把纳米材料可控生长和纳米受限体系热力学研究作为重点，同时在纳米材料应用研究上强调应用目标地牵引，强调研究应用的新原理和基本的科研问题，确保了整个

项目的研究向深层次发展。整个研究方案概括为一个项目、两个贯穿、三个层面、四个主要研究内容、7个课题。7个子课题有分工，有协作，体现了整体的团队精神。首席科学家在部署每一个子课题承担科研任务地同时，也明确了他们在整个项目中的地位和作用，以及其他课题地联系。

01课题做一些探索性的工作，加强实验和理论的结合，其余课题关于制备、生长动力学和热力学方面的研究结果都集中在01课题加以归纳和综合，01课题主要侧重于第一个层面和第一方面内容的研究。06和07课题主要的任务是基础和应用研究的衔接，要以应用来带动基础研究，其他课题组有应用苗头的研究成果和指导应用的新原理的研究成果主要集中到06和07课题加以集成，上述2个课题主要集中在第三个层面，围绕第四项研究内容开展工作，一些原理型的纳米器件和新型纳米材料电池是上述两个课题主攻的研究内容。02、03、04、05课题都是以性能、规律的探索、结构和性能的关系为主线，侧重在第二个层面，围绕第二、第三研究内容开展研究工作，它们承上启下，与01课题、06、07课题有上下游的衔接关系。02、03、04、05课题在第二层面上既有分工，又有紧密的联系，02课题研究对象侧重于一维纳米材料，以输运特性以及和下一代器件相关的物性研究为主。与06课题有紧密的联系，03课题侧重纳米异质结构的设计和性能的调控，研究对象以纳米阵列为主，性能侧重于光学特性，与02、05课题有紧密的联系。04课题研究的对象是三维纳米体材料及体材料表面纳米化，侧重研究纳米结构演化过程与优异综合性能的关系，在制备科学上与01课题有密切的联系，与此同时，也要开展一部分第三个层面的研究，围绕结构材料性能升级、表面结构性能优化，以及面向微纳系统需求的纳米金属材料等方面开展应用研究工作。05课题研究对象是多元纳米复合体系，着重研究材料体系的设计和性能优化的关系，以磁学性能研究为主，适当担负一部分第三层面的研究，同时，也要以磁致冷和磁传感为背景开展纳米磁性材料的应用研究。03课题和05课题还要与07课题紧密结合，根据07课题对新型电池性能升级所需求的纳米材料进行异质纳米材料的设计和制备，给07课题进行新型纳米电池的设计、制作提供材料基础，使07课题集中研究电极与电解质、离子和电子输运和化学能-电能转换规律等基本科学问题，探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。整个课题之间做到优势互补，相互联

系。本项目在组织子课题上与上一个973项目“纳米材料和纳米结构”有所不同，不再单独设立理论课题，而是把理论功底好的科研骨干分散到相关的子课题中，使理论研究更有针对性地与实验工作相结合，以利提高研究水平和深度。

四、年度计划研究内容预期目标

第一年2005年12月—2006年11月

改进设备，设计、探索无机纳米材料的可行的合成方案，优化制备过程，选择重要的目标材料制备其一维纳米结构。

研究一维纳米材料可控生长，二元和赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制的合成技术；建立理论模型，探讨计算方法。研究纳米异质结构及阵列制备科学和技术。

系统研究不同晶体结构金属材料（如FCC、BCC和HCP）在强烈塑性变形过程中微观结构纳米化动力学及结构演化过程和纳米晶形成机理。

确定用于研究有关磁性和其它性质的合适的多元纳米复合体系,制定出详细的实验方案,并针对这些体系进行相应的实验制备条件和理论计算的初步探索。

实现对单分散金属纳米粒子、纳米管/纳米线尺寸与结构控制；生长出取向的纳米管/纳米线阵列；研究场发射阴极的制备技术及其场发射特性。重点研究设计合成纳米结构金属电极材料。探索出无机纳米材料的可行的合成方案；解决一维纳米材料的低成本、大规模、结构可控生长中的关键技术问题。

理论配合实验，协助理清机理，获得实验过程数据，探讨建立模型；找出最佳工艺条件，制备出可供规律探索研究的系列试样。揭示强烈塑性变形诱导的纳米晶粒形成机理。摸索出新的多元纳米复合材料的制备条件,进行初步的性能分析和测试。实现纳米电极材料的可控规模化制备，提升金属-空气电池容量、功率与寿命。发表100篇SCI论文，申请专利5项，国外2项。

第二年2006年12月—2007年11月

通过相关的热力学和动力学的研究，优化合成与可控生长条件，寻找普遍适用的技术手段，制备一些重要的功能材料。

研究一维纳米材料表征、结构和物理性质及其量子尺寸效应；系统研究纳米异质结构及其阵列的光学、谱学和荧光现象及变化规律。

调整变形方式和控制工艺参数，研究制备工艺条件对纳米Cu和Cu合金等材料

微观结构的影响。

从理论和实验上研究不同制备条件下所制备的多元纳米复合的有关性质(如磁学性质、电学性质和自旋相关输运特性等等),研究多元复合材料体系的不同纳米结构对这些性质的影响规律。

研究与器件工艺兼容的纳米管/纳米线的制备和集成技术；研究与平面显示相关的关键问题；

研究纳米材料中化学能转变为电能的影响因素，探索纳米电极材料的电子、离子传输和能量储存与转换的新规律。

优化合成与可控生长条件，总结普遍适用的技术手段，制备出一些重要的功能材料。

合成出二元和赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制和具有一维超结构的纳米材料；实现对纳米异质结构及其阵列的SPR峰、荧光在较宽的波长范围内实现荧光颜色的调控。通过优化微观结构大幅度提高这些材料的综合力学性能。为探索纳米金属材料的实际应用奠定基础。确定多元复合材料体系的不同纳米结构与其磁学和其它性质之间的规律。揭示纳米电极材料的电子、离子传输和能量储存与转换的新规律。发表100篇SCI论文，申请专利6项，国外2项。

第三年2007年12月—2008年11月

通过控制纳米材料的合成条件，进一步探索无机纳米材料生长的热力学与动力学过程，并寻求普遍适用的控制合成方法。

开展一维纳米材料可控生长的热力学和统计物理等问题研究，研究生长机理、电子态结构、量子输运和尺寸效应等；从理论上揭示一维纳米结构生长的微观过程。研究半导体纳米结构阵列表面化学、生物修饰等对光学和气敏特性的影响。测试纳米金属材料的本征力学性能，结合结构分析手段和计算机模拟研究其塑性变形和强化机制。

研究场效应纳米管/纳米线单个晶体管结构和制备工艺；研制新型、高效纳米电催化剂，研究电极界面结构、电解质对能量转化和能量传输的影响。

探索无机纳米材料生长的热力学与动力学过程，并总结出普遍适用的控制合成方法单个一维纳米材料进行表征、结构和性能研究；理论配合实验，基本弄清典型一维纳米材料可控生长的热力学和统计物理等问题；找出实现性能调控的有效措

施。总结性能调控的科学原理。揭示纳米金属材料力学性能与其结构参量的关系。建立对相关多元纳米复合体系的有关性质的调控规律，完成对有关实验现象的解释。制备出纳米管/纳米线场效应晶体管原型器件。获得新型、高效、稳定的纳米电催化剂，提高金属-空气电池的比容量和循环寿命。发表100篇SCI论文，申请专利6项，国外2项。

第四年2008年12月—2009年11月

对实验数据和结果进行综合分析研究，进行纳米材料合成与可控生长过程的热力学和动力学理论计算与分析及相关理论研究，用于指导实际的纳米材料的合成与可控生长。

全面开展一维纳米材料体系的一些基本物理和化学问题研究，如生长机理、电子态结构、量子输运和尺寸效应等，研究一维纳米材料中电子态、声子态和低能元激发的谱学及相互作用性质。

研究异质纳米结构阵列表面化学、生物修饰和环境对一维纳米材料和纳米异质结构性能的影响。

研究不同纳米金属材料的物理性能如：电导性）结构稳定性、化学稳定性、扩散能力、抗腐蚀能力、电化学能力等。提高纳米管/纳米线为基的场效应晶体管的性能。研制高分辨率的平面显示器。

探索提高金属-空气电池寿命的有效途径，提高整体性能，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。总结出较合理的纳米材料合成与可控生长过程的热力学和动力学理论，用于指导实际的纳米材料的合成与可控生长。理论配合实验，系统研究一维纳米材料中电子态、声子态和低能元激发的谱学及相

互作用性质；合理解释实验结果。调控异质纳米有序阵列的表面活性，搞清与环境敏感选择性、性能稳定性的关系。建立纳米金属材料的结构?物理性能关系模型。研制出单色碳纳米管场发射平面显示样机。揭示金属-空气电池的结构与性能之间的内在规律，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。发表100篇SCI论文，申请专利6项，国外2项。

第五年2009年12月—2010年11月

发展比较普遍适用的无机纳米材料的合成和可控生长技术，提出相应的纳米材料形成机理。开展常压回流、室温反应以及能量辐射等控制合成的探索，总结实验

内容，编撰研究论文和总结。

继续全面开展一维纳米材料的表征、结构、性能、表面和量子尺寸效应研究；一维纳米材料中电子态、声子态和低能元激发的谱学及相互作用性质的研究。全面总结对芯壳异质纳米结构有序阵列光学特性和谱学进行调控的新原理、新方法。完善和总结纳米金属材料的制备技术工艺、力学性能和电学性能特征、结构性能关系、塑性变形机理等。基于对有关多元纳米复合体系所实现的相关优异性能的可调控性，力争发展出具有代表意义的原型器件。解决与平面显示相关的扫描驱动、真空封装、低压荧光粉筛选、显示器件的均匀性与稳定性等关键问题；全面提升金属-空气电池的容量、功率、寿命等性能，并推广至其他高端电池的应用研究。发展出比较普遍适用的无机纳米材料的合成和可控生长技术，提出相应的纳米材料形成机理。优化一些重要的无机纳米材料的制备方法。基本弄清典型体系的一些基本物理和化学问题，合理解释实验结果；进一步总结纳米异质结构的应用和实用化的若干关键问题。力争研制出彩色碳纳米管场发射平面显示样机提升金属-空气电池容量、功率和寿命，并推广至其他高端电池的应用研究。全面完成本项目研究任务。申请专利5项，国外2项.

纳米材料应用特点

超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。 一、应用 由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。 （1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。 （2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其

产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。 （3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。 （4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。 二、特点 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的

纳米材料的特性及相关应用

纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体

积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理

纳米材料的热学特性

纳米材料的热学特性 【摘要】：纳米材料的应用及其广泛，涉及到各个领域。本文将从纳米材料的热容，晶格参数，结合能，内聚能，熔点，溶解焓，溶解熵及纳米材料参与反应时反应体系的化学平衡等方面对纳米材料的热学性质的研究进行阐述，并对纳米材料热学的研究和应用前景进行了展望。 【关键词】：纳米材料热学特性发展前景 【正文】： （一）纳米材料 纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l 5 ～5 0 ％。纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。 纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。 （二）热学特性 一热容 1996年，在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减50 %。1998年，通过研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明:过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。2002年，又把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小，二.晶格参数，结合能，内聚能 纳米微粒的晶格畸变具有尺寸效应，利用惰性气体蒸发的方法在高分子基体上制备了1. 45nm 的pd纳米微粒，通过电子微衍射方法测试了其晶格参数，发现Pd 纳米微粒的晶格参数随着微粒尺寸的减小而降低。结合能的确比相应块体材料的结合能要低。通过分子动力学方法，模拟Pd 纳米微粒在热力学平衡时的稳定结构，并计算微粒尺寸和形状对 晶格参数和结合能的影响，定量给出形状对晶格参数和结合能变化量的贡献研究表明:在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低，在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形纳米微粒的相应量。 三纳米粒子的熔解热力学 熔解温度是材料最基本的性能，几乎所有材料的性能如力学性能，物理性能以及化学性能都是工作温度比熔解温度( T /Tm )的函数，除了熔解温度外，熔解焓和熔解熵也是描述材料熔解热力学的重要参量；熔解焓表示体系在熔解的过程中，吸收热量的多少，而熔解熵则是体系熔解过程中熵值的变化。几乎整个熔解热力学理论就是围绕着熔解温度，熔解熵和

纳米材料在现实生活中的应用

纳米材料属于纳米技术中的一种，是一种很特殊的材料。物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。纳米材料指的就是这种尺度达到纳米单位的、具备特殊性能的材料。它在现实生活中的应用广泛，包含以下几点： 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳

米材料的延展性的高性能陶瓷。 3、纳米传感器 纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 4、纳米倾斜功能材料 在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 5、纳米半导体材料 将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。 利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，然后生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能

纳米材料新进展及应用

纳米材料应用的新进展 来源：全球电源网 世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数， 理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将 纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复 合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀

纳米材料的特性和应用

纳米材料的特性和应用 摘要本文简要介绍了纳米材料的分类及特性，并对纳米材料在化工、生物医学、环境、食品等领域的应用进行了综述，最后对纳米材料的发展趋势进行了展望。关键词纳米材料；分类；特性；应用；发展 1 引言 有科学家预言, 在21 世纪纳米材料将是“最有前途的材料”, 纳米技术甚至会超过计算机和基因学, 成为“决定性技术”。国际纳米结构材料会议于1992 年开始召开(两年一届) , 并且目前已有数种与纳米材料密切相关的国际期刊。德国科学技术部预测到2010 年纳米技术市场为14 400 亿美元, 美国政府自2000 年 克林顿总统启动国家纳米计划以来, 已经为纳米技术投资了大约20 亿美元。同时, 欧盟在2002～2006 年期间将向纳米技术投资10 多亿美元。日本2002 年的纳米技术开支已经从1997 年的1. 20 亿美元提高到7. 50 亿美元。 2 纳米材料及其分类 纳米材料（nano- material）又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。粒子尺寸范围在1-100 nm 之间，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，将纳米材料大致可分成四种类型，即零维的纳米粉末（颗粒和原子团簇）、一维的纳米纤维（管）、二维的纳米膜、三维的纳米块体。 3 纳米材料的特性1 3.1 小尺寸效应 当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时, 周期性的边界条件将被破坏, 使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化。如银的熔点约为900℃, 而纳米银粉熔点仅为100℃, 一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%～50%。 3.2 表面效应 纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质变化。纳米晶粒的减小, 导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大, 致使它表现出很高的活性,如日本帝国化工公司生产的T iO2平均粒径为15 nm , 比

纳米材料综述要点

纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段： 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?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， ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 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就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。

图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 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

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。

纳米材料的应用及发展前景

纳米材料的应用及发展前景 摘要 纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并简述了纳米材料在各方面的应用及其在涂料和力学性能材料方面的发展前景。 关键词：纳米材料、纳米技术、应用、发展前景 一、前言 从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1 纳米～100纳米范围之间。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。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展

举例说明纳米材料的结构与其性质的关系

代鹏程无机化学2009级硕博连读学号：200911461 题目：举例说明纳米材料的结构与其性质的关系 答： 目录 1、纳米材料定义 2、纳米材料的结构 3、纳米材料的性能 4、以量子点为例说明纳米材料结构与其性质的关系 5、以纳米线为例说明纳米材料结构与其性质的关系 1、纳米材料定义 纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭指由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100纳米，在通常情况下不超过10纳米；从广义上说，纳米材料，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，它包括零维的原子团簇（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维纳米纤维；二维纳米微粒膜（涂层）及三维纳米材料。 2、纳米材料的结构 材料学研究认为：材料的结构决定材料的性能，同时材料的性能反映材料的结构。纳米材料也同样如此。对于纳米材料，其特性既不同于原子，又不同于结晶体，可以说它是一种不同于本体材料的新材料，其物理化学性质与块体材料有明显的差异。 纳米材料的结构特点是：纳米尺度结构单元，大量的界面或自由表面，以及结构单元与大量界面单元之间存在的交互作用。在结构上，大多数纳米粒子呈现为理想单晶，也有呈现非晶态或亚稳态的纳米粒子。纳米材料的结构上存在两种结构单元；即晶体单元和界面单元。晶体单元由所有晶粒中的原子组成，这些原子严格地位于晶格位置；界面单元由处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。 纳米材料由于非常小，使纳米材料的几何特点之一是比表面积（单位质量材料的表面积）很大，一般在102～104m2/g。它的另一个特点是组成纳米材料的单元表面上的原子个数与单元中所有原子个数相差不大。例如：一个由5个原子组成的正方体纳米颗粒，总共有原子个数53=125个，而表面上就有约89个原子，占了纳米颗粒材料整体原子个数的71%以上。这些特点完全不同于普通的材料。例如，普通材料的比表面积在10m2/g以下，其表面原子的个数与组成单元的整体原子个数相比较完全可以忽略不计。 由于以上纳米材料的两上显著不同于普通材料的几何特点，从物理学的观点来看，就使得纳米材料有两个不同于普通材料的物理效应表现出来，这是一个由量变到质变的过程。一个效应我们称之为量子尺寸效应，另一个被称之为表面效应。量子尺寸效应是由于材料的维度不断缩小时，描述它的物理规律完全不同

纳米材料的特性及应用

纳米材料的特性及应用 （齐齐哈尔大学材料科学与工程学院高分子专业） 摘要：纳米材料是当今及未来最有发展潜力的材料，由于其独特的表面效应、体积效应以及量子尺寸效应 ,使得材料的电学、力学、磁学、光学等性能产生了惊人的变化。本文分别从纳米材料的定义，发展，分类，特性，应用及未来发展方面进行了详细的论述。 引言 很多人都听说过"纳米材料"这个词,但什么是纳米材料级简称为纳米材料，是指其的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间,广义上是中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。由于它的尺寸已经接近电子的，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，加上其具有大表面的特殊效应。因此它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力 关键词：?纳米材料纳米材料分类特性应用 一.什么是纳米材料 纳米级简称为纳米材料(nanometermaterial)。从尺寸大小来说，通常产生显着变化的细小的尺寸在0.1以下（注1米=100，1=10000微米，1

微米=1000，1=10），即100以下。因此，颗粒尺寸在1～100的微粒称为超微粒材料，也是一种材料。其中，纳米是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米薄膜、纳米、纳米瓷性材料和材料等。 二.纳米材料发展简史 纳米材料的应用实际上很早就有了，只是没有上升成纳米材料的概念。早在1000多年前，我国古代利用燃烧蜡烛来收集的碳黑作为墨的原料及染料。这是应用最早的纳米材料。我国古代的铜镜表面长久不发生锈钝。经检验发现其表面有一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜。十八世纪中叶，胶体化学建立，科学家们开始研究直径为1-10nm的粒子系统。即所谓的胶体溶液。事实上这种液态的胶体体系就是我们现在所说的纳米溶胶，只是当时的化学家们并没有意识到，这样一个尺寸范围是人们认识世界的一个新的层次。在后来的催化剂研究中，人们制备出了铂黑，这大约是纳金属粉体的最早应用。把纳米材料正式作为材料科学的一个新的分支是在1990年7月在美国巴尔的摩召开的国际第一届纳米科学技术学术会议上确定的。所以纳米材料的发展将1990年7月作为界线，1990年7月以前为第一阶段，在这之前，从20世纪60年代末开始，人们主要在实验室探索用各种手段制备不同种材料的纳米粉末、合成块体(包括薄膜)、研究评估表征的方法、探索纳米材料。不同于常规材料的特殊性；但研究大部分局限性在单一材料。人们开始看到，当材料的尺寸处于纳米尺度范围内时，会呈现许多不同的性能特征，这对新材料的研究和发展提供了新的思路和方向。1990年以后，纳米材料得到了迅速发展。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

纳米材料与纳米结构21个题目完整答案

1.简单论述纳米材料的定义与分类。 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类. 3.通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 4.论述碳纳米管的生长机理。 5.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 6.解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因。 7.论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。 8.什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？ 9.写出公式讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边，发光峰的影响。 10.纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman 光谱。 11.论述制备纳米材料的气相法和湿化学法。 12.什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，其中自组装纳米结构形成的条件是什么。 13.简单讨论纳米颗粒的组装方法 14.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 15.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 16.简单讨论纳米材料的磁学性能。 17.简述“尺寸选择沉淀法”制备单分散银纳米颗粒的基本原理 18.简述光子晶体的概念及其结构 19.目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。并说明那些纳米结构应该具有增强物理和化学性 能。 20.简单论述单电子晶体管的原理。 21.简述纳米结构组装的工作原理。 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。

纳米材料的性能与应用

纳米材料的性能与应用 “纳米”是英文namometer的译名。另一种说法“纳米”一词源自于拉丁文“NANO”，意思是“矮小”。纳米是一个度量单位，是一个长度单位。纳米材料构筑的物质，是看不到，摸不着的微细物质。所谓纳米科技是以1~100nm尺度的物质或结构为研究对象的一门新兴学科，就是指通过一定的微细加工方式，按人的意志直接操纵原子、分子或原子团、分子团，使其重新排列组合，形成新的具有纳米尺度的物质或结构，研究其特性，并由此制造新功能的器件、机器以及其它各方面应用的科学与技术。 追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技形成独立学科领域是在20世纪90年代，1990年在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科技会议（Nano I），成立了常设机构——顾问委员会，中国是成员之一。1993年8月在莫斯科召开了第二届国际纳米科技会议(Nano Ⅱ)1996年在北京召开了第四届国际纳米科技会议(Nano Ⅳ)。2000年在德国举行了第六届国际纳米科技会议（Nano Ⅵ）。 2001年1月18日。中国成立了中国纳米科技指导协调委员会，制订发展中国纳米科技的计划。目前国家已初步规划在北京、上海成立北、南两个研发中心（纳米科技创新基地）。当前我国纳米科技发展的主要任务是：①加强纳米科技前沿的基础研究和基础性工作；②突破一批纳米科技发展共性关键技术；③开拓纳米材料和器件的应用，培育相关产业；④建设国家纳米科技基础设施和研究开发基地；⑤建设高素质的纳米科技骨干队伍。 (一) 纳米材料 1. 纳米材料与纳米结构的定义 广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1~100mm）或由他们作为基本单元构成的材料。纳米结构是指由纳米尺度的基本单元按照一定的规律构建或组装成的一维、二维或三维体系。 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。 2. 纳米材料的特性 （1）表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。 （2）小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。 （3）量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。

纳米材料在现实生活中的应用

纳米材料在现实生活中的应用 提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米技术，可能很多人并不一定清楚。著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，简写是nm，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理涵。纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。然而我们将就纳米技术在现实生活中的应用来看看纳米技术的应用前景。 关于纳米技术在显示生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在生活中的存在和应用也很普遍。

纳米材料的特性及应用.

纳米材料的特性及应用 姓名：杨鹏学号：2014141276 （齐齐哈尔大学材料科学与工程学院高分子专业） 摘要：纳米材料是当今及未来最有发展潜力的材料，由于其独特的表面效应、体积效应以及量子尺寸效应 ,使得材料的电学、力学、磁学、光学等性能产生了惊人的变化。本文分别从纳米材料的定义，发展，分类，特性，应用及未来发展方面进行了详细的论述。 引言 很多人都听说过"纳米材料"这个词,但什么是纳米材料？纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间,广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。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。因此它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力 关键词：纳米材料纳米材料分类特性应用 一.什么是纳米材料 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometermaterial)。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。其中，纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 二.纳米材料发展简史

纳米材料的特性及其环境保护的应用

纳米材料的特性及其环境保护的应用 黄翔化学工程学院材料091 摘要概述纳米材料的特性及其环境保护的应用。纳米材料具有表面与界面效 应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。根据纳米材料的吸附和光催化作用，综述了纳米材料在废水处理、废气处理、固体垃圾处理、环境监测等方面的应用。关键词纳米材料特性环境保护吸附 纳米技术是20 世纪80 年代迅速发展起来的一门交叉性综合学科，包括纳米材料和纳米结构两部分。纳米材料是指平均粒径在纳米量级（1～100nm）范围内的固体材料的总称。纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应影响物质的结构和性质。人们发现，当物质被粉碎到纳米微粒时，所得的纳米材料不仅光、电、磁特性发生变化，而且具有辐射、吸收、催化、杀菌、吸附等许多新的特性。发展纳米技术已成为世界性的重大科学技术活动。 Application of Nano-material in Environment Protection Abstract: The adsorption and ray catalyze performance of nano-material is briefly introduced.The application of nanomaterial in waste water disposal,air pollution,solid rubbish disposal and environment monitoring is stated.The development in application in environment protection is also proposed.、 keywords: nano-material; environment protection; adsorption; catalyze 1基本概念 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100 nm 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100 nm的零维纳米粉末,也可以是径向尺寸小于100 nm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”。橡胶工业常用的纳米材料以非金属类为主,可分为金属氧化物(如氧化锌、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁等)和无机盐类(如轻质碳酸钙和陶瓷)。 2纳米材料的特性