新型纳米碳材料之纳米材料简介.pptx

新型纳米碳材料 new nano-carbon materials 纳米材料简介 纳米材料简介 nmkmmmmm 0.1nm 原子 1nm dna双螺 旋结构 100nm 纳米颗粒 100m 头发 4cm 乒乓球 5m 汽车 1 纳米 = 10-9 米 纳纳纳纳米材料和科技的定米材料和科技的定义义义义 纳纳米材料：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101000个原子紧密排列在一起 的尺度。 纳纳米科技:在纳米尺度范围研究物质（包括原子和 分子）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多 学科科学和技术。 纳米科学技术:20世纪80年代末诞生并在蓬勃发展中的 高新科技。 在纳米尺寸范围内认识和改造自然通过直接操纵原子 和分子而创造新物质(包括材料、器件、性能和使用效能 等)，探索在纳米尺度范围内物质运动的新现象和新规 律。 它的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子和 分子水平, 标志着人类科学技术水平已进入到一个新时代 -纳米科技时代。 纳米科学技术是多学科交叉, 基础研究和应用开发紧密 联系的集成高新科技。主要包括: 纳米生物学、纳米电子 学、纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米机械学 等新学科领域, 已经并继续对相关各产业领域产生强烈的 影响和渗透。 4 纳米科技与纳米材料 人类对纳类对纳 米技术术的研究已 有了50多年的历历史。1959年， 美国著名的物理学家、诺贝诺贝 尔 奖奖金获获得者理查查德费费曼认为认为 ：能够够用宏观观的机器来制造比 其体积积小的机器，而这较这较 小的 机器又可制作更小的机器，这这 样样一步步达到分子线线度。 纳米材料和科技的发展纳米材料和科技的发展 费曼不仅提出了问题，而且证明了它是为规律所允 许的，他说： 据我所知，物理学并不排除逐个原子地对物质 合成实行控制的可能性，这种想法并不违反任何 规律，从原则上讲它是能够做到的。 1981年，宾尼西、罗雷尔发明世界上第一台扫描隧 道显微镜(简称stm)，1986年获诺贝尔物理奖。 g.binnigh.rohrer omicron omicron 低温超高真空低温超高真空stmstm 扫描隧道显微镜的发明扫描隧道显微镜的发明 扫描隧道显微镜亦称为“扫 描穿隧式显微镜”、“隧道扫描 显微镜”，是一种利用量子理论 中的隧道效应探测物质表面结 构的仪器。 cstm9000型扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜(stm) 通过探测物质表面的隧道电流来分辨其表面特征 样品表面 探针表面 电子云重叠，由于 隧道效应逸出电子 u 工作原理 对表面间距异常敏感 探针与样品间加电压 形成隧穿电流 扫描隧道显微镜的两种工作模式： 恒高度模式 恒电流模式 stm特点： xy方向 0.2nm z 方向 0.005nm 在原子尺 度探测 具有原子级高分辨率 在大气压下或真空中均能工作； 无损探测, 可获取物质表面的三维图像； 可进行表面结构研究, 实现表面纳米(10-9m) 级加工。 硅表面硅原子的排列 砷化镓表面砷原子 的排列 碘原子在铂晶体上的吸附碘原子在铂晶体上的吸附 应用实例 1990年，美国国际商用机器公司（ibm）阿尔 马登研究中心科学家，经22小时的操作，把35个 氙原子移动到位，组成ibm三个字母，加起来不 到3nm。 通过移走原子构成的图形 15 纳米科学 技术 宇航、交通 传统产业 环境、能源 医疗和药物 新 材 料 电子器件 计算机 国家安全 生物、农业 纳米科技向不同领域的渗透 “nano”在希腊语中有“矮小”的意思 对于纳米研究的研究方式， 有“从小到大”(bottom up) 和“从大到小”(top down)两种方式。“top down“的方式 是利用机械和刻蚀技术制造纳米尺度结，而“bottom up” 是应用一个原子一个原子或一个分子一个分子创造有机和 无机结构。“top down”或“bottom up”可以用来衡量纳米 技术发展的水平 。 纳纳米技术术的意义义 1、这是一门新兴的科学技术，它使得人 们对 于物质世界有了全新的理解。 2、纳米技术拓展了人类构成新物质的手 段，同时也为生命和信息技术的持续发 展奠定了基础。 3、随着纳米技术的发展，其成果逐渐深 入到人们日常生活的方方面面。 u纳米元器件领域日本领先，欧洲次之，美国第 三； u纳米生物与应用领域美欧相当，日本次之； u高表面积材料领域美领先，欧次之，日第三； u中国在纳米科技领域的总体水平与美、日、欧相比 ，差距还是很大的，尤其是在纳米器件方面差距更为 明显。 纳纳纳纳米科技排名米科技排名 纳纳米技术进术进 展 实心的纳米棒、纳米线、量子线 纳纳米技术进术进 展 朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 纳纳米技术进术进 展 dna开关 原子森林原子森林由德国实验室托斯顿邓 卓巴拍摄的这一图像显示了一片 gesi量子点“森林”，其实，它们只 有15纳米高，直径也只有70纳米。 蓝宝石蓝宝石 美国伊利诺斯大学香槟分 校的斯科特麦克拉伦及其同事一同 建造了这张精美制作的蓝宝石衬底 的弹坑图像。此蓝宝石是通过飞秒 级激光脉冲击打其表面而受热的， 在此过程中，蓝宝石喷射出原子而 留下一个浅浅的弹坑。此晶体经再 加热和再次喷射，形成了这里所展 示的内部深层结构。1飞秒是千万 亿分之一秒。 纳米线 几种植物的叶子，包括荷花，展 现出其自洁特性。这种所谓的“荷花 效应”也叫作自清洁效应，那么，荷 花何以出淤泥而不染？ 是因为它的表面十分光滑，污垢 难以停留？不是。科学家用扫描电 子显微镜观察，发现荷花的花瓣表 面像毛玻璃一样毛糙，全是纳米级 的“疙瘩”。 这些“疙瘩”让雨水将荷叶清洗干净，从而让荷花保持最佳 光合作用能力，显得精神抖擞。这张2微米x 2微米图像显示一 种人造制品在模仿荷花的自清洁效应。此地毯似的一团纳米线 是由cvd法处理而成的。当水滴落在此超级不沾水的纳米线上 时，它们会快速滴落，并带走纳米线上的尘埃。 纳纳纳纳米技米技术进术进术进术进 展展 各国对纳米技术的积极应对 发达国家的政府和企业纷纷投入大量人力、物力 和财力进行纳米科技的研究和产业化。 目前，美国已在纳米结构组装体系、高比表面积 纳米颗粒制备与合成，以及纳米生物学方面处于领先 地位。在纳米器件、纳米仪器、超精度工程、陶瓷和 其他结构材料方面略逊于欧共体。 日本在纳米器件和复合纳米结构方面有优势，在 分子电子学技术领域也有很强实力，紧随德国之后。 德国在纳米材料、纳米测量技术、超薄膜的研发领域 具有很强的优势。 美国于2000年2月宣布启动“国家纳米科技 计划(nni)”，在2001年财政年度拨款4.95亿美 元以加强研究实力。政府认为纳米技术就像20 世纪50年代的晶体管一样，其科研和工业化的 应用将进一步促进美国经济的发展；为美国培 养新世纪的技术人才；增强美国国际科技竞争 力的需要；节约资源能源，保证美国未来的可 持续发展；纳米技术是开发未来微型武器的技 术基础，是国防工业的未来。 各国对纳米技术的积极应对 纳纳米技术术在美国 军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料 美国前总统布什2003.12.3日签署了21世纪纳米 技术研究开发法案，批准联邦政府在从2005财政 年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳 米技术的研究开发 德国拟建立或改组六个政府与企业联合的 研发中心，并启动国家级的研究计划。 法国投资8亿法郎建立一个占地8公顷、建 筑面积为6万平方米、拥有3500人的微米纳米 技术发明中心，配备最先进的仪器设备和超净 室，并成立微米纳米技术之家，专门负责申请 专利和帮助研究人员建立创新企业。 日本除继续推动早已开始的纳米科技计划 外，每年投资2亿美元推动新的国家计划和新的 研究中心建设。 各国对纳米技术的积极应对 纳纳米技术术在日本 国会: 21世纪前20年的 立国之本 著名大企业: 纳米实用 化技术的计划 三菱化工建立了(富勒烯) 纳米碳管生产线 自洁净玻璃、光催化净化 水或空气 韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术 印度：像抓软件产业那样抓纳米科技 世界都在迎接纳米时代的到来 各国对纳米技术的积极应对 纳纳米技术术在中国 1993年，中科院操纵原子写字 中国纳纳米技术进术进 展 中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列;合成了 当时最长的纤维级碳纳米管 中国科技大学:氮化镓粉体 清华大学:氮化镓纳米棒 中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉， 被誉为“稻草变黄金” 中国纳纳米技术应术应 用 中科院化冶所 “七五攻关”: 纳米碳化硅 “八五863”: 纳米阻燃剂 中科院化学所 纳米领带 超双疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 纳米聚丙烯管材 高强度、抑菌功能 纳纳纳纳米科技米科技发发发发展的里程碑展的里程碑 1905年，爱因斯坦发表了一篇论文，估计一个糖分子的直 径约为1nm。 1931年，e.ruska与m.knoh研制出电子显微镜，它可以实现 亚纳米级成像。现代电子显微镜可观察几百个纳米的结构 像、原子像。 1959年，r.feynman在他的著名讲话最底下一层大有发展 潜力中探讨了微型化的前景。 1968年，贝尔实验室的a.y.cho和j.arthur及其同事发明了分 子束外延生长术，这种技术可以在表面上沉积出单层原 子。 1974年，n.taniguchi发明了“纳米技术”这个词，表示公差 小于1m的机械加工。 1981年，g.binnig和h.rohrer发明了扫描隧道显微镜。 1985年，r.f.curl和h.w.kroto发现了富勒烯，直径约为1nm 。 1986年，k.e.orexler发表创世机器一书，是一本宣传 纳米技术的未来主义著作。 1989年，ibm公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个 的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使 用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自 的位置，组成了ibm三个字母。 1991年，日本nec公司的sumio iijima发现了碳纳米管。 1999年，莱斯大学的jmtour和耶鲁大学的mareed 证明单个分子能够起分子开关的作用。 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，创办nanotechnology杂志，标志着纳米科学技 术的正式诞生。 纳纳纳纳米材料米材料的分的分类类类类 纳米材料的分类有很多种方法，常见分类标准有：按材料 的维度、材料的物理特性、材料的应用领域，材料的化学 组成等 纳米粉末 （零维） 又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的 粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于 中间物态的固体颗粒材料。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（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复 材料；抗癌制剂等。 纳米纤维 （一维） 指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。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。 纳米膜 （二维） 纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在 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（如汽车 尾气处理）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。 tem下的纳米颗粒 纳米粉末纳米粉末 纳米材料的分类纳米材料的分类 sem下的纳米纤维 纳米纤维纳米纤维 纳米膜纳米膜 纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄 膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。 纳米带 纳纳纳纳米材料的特性米材料的特性 小尺寸效应 当粒子的尺寸与光波波长、电子的德布洛意波 长、超导相干波长及激子玻尔半径尺寸相当或更小时 ，声、光、电、磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸 效应。 如磁有序转为磁无序、超导相转为正常相等。 表面与界面效应 随纳米微粒尺寸减小，比表面积增大。在三维纳 米材料中, 随粒径减少, 界面占的体积分数增加。粒径 为5nm时，界面体积分数为50%，而粒径为2nm时， 体积分数增加到80% 。此时已不能把界面简单地把它 看作是一种缺陷，它已成为纳米固体的基本组分之一 ，对纳米材料的性能起着举足轻重的作用。 量子效应 随粒子尺寸减小，能级间距增大，费米能级附近的电 子能级由准连续态变为 离散态, 从而导致磁、光、 声、热、电及超导电性与宏观特性的显著不同。 物理特性物理特性 1、 熔点、烧结 温度和晶化温度降低 烧结温度：将预压成形的微粉块体在低于熔点的温度 下进行加热烧结 ，使这些微粉结合成接近于常规材料的密 度和力学性能的最低加热温度。 晶化温度：在一定加热速度的条件下，在一定温度下 ，金属玻璃开始转化为晶体，这个温度就是晶化温度。 大块铅的熔点为327,而20nm铅微粒熔点低于15； 金的熔点为1064，而2nm的金颗粒在33时就能被熔化； 纳米al2o3的烧结温度为12001400 , 常规al2o3烧结 温度为1700 1800； 纳米si3n4烧结温度为14001500，比常规低 300400； 纳米tio2烧结温度为1000，比常规低873； 粒径为8nm、15nm和35nm的al2o3的粒子粒径快速长大 的温度分别为800 ，1000 ，1200 。 2、光学特性 a、宽频吸收。 纳米微粒对光的反射率低(如铂的纳米微粒仅为1%), 吸收 率高, 因此金属纳米微粒几乎都呈黑色。 b、蓝移现象。 发光带或吸收带由长波长移向短波长的现象.如纳米sic的 红外吸收频率比大块sic蓝移20cm-1，而纳米si3n4则蓝移 14cm-1。纳米技术还使从不发光的硅，发出淡淡的红光。 c、对红外线和紫外线吸收和反射的应用。 红外隐形的功能 红外反射多层膜如tio2-sio2，对可见 光有很好的透光性，对12501800nm的红外线则有很强的 反射能力；紫外吸收 tio2 已经工业化，吸收紫外线。 雷达隐形材料 不同材料和粒径的纳米微粒，对不同波 段的电磁波也有强吸收能力。 3、电特性 随粒子尺寸降到纳米数量级，一些金属由良导体变 为非导体，而陶瓷材料的电阻则大大下降。 4、化学特性 纳米材料比表面积大，处于表面的原子数多，表面 出现非化学平衡、非整数配位的化学价，化学活性高。 如纳米金属的粒子在空气中会燃烧，无机材料的纳米粒 子暴露在大气中会吸附气体并与其反应。如在火箭的固 体燃料推进剂中添加质量分数为1%的纳米al粉或ni粉， 每克燃料的燃烧热可增加1倍。粒径为30nm的ni做催化 剂可使有机化学加氢和脱氢反应速度提高15倍。 5、力学性能特性 很多纳米材料具有高强度、高硬度，良好的塑性和 韧性。纳米fe多晶体(粒径8nm) 的断裂强度比常规fe高 12倍，粒径为200500nm的纳米陶瓷表现出良好的超塑 性等。日本科学家在纳米氧化钛条状试样上进行拉伸, 其延伸率接近100%。 1) 物理方法 (1) 真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化 或形成等离子体，然后骤冷。其特点是：纯度高、 结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 纳米技术的制备方法 (2) 物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒 子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗 粒分布不均匀。 (3) 机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合 金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本 低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 化学方法 (1) 气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其 特点为产品纯度高，粒度分布窄。 (2) 沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得 到纳米材料。其特点为简单易行，但纯度低，颗粒半 径大，适合制备氧化物。 (3) 水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经 分离和热处理得纳米粒子。其特点为纯度高，分散 性好、粒度易控制。 纳米微细材料制造的工艺方法 1、激光诱导化学气相沉积法 （licvd） 基本原理利用反应气体分子对特定波长 激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解、激 光热解、激光光敏化和激光诱导合成，在一定工 艺条件下，获得纳米微粒。 优点表面清洁、纳米微粒大小可精确控 制、无粘结、粒度分布均匀。 具体方法 2、低温等离子体增强化学气相沉积法 （pecvd） 基础化学气相沉积法 原理由于等离子体是不等温系统，其 中“电子气”具有比中性粒子和正离子大得多 的平均能量；电子的能量足以使气体分子的 化学键断裂，并导致化学活性高的粒子（离 子、活化分子等基团）的产生。即，反应气 体的化学键在低温下就可以被分解，从而实 现高温材料的低温合成。 1、微波源 2、真空系统 3、励磁系统 4、配气系统 5、反应室 6、基片加热 系统 低温等离子体增强化学气相沉淀技术的优点： 运行气压低。 等离子体密度高。 无内电极放电，杂质少，污染小。 微波能量转换率高，达95%。 离子能量低。 可稳态运行，参数易于控制。 速率高、纳米材料纯度高。 提高了反应物的活性。 有良好的各向异性刻蚀性能。 液相法制备纳米材料 化学共沉淀是利用各种组分元素的可溶性盐 类，把它们按一定的比例配制成液体，然后加入 沉降剂，使得各种组分元素共同形成沉淀，并通 过控制溶液浓度、ph值等来控制形成沉淀粉体 的性能。最后经过过滤、洗涤，对沉淀物进行加 热分解，得到各种组分元素的氧化物均匀复合粉 体。 纳纳米粉体表面改性 纳米材料实用化的关键 表面物理控制 化学特性控制 粉体松散、不团聚 表面改性和表面包覆 化学法为主 表面包覆 表面改性 表面改性 普遍存在问题：在存放时出现分层现象 h2o h2o h2o +/- e m 分层机理 乳液粒径变化原因 + 由于 的加入，增大粒子尺寸，原有粒 子表面亲水基团不足维持粒子的稳定性， 导致沉淀出现 工艺稳定性粒径控制 添加剂加入后导致沉淀的原因 导向溶剂 纳米材料的应用 纳纳米材料的应应用 力学性质：纳米结构的材料强度与粒径成反 比。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。 磁学性质 ：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。 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。因此在储热材料应用方面 有其广泛的应用前景。 光学性质 ：由于量子尺寸效应，纳米半导体 微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很 大，所以可应用于红外线感测器材料。 生物医药材料应用 ：纳米粒子比血红细胞（6 9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用 纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以 对人体进行全身健康检查和治疗， 疏通脑血管中的 血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒 ，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸 上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的 药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方 便。 几种典型的纳米材料 在长期的晶体材料研究中，人们视具有完整空间点阵 结构的实体为晶体，是晶体材料的主体；而把空间点阵中 的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作晶 体材料中的缺陷。 如果从逆方向思考问题，把“缺陷”作为主体，研制出 一种晶界占有相当大体积比的材料，那么世界将会是怎样 ? 格兰特教授经过4年的不懈努力，他领导的研究组终于 在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明，任何金属 颗粒，当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。纳米固体材料 (nanometer sized materials)就这样诞生了。 防护材料 由于某些纳米材料透明性好和具有优异 的紫外线屏蔽作用，在产品和材料中添加少 量(一般不超过含量的2%)的纳米材料，就会 大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作 用，使之更加具有耐久性和透明性，因而被 广泛用于护肤产品、服装材料、外用面漆、 木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄 膜等方面。 精细陶瓷材料 使用纳米材料可以在低温、低压下生 产质地致密且性能优异的陶瓷。因为这些 纳米粒子非常小，很容易压实在一起。此 外，这些粒子陶瓷组成的新材料是一种极 薄的透明涂料，喷涂在诸如玻璃、塑料、 金属、漆器甚至磨光的大理石上，具有防 污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。涂 有这种陶瓷的塑料眼镜片既轻又耐磨，还 不易破碎。 催化剂剂 催化剂纳米粒子表面积大、表面活性中 心多，为做催化剂提供了必要的条件。目前 用纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等 直接用于高分子聚合物氧化、还原及合成反 应的催化剂，可大大提高反应效率。利用纳 米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧 效率可提高100倍，如用硅载体镍催化剂对 丙醛的氧化反应表明，镍粒径在5nm以下， 反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到 有效控制，生成酒精的转化率急剧增大。 传感材料 纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊 的物理性质及超微小性等特征，是适合用作传 感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变 会迅速引起纳米粒子表面或界面离子价态和电 子运输的变化，利用其电阻的显著变化可做成 传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选 择性优良。 光电材料与光学材料 纳米材料由于其特殊的电子结构与光学性 能作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事 航空中用的吸波隐身材料，以及包括太阳能电 池在内的储能及能量转换材料等具有很高的应 用价值。 增强材料 纳米结构的合金具有很高的延展性，在航空航 天工业与汽车工业中是很有应用前景的材料；纳米 硅作为水泥的添加剂可大大提高其强度；纳米纤维 作硫化橡胶的添加剂可增强橡胶并提高其弹性，纳 米管在作纤维增强材料方面也有潜在应用前景。 纳米滤膜 采用纳米材料发展出分离仅在分子结构上有微小差 别的多组分混合物，实现高能分离的纳米滤膜。将纳米 材料用作火箭燃料推进剂、h2分离膜、颜料稳定剂及智 能涂料、复合磁性材料等。纳米材料由于有特异的光、 电、磁、热、声、力、化学和生物学性能，广泛应用于 宇航、国防工业、磁记录、计算机工程、环境保护、化 工、医药、生物工程和核工业等领域。 超双亲性界面物性材料(同时具有超亲 水性及超亲油性的表面) 光的照射可引起tio2表面在纳米区域形成亲水性 及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构。这样在 宏观的tio2表面将表现出奇妙的超双亲性。利用这种原 理制作的新材料，可修饰玻璃表面及建筑材料表面， 使之具有自清洁及防雾等效果。这种双亲二元协同原 理，同样可以用来指导进一步设计和制造在其他基材 上使用的超双亲性修饰剂。例如，在纤维及衣物上使 用修饰剂，将使它们具有超双亲性。可以设想洗涤衣 物可以仅用清水冲洗，不再使用传统的洗洁剂；同样 也可以应用到人造血管的形成，并且改善同活体组织 的兼容性，来实现长使用寿命。 超双疏性界面物性材料 利用由下到上、由原子到分子、由分子到 聚集体的外延生长纳米化学方法，可以在特定 的表面上建造纳米尺寸几何形状互补的(如凸与 凹相间)界面结构。由于在纳米尺寸低凹的表面 可使吸附气体分子稳定储存，所以在宏观表面 上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油或水无 法与材料的表面直接接触，从而使材料的表面 呈现超常的双疏性。这时水滴或油滴与界面的 接触角趋于最大值。如果在输油管的管道内壁 采用带有防静电功能的材料建造这种表面修饰 涂层，则可实现石油与管壁的无接触运输。这 对于输油管道的安全运行有重要价值。 纳米尺度光阳极、光阴极两相共存的高 效光催化界面材料 借助光化学和光电化学的研究思想，利用纳米 化学方法，研制具有光化学活性的纳米杂化的界面 材料。例如，在tio2表面的纳米区域内可以构建光 阳极与光阴极共存的二元协同界面结构，在紫外光 的照射下具有高效的光催化效果。可以用来分解有 毒气体(如：甲苯，氧化氮等)，杀死其表面接触的细 菌。该材料将在空气净化和杀菌抑菌方面有重要的 应用。 纳米二氧化钛（tio2）作为一种新型光催化剂、抗 紫外线剂、光电效应剂等，因其神奇的功能，将在抗菌 防霉、排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、 汽车面漆等领域显示广阔的应用前景。随着其产品工业 化生产和功能性应用发展日趋成熟，它在环境、信息、 材料、能源、医疗与卫生等领域的技术革命中将起到不 可低估的作用。 将纳米tio2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可 以有效地遮蔽紫外线。 纳米tio2抗菌防霉机理：由于tio2电子结 构所具有的特点，使其受光时生成化学活泼性 很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基， 攻击有机物，达到降解有机污染物的作用。当 遇到细菌时，直接攻击细菌的细胞，致使细菌 细胞内的有机物降解，以此杀灭细菌，并使之 分解。 一般常用的杀菌剂银、铜等能使细菌细 胞失去活性，但细菌杀死后，尸体释放出毒素 等有害的组分。纳米tio2不仅能影响细菌繁殖 力，而且能破坏细菌的细胞膜结构，达到彻底 降解细菌，防止内毒素引起的二次污染。纳米 tio2属于非溶出型材料，在降解有机污染物和 杀灭细菌的同时，自身不分解、不溶出，光催 化作用持久，并具有持久的杀菌、降解污染物 效果。 纳米技术具体应用 纳米技术在陶瓷领域方面的应用 纳米技术在微电子学上的应用 纳米技术在生物工程上的应用 纳米技术在光电领域的应用 纳米技术在化工领域的应用 纳米技术在医学上的应用 纳米技术在分子组装方面的应用 纳米技术在其它方面的应用 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ，在日常生活及工业生产中起着举足轻 重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质 地脆，韧性、强度较差，因而使其应用 受到了较大的限制。随着纳米技术的广 泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此 来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象 金属一样的柔韧性和可加工性。材料学 家指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略 途径。 纳米级微电子元件 日本日立中心实验实验 室利用半导导体材料 砷化镍镍，率先开发发新一代微电电子元件。这这 些电电子元件呈细长细长 的鬃状结结晶形，粗细仅细仅 20纳纳米，可使计计算机的计计算速度、通讯讯用 发发光元件的效率数十、数百倍地提高。 超微型计算机 随着微电电子技术术的不断发发展，集 成度越来越高，计计算机信息存储储芯片 越来越小，而存储储量却越来越大，信 息容量比现现有光盘盘高100万倍，整个美 国国会图书馆图书馆 的图书图书 都能存储储在一个 糖块块大小的芯片中。 1994年，ibm公司研制成新型巨磁 电阻效应读出磁头，将磁盘的记录密度 提高了17倍。 目前，在硬盘的 驱动器上已经开始使 用这项技术，产值已 超过100亿美元 年。 超微型电动机 1994年世界最小的电动电动 机在美国6 家科研单单位的通力协协作下完成，这这架电动电动 机主轴轴的直径仅仅有2000 nm，体积积只有一 个红红血球那么大。 超微型机械 美国华华盛顿顿大学制成直径仅仅有1104nm的 金属齿轮齿轮 ，两个齿轮齿轮 咬合在一起还还不足一根人 发发的宽宽度。它可以用于微型机械、微型机器人、 微型汽车车、微型飞飞机的制造。用微型部件组组装的 汽车车可以只有一粒米大小；用微型部件组组装的飞飞 机可以只有一粒花生米大小。 超微型环状激光器 在制导导与反导弹导弹 防卫卫系统统上，美国西北大 学工程学院开发发的超微激光器，形状似指环环， 直径仅仅有1104 nm，不仅仅具有大型激光器的功 能，而且携带带方便，效果更佳。 纳米级微缩图象 1992年，日本电信电话公司在银-硒 合金表面上以单个原子的线条画出爱因斯 坦肖像。同年10月，“日立”公司又将硅原 子排列成立体金字塔。由原子垒起的金字 塔共18级台阶，每级2个原子高，其底边 长仅为48纳米和36纳米。原子级线条的绘 制成功，意味着可将2000册杂志的文章浓 缩在一个句点符号内。 利用纳米技术还可制成各种分子 传感器和探测器。 利用纳米羟基磷酸钙为原料，可 制作人的牙齿、关节等仿生纳米材 料。 将药物储存在碳纳米管中，并通 过一定的机制来激发药剂的释放， 则可控药剂有希望变为现实。 超微型传感器等其它应用 利用碳纳米管来制作储氢材料， 用作燃料汽车的燃料“储备箱“。 利用纳米颗粒膜的巨磁阻效应研 制高灵敏度的磁传感器。 利用具有强红外吸收能力的纳米 复合体系来制备红外隐身材料。 用纳米 碳管建成的 地月载人电 梯构想图 纳米发电机为血压传感器提供动力 由氧化锌纳米线构成的发电机 世界最小直升机世界最小直升机 仅香烟盒大小仅香烟盒大小 pd-100黑黄蜂 据英国每日邮报报道 ，挪威prox dynamics公司日前 研制出一款迄今世界上最微小 的“直升机”。这款纳米“直升机 ”的体积只有一个香烟盒大小， 持续飞行时间约25分钟，未来 可用于间谍活动或者战场侦 察。 纳米机器人进入人 体消化系统工作示 意图 像胶囊一样的纳米机器人医生 纳米机器人纳米机器人“ “医生医生” ” 重庆科研人员开发的这 种名为“omom胶囊内镜系统 ”的纳米机器人。一种长得十 分奇特的“重庆籍医生”目前在 国际上名声大噪该医生长 得像一颗胶囊，把它吞进肚里 ，消化道内的情景就可以像放 电影一样在电脑屏幕上一目了 然。它第二次被列入国家“863 计划”，前一次获得了该计划 500万元基金支持，并于2004 年获得“863计划”专家组验收 该医生“腰围”11毫米，“身高 ”25.4毫米，长得完全像一颗胶 囊。并于2004年获得“863计划 ”专家组验收，但这种机器人 目前还只能钻进人