纳米材料与纳米技术东北农业大学.ppt

第六章 纳米材料与纳米技术,6.1 纳米材料与纳米技术的内涵,6.2纳米材料的奇异性质,6.1.1纳米科技的发展历史,6.1 纳米材料与纳米技术的内涵,6.1.2 纳米材料和纳米技术的内涵,6.1 纳米材料与纳米技术的内涵,6.1.1纳米科技的发展历史,1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，这是关于纳米技术最早的梦想。,1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。,1982年，科学家发明研究纳米材料的重要工具扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了促进作用。,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，标志着纳米科学技术的正式诞生。,1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢10倍，成为纳米技术研究的热点。,6.1.1纳米科技的发展历史,6.1.2 纳米材料和纳米技术的内涵,纳米材料：,当物质到纳米尺度以后，大约是在1100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。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。,如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。,纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。,纳米技术：,6.1.2 纳米材料和纳米技术的内涵,6.2纳米材料的奇异性质,6.2.1 表面效应,6.2.2小尺寸效应,6.2纳米材料的奇异性质,6.2.1 表面效应,超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为 210-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。,6.2.2小尺寸效应,1. 特殊的光学性质,所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l，大约几微米的厚度就能完全消光。,利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。,2. 特殊的热学性质,固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。,例如，金的常规熔点为1064，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27，2纳米尺寸时的熔点仅为327C左右；银的常规熔点为670C，而超微银颗粒的熔点可低于100。,3. 特殊的磁学性质,小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为 80安米，而当颗粒尺寸减小到 210-2微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于 610-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。,利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。,4. 特殊的力学性质,因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。,美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。,5. 宏观量子隧道效应,介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截