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文档简介
纳米材料与技术纳米材料的发展背景1959年12月29日理查德费曼(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。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。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。1991年 NEC公司的饭岛澄男(Sumio Iijima)制造出了碳纳米管。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。二、纳米材料的研究前沿1、纳米组装体系的设计和研究3 Q; |$ C0 K3 H8 Y- u5 1 ( I5 i目前的研究对象主要集中在纳米阵列体系;纳米嵌镶体系;介孔与纳米颗粒复合体系和纳米颗粒膜。目的是根据需要设计新的材料体系,探索或改善材料的性能,目标是为纳米器件的制作进行前期准备,介孔与纳米组装体系和颗粒膜也是当前纳米组装体系重要研究对象,主要设计思想是利用小颗粒的量子尺寸效应和渗流效应,根据需要对材料整体性能进行剪裁、调整和控制达到常规不具备的奇特性质。/ w( q# |$ 2 o% o6 %纳米颗粒与介孔固体组装体系近年来出现了新的研究热潮。可以根据人们的需要组装多种多样的介孔复合体。! k; |$ e% N2、高性能纳米结构材料的合成# u3 + 2 & S/ ?对纳米结构的金属和合金重点放在大幅度提高材料的强度和硬度,利用纳米颗粒小尺寸% C2 |) X* k7 U- b* u/ C0 s效应所造成的无位错或低位错密度区域使其达到高硬度、高强度。- I3 z j$ X3 d4 u( e4 u8 3、纳米添加使传统材料改性/ o/ 9 n: J) M0 v在这一方面出现了很有应用前景的新苗头,纳米材料添加到其他材料中都可以根据需要,选择适当的材料和添加量达到材料改性的目的,应用前景广阔。; h2 x$ Z, x) M; H4、纳米涂层材料的设计与合成 7 K& G5 Y) l _# q, k4 1 J这是近12年来纳米材料科学国际上研究的热点之一,主要的研究聚集在功能涂层上,包括传统材料表面的涂层、纤维涂层和颗粒涂层,在这一方面美国进展很快,80nm的二氧化锡及40nm的二氧化钦、20nm的三氧化二铬与树脂复合可以作为静电屏蔽的涂层,80nm的BaTiO3可以作为高介电绝缘涂层,40nm的Fe3O4可以作为磁性涂层,80nm的Y2O3可以作为红外屏蔽涂层,反射热的效率很高,用于红外窗口材料。近年来人们根据纳米颗粒的特性又设计了紫外反射涂层,各种屏蔽的红外吸收涂层、红外涂层及红外微波隐身涂层,在这个方面的研究逐有上升的趋势。, C l0 F2 K0 5、纳米颗粒表面修饰和包覆的研究 * Y0 HY: l* c! F1 T这种研究主要是针对纳米合成防止颗粒长大和解决团聚问题进行的,有明确的应用背景。美国已成功地在ZrO2纳米颗粒表面包覆了Al2O3在纳米Al2O3表面包覆了ZrO2,SiO2表面的有机包覆,TiO2表面的有机和无机包覆都已在实验室完成。包覆的小颗粒不但消除了颗粒表面的带电效应,防止团聚,同时,形成了一个势垒,使它们在合成烧结过程中(指无机包覆)颗粒不易长大。有机包覆使无机小颗粒能与有机物和有机试剂达到浸润状态。这为无机颗粒掺入高分子塑料中奠定了良好的基础。这些基础研究工作,推动了纳米复合材料的发展。美国在实验室中已成功的把纳米氧化物表面包覆有机物的小颗粒添加到塑料中,提高了材料的强度和熔点。同时防水能力增强,光透射率有所改善。若添加高介电纳米颗粒,还可增强系统的绝缘性。在封装材料上有很好的应用前景。 $ / z三、纳米材料的应用前景纳米技术、信息技术及生物技术将成为世纪社会经济发展的三大支柱。纳米科技的兴起,对我国提出了严峻的挑战,同时也为我国实现跨越式发展提供了难得的机遇。纳米材料是纳米科技的基础,功能纳米材料是纳米材料科学中最富有活力的领域,它对信息、生物、能源、环境、宇航等高科技领域,将产生深远的影响并具有广阔的应用前景。本专业主要学习环境纳米材料的绿色制备及其规模化、面向环境检测的纳米结构与器件的构筑原理、方法、纳米材料与纳米结构性能与机理研究、纳米材料在污染治理中的应用原理、技术与装置研发、纳米材料的环境效应与安全性评估、纳米材料在节能和清洁能源中的应用等。相关文献: Liu等口钉以热塑性聚氨酯(TPU)为柔性基底,生长二巯基丁二酸(DMSA)生物改性的ZnODMSA纳米棒列阵。结果发现,随着DMSA添加时间的变化,znODMSA纳米棒列阵的形貌也在棒状与片状之间发生转变。牛血清白蛋白(BsA)修饰到列阵上后,进一步结合人血清白蛋白(HSA),形成ZnOBSA 一HSA复合纳米棒列阵。荧光光谱(PL)分析表明,结合HSA后,紫外光发射强度明显增大。因此,可根据这一现象来检测未知蛋白质样品。znO纳米带为沿着001方向生长的单晶。纳米带的宽度在50300 nm 之间,且在其长度方向上保持不变。和硅以及复合半导体线状结构相比,纳米带是迄今唯一具有结构可控且无缺陷的宽带半导体一维带状结构。溶液化学使大量制备ZnO纳米棒(线)成为可能。其中,以水热法最为常用,基本原理是:锌的含氧酸盐(如硝酸锌、醋酸锌等)和某些有机表面活性剂(如三乙醇胺、六亚甲基四胺等)的水溶液,加热到较高的温度(7O9O)并保持一定的酸碱度,反应一段时间,即得到ZnO纳米棒(线)和其它一些结构的纳米ZnO。常用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、柠檬酸三钠(TCD)、乙二胺(EDA)、聚乙二醇(PEG)、十二烷基苯磺酸钠(DBS)等作为形貌控制剂。Zhang等口 在没有模板剂存在的条件下,在醇溶液中制得了大量一维结构的纳米ZnO。针对湿化学法制得的ZnO纳米棒直径较大(大于150 nm)的问题,I iu等 对水热法进行改进,制得长径比达3040、平均直径小于50 nm 的单晶单分散ZnO纳米棒(图2)。为了得到尺寸均匀、长径比分布窄的纳米棒,Guo等 采用微乳液法,以DBS为保护剂、Zn盐为原料,制得ZnO纳米棒(选自叶晓云,周钰明纳米ZNO材料)相关英文文献:(一) Abstract:As one of the special kind of wide-gap semiconductor materials,nanoZnO compared with bulkmaterials has more important properties of electric,magnetic and optic,etcMore and more attentions have been paid on the research and application of nanoZnOThe current research of ZnO with different nanostructures(grain,wire,belt,rod and other special morphologies)is summarized in this paperSynthesis technologies of corresponding structures are described in detail ZnO nanocomposites with special structures are introduced briefly as well。At the same time,the future researches of ZnO nanocomposites with special structures(Study Development of Nano-ZnOYE Xiao-yun ,ZHOU Yu-m ingz)are proposed(2) 1959, the famous physicist, Nobel laureates Richard. Feynman predicted that human beings can use small machines to produce smaller machines, according to the final realization of the wishes of the human order-by-atom, to create products that this is the first on the dream of nanotechnology. n 1991, American scientists successfully synthesized carbon nanotubes, and found that it was only with the quality of the volume of steel 1 / 6, the intensity is 10 times that of steel, so called super fiber. The nano-materials found signs of human To explore the properties of the material has reached a new height. In 1999, nanotechnology products to achieve an annual turnover of 50,000,000,000 U.S. dollars. Nanometer (nm) is the length of the unit, a nanometer is 10-9 meters (a billionth of a meter), the macro-material, the nano is a small unit, not as human hair in diameter for the general 7000 - 8000nm, the diameter of human red blood cells normally 3000-5000nm, the general diameter of the virus are also a few dozen to several hundred nano-size, metal grain size generally Submicron order of magnitude; for microscopic material, such as atoms, molecules, such as before with Egypt to Said an Egyptian equivalent to a hydrogen atoms diameter, a nanometer is 10 EgyptIt is generally believed nanomaterials should include two basic conditions: First, the material
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