纳米技术与现代生活论文

评分 日期 湘潭大学通识教育选修课湘潭大学通识教育选修课 专题读书论文 体会 专题读书论文 体会 课课 程程 名名 称 纳米技术与现代生活称 纳米技术与现代生活 指指 导导 老老 师 唐超师 唐超 姓姓 名 尹某某名 尹某某 学学 号 号 2011920032 班级名称 采矿工程班级名称 采矿工程 1102 班班 学院名称 能源工程学院学院名称 能源工程学院 交阅时间 交阅时间 2013 年年 11 月月 15 日日 引言引言 提起 纳米 这个词 可能很多人都听说过 但什么是纳米 什么 是纳米材料 可能很多人并不一定清楚 本文主要讨论纳米材料与人类生 相信随着科学技术的发展 会有越来越多的纳米材料走进人们的生活 为 人类造福 关键词关键词 纳米科技 纳米材料 纳米陶瓷 纳米技术是什么 纳米技术是什么 所谓纳米技术 是指在 0 1 100 纳米的尺度里 研究电子 原子和分 子内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 更细致的理解是 纳米技术 nanotechnology 其实就是一种 用单个原子 分子制造物质的技术 从迄今为止的研究状况看 关于纳米技术分为三种概念 第一种概念是 1986 年美国科学家德雷克斯勒博士在 创造的机器 一书中提出的分子纳米技术 根据这一概念 可以使组合分子的机器实用 化 从而可以任意组合所有种类的分子 可以制造出任何种类的分子结构 这种概念的纳米技术未取得重大进展 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限 也就是通过纳米精 度的 加工 来人工形成纳米大小的结构的技术 这种纳米级的加工技术 也使半导体微型化即将达到极限 现有技术即便发展下去 从理论上讲终 将会达到限度 这是因为 如果把电路的线幅变小 将使构成电路的绝缘 膜的为得极薄 这样将破坏绝缘效果 此外 还有发热和晃动等问题 为 了解决这些问题 研究人员正在研究新型的纳米技术 第三种概念是从生物的角度出发而提出的 本来 生物在细胞和生 物膜内就存在纳米级的结构 纳米技术包含下列四个主要方面纳米技术包含下列四个主要方面 1 纳米材料 纳米材料 当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 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 为纳米材 料 过去 人们只注意原子 分子或者宇宙空间 常常忽略这个中间领域 而 这个领域实际上大量存在于自然界 只是以前没有认识到这个尺度范围的 性能 第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家 他们 在 20 世纪 70 年代用蒸发法制备超微离子 并通过研究它的性能发现 一 个导电 导热的铜 银导体做成纳米尺度以后 它就失去原来的性质 表 现出既不导电 也不导热 磁性材料也是如此 像铁钴合金 把它做成大 约 20 30 纳米大小 磁畴就变成单磁畴 它的磁性要比原来高 1000 倍 80 年代中期 人们就正式把这类材料命名为纳米材料 为什么磁畴变成单磁畴 磁性要比原来提高 1000 倍呢 这是因为 磁畴 中的单个原子排列的并不是很规则 而单原子中间是一个原子核 外则是 电子绕其旋转的电子 这是形成磁性的原因 但是 变成单磁畴后 单个 原子排列的很规则 对外显示了强大磁性 这一特性 主要用于制造微特电机 如果将技术发展到一定的时候 用于 制造磁悬浮 可以制造出速度更快 更稳定 更节约能源的高速度列车 2 纳米动力学纳米动力学 主要是微机械和微电机 或总称为微型电动机械系统 MEMS 用于有传动机械的微型传感器和执行器 光纤通讯系统 特种 电子设备 医疗和诊断仪器等 用的是一种类似于集成电器设计和制造的新 工艺 特点是部件很小 刻蚀的深度往往要求数十至数百微米 而宽度误 差很小 这种工艺还可用于制作三相电动机 用于超快速离心机或陀螺仪 等 在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等 虽然它 们目前尚未真正进入纳米尺度 但有很大的潜在科学价值和经济价值 理论上讲 可以使微电机和检测技术达到纳米数量级 3 纳米 纳米生物学生物学和纳米药物学和纳米药物学 如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定 dna 的粒子 在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验 磷脂和脂肪酸双层平面生物膜 dna 的精细结构等 有了纳米技术 还可 用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料 新的药物 即使 是微米粒子的细粉 也大约有半数不溶于水 但如粒子为纳米尺度 即超 微粒子 则可溶于水 纳米生物学发展到一定技术时 可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米 生物细胞 并可以吸收癌细胞的生物医药 注入人体内 可以用于定向杀 癌细胞 上面是老钱加注 4 纳米电子学 纳米电子学 包括基于量子效应的纳米电子器件 纳米结构的光 电性 质 纳米电子材料的表征 以及原子操纵和原子组装等 当前电子技术的 趋势要求器件和系统更小 更快 更冷 更小 是指响应速度要快 更冷 是指单个器件的功耗要小 但是更小并非没有限度 纳米技术是建设者 的最后疆界 它的影响将是巨大的 纳米技术的应用领域纳米技术的应用领域 一 陶瓷增韧一 陶瓷增韧 纳米微粒颗粒小 比表面大并有高的扩散速率 因而用纳米粉体进行烧 结 致密化的速度快 还可以降低烧结温度 二 磁性材料二 磁性材料 1 巨磁电阻材料 磁性金属和合金一般都有磁电阻现象 所谓磁电阻是 指在一定磁场下电阻改变的现象 人们把这种现象称为磁电阻 所谓巨磁 阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小 一般减小的幅度比通常磁性金属 与合金材料的磁电阻数值约高 10 余倍 2 新型的磁性液体和磁记录材料 油酸为表面活性剂 把它包覆在超细 的 Fe3O4 微颗粒上 直径约为 l0m 并高度弥散于煤油 基液 中 从而形成 一种稳定的胶体体系 3 纳米微晶软磁材料 纳米微晶软磁材料目前沿着高频 多功能方向发展 其应用领域将遍及软磁材料应用的各方面 如功率变压器 脉冲变压器 高频高压器 可饱和电抗器 互感器 磁屏蔽 磁头 磁开关 传感器等 它将成为铁氧体的有力竞争者 4 纳米微晶稀土永磁材料 由于稀土永磁材料的问世 使永磁材料的性能 突飞猛进 5 纳米磁致冷工质 磁致冷发展的趋势是由低温向高温发展 20 世纪 30 年代利用顺磁盐作为磁致冷工质 采用绝热去磁方式成功地获得 mk 量级 的低温 20 世纪 80 年代采用 Gd3Ga5012 GGG 型的顺磁性石榴石化合物 成功地应用于 1 5 15K 的磁致冷 20 世纪 90 年代用磁性 Fe 离子取代部分 非磁性 Gd 离子 由于 Fe 离子与 Cd 离子间存在超交换作用 使局域磁矩 有序化 构成磁性的纳米团簇 当温度大于 15K 时其磁梢变高于 GGG 从而成为 15 30K 温区最佳的磁致冷工质 6 纳米巨磁阻抗材料 巨磁阻抗效应是磁性材料交流阻抗随外磁场发生 急剧变化物特性 这种现象在轶磁衍料很容易出现 利用纳米材料巨磁阻 抗效应制成的磁传感器已在实验室问世 三 纳米微粒的活性及其在催化方面的应用三 纳米微粒的活性及其在催化方面的应用 1 金属纳米粒子的催化作用 贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应 用到高分子高聚物的氢化反应上 例如纳米粒子姥在经氢化反应中显示了 极高的活性和良好的选择性 2 带有衬底的金属纳米粒子催化剂 这种类型催化剂用途比较广泛 一 般采取化学制备法 概括起来有以下几种 浸入法 离子交换法 吸附 法 蒸发法 醇盐法 这里还应指出的是 有的纳米粒子合金的活性远远 高于常规催化剂的活性 它们对高分子的氢化还原和聚合反应有良好的催 化作用 例如 n Co Mn SiO2 对乙烯的氢化反应显示出高活性 n Pt Mo 沸石在丁烷氢化分解反应中其催化作用远远高于传统催化剂 金属 纳米粒子催化剂还有一个使用寿命问题 特别是在工业生产上要求催化剂 能重复使用 因此催化剂的稳定性尤为重要 在这方面金属纳米粒子催化 剂目前还不能满足上述要求 如何避免金属纳米粒子在反应过程中由于温 度的升高 颗粒长大还有待进行研究 3 半导体纳米粒子的光催化 半导体的光催化效应发现以来 一直引起 人们的重视 原因在于这种效应在环保 水质处理 有机物降解 失效农 药降解等方面有重要的应用 4 纳米金属 半导体粒子的热催化 金属纳米粒子十分活泼 可以作为 助燃剂在燃料中使用 也可以掺杂到高能密度的材料 目前 纳米 Ag 和 Ni 粉已被用在火箭燃料作助燃剂 四 光学应用四 光学应用 1 红外反射材料 纳米微粒用于红外反射材料上主要制成薄膜和多层膜 2 优异的光吸收材料 纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光 吸收带有蓝移现象 纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象 纳 米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性 3 隐身材料 隐身 这个名词 顾名思义就是隐蔽的意思 聊斋 故事中 就有 隐身术 的提法 它是指把人体伪装起来 让别人看不见 近年来 随着科学技术的发展 各种探测手段越来越先进 五 在其他方面的应用 纳米材料在其他方面也有广阔的应用前景 常 规的抛光液是将不同粒径的无机小颗粒放入基液制成抛光剂 广泛用于金 相抛光 高级照像镜头抛光 高级晶体抛光以及岩石抛光等 纳米静电 屏蔽材料用于家用电器和其他电器的静电屏蔽具有良好的作用 我国科技 工作者在制备 Al 合金时加入了 A12O3 纳米粒子 结果晶粒大大细化 强 度和韧性都有所提高 无机纳米颗粒有很好的流动性 利用这种特性可以 制备固体润滑剂 纳米技术纳米技术的潜在危害的潜在危害 1 健康问题 健康问题 纳米颗粒进入人体有四种途径 吸入 吞咽 从皮肤吸收或在医疗过程中 被有意地注入 或由植入体释放 一旦进入人体 它们具有高度的可移 动性 在一些个例中 它们甚至能穿越血脑屏障 纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题 基本上 纳米颗 粒的行为取决于它们的大小 形状和同周围组织的相互作用活动性 它们 可能引起噬菌细胞 吞咽并消灭外来物质的细胞 的 过载 从而引发 防御性的发烧和降低机体免疫力 它们可能因为无法降解或降解缓慢 而 在器官里集聚 还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜 在危险 由于极大的表面积 暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附 它们遇到的大分子 这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制 2 环境问题 环境问题 主要的担心在纳米颗粒可造成的危害上 3 社会风险 社会风险 纳米技术的使用也存在社会学风险 在仪器的层面 也包括在军事领域使