走进纳米材料的世界

第1部分，纳米材料概述第2部分，纳米材料的结构和性能第3部分，典型纳米材料的应用，第1部分，纳米技术的诞生2，纳米技术和纳米材料的概念3，纳米技术研究的重要性4，纳米材料的分类，第1部分，概述，1部分，纳米技术的诞生，著名物理学家，诺贝尔奖获得者Richard小尺寸的大世界，费曼纳米技术的父亲，一，纳米技术的诞生，费曼预言人类可以用小机器制造更小的机器，最终将成为按照人类关于纳米技术最初梦想的意愿排列原子的“产品”。20世纪70年代，科学家开始从多种角度提出纳米技术的想法。1990年，美国国际商业机械公司在镍表面排放了35个氙原子“xian”。中国科学院北京真空物理研究所自由操作原子，成功写出了“中国”一词，标志着我国开始在国际纳米技术领域占有一席之地。纳米模板C60在铜表面形成世界上最小的模板，每10个1个。硅表面，C601985年Smalley(2005.10去世)与英国Kroto一起，利兹大学的实验室使用激光轰击石墨目标，使用甲苯收集碳簇，这被称为C60。第二，纳米材料的概念纳米材料在三维空间中至少处于1维纳米尺度范围(1-100nm)，或具有构成它们基本单位的物质的单晶或多晶，小晶粒使晶界的原子数多于晶界内部，产生浓度高的晶界。Howsmallis1nanometer？HumanHair，纳米有多小？10纳米，空间尺度的划分，以宇观宏观人的肉眼可见的物体开始，以最小的物体开始，以下限和无限的宇宙天体开始；介绍(介绍)或介绍(介绍):1至100nm 1nm=10-9m；氢原子的直径是1绿宝石(介绍)血液的红细胞大小为200300nm。由于病毒有数十个nm，纳米粒子比红细胞小，与病毒大小相似。是的，原子分子原子簇纳米粒子纳米材料的宏观对象宏观宏，细观，物质大小，空间尺度，第三，纳米技术研究的重要性，纳米科学和纳米技术是21世纪最具发展前景和国际竞争力的高新产业之一，在21世纪将改变几乎所有人工物体的特性。材料性能的重大变化和制造方式方法的变化将引起产业革命。自出生以来，迅速引起了世界各国，特别是大国的关注和投资研究。纳米技术是跨世纪新领域，是国际科学界工程技术界的热点问题，是20世纪末出现的高新技术领域。纳米技术将在面向21世纪的信息技术、生命科学、分子生物学、新材料领域具有重大意义。它将成为重大的技术革命，必将引起21世纪的又一次产业革命。纳米技术的战略位置，美国：1998，克林顿总统主持了制定国家纳米发展计划的内阁会议；日本：1999年，毛里求斯和首相主持内阁会议，制定了国家纳米发展计划。中国：2000，朱隆基总理召集中央科学院副院长白春利学者，成立了国家纳米发展协调指导小组。在开发阶段，即90年代初期，美国正式将纳米技术列为“国家核心技术”，并在新世纪开始时追加发表了纳米技术：要引发下一场工业革命。此后10年间，各种新型纳米粉体、纳米芯片、纳米传感器等代表性产品相继开发。1993年欧洲提出的9项未来发展的关键中，4项涉及纳米技术。第三，纳米技术研究的重要性，实施阶段，日本也积极参与纳米研究，提出纳米技术将作为振兴日本经济的“建国”。中国是第一个开始纳米技术研究的世界上为数不多的国家，在纳米领域取得了很多举世瞩目的成就。2001年我国制定了纳米产品标准及技术标准，2005年批准并发表了7项纳米技术标准。一项成果表明，我国纳米技术的研究和开发都处于世界前列，这为我国纳米技术的后续研究和开发奠定了坚实的基础。第三，纳米技术研究的重要性，第四，纳米材料的分类，根据结构，可以分为(1)零维纳米材料：纳米粒子、原子簇等，空间的三维尺度都是指纳米尺度内的材料。(2)一维纳米材料：有一维纳米线、纳米管等纳米尺度的物质。(3)二维纳米材料：在三维空间中，有二维纳米尺度的物质，如薄膜。(4)三维纳米材料：纳米固体材料、超微粒、组装纳米材料。纳米粒子(0D)、纳米线(1D)、扭曲的纳米线(1D)、多孔纳米线(1D)、纳米薄膜(2D)大小由纳米级别的粒子(或粒子)组成的薄膜，以及每个厚度位于纳米级别的单层或多层膜。纳米带(2D)、纳米花(2D)、排列型纳米棒、线、纳米管、(3D)、纳米花(3D)、粒子、线、块、花、梦幻碳纳米管、黑碳纳米管本身具有非常完美的结构，意味着它有很好的性能。在一维方向上的强度可以超过导线强度，并且具有非常好的导电、导热和电气特性，这是其他材料无法使用的特性。尽管碳纳米管大小的头发丝的10万分之一，它的电导率是铜的1万倍，其强度是钢的100倍，重量只有钢的6分之一。像钻石一样坚硬，但有弹性拉伸。熔点是已知材料中最高的。碳管和苯分子构成的齿轮、碳管的储氢、优质碳纳米管可以储存大量氢，可以用氢作为燃料驱动无污染汽车。H2原子和c纳米管，碳纳米管转子纳米马达，清洁血管的纳米机器人有害堆，纳米级，单病毒，DNA纳米镊子，第二部分，纳米材料的结构，1，表面效应2，小尺寸效应3，量子尺寸效应4，宏观量子隧道效应，1，由此产生的各种特殊效果称为表面效果。特性随着粒子小、比表面积急剧变化，表面原子数量增加，表面能量高，原子的配位不足，表面原子高活性、不稳定、容易结合。粒子大小与表面原子数的关系，表面效应，纳米粒子的表面效应-活性，高活性超细粒子表面具有极高的活性，空气中的一些金属粒子迅速氧化燃烧。如果将金属铜或铝制成多种纳米粒子，只要遇到空气，就会发生强烈的燃烧，发生爆炸。用纳米粒子的粉末制造火箭的固体燃料将有更大的推动力，可以用作新火箭的固体燃料，也可以用作强力炸药。当超微粒的大小和光波波长、德布罗意波长、超导体的一致长度或透射深度等物理特性大小相当或更大时，晶体周期的边界条件被破坏。非晶纳米粒子在粒子表面层附近的原子密度降低，使声波、光、电、磁、热力学等特性呈现出新的小尺寸效应。，条件，结果，现象，2，小尺寸效应，特殊光学特性-颜色深度超细粒子的熔点减少，3，量子尺寸效应，粒子大小下降到特定值时金属费米水平附近的电子能量水平从准连续变化到离散能量水平的现象，以及纳米半导体粒子中不连续的最高占有者分子轨道和最低未占有分子轨道能量准位，能量间隙减少现象，粗晶下难以发光的间隙半导体材料Si、Ge等，粒子大小减少到纳米时出现明显的发光现象，粒子大小越小，发光强度越强。细颗粒增强效果材料硬度和强度随着颗粒大小的减小而增加，导电性发生变化。是的，定义宏观量子隧道效应、宏观量子隧道效应是基本量子现象之一。也就是说，当微小粒子的总能量小于屏障高度时，该粒子仍然可以越过这个屏障。近年来，发现了微粒子磁化、量子干涉元件磁通等宏观量子隧穿效应的几种宏观量。经典理论和量子理论的区别，纳米材料的特性，一，机械性能2，电气特性3，磁特性4，热特性5，化学特性，一，机械特性，机械特性，(1)晶界结构缺陷，晶界滑动，电位运动，(2)杨氏模量减少(3)强度和硬度粒子减少到纳米，材料的强度和硬度比粗晶材料高4-5倍。第二，电性能，晶界的原子体积分数增加，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料。纳米材料磁场内材料的电阻减少的现象很明显。在磁场中，粗晶电阻下降1%-2%的话，纳米材料的50%-80%的特性很重要。第三，当磁性特性、超磁状态纳米粒子大小小于特定阈值时，进入超磁状态。例如：20纳米纯铁粒子的矫顽力是大型铁的1000倍。但是，如果大小再次减小，人为的力也会下降到0，表示超顺磁性。第三，随着磁性、粒度的减小，纳米材料的自对准状态发生了变化。在粗晶状态下，铁磁材料的粒子大小小于阈值时，矫顽力变为0，转变为超磁状态。这是因为纳米材料的粒子方向不规则，每个粒子的磁距离也混乱排列，当小粒子的磁各向异性减少到与热运动性几乎相同的程度时，磁化方向不再固定在一个磁化方向上，变得不规则，结果导致超磁性的出现。第三，磁特性、磁热特性包括非磁性或弱磁矩阵中的小磁粒子。在磁场中时，粒子的磁旋转方向与磁场一致，磁对齐性增加，系统的熵减小，过程绝热时，样品温度升高。第四，由于热特性、比热大纳米材料中界面原子排列混乱、低原子密度、弱原子之间的结合，纳米材料的比热大于粗晶。纳米粒子的熔点、烧结温度和结晶温度远低于现有粉末(取决于纳米材料的表面特性)。例如，一般来说，大型金属的熔点是固定的，但发现过多后熔点明显减少，如果粒子小于10nm，则尤为重要。第五，由于化学特性、化学活性高的纳米材料表面积大、界面原子数多、界面原子区域的原子扩散系数高、原子配位饱和度高，纳米材料提高了化学活性。将催化剂活性从数十倍提高到数百倍。第3部分，纳米材料的应用，第3部分，纳米材料的应用，1，纳米二氧化钛2，纳米二氧化硅3，纳米氧化锌4，纳米碳化硅，纳米二氧化钛及其复合氧化物，应用(1)光催化：TiO 2(2)紫外线吸收剂(化妆品)(3)其他用途(光过滤等)(4)环境保护(有机物分解、农药、垃圾)，中国科学院首次制作的“纳米TiO 2”，是可见光调查下的石油污染、细菌在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上纳米TiO 2薄层，有自清洁效果。国家大剧院用自清洁玻璃，TiO2汽车空气净化器，2，纳米二氧化硅，1，优点纳米二氧化硅是非常重要的先进超细无机新材料之一，粒度小，表面积大，表面吸附力强，具有表面能量，化学纯，高分散性能，热阻，电阻等特定性能，优良稳定性，增强，阻力等。2，纳米二氧化硅的应用，一般称为“超细二氧化硅”，添加剂、催化剂载体、石油化学、脱色剂、消光剂、橡胶补强剂、塑料填充物、油墨增稠剂、金属柔软光亮剂、绝缘隔热材料、高级日常化妆品填料和喷雾材料、医药品，ii，纳米二氧化硅，纳米SiO2催化剂是面向21世纪的新型高功能精密武器产品，使用纳米SiO2进行细胞分离，3，纳米氧化锌，1，显性纳米氧化锌(ZnO)粒度在1-100nm之间，非移动性、荧光、压电、吸收和散射uv，第三，纳米氧化锌，2，气体传感器，荧光粉，压敏电阻，紫外线屏蔽材料，图像记录材料，压电材料，压敏电阻，高效催化剂，磁性材料和塑料薄膜等的应用，具有惊人的性能。纳米氧化锌轮胎、氧化锌纳米线、纳米氧化锌激光、4、纳米碳化硅、用作航空航天工业材料的碳化硅纤维和金属或陶瓷的复合材料(1)。碳化硅纤维复合树脂用于制造飞机的本体和机翼，其重量减少了三分之二；制造火箭所用的外