纳米材料的特异性质

1、纳米材料的特异性质第1页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo1.纳米材料的发展，定义 2.纳米材料的各种特异性能 3.纳米材料的应用 4.总结 大 纲第2页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 1984年德国萨尔兰大学的Gleiter 以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。 Gleiter在高真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形， 烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。 1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学

2、的一个新分支。纳米材料的发展第3页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo纳米材料的定义 纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。第4页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo超声波纳米粉电气石纳米粉返回第5页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company

3、Logo 纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域表面效应体积效应量子尺寸效应小尺寸效应宏观量子隧道效应纳米材料的特性 第6页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。 粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定

4、下来，故具有很高的化学活性。 返回表面效应第7页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子。久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。 返回体积效应 第8页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的

5、最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。 返回量子尺寸效应第9页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 返回 小尺寸效应第10页，共23页，2022年，5月20日，10点

6、4分，星期二Company Logo宏观量子隧道效应 宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时， 该粒子仍能穿越这一势垒。 近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。返回第11页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo纳米材料的应用力学性质的应用磁学性质的应用热学性质的应用光学性质的应用纳米催化剂的应用生物医药材料的应用第12页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 纳米结构的材料强度与粒径成反比。应用纳米技术制成超

7、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、油钻探等恶劣环境下使用。 力学性质的应用 返回第13页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 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。磁学性质的应用第14页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 返回磁性纳米材料磁性原理磁性粉体相关产品第15页，共23页，2022年，

8、5月20日，10点4分，星期二Company Logo 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、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 返回热学性质的应用第16页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 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。光学性质的应用返回T5稀土纳米节能灯第17页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 纳米

9、颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强的优异性质使其在化工催化方面有着重要的应用。纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，大大提高了反应效率。使用纳米镍粉作为反应催化剂的火箭固体燃料，燃烧效率可提高100倍，用硅载体镍催化丙醛的氧化反应，当镍的粒径在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，生成酒精的转化率迅速增大。 纳米催化剂的应用第18页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo纳米二氧化钛 纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分

10、散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。返回第19页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。 生物医药方面的应用 第20页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo未来可用于诊断疾病 返回纳米机器人清除血液垃圾第21页，共23页，2022年，5月20日，10点4分，星期二Company Logo 纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。纳米材料将成为材