纳米材料的物理性能及应用

纳米材料的物理性能与应用纳米技术的相关概念对人类文明的贡献纳米科技可以与20世纪的抗生素、集成电路、人造聚合物等的作用之总和相媲美人类探索世界的两个方向原子结构宇宙微观宏观纳米技术微米技术纳米（nanometer）???

纳米技术是指在0.l－100nm（nanometer,简称纳米)尺度上操纵和研究原子、分子，对材料进行加工、制造具有特定功能的产品、或对物质进行研究、掌握其原子和分子的运动规律和特征的高新技术。它是基础科学（现代物理、化学、分子生物学）和先进工程技术（计算机、微电子等）相结合的产物。纳米原本是长度单位，随着科学技术的发展却完全具有更深层次的涵义，它不仅意味着空间尺度，而且提供了崭新的思维方式：即人类将利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术生产成品来满足更高层次的要求。纳米技术将极大地改变人类的生产和生活模式。纳米技术包括纳米电子学、纳米光学、纳米生物学、纳米化学、纳米材料学、纳米工程、纳米医学等技术。100nm500nm1000nm纳米材料亚微材料超微材料nanomaterialsubmicronultrafine三维二维一维零维纳米材料分类构筑法粉碎法物理法化学法气相法液相法固相法321纳米颗粒PVS技术原理PVS（等离子气相合成）技术原理NANOPHASE公司生产车间nano358++SEMimageofaFe0.13[Co50Ni50]0.87powder(dm=166nm;s=13nm).化学沉淀：MonodisperseFerromagneticParticlesforMicrowaveApplications激光复合加热蒸发合成纳米粉体材料纳米铁粉形貌特殊形态纳米体TEMmicrographofSinanowires;S.T.Leeetal./MaterialsScienceandEngineeringA286(2000)16~23半导体氧化物纳米带多足纳米化合物甲烷-空气扩散燃烧法制备碳纳米管

Methane-airdiffusionflamenano449TypicalSEMimageofbulkGaNnanowires.nano125纳米膜与纳米涂层Schematicdiagramsofthepreparationofmacroporousmetalsorsemiconductorfilmsby:a)electrodeposition,b)ionicspraying,c)laserspraying.nano36分子束外延装置纳米结构与纳米块体材料纳米结构与纳米加工金纳米结构Template（模板）三维结构制备Schematicoutlineoftheexperimentalprocedure.Aqueousdispersionsofpolystyrenebeadsareinjectedintothecellthroughtherubbertubeusingasyringe.Therateofpackingofpolymerbeadsincreasesasthepressureofnitrogenincreases.nano357SEMsofacrystallineassemblyof0.48mmpolystyrenebeadsthatwasformedina12mm-thickcellnano357Carbonnanotubearraysgrownonn+-typeporoussiliconsubstrate.S.Fanetal./PhysicaE8(2000)179~183纳米技术的核心是纳米材料技术纳米材料的性能异乎宏观物质的变化是其具备超常的应用价值的关键，其中物理性能很重要典型应用举例纳米材料的磁性能及其应用电脑软盘工作中的电脑Fe高性能磁记录材料轴承附磁力线的轴承NiCoFe磁流体纳米磁性载体免疫磁珠分离骨髓中癌细胞的原理示意图

高性能纳米磁珠与细胞分离技术简介磁性纳米磁珠是具有高分子微球的一般性质，表面可以结合多种功能分子满足不同要求，在磁场作用下可定向运动到特定部位，或迅速从周围介质中分离出来。这些性能使其在固定化酶、免疫测定、细胞的分离与分类和亲和色谱中显示出巨大的应用前景。在肿瘤、癌症等一些疾病的治疗中具有很高的应用价值。肿瘤早期诊断试剂盒纳米磁性微球与单抗结合的高灵敏度细胞分离技术高空飞行的F117雷达检测系统FeCo吸波材料纳米材料的力学性能及其应用CeramicNanoparticlesNetshapeformingviaconsolidatednanoparticles(courtesyofNanophaseTechnologiesCorporation).CONSOLIDATEDNANOSTRUCTURESNanostructuredHardMaterialsUsesforconsolidatednanostructuredhardmaterials:nanocompositemicrotwistdrillbit(top)comparedtoconventionalproductafterwearforthesameusetime(courtesyNanodyneInc.).Ithasbecomepossibleduringthepastdecadetocreatecementedcarbidenanocomposites,suchasWC/CoandTiC/Fe,thathaveconsiderablyenhancedhardness,fracturetoughness,andwearresistancecomparedtotheirconventionalgrainsizecounterpartsthatarewidelyusedinthemanufactureofmachinetools,drillbits,andwearparts.CONSOLIDATEDNANOSTRUCTURES纳米材料的热性能及其应用纳米材料的导热性能绝缘散热材料：纳米氧化铝与高分子材料的复合，用于电子元器件的散热纳米材料的绝热性能超薄绝热涂层：纳米氧化锆，用于航天、航空等纳米材料的电性能及其应用手机手机电池Fe高性能电极材料海水淡化电致流变航空航天、汽车的无摩擦、高响应离合纳米碳包镍、纳米氧化物粉体敏感元件、阵列与元件封装气敏元件的应用环境保护（空气、土地、水污染的检测）

质量控制（饮料、食品、烟草质量监控）消防（煤矿、油田、油库、建筑物报警）航空航天（发动机控制、机舱环境监测）汽车（发动机控制、排气质量监测）安全（公安、海关检测）临床诊断（人体呼吸及排泄物气味检测）化工控制（药品、化肥、化工材料的生产）等。

气体传感器类型的研究传感器类型检测原理代表性材料金属氧化物半导体(MOS)电阻式气体吸附、电阻变化SnO2、

ZnO、Fe2O3、

WO3非电阻式二极管型、MOSFETPd、Pt栅极有机半导体气敏传感器电阻、介电常数变化酞氰类聚合物、聚吡咯、聚苯胺固体电解质离子传导ZrO2、Nafion接触燃烧式燃烧/氧化燃烧Pt光学式光谱吸收、荧光、光纤化学材料－石英谐振式（QCM)谐振频率酞氰类聚合物、聚乙烯亚胺声表面波式（SAW)声波传播速度和频率聚异丁烯、氟聚多元醇ZnO粉末制备的厚膜对蒸气的敏感度与工作温度的关系

(a）针状纳米ZnO；

(c）市售ZnO

采用纳米材料与技术大幅度提高敏感元件的敏感度、降低工作温度。

纳米材料的光学性能及其应用太阳光紫外线分析图紫外线屏蔽Twoconceptsforsolarenergyconversion:nanomaterialsleadingtodirectconversionorchemicalproduction:(a)light-emittingnanocrystalCdSediodeinaconductingorganicmatrix;(b)photochemicalGratzelcellofopticallyexcitedchargeddyes.纳米光催化技术我们的技术纳米光催化涂层技术（光触媒）纳米光催化空气净化机低成本：四氯化钛低温沉淀法高效率：纳米粒子平均粒度2nm

液相捕集技术

安全：中性、水基、纯无机组分纳米光触媒微观照片液相捕集型纳米光催化消毒机关于纳米产业纳米产业发展的初级阶段出现的问题扰乱了政府、科技界、投资界和公众对一个伟大的、足以影响我们民族命运的技术产业作出正确的认识和判断，神化论、怀疑论、未来时论以跳跃的方式出现在我们眼前、影响我们的思维。其实，纳米技术是一个庞大的、多层次的战略性技术领域，绝不能简单的视作一项单一技术，纳米产业也是如此，它是一个多层次的体系，发展要有一个逐层推进的历程，我们应对此有着科学、客观的认识。学科层次产业层次跨度产业化时间与状况任意形态纳米材料提升传统产业竞争力和附加值1部分技术已产业化，5年内的产业化重点特殊形态纳米材料同上2部分技术已产业化，5年内的产业化重点表面修饰特殊形态纳米材料同上3部分技术已较为成熟，10年内产业化任意形态纳米材料建立全新