纳米技术与精细化工讲座

纳米技术与精细化工讲座第一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五各种材料中熔点最高的是什么？如果要从月球挂一根绳索到地球上，用什么材料能做成这样的绳索？第二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五

纳米科技研究的重要性

纳米科技与基因工程和智能科技一起被称为“21世纪高科技三剑客”，在21世纪初正式登上世界经济舞台.纳米科技的兴起,孕育了一个新的经济模式------纳米经济的诞生.钱学森(1991)：“我认为，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将在21世纪又是一次产业革命。”第三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。作为材料技术，纳米技术能够为信息和生物科学技术进一步发展提供基础的材料，所以纳米技术的意义已远远超过了电子信息技术和生物科学技术。第四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米科技研究的重要性2004年1月12日，由中国科学院主办的528名院士投票评选出来的2003世界十大科技新闻揭晓。其中，排名第一的新闻就是科学家研制出世界最小的纳米电动机。在未来的二十至三十年内，纳米技术将在三个方面对人类社会产生深刻的影响：一、社会生产途径；二、人类生活方式；三、人们思维模式。第五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五科学家们说，纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾，会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久。纳米技术的出现，标志着人类社会在发展进程中正迈向一个新的台阶。

第六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第一部分纳米技术简介第二部分纳米技术在精细化工方面的应用第三部分现状与展望第七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第一部分纳米技术简介第一节、概述第二节、纳米材料的结构与性能第三节、纳米材料的制备方法第八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第一节概述一、纳米技术与纳米材料的概念二、纳米材料的分类第九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五一、纳米技术与纳米材料的概念

纳米科技诞生1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在《在底部还有很大空间》的一次讲演中指出，从石器时代开始，人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有关，而从物理学的规律来看，不能排除从单个分子甚至原子出发而组装制造物品的可能性。他预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品”，这是关于纳米技术最早的梦想。费曼——纳米科技之父

原子排成的“原子”字样第十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明范曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。第十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史。一、纳米技术与纳米材料的概念

——纳米就在我们身边第十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米（nm）实际上是一种长度单位，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。1m=1000mm1mm=1000μm1μm=1000nm第十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五空间尺度的划分

宇观(Cosmoscopic)遥观(Remotesensoscopic)宏观(Macroscopic)显微观(Optico-microscopic)介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic):1~100nm微观(Microscopic)皮米观(Picosopic)飞米观(Fentoscopic)亚飞米观(Subfentoscopic第十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五1.纳米技术

纳米科技是90年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域。它是指在1--100nm尺度内，研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学科。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。注意——单纯的某一纳米材料若没有特殊的结构和性能表现，还不能称为纳米技术。第十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五2.纳米材料纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成,一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。纳米材料可分为两个层次：纳米超微粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸为1-100nm的超微粒子，纳米固体是指由纳米超微粒子制成的固体材料。而人们习惯于把组成或晶粒结构控制在100纳米以下的长度尺寸称为纳米材料。

第十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五

二、怎样看见和操纵原子？

化学家常常自豪地说：“化学是一门在原子分子水平上研究物质的结构、性质、变化规律和应用的科学。”但是真正“看见”原子和分子却是20世纪80年代后期的事，距离道尔顿提出原子论的时间差不多有2个世纪。第十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五原子

一个最小的细菌里面大约可以容纳20亿个原子。十个氢原子紧密排列——1nm颗粒——乒乓球——地球原子小于光的波长，单个原子对光是透明的。光学显微镜怎么改进都不可能看到原子。第十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米世界的眼和手—扫描隧道显微镜（STM）

STM是20世纪80年代世界十大科技成就之一。扫描隧道显微镜为我们揭示了一个可见的原子、分子世界，对纳米科技的发展起到了巨大的推进作用。第十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜是80年代初期发展起来的新型显微仪器，能达到原子级的超高分辨率。扫描隧道显微镜不仅作为观察物质表面结构的重要手段，而且可以作为在极其细微的尺度──即纳米尺度（1nm=10-9m）上实现对物质表面精细加工的新奇工具。目前科学家已经可以随心所欲地操纵某些原子。第二十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五20世纪80年代初期，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家G．Binnig和H．Roher发明了扫描隧道显微镜。

第二十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五扫描隧道显微镜第二十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五科学家使用STM观测物质的纳米结构第二十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五

STM具有空间的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达0．01nm)，能直接观察到物质表面的原子结构，把人们带到了微观世界。它的基本原理是基于量子隧道效应和扫描。它是用一个极细的针尖(针尖头部为单个原子)去接近样品表面，当针尖和表面靠得很近时(＜1nm)，针尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭，若在针尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样品构成的势垒而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可把表面的信息；(表面形貌和表面电子态)记录下来。第二十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五STM针尖扫描隧道显微镜工作原理示意图第二十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米算盘C60每10个一组，在铜表面形成世界上最小的算盘。硅表面第二十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第二十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五AFM弥补STM的局限

1986年宾尼戈等人发明了利用激光检测针尖与表面相互作用进行表面成像的分析仪器。该仪器称为原子力显微镜（ATM）。STM与ATM共同构成了现今称之为扫描探针显微镜（SPM）的两大主体技术。AFM又弥补了STM的局限，使被测试样扩大到非导电领域。

第二十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五三、纳米材料的分类1.按结构：零维纳米材料：指空间三维尺度均在纳米尺度以内的材料，如纳米粒子、原子团簇等一维纳米材料：有两维处于纳米尺度的材料，如纳米线纳米管二维纳米材料：在三维空间有一维在纳米尺度的材料，如超薄膜三维纳米材料（纳米固体材料）：指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密性固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，从而使得纳米材料具有高韧性。第二十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五扫描隧道显微镜下的纳米团簇第三十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米颗粒型材料也称纳米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。第三十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五奇妙的碳纳米管1991年，日本科学家饭岛澄男发现碳纳米管。这是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。第三十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五碳纳米管本身有非常完美的结构，意味着它有好的性能。它在一维方向上的强度可以超过钢丝强度，它还有其他材料所不具备的性能：非常好的导电性能、导热性能。第三十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五碳纳米管的导电率是铜的1万倍；碳纳米管像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。

第三十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五把碳纳米管用作转子的纳米马达第三十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米膜材料纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。第三十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米固体材料纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。Fe-B纳米棒第三十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料分类2.按组成可分为：金属纳米材料半导体纳米材料有机和高分子纳米材料复合纳米材料：无机粒子与有机高分子复合材料，无机半导体的核壳结构第三十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五传统化学的研究对象通常包含着天文数字的原子或分子，例如，1克水包含了约3.346*1022个水分子；因此通常所测得的体系的各种物理化学性质都是大量粒子的平均行为。实际上，热力学规律成立的前提条件就是由大量粒子组成的体系；那么，当研究对象变成纳米尺度的物质，纳米尺度的微观世界，变成一个原子或一个分子时，是否还会遵循我们从课本上学到的传统理论和规律呢？第二节、纳米材料的特性

纳米尺度的物质与宏观物质一样吗？第三十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第二节、纳米材料的特性我们知道油水是不相溶的，除非加入表面活性剂，你没有办法把它混在一起。但是如果到了纳米尺度上呢？第四十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第二节、纳米材料的特性从通常的关于微观和宏观的观点看，纳米级这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。第四十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料的特性1.表面效应

2.小尺寸效应

3.量子尺寸效应

4.宏观量子隧道效应第四十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五1.表面效应

表面效应是指纳米超微粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性能的变化。纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同,存在许多悬空键,并具有不饱和性,因而极易与其他原子相结合而趋于稳定,所以,具有很高的化学活性.利用这一特性可制得具有高催化活性和产物选择性的催化剂。第四十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五粒子的大小与表面原子数的关系直径/nm1510100原子总数N30400030000300000表面原子百分比9940202第四十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五表面效应第四十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米颗粒的表面效应—活性超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。如要防止自燃，可采用表面包覆或控制氧化速度，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力，可以用作新型火箭的固体燃料，也可用作烈性炸药。第四十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五2.小尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观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。

（1）特殊的光学性质

（2）特殊的热学性质

（3）特殊的磁学性质

（4）特殊的力学性质

超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。

第四十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五小尺寸效应

特殊的光学性质—颜色特殊的光学性质：当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂变成铂黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。也有可能应用于红外敏感原件、红外隐身技术等。第四十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五小尺寸效应

超微纳米颗粒的不稳定性超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的。若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径2nm）进行观察，发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体、二十面体等），它既不同于一般固体，有不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了沸腾状态，尺寸大于10nm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性。第四十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五小尺寸效应

纳米微粒的熔点降低纳米微粒的熔点比常规粉体低得多。由于颗粒小，纳米微粒的表面能高，表面原子数多，这些原子近邻配位不全，纳米微粒间是一种非共价相互作用，活性大，纳米粒子熔化时所增加的内能小得多，这就使得纳米微粒的熔点急剧下降。例如，大块铅的熔点为600K，而20nm球形铅的熔点低于288K，金的熔点通常是１０００多摄氏度，而晶粒尺度为３纳米的金微粒，其熔点仅为普通金的一半

第五十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五3.量子尺寸效应微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。对于宏观物体包含无限个原子，N→∞，于是δ→0，即宏观物体的能级间距几乎为零；而纳米微粒包含的原子数有限，N值很小，能级间距将发生分裂，这就导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性不同，从而产生量子尺寸效应。例如，温度为1K时，直径小于14nm的银纳米颗粒会变成绝缘体。第五十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五4.宏观量子隧道效应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如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。--第五十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五经典理论和量子理论的差别第五十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第三节纳米材料的制备技术为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果，首先要能按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料，这一技术被称为纳米加工技术。纳米材料的制备科学在当前的纳米技术研究中占据着极为关键的地位。人们一般将纳米材料的制备方法划分为物理方法和化学方法两大类。第五十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料的制备技术实际上，一方面纳米加工技术是纳米科学的重要基础，另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说，一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力就越小。在纳米世界里，材料表面很小，相互之间距离很近，以至于使两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米世界内，所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。第五十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五一、物理方法1真空冷凝法

用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。2物理粉碎法

通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。3机械球磨法

采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。第五十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五二、化学方法1.化学沉淀法

共沉淀法

均匀沉淀法

多元醇沉淀法

沉淀转化法2.化学还原法水溶液还原法多元醇还原法气相还原法碳热还原法3.溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法广泛应用于金属氧化物纳米粒子的制备。前驱物用金属醇盐或非醇盐均可。方法实质是前驱物在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥纳米材料热处理后制得所需纳米粒子。

溶胶－凝胶法可以大大降低合成温度。用无机盐作原料，价格相对便宜。

第五十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五4.微乳液法

微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。微乳液中，微小的“水池”为表面活性剂和助表面活性剂所构成的单分子层包围成的微乳颗粒，其大小在几至几十个纳米间，这些微小的“水池”彼此分离，就是“微反应器”。它拥有很大的界面，有利于化学反应。这显然是制备纳米材料的又一有效技术。与其它化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控，分散性好。运用微乳法制备的纳米微粒主要有以下几类：(1)金属，如Pt，Pd，Rh，Ir[84]Au,Ag,Cu等；(2)硫化物CdS，PbS，CuS等；(3)Ni,Co,Fe等与B的化合物[；(4)氯化物AgCl，AuCl3等；(5)碱土金属碳酸盐，如CaCO3，BaCO3，SrCO3；(6)氧化物Eu2O3，Fe2O3，Bi2O3及氢氧化物Al(OH3)等。第五十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五微乳液法制备Fe2O3示意图第五十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五7.模板合成法

利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等。例如将纳米微粒置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀，在空间具有周期性构型的纳米材料。Herron等将Na-Y型沸石与Cd(NO3)溶液混合，离子交换后形成Cd-Y型沸石，经干燥后与N2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成CdS超微粒子。南京大学采用气体输运将C60引入13X分子筛与水滑石分子层间，并可以将Ni置换到Y型沸石中去，观察到C60Y光致光谱由于Ni的掺入而产生蓝移现象。第六十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五9.电解法

此法包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制得很多用通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉，尤其是负电性很大的金属粉末。还可制备氧化物超微粉。采用加有机溶剂于电解液中的滚筒阴极电解法，制备出金属超微粉。滚筒置于两液相交界处，跨于两液相之中。当滚筒在水溶液中时，金属在其上面析出，而转动到有机液中时，金属析出停止，而且已析出之金属被有机溶液涂覆。当再转动到水溶液中时，又有金属析出，但此次析出之金属与上次析出之金属间因有机膜阻隔而不能联结在一起，仅以超微粉体形式析出。用这种方法得到的粉末纯度高，粒径细，而且成本低，适于扩大和工业生产。第六十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料制备中存在的一些问题团聚现象第六十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第二部分纳米技术在精细化工

方面的应用由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。第六十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五精细化工所涉及的领域材料领域功能材料、高分子、精细陶瓷、生物材料、化工与化学材料日化领域化妆品、洗涤品、香料香精医药领域中药、西药、药物中间体、农药食品保健品食品、饲料、保健品、淀粉油田化学品油田化学品、油品添加剂信息化学品感光材料、磁记录材料第六十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五一、纳米陶瓷陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。纳米陶瓷第六十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五二、纳米技术与高分子

１．高分子材料

2．纳米技术在高分子材料中的应用第六十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五塑料

纳米SiO2对塑料不仅起补强作用，而且具有许多新的特性。利用它透光、粒度小，可使塑料变得更致密，可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高。在有机玻璃生产时加入纳米SiO2可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；在有机玻璃中添加纳米Al2O3既不影响透明度又提高了高温冲击韧性。第六十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五涂料在各类涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高，涂料的质量和档次自然升级。因纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料（即抗老化），加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，同时增加涂料的强度和光洁度。第六十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五粘合剂和密封胶

国外已将纳米材料如纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有亲水性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构掏胶体流动，固体速度加快，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。

第六十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米纤维1.紫外线防护纤维2.远红外功能纤维3.抗菌防臭和除臭纤维4.抗静电纤维第七十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五三、纳米材料在催化领域的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒子作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。第七十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五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，例如纳米粒子铑在氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。烯烃双键上往往连有尺寸较大的基团，致使双键很难打开，若加上粒径为lnm的铑微粒，可使打开双键变得容易，使氢化反应顺利进行。第七十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五四、化妆品纳米微粒与树脂结合用于紫外线吸收，如防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。如纳米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。第七十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五五、纳米技术与医药制剂靶向给药系统纳米技术在西药中的应用纳米技术在中药中的应用第七十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五六、纳米技术与纳米材料在环境保护方面的作用

随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件。第七十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五1．纳米技术在治理有害气体方面的应用纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。第七十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五2．纳米技术在污水处理方面的应用

污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。第七十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五3．纳米TiO2与环境保护

由于纳米TiO2除了具有纳米材料的特点外，还具有光催化性能，使得它在环境污染治理方面将扮演极其重要的角色。第七十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五（1）降解空气中的有害有机物对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等的研究结果表明，光催化剂可以很好地降解这些物质，其中纳米TiO2的降解效率最好，将近达到100％。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。（2）降解有机磷农药有机磷农药是70年代发展起来的农药品种，占我国农药产量的80％，它的生产和使用会造成大量有毒废水。这一环保难题，使用纳米TiO2来催化降解可以得到根本解决。第七十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五（3）处理毛纺染整废水用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景。（4）解决石油污染问题在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面，用纳米TiO2可以降解石油，解决海洋的石油污染问题。（5）处理城市生活垃圾用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大颗粒TiO2的10倍以上，从而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。第八十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五（6）高效的杀菌剂一般常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分如肉毒素。肉毒素是致命物质，可引起伤寒、霍乱等疾病。利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米TiO2光催化剂还具有除臭作用。第八十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五（7）自洁作用纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有自清洁效应，即其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点。我国新近研制成功一种具备自动清洁功能，可以自动消除异味、杀菌消毒的“纳米自洁净玻璃”。“纳米自洁净玻璃”是应用高科技纳米技术在平板玻璃的两面镀制一层纳米薄膜，薄膜在紫外线的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒。第八十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五被称之为21世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。第八十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五七、纳米科技在其他方面的应用1.医学使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后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。第八十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米机器人

采用纳米大分子：“生物部件”与小分子无机物晶体结构组合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。第八十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五这些分子机器人以光感应器作开关，从溶解在血液中的葡萄糖和氧气中获得能量，并按编制好的程序探体内物体，以医师预先编制的程序进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，吞噬病毒和组织破碎细胞，杀死癌细胞，监视体内的病变等。纳米机器人还可以用来进行人体器官修复工作，如修复损坏的器官和组织，做整容手术，进行基因装配工作，从基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安装在基因中，使机体恢复正常功能。第八十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五在血管中运动的纳米机器人，它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物第八十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五检查体内疾病重庆科研人员开发的“OMOM胶囊内镜系统”估计三年内可以上市。该医生长得像一颗胶囊，把它吞进肚里，消化道内的情景就可以像放电影一样在电脑屏幕上一目了然第八十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五2.家电

用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。

3.电子计算机和电子工业

可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。

第八十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五

4.机械工业

采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。

第九十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米齿轮第九十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五5.纳米技术在军事领域的应用5.1纳米材料在武器装备中的应用发汗金属纳米焊接第九十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五5.2隐身材料

由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。某些几十纳米厚的固体薄膜的吸收效果与比它厚1000倍的现有吸波材料相同，美国研制的纳米隐身涂料超黑粉对雷达波的吸收率达99%。第九十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五隐形飞机是什么颜色的？为什么？第九十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五美国F117隐形轰炸机第九十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五美国B2隐形轰炸机第九十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五5.3

用于制造微型武器利用纳米技术可以把传感器、电动机和数字智能装备集中在一块芯片上，制造出几厘米甚至更小的微型装置。在未来战场上，将出现能像士兵那样执行军事任务的超微型智能武器装备。据报道，美国研制的小型智能机器人，大的像鞋盒子那么大，小的如硬币，它们会爬行、跳跃甚至可飞过雷区、穿过沙漠或海滩，为部队或数千公里外的总部收集信息。微型机电武器还可用于敌我识别、探测核污染和化学毒剂、无人侦察机等。第九十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五6.4用于制造微型卫星和纳米卫星由于纳米技术、微电机技术的发展，一些国家发射的卫星正向小型化方向发展。1993年，美国航空航天公司就提出了纳米卫星(重约0.1—10千克)的概念。1999年，英国、美国、瑞典各发射了一颗纳米卫星。专用微型集成电路取代现在卫星上使用的有关系统，使微型卫星、纳米卫星体积小、重量轻；生存能力强，即使遭受攻击也不会丧失全部功能；研制费用低，不需大型实验设施和跨度大的厂房；易发射，不需大型运载工具发射，一枚小型运载火箭即可发射千百颗，再按不同轨道组成卫星网，即可实现对地球表面的覆盖。第九十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·

费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想；

1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工；

1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用；

第三部分历史、现状与展望一、纳米技术发展历史第九十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；

1991年，碳纳米管被人类发现，1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机；

第一百页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录；

到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元；

第一百零一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五第三部分历史、现状与展望

二、立足现状纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。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。第一百零二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料是近几年来最受关注的新材料之一，其重要意义越来越为人所认识。已有人预言“本世纪五十年代重视微米技术的国家，现在都取得了很大的发展，同样，现在重视纳米科技的国家，将在二十一世纪获得高速发展。”IBM的首席科学家Amotrong也曾十分肯定的指出：“正像七十年代微电子技术引发了信息革命一样，纳米科学技术将成为下世纪信息时代的核心。”

第一百零三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。第一百零四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期五纳米技术在各国发展情况纳米技术在美国2010年:80万纳米科技人才,GDP1万亿美元,200万个就业机会能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料本世纪前10年几个关键领域之一制定了“国家纳米技术倡议”(NNI):军工:隐形飞机