纳米fe3o4研究进展
纳米Fe304制备应用的研究进展
B12070505李艳艳
摘要：纳米结构的Fe304具有与生物组织的相容性以及与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能，在磁流体、传感器、水处理和生物医药等领域具有广泛的应用前景。Fe304纳米结构的主要制备方法包括高温气相法、高温有机液相回流法、溶剂热法和水热法等。已经制备出各种纳米结构单元的Fe304，如:零维纳米颗粒，纳米颗粒组装的纳米链，纳米颗粒组装的微球，一维纳米线、棒、二维纳米片以及三维的金字塔、八面体、核桃状球形纳米颗粒等。该文综介绍这些制备方法的特点及其近期的研究进展，并对Fe304纳米结构的性质和应用进行综述，最后对Fe304纳米材料未来的发展进行展望。
关键词：纳米Fe304、制备、应用、研究进展
纳米粒子一般是指颗粒尺寸在1—100 nm之问具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、库仑堵塞和介电限域效应的超细粒子，这些效应使它有不同于常规固体的新特征，如比表面积、表面原子数、表面能很大，且随粒径的下降急剧增加。目前，国内外科技工作者在制备纳米氧化铁上的方法总体上可分为湿法(Wet Method)和干法(Dry Method)[1]。
Fe304是一种非常重要的磁性材料，其结构为立方相反尖晶石结构。在Fe304晶体中，Fe 阳离分别处于氧四而体间隙位置(A位)和氧八而体的间隙位置((B位)。由于A位间隙比B位小，A位全是半径较小的Fe3+，而B位由Fe3+和另一些Fe3+占据。位于B位的Fe2+和Fe3+之间的电子传递使得Fe304具有独特的电学和磁学性能，因而被广泛用作磁流体、磁记录材料等[2]。
纳米尺度的Fe304具有与生物组织的相容性以及与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能，在磁性墨水、电子与生物敏感材料、高密度磁记录介质和生物医药等领域具有广泛的应用[3-5]。近年来Fe
04纳米结构的研究异常活跃，本文较全面地介绍Fe304纳米结构的制备、性
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质和应用，并对今后的研究工作进行展望。
1 Fe304纳米材料的制备
近年来制备纳米Fe304中各方法如沉淀法(共沉淀法、氧化沉淀法、还原沉淀法、交流电沉淀法和络合物分解法)、水热法、水解法、微乳液法、固相法、球磨法、超声波法、热解法、水溶液吸附分散法等，本文就以下几种方法具体分析。
1.1高温气相法
JENNY R M等[6]研究组以Fe304粉末为靶相，利用脉冲激光沉积技术((PLD)制备出Fe304纳米线，该技术的设备较昂贵，不利于大规模生产。LIU Z Q等[7]首先在Si/Si02衬底上生长出Mg0纳米线，之后用脉冲激光沉积技术将Fe304沉积在Mg0纳米线上，得到Mg0/Fe304核壳纳米线，除掉Mg0得到直立的Fe304纳米管，由此可见，反应分多步进行，相对较复杂，且很难可控合成，重复性差,设备较昂贵，产率低，操作复杂，能耗较高，不宜大规模生产。
1.2.高温有机液相回流法
高温有机液相回流法一般是指在Ar、N2等惰性气体的保护下，以金属有机化合物(五拨基铁、乙酞丙酮铁)和某些无机铁盐为原料，在有机溶剂(油酸、油胺、十八烯、辛醚、苯甲醚)中进行回流制备纳米颗粒的方法。WILLIAM W Y等[8]在Ar气保护卜将Fe0(OH)粉，油酸和十八烯在320℃回流得到Fe304纳米颗需要的反应温度相对较高。
1.3沉淀法
沉淀法是通过化学反应使原料的有效成分生成沉淀，然后经过滤、洗涤、干燥、烘干得到纳米粒子，该法操作较简单，是一种较经济的制备纳米Fe304的方法。在直接沉淀法的基础上经过发展又得到了共沉淀法、氧化沉淀法、还原沉淀法、交流电沉淀法和络合物分解法
等。例如共沉淀法通常是把F e(3+)和Fe（2+）盐溶液以2：1(或更大)的比例混合，在一定温度和pH值下加入过量(2-3倍)的NH40H或NaOH,高速搅拌进行沉淀反应，然后将其沉淀洗涤、过滤、干燥、烘干，制得尺寸为8一10 nm的纳米Fe304微粒。丁明等人[9]采用中和沉淀法制备了纳米Fe304微粒，并得到了生成纳米Fe304微粒必须满足的基本条件。
1.4微乳液法
微乳液是由表面活性剂、油相、水相及助溶剂等在适当比例下混合白发形成的热力学稳定体系，具有透明(或半透明)、低x度、各向同性、分散相液滴极其微小和均匀等特点。反相(即W/O型)微乳液中的水核是一个“微型反应器”，化学反应被限制在水核内部，可有效避免颗粒之问的进一步团聚。因而得到的纳米粉体粒径分布窄、形态规则、分散性能好且大多数为球形。
某些微乳液胶束还具有保持稳定尺寸的能力(即白组装特性)，所制备的纳米微粒具有通常直接反应难以得到的均匀尺寸，所以又将其称为智能微反应器(Intelligent Micro reactors)成国祥等人[10]采用反相微乳液法制备了15 nm以下的Fe304纳米微粒，且纳米微粒微乳液均一稳定。
2 Fe304纳米结构的性质和应用
目前，Fe304纳米颗粒由于其生物相容性好，以及小尺寸引起的磁学性能，广泛用于传感器、磁流体和生物医药等领域。
2.1磁性材料的应用
Fe304纳米微粒具有单磁畴结构并且矫顽力很高，用做磁记录材料可以提高信噪比，改善图象质量，且廉价易得，可降低生产成木;同时Fe304纳米粒子还具有较高的饱和磁化强度，故常被用来制备磁流体，既有固体的强磁性又有液体的流变性，并且流动性和分布可由外加磁场实施定向和定位控制，因此在航空技术·快速印刷等领域得到广泛应用。ZOU G F等[11]合成了不规则碎片Fe304纳米晶，其饱和磁化强度、余磁化强度和矫顽力分别是78750/15220和1 4049.4 A/m，显示出铁磁行为。
2.2治理重金属污水的应用
目前，磁性纳米颗粒在环境领域的应用受到人们的广泛关注。纳米Fe304本身具有的高比表面积和表面原子配位不足等特点，使其对金属离了具有很强的吸附能力，且纳米Fe304超顺磁性使其容易实现磁分离，避免材料的浪费和对环境可能造成的二次污染。因此，Fe304磁性纳米粒了可直接用于重金属污染水体治理。
雷国元等[l2]研究发现，中性条件下，细粒磁铁对Cu2+、Zn2+和Ni2+的吸附去除率近100%，此外它还对水中微量的Mn2+和Fe2+有一定的吸附去除能力纳米Fe304本身具有的强磁性以及较高的比表面积，使得Fe304纳米颗粒有着强烈的聚集倾向，为了增强其分散性和稳定性，同时改善其生物相容性和反应活性，有必要对其进行功能化修饰和包覆处理。
2.3生物医药材料的应用
Fe304纳米微粒的生物相溶性好且无毒副作用，可用于生物医学多个领域，如细胞标记和分离、核磁共振造影剂、导向药物载体和肿瘤磁过热疗法等磁性Fe304高分子微球作为1种新的缓释靶向给药系统，是抗癌药物和磁性超微粒通过溶剂挥发或高分子聚合而得，并在足够强的外磁场作用卜定位于癌变部位，然后在癌变组织的细胞或亚细胞水平发挥药效作用，以达到减少用药量，提高药物治疗指数，降低药物毒副作用的目的，可以用来减轻病人的痛苦和经济负担。
2.4食品安全检测中的应用
传统的食品安全检测技术和方法受到检测时间、选择性、样品前处理技术以及样品复杂基质的干扰等因素的影响，已经不能满足快速特异性检测的要求。随着纳米材料的快速发展，
纳米材料在食品安全检测领域的应用越来越多，利用磁性纳米材料对检测物的预分离和富集浓缩作用，再结合传统的检测技术，能够获得高灵敏度、高通量、快速的食品安全检测方法，支援等[13]在pH7.2的磷酸盐溶液中，将氨基修饰过的Fe304/Si02粒子交联偶上阪崎肠杆菌多克隆抗体，通过对人工污染的乳制品采用量子点荧光标记法(QDs)检测，由于QDs发光效率高、光化学稳定好、产生高强度信号可提高检测的灵敏度。
3 结语
随着高科技的迅速发展和对合成新材料的迫切需要，纳米Fe304的开发、研究必将受到更高度的重视。现在采用的各纳米氧化铁不仅具有纳米材料的优异性能，而且成本低。随着科学技术的不断发展，纳米Fe304的各种制备方法还在不断交叉、渗透。然而，如何提高超细粒子的分散性和改善粒子表面性能，有效控制纳米Fe304的尺寸和形貌，以及利用这些尺寸与形貌之间的对应关系，来研究纳米Fe304的新颖性能，实现纳米Fe304的工业化生产，是纳米氧化铁材料科技工作者未来的主要任务之一。
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无机纳米相_纳米纤维素杂化纳米材料的研究进展
第48卷第1期 2014年1月生物质化学工程Biomass Chemical Engineering Vol．48No．1 Jan．2014 doi ：10．3969/j．issn．1673-5854．2014．01．006 ·综述评论———生物质材料· 无机纳米相-纳米纤维素杂化纳米材料的研究进展 收稿日期：2013-09-16 基金项目：国家自然科学基金（31000276）；福建省高校杰出青年人才基金（JA11071）；福建省高校新世纪优秀人才基金（JA12088）； 福建农林大学杰出青年人才基金（xjq201208） 作者简介：吴巧妹（1987—），女，福建三明人， 硕士生，主要从事植物纳米纤维素复合材料的研究*通讯作者：陈燕丹，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向是生物质材料的制备与功能化设计；E- mail ：fjaucyd@163．com 。吴巧妹，陈燕丹*，黄彪，陈学榕 (福建农林大学材料工程学院，福建福州350002) 摘要：分别介绍了近年来利用贵金属纳米粒子、无机陶瓷纳米相(包括金属氧化物、金属硫化物、黏土类、纳米羟基磷灰石和纳米碳酸钙)、磁性纳米纤维素、 碳纳米相与纳米纤维素进行复合的研究进展，并建议加强对纳米纤维素基杂化材料的基础理论研究，改进现有制备方法并开发出更加节能减耗的新方法，以及更多极具应用前景的无机纳米材料实现优势互补的分子级复合，定向设计合成出适用不同场合、满足不同需求的高性能、多功能新型先进复合材料。 关键词：纳米纤维素;杂化纳米材料;无机纳米粒子;碳纳米相 中图分类号：TQ35;O636．1文献标识码：A 文章编号：1673- 5854(2014)01-0028-09Advances in Inorganic-nanocellulose Hybrid Nanomaterials WU Qiao-mei ，CHEN Yan-dan ，HUANG Biao ，CHEN Xue-rong （College of Materials Engineering ，Fujian Agriculture and Forestry University ，Fuzhou 350002，China ） Abstract ：This paper summarized the recent Ｒ＆D progresses on nanocellulose hybrid composites incorporated with noble metal nanoparticles ，nano ceramic compounds （including metal oxides ，metal sulfides ，nano-clay ，nano-hydroxyapatite ，nano-calcium carbonate ），magnetic nanoparticles and nano-carbon materials ，respectively．An overview on the challenge and development prospects of the nanocellulose-based hybrid composites was discussed ，too． Key words ：nanocellulose ；hybrid nanocomposites ；inorganic nanoparticles ；nano-carbon materials 无机-有机杂化纳米材料是继单组分材料、复合材料和梯度功能材料之后的第四代新材料［1］。纳米纤维素是一种新型的生物纳米材料，具有特殊的结构特点和优良的性能。无机纳米相-纳米纤维素杂化纳米材料因兼具或超越了纳米纤维素和无机纳米材料单一组分的性能优点，而成为纳米纤维素复合材料的研究热点。利用物理、化学、生物方法制备获得的天然纳米纤维素依次为微纤丝化纤维素（MFC ）或纳纤丝化纤维素（NFC ）、纳米晶体纤维素（NCC ）和细菌纳米纤维素（BNC ）。以纳米纤维素作为结构增强相和兼具生物大分子模板效应的天然高分子基体，在绿色高性能纳米复合材料的设计组装中日益扮演重要角色。在过去的十几年里，国内外针对纳米纤维素的制备、表征、表面修饰及其复合材料开展了较多的研究工作［2－4］。目前，交叉结合纳米科学、化学、物理学、材料学、生物学及仿生学等学科，利用共混法、溶胶-凝胶法、插层法、模板组装法、非共价弱相互作用复合法和仿生矿化等方法，进一步将纳米纤维素优越的机械性能与功能性无机纳米材料进行优势互补，构筑结构可塑、稳定，集轻质和强韧于一身的新型无机纳米相-纳米纤维素杂化纳米材料，正在成为国内外科学家竞相开展的研究课题。本文主要针对国内外纳米纤维素与各种无机纳米相杂化复合，制备功能型纳米纤维素新材料的研究进展进行综述。
纳米材料的研究进展及其应用全解
纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院
1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，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，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。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不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
新型纳米加工技术的研究进展
新型纳米加工技术的研究进展 随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。 标签：无机纳米材料；纳米加工技术；研究 随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。因此，新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。 1 国内外研究现状 近年来，为了克服原有光刻技术对图形线宽的限制，人们已探索了许多先进的纳米刻蚀加工方法。AT&T BeII实验室的R·S·Becker等人利用扫描探针显微技术实现了在Ge表面原子级的加工。H·D·Day和D·R·Allee成功地实现了硅表面的纳米结构制备，从而在纳米加工领域开辟了新的天地。近年来，Mirkin研究组和其它几个研究集体利用扫描探针技术成功地制造了有机分子纳米图形与阵列、无机氧化物、金属纳米粒子、高分子溶胶等纳米图形和阵列以及蛋白质阵列。此外，离子束、电子束、极紫外、X射线、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技术的出现进一步发展了纳米刻蚀加工技术，为克服光刻的限制，提高图形密度提供了可能。然而这些方法虽然可以实现相对复杂的纳米图形化，但其设备昂贵，投资成本较大、应用步骤复杂，更主要的在于生产效率低，产品价格高昂，因而难以在要求低成本、高产出的商业中得到广泛的应用，特别是在图形要求相对简单、有序，而密度和灵敏度要求较高的纳米器件中（如：传感器、激光器、平板显示器、高密度存储器件、生物芯片、量子器件等方面）的应用受到了很大的制约。因此，如何发展简单、便宜、适用于大规模生产的表面图案化技术已成为一个涉及众多学科领域的新课题。 当前，美、日两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。为了应对纳米技术的挑战，欧洲最近几年开展国家间的大型合作项目技术，纳米光刻技术得到了深入研究和广泛发展。近年来我国对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶
国内机器人技术分析研究现状
国内机器人技术研究现状分析 王守龙 摘要：随着经济全球化对工农业生产提出越来越高的要求，计算机技术向着智能化发展，机器人越来越普遍的被工农业应用，其在提高工农业产品质量，增加经济效益方面发挥着重大作用。本文又介绍分析了移动机器人和小口径管内机器人及其在我国的技术研究现状。中国的机器人事业面临着新的机遇和挑战。 关键词：机器人；技术研究；移动机器人；小口径管内机器人
前言 有人认为, 应用机器人只是为了节省劳动力, 而我国劳动力资源丰富, 发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国, 会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益, 而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。 1 工农业机器人 1.1 工业机器人研究现状分析 机器人产业是近30年发展起来的新型产业。我国政府早在“七·五”期间就开始组织了对工业机器人的攻关,到了1987年，国家高技术研究开发计划就把智能机器人作为七大重点领域之一进行集中研究。经过十几年的艰苦奋斗，我国在水下、空间、核领域等特殊机器人方面取得了令人欣慰的成果，一批机器人产品和机器人应用工程应运而生。到20世纪90年代末，我国共完成了l00多项工业机器人应用工程，建成了20个机器人产业化基地，从事机器人研究、开发和应用工程单位200多家，专业从事机器人产业开发的50家左右，全国工业机器人用户近800家，拥有工业机器人约4000台。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》前沿技术中，我国将智能服务机器人列为重点方向，提出加大科技投入与科技基础条件平台建设。 然而，由于主要依靠科技部门研究开发计划的支持，从资金到产业的支持力度不够，在机器人关键技术方面，我国与国外的差距并没有明显缩小，在关键部件、产品产业化以及基础研究方面的差距还在拉大。到1998年，863计划推动的几个机器人产业化基地产值仅仅1亿元。然而，国外各大机器人公司认识到高速发展中的中国机器人市场的巨大潜力，凭借其技术和资金的优势纷纷进入了中国市场。可以说，目前的中国机器人市场仍然是外国企业一统天下，我国机器人发展尚未进入规模开发利用和产业化的阶段。 我国经过几十年来的研究与引进, 在机器人运动学仿真、动力学仿真和某些典型工业机器人机构分析软件方面取得了一些成果，但总的看来, 我国机器人机械技术的研究状况与国外相比还有较大的差距, 目前既没有建立一种多功能的机器人系统, 也缺乏利用技术对机器人机械学的很多专门问题进行深人研究。我国目前研制的几种工业机器人机型结构主要是直接仿制日本90年代初的样机, 一些主要关键元器件依赖国外进口。虽然国家“七五”期间安排了一些单项研究课题, 但这些课题一时还难于直接用于国产工业机器人, 还远不能从理论及实际技术上建立起我国机器人的完整设计体系, 这与国外相比差距较大。国内利用国产机器人开展应用工程的研究工作刚刚起步。我国对移动机器人研究, 近年来在步行机基础理论方面的成果较多, 而步行机实物模型或样机较少，与国外先进水平相比也存在较大的差距。
纳米复合材料最新研究进展与发展趋势
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
纳米机器人
纳米机器人研究进展 关键词：纳米机器人开发应用危险 摘要：介绍了纳米机器人的开发过程，主要介绍了纳米机器人在各领域中的应用已经给人们带来的好处。同时也陈述了中国在纳米机器人方面的研究进展，最后讲了纳米机器人会带来的危险。 引言纳米机器人是纳米技术中引人注目的研究课题之一。利用原子和分子直接组装成纳米机器人不但速度、效率比常规机器人高,而且其应用范围广,功能特殊。制造纳米机器人可节约材料和降低污染程度,这是现有机器人的制造所无法比拟的。采用纳米大分子“生物部件”与小分子无机物晶体结构组合,以及纳米电子学控制装配成的纳米机器人,其电脑是一台纳米计算机,而它的身体能进行自我复制。纳米机器人的诞生将会给人类科技带来深刻的革命。 1.纳米机器人的定义 “纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（in vivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。 2 纳米机器人开发一瞥 早在1990年,美国贝尔实验室就成功地制造出了极其微小的纳米机器人。这种只有跳蚤般大小的机器人由许多齿轮等零件、涡轮机及微电脑组成,其零件小得犹如空气中漂浮的尘埃。该纳米机器人一亮相,就引起了人们极大的兴趣。不久后,美国犹他大学和加 州大学也先后制出了几种极其微小的纳米电机。2000年,美国波士顿大学又制造出了一种世界上最小的分子马达。该马达仅由78个原子组成。几乎同时,日本和荷兰也研制出另一种用太阳能驱动的分子马达,它能在光的照射下连续不断地旋转。分子马达是纳米机器人的核心部件,它可为未来的分子机械提供动力,为今后开发及研制微小的分子机械奠定一定的基础。2000年2月,日本东京大学宣布,他们在世界上首次研制成功可以自由控制转速的分子齿轮。该分子齿轮的结构由两个直径约为1nm的卟啉分子夹着一个直径约为011nm的金属离子组成。 美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下,制造出了另一种分子马达。这种微马达以三磷酸腺苷酶为基础,依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷(ATP)作为能源,再把由金属镍制成的螺旋桨连接到三磷酸腺苷酶分子中轴上,制造了400个分子马达。当它们被浸入ATP溶液中后,其中有5个转动了起来,转速达到8 r/ s。这种分子马达只有在显微镜下才能被观察到。分子马达的潜在应用价值非常巨大,如果在分子上嫁接其他零部件,可以制造出其他纳米机器———例如可探测有害化学物质的纳米传感器,当被有害物质激活后,这种传感器内的马达就打开阀门释放出可见的物质信号。 自1990年以后的10年中,科学家们已经成功地制造出了纳米齿轮、纳米轴承、纳米喷嘴、纳米传感器等纳米机械及机电零器件,而且还发明了纳米发动机和纳米执行机构。如将这些纳米零器件和发动机等执行机构组装起来,就可以构成人类梦寐以求的实用微型系统。例如,日本丰田汽车公司用微型部件制造了一辆只有1粒米那么大的能开动的微型汽车;东京大学用硅材料制造了1只微型仿生昆虫,这种微型昆虫已经能够飞行数厘米,将来有望应用于军事目的。美国贝尔实验室认为,微型机械的物理特性使其相当可靠,而且坚固耐用。微型电子机
娱乐机器人研究进展
娱乐机器人的研究进展 Xxx (xxx学院) 摘要：随着机器人相关技术的日趋完善，各种具有表演“天赋”的机器人孕育而生。娱乐机器人，它们不仅给人们带来了欢乐，而且为人们提供了学习和实验的平台，增长了人们的智力。通过资料的查找、收集和整理，根据功能的不同将娱乐机器人分成8类并对娱乐机器人在硬件类人，软件智能等方面的技术进行了分析；通过对中外娱乐机器人发展的回顾和比较，归纳了娱乐机器人的历史发展并对娱乐机器人的现状及未来前景进行了分析。 关键词：娱乐机器人类人智能交流传感系统 The advances of Entertainment robot Yao wenbin TheFaculty of Mechanical Engineering and Mechanics Of Ningbo University Abstract：As robots related technology improvement, a variety of robots which have “show”gifts emerge. Entertainment robots not only give people a lot of joy, but also provide us with the platform of studying and testing as well as add to our intelligence.. Thorough seeking, gathering and arranging information, according to the different functions，dividing entertainment robot into eight categories。And entertainment robot in hardware, software intelligent humanoid the technology was analyzed, Based on the review of the development of Chinese and foreign entertainment robot , the historical of entertainment robots were summarized and the current and future prospects of entertainment robot were analyzed. Key words：Entertainment robot Humanoid male intelligence sensed system 0前言 随着机器人技术的不断发展，娱乐机器人顺势而起，又因为其硬件的设计使外观拟人化，各种软件的开发使其具备了语言能力和运动能力，不但能唱歌跳舞，甚至能够与人交流，所以娱乐机器人慢慢走近了家庭之中。娱乐机器人的起步虽然较晚，但发展迅速，国内外从外观类人，软件智能等方面对娱乐机器人进行了研究[1,2,3]，但是由于发展还未稳定，目前尚未有很好的理论对娱乐机器人的分类及发展进行分析。作者通过对国内外资料的查找，归纳和整理，总结了娱乐机器人的发展历史，又通过比较国内外机器人技术的发展现状和市场的需求对娱乐机器人的未来发展进行了展望。1 娱乐机器人概述 娱乐机器人就是通过对一般的机器人进行一些拟人化的外形改造及硬件设计, 同时运用相关的娱乐形式进行其软件开发而得到的一种用途广泛、老少皆宜的服务型机器人。通过硬件的设计,使得娱乐机器人具有人性化的外形以及与人和谐的高层次交互方式(包括语音、视觉等) ; 而通过各种娱乐软件的开发,使得该机器人能够与人进行智能化的互动娱乐。 现代娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种动物，像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，可以有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力。娱乐机器人这种机器人可以为你解除精神上的疲劳。
机器人技术的发展历程及前景
2012-2013学年2学期 计算机新技术课程论文 机器人技术的发展 学号 姓名 专业计算机科学与技术 学院计算机与信息工程学院日期
摘要：机器人技术是一门综合技术，它涉及电子，控制，计算机等多个科学，机器人技术的进步与祥光学科的发展关系极为密切。近几年来，随着信息、微电子和网络等相关技术的迅速发展，机器然技术进展很快，其功能不断完善，性能显著提高，应用领域进一步扩大。下面我就简单论述机器人在计算机学科方面的发展，并展望机器人控制技术的发展前景。 一．机器人技术的产生 “机器人”一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作。古代机器人西周时期,我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人,这是我国最早记载的机器人。机器人能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。例如繁重的科学和工程计算本来是要人脑来承担的，现在计算机制作出的机器人控制技术不但能完成这种计算，而且能够比人脑做得更快、更准确，也不会有工作上的抱怨。正因为机器人有这种优势，所以机器人技术应运而生了。并且在近些年来发展呈现出速度快，技术新的趋势。 二．机器人的发展历程 在几十年的发展历程中，机器人技术的研究和发展历程大致阅历履历了3 个阶段： 1.示教再现型（Play-Bhvack）机器人 示教再现型（Play-Bhvack）机器人-它由人独揽机械手做一遍应该完成的行为或通过控制器收回指令让机械手臂疏通，一步一步完成各个行为。能手为历程中机器人会主动将这一历程取出追念装置。当机器人事情时，能再现人教给它的行为，并能主动反复的执行。这类机器人不具有外界讯息的反应能力，很难适应变化的环境。“UNIMATE”和“VERSTRAN”这两种最早的工业机器人是示教再现型机器人的典型代表。直至目前，这类机器人还在一些工业坐蓐线上获得应用。 2.有觉得的机器人 有觉得的机器人，它们对外界环境有必定的感知能力，如有听觉、视觉、触觉等成效。机器人事情时，依据觉得器官（传感器）获得的讯息，灵活调整自身的事情形态，保证在适应环境的境况下完成事情。如：具有视觉的机器人能认字、识别二维图像或三维物体的特征等，可用于产品的外观查抄、分拣、装配等事情，有些行走机器人还能鉴别周围环境的其它障碍物，并主动避开它们；有触觉的机械手可紧张自在地抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋；具有嗅觉的机器人能诀别出不同饮料和酒类等。 3.智能型机器人 智能型机器人，它不光具有觉得能力，而且还具有独立果断和行动的能力，并具有追念、推理和决策的能力，因而能够完成越发庞杂的行为。如：具有行走成效的机器人，其重心电脑控制着机器人的手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，而用脚完成搬动成效；有些机器人能够识他人的天然发言，可以“听”懂人用天然发言收回的各种命令，完成相应的行为（图3）。智能机器人的“智能”特征就在于它具有与内部世界——对象、环境和人相适应、相调解的事情机能。
纳米材料的发展及研究现状
纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单
元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基
纳米科技的发展现状及前景
纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。 1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容 从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念： 第一种，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还未取得重大进展。 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。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，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。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。关键突破 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。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。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。 纳米技术包含下列四个主要方面：
纳米材料研究进展
2011年第4期甘肃石油和化工2011年12月 纳米材料研究进展 李彦菊1，高飞2 （1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018； 2.中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄050000） 摘要：纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。综述了纳米材料 的分类、特性以及应用领域。 关键词：纳米材料；功能材料；复合材料 1前言 纳米（nm）是一个极小的长度单位，1nm=10-9m。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100nm 这个范围空间，物质的性能就会发生突变，呈现出特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。纳米技术正是利用纳米粒子这些特性实现其在各行各业中的特殊应用［1，2］。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐步被人们所认识，纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。目前世界各国都对纳米材料和纳米科技高度重视，纷纷在基础研究和应用研究领域对其进行前瞻性的部署，旨在占领战略制高点，提升未来10～20年在国际上的竞争地位。我国政府对纳米科技十分重视，先进的纳米产业正在蓬勃发展［3，4］。 2纳米材料的分类 以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1～100nm［5］。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义而言，纳米材料是指在3维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数［6］，纳米材料的基本单元可以分为3类：①0维，指在空间3维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒，原子团簇等；②1维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等； ③2维，指在3维空间中有1维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。按化学组成可分为：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料［7，8］。按材料物性可分为：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的［9，10］。 3纳米材料的特性［11，12］ 3.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面体 收稿日期：2011-07-05 作者简介：李彦菊（1981-），女，河北廊坊人，硕士，已发表论文10余篇，其中SCI2篇。主要从事纳米材料的研究工作。8
机器人技术的发展现状
(一)国内工业机器人的需求情况 工业机器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动力价格低廉的状况,随着中国经济持续快速的发展,近几年的国民生产总值年平均增长率更是保持在9%左右,人民生活水平不断地提高,劳动力供应格局已经逐步从“买方”市场转为“卖方”市场、由供远大于求转向供求平衡。作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。这些情况使得许多劳动密集型企业为了提高劳动生产率所采用的增加工人数量、延长工人劳动时间的方法变得成本高昂,同时也受到法律的限制和政策的阻碍。无论是企业还是社会都认识到必须采取从改善机器设备入手,提高技术和资金的密集度来减少用工量以应对这种改变。总之,劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境,工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人知识的广泛普及,人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化,利用机器人技术提升我国工业发展水平、从制造业大国向强国转变,提高人民生活质量成为全社会的共识。 (二)国内工业机器人的销售情况 国家863机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广和应用,长期以来推进机器人技术以提升传统产业,利用机器人技术发展高新产业。目前,政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额,并提供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器人,各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。根据我国海关统计,最近4年来许多企业在华的销售量甚至是前面十几年销售量的几倍,年平均增长率超过40%。2001年我国工业机器人海关进出口数量不过是3774台,国内生产数量约700台左右。2004年市场规模已经增长到万台左右,数量和金额相对于2001年都增长了两倍。2004年国产工业机器人数量突破了1400台,产值突破8亿元人民币。进口机器人数量超过9000台,其中多功能机器人约1700台,简易机器人7500台,进口额约25亿美元。德国CLOOS公司在华焊接机器人销售量2000年以前为47台,2000年以后已经突破121台,销售量翻了近3倍。可以预见,中国的工业机器人产业不久后将会作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。 (三)国内工业机器人的市场特征 1.以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属于技术、资 金密集型产业,也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国,工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业,主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。2000年开始,受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响,我国汽车工业进入了一个高速增长期。面对这种局面,国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与我国企业合资设厂或扩大原有生产规模,国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投资,整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计,最近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业的,海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知,汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。 2.沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。我国工业机器人的使用集中在广东、江 苏、上海、北京等地,工业机器人的拥有量占全国的一半以上,这种分布态势和增长趋势符合我国现阶段经济发展状况。我国经济最具活力的地区已经从珠江三角洲地区扩展到
金属纳米材料研究进展
高等物理化学 学生姓名：聂荣健 学号：…………….. 学院：化工学院 专业：应用化学 指导教师：………….
金属氧化物纳米材料研究进展 应用化学专业聂荣健学号：……指导老师：…… 摘要:综述了近年来金属氧化物纳米材料水热合成方法的研究进展，简要阐述了金属氧化物纳米材料的应用，对其今后的研究发展方向进行了展望。 关键词: 纳米材料水热合成金属氧化物
Research progress of metal oxide nanomaterials Name Rongjian Nie Abstract: This article reviews the recent progress in hydrothermal synthesis of metal oxide nanomaterials. The application progress of metal oxide nanomaterials is briefly describrd．The future research directions are prospected. Keywords: nanomaterials; hydrothermal; metal oxides ;
引言 纳米材料是纳米科学中的一个重要的研究发展方向，近年来已在许多科学领域引起了广泛的重视，成为材料科学研究的热点。作为纳米材料的一个方面，金属氧化物纳米材料在现代工业、国防和高技术发展中充当着重要的角色。 1.纳米材料简介 1.1 纳米材料概述 纳米是长度的度量单位，1纳米=10-9米，1纳米大约为10个氢原子并排起来的长度，仅仅相当于一根头发丝直径的0.1%。纳米材料则是在纳米量级（lnm-100nm)内调控物质结构所制成的具有特殊功能的新材料，其三维尺寸中至少有一维小于100nm，且性质不同于一般的块体材料。 纳米材料是指在三维尺度上至少存在一维处于纳米量级或者由它们作为基本单元所构成的材料，一般将纳米材料分为零维、一维以及二维纳米材料: (1)零维纳米材料，是指在空间三维尺度上都处于纳米量级的纳米材料，如纳米球，纳米颗粒等； (2)一维纳米材料，是指在空间三维尺度上只有两维处于纳米量级，而第三维处于宏观量级的纳米材料，比如纳米棒、纳米管、纳米线/丝等； (3)二维纳米材料，是指在空间三维尺度上只有一维处于纳米量级，而其他两维处于宏观量级的纳米材料，比如纳米片，纳米薄膜等。 1.2纳米粒子基本效应的研究 纳米粒子是尺寸为1-100nm的超细粒子。纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而急剧增大，显示出强烈的体积效应(即小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。 1.2.1 量子尺寸效应[1] 当粒子尺寸达到纳米量级时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明:金属纳米粒子所包含的原子数有限，能级间距发生分裂。当此能级间隔大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量或超导态的凝聚能时，纳米粒子的磁、光、声、热、电及超导电性与宏观物体有显著的不同。 1.2.2 体积效应[2] 由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当纳米粒子的尺寸与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；非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的体积效应。例如：磁有序态向磁无序态、超导相向正常相的转变；光吸收显著增加；声子谱发生改变；强磁性纳米粒子(Fe-Co合金，氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时具有很高的矫顽力；纳米粒子的熔点远远低于块状金属；等离子体共振频率随颗粒尺寸改变[3]。 1.2.3 表面效应[4] 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而急剧增大后引起的性质上改变。随着粒径减小，表面原子数迅速增加，粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足以及高的表面能使原子表面有很高的化学活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米粒子表面输运和构型的变化，也引起了表面原子自旋构象和电子能谱的变化。