材料学科前沿讲座论文
材料科学与工程前沿中期论文

稀土材料姓名:牛刚学号:S2*******稀土被称为工业“味精”,在材料的结构与功能改性方面具有非常重要的意义。
稀土元素的4f轨道电子数目是稀土元素之间最明显的差异,正是4f轨道电子数目的差异引发了稀土材料之间的性能差异。
纳米材料由于具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等具有与其他材料完全不同的许多优良性能。
我国稀土产品主要应用于冶金机械、石油化工和玻璃陶瓷等传统领域,但功能材料在高新技术产业中的应用近年来备受关注,稀土在磁性材料、储氢材料、发光材料、催化材料等领域的应用增长迅速,其应用份额从1990年的13%增长到了2002年的30%。
稀土功能材料在高新技术中的应用从70年代开始进入了高速发展阶段,应用和产业化开发的速度愈来愈快,一般以5年左右的周期出现一个震动世界的新成果,并迅速形成了高新技术产业。
1稀土磁性材料1.1稀土永磁材料稀土永磁材料经历了3个阶段的发展,20世纪60年代发明了RECo5型第一代稀土永磁材料;70年代出现了RE2Co17型第二代稀土永磁材料,其磁能积有了较大提高,特别是温度稳定性好,但由于主要原料是Sm和Co,成本高,一般用于军工等特殊领域;第三代稀土永磁REFeB发明于80年代,是当今磁能积最高的永磁材料。
近年来全世界NdFeB产量年均增长率达到25%,2003年我国NdFeB磁体的产量达到15000t左右,位居世界第一。
但我国稀土永磁制备技术和磁体性能方面与国外比较还有不少差距,多数厂家的产品因磁体性能较低、一致性难以满足高档用户的要求,因此价格仅为国际市场的1/3~1/2,经济效益不尽人意。
随着烧结NdFeB磁体应用领域的不断扩大,对其性能提出了越来越高的要求。
因此,近几年来,国内外掀起了一股研发高性能烧结NdFeB磁体的热潮。
西方国家大部分采用快冷厚带工艺制备高性能烧结NdFeB磁体。
用该工艺生产的磁体磁能积高,性能稳定。
国内许多单位都在加速开发此新工艺,北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心在国家科技部十五科技攻关项目的支持下,已经开发出了具有自主知识产权的快冷厚带制备工艺,并与设备厂家合作设计制造了一台300kg甩带炉,试运行效果良好,产品已基本达到国外用户要求,近年内将实现规模化生产。
材料科学前沿论文

材料科学前沿论文材料科学作为一门新兴的交叉学科,涉及到物质的结构、性能、制备和应用等方面,近年来取得了许多令人瞩目的成就。
在材料科学领域,前沿论文的发表往往代表着该领域的最新研究成果和发展方向。
本文将介绍一些材料科学领域的前沿论文,以期为相关研究人员提供参考和启发。
首先,近年来,基于二维材料的研究备受关注。
二维材料具有独特的结构和性能,在电子、光学、热学等方面具有广泛的应用前景。
一篇名为《二维材料的制备与性能调控》的论文,系统地总结了目前二维材料的制备方法和性能调控手段,为二维材料的应用提供了重要的参考依据。
另外,一篇名为《二维材料在光电器件中的应用》的论文,探讨了二维材料在光电器件中的应用前景和挑战,为光电器件的研究和开发提供了新的思路和方法。
其次,纳米材料的研究也是材料科学领域的热点之一。
纳米材料具有特殊的尺寸效应和表面效应,表现出与常规材料不同的性能和特点。
一篇名为《纳米材料的结构与性能研究》的论文,通过理论模拟和实验研究,揭示了纳米材料的结构与性能之间的关系,为纳米材料的设计和制备提供了重要的指导。
另外,一篇名为《纳米材料在能源存储领域的应用》的论文,系统地介绍了纳米材料在锂离子电池、超级电容器等能源存储领域的应用研究进展,为能源存储材料的开发和应用提供了新的思路和方法。
最后,功能材料的研究也是材料科学领域的重要方向之一。
功能材料具有特定的功能和性能,可以在电子、光学、磁学等领域发挥重要作用。
一篇名为《多功能材料的设计与应用》的论文,介绍了多功能材料的设计原理和应用案例,为多功能材料的研究和开发提供了重要的参考。
另外,一篇名为《智能材料在传感器领域的应用》的论文,探讨了智能材料在传感器领域的应用前景和挑战,为传感器材料的研究和开发提供了新的思路和方法。
综上所述,材料科学领域的前沿论文涉及到二维材料、纳米材料和功能材料等多个方面,这些论文的发表不仅代表着该领域的最新研究成果,也为相关研究人员提供了重要的参考和启发。
材料科学前沿论文

材料科学前沿论文材料科学是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科,其发展一直处于科技前沿。
随着科学技术的不断进步,材料科学领域也在不断涌现出新的研究成果和前沿技术。
本文将就材料科学领域的一些前沿论文进行介绍和分析,以期为同行提供新的思路和灵感。
首先,近年来,基于人工智能的材料设计和发现成为了研究热点。
通过机器学习和大数据分析,研究人员可以更快速地筛选出具有特定性能的材料,并进行定制设计。
这种方法不仅可以加速新材料的研发过程,还能够大大降低材料研发的成本,为材料科学的发展带来了新的机遇和挑战。
其次,纳米材料的研究也备受关注。
纳米材料因其特殊的尺寸效应和表面效应,在光电子、催化剂、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
近年来,研究人员不断探索新的纳米材料制备方法和性能调控策略,取得了许多令人瞩目的成果。
例如,石墨烯、二维过渡金属硫化物等纳米材料的研究成果,为材料科学的发展开辟了新的方向。
另外,生物材料也是材料科学的一个重要分支。
生物材料具有良好的生物相容性和可降解性,被广泛应用于组织工程、药物传输、医疗器械等领域。
近年来,仿生材料的研究成果不断涌现,例如仿生多肽材料、生物陶瓷材料等,为生物医学领域的发展提供了新的可能性。
最后,材料的可持续发展也成为了研究的重要方向。
随着资源的日益枯竭和环境污染的加剧,研究人员开始关注可再生材料、循环利用材料等方面的研究。
新型的生物基材料、可降解材料等成为了研究的热点,为材料的可持续发展提供了新的思路和方法。
综上所述,材料科学领域的前沿论文涉及到人工智能、纳米材料、生物材料、可持续发展等多个方面。
这些研究成果不仅推动了材料科学的发展,也为其他领域的交叉研究提供了新的可能性。
相信随着科技的不断进步,材料科学领域的前沿论文将会不断涌现,为人类社会的发展做出更大的贡献。
前沿材料科学结课论文

对前沿材料世界的认识及思考专业通信工程姓名学号摘要:上一个世纪,人类的认识向外延伸到了外层宇宙,向内深入到了物质结构的更微观层次,引发了物理学一场大革命。
这场革命推动了包括化学、生命科学在内的整个自然科学和应用技术的伟大变革,为材料科学和技术进步提供了新的知识基础和活力。
材料科学的根本任务是揭示材料组分、结构与性质的内在关系,设计、合成并制备出具有优良使用性能的材料。
进入21世纪,回顾一下材料学的主要进展,估计未来的可能发展趋势,是非常必要和很有意义的。
关键词:材料科学现状发展趋势传统材料新材料挑战一、传统材料的发展现状和地位传统材料是生产工艺已经成熟而又大规模工业化生产的一类材料,如钢铁、铜、铝、橡胶、塑料、玻璃和水泥等金属、高分子和非金属无机化合物,这类材料量大面广,占材料生产总量的90%以上。
在世界范围内,上个世纪末20~30年间传统材料的产量、生产技术水平和质量,超过以前数百年,成为人类经济生活的支柱。
但能耗大,资源浪费严重,环境污染等问题已成为制约传统材料发展的瓶颈,因此改进传统材料的合成、加工技术,控制微观组织结构,提高使用性能,降低成本和环境污染的任务十分迫切、繁重。
二、新材料及其发展趋势新材料又称先进材料。
它不以生产规模,而以优异性能、高质量、高稳定性取胜的高知识、高技术密集形为特点。
新材料有结构材料和功能材料之分,前者主要利用它的力学性能,而后者以其各种物理、化学效应为主。
当前新材料的发展方向有高性能化、高功能化、高智能化和复合化、极限化、仿生化、环境友好化几方面。
1.金属材料:金属材料,特别是钢、铜、铝等,仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。
金属材料已有成熟的生产工艺,相当多的配套设施和工业规模生产,价格低廉、性能可靠,已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。
金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替,由于它有比高分子材料高得多的弹性模量,比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能,在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位,即使在高技术产业中也不例外。
关于材料学专业方面论文范文

关于材料学专业方面论文范文材料学是学生接触材料领域、定位未来方向的入门课程,学习和掌握该课程内容意义至关重要。
下文是店铺为大家整理的材料学方面论文的范文,欢迎大家阅读参考!材料学方面论文篇1浅析高分子材料成型加工技术摘要:近些年来,国防尖端工业和航空工业等特殊领域的发展对高分子材料成型的加工技术要求更高,更精细。
在此背景下,理清高分子材料加工技术的发展现状与发展趋势,探讨高分子材料的加工成型的方法,对促进我国高新技术及产业的发展具有重要的意义。
关键词:高分子材料加工方法成型技术一、前言近些年来,国防尖端工业和航空工业等特殊领域的发展要求更高性能的聚合物材料,开发研制满足特定要求的高聚合物迫在眉睫[1]。
在此背景下,理清高分子材料加工技术的发展现状与发展趋势,探讨高分子材料的加工成型的方法,对促进我国高新技术及产业的发展具有重要的意义。
二、高分子材料成型成型加工技术的相关定义1.高分子材料高分子材料是指由相对分子质量较高的化合物为基础构成的材料,其一般基本成分是聚合物或以含有聚合物的性质为主要性能特征的材料;主要是橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料。
高分子材料独特的结构和易改性与易加工特点,使它具有其他材料不可取代与不可比拟的优异性能,从而广泛运用到科学技术、国防建设和国民经济等领域,并已成为现代社会生活中衣食住行用等各方面不可缺少的材料。
2.高分子材料成型加工技术在高分子工业的生产中分为高分子材料的制备与加工成型两个过程。
高分子材料的成型加工技术就是运用各种加工方法对高分子材料赋予形状,使其成为具有使用价值的各种制品。
高分子材料加工主要目的是高性能、高生产率、快捷交货和低成本;向小尺寸、轻质与薄壁方向发展是高分子材料成型技术制品方面的目标;成型加工方向是全回收、零排放、低能耗,从大规模向较短研发周期的多品种转变。
判断高分子材料的成型加工技术的质量因素是加工后制品的外观性、尺寸精度、技能性中的耐化学性、耐热性等等。
材料科学前沿论文

噪声污染控制材料——多孔吸声材料1.噪声 (2)1.1 噪声的来源 (2)1.2 噪声的控制 (2)1.3降低噪声的方法 (2)1.4噪声的危害 (3)2 吸声材料 (3)2.1 吸声原理 (3)2.2 多孔吸声材料 (3)2.2.1 纤维吸声材料 (4)2.2.2 泡沫吸声材料 (6)2.2.3 颗粒型吸声材料 (7)3 影响多孔吸声材料素 (8)3.1 空气阻流的影响 (8)3.2 孔隙率的影响 (8)3.3 孔径的影响 (9)3.4 厚度的影响 (9)3.5 背后空腔的影响 (10)4 多孔吸声材料的开发研究展望 (10)参考文献 (11)噪声污染控制材料——多孔吸声材料摘要:随着现代工业、交通运输业和城市建设的发展,环境噪声污染已经成为国内外影响的最大的公害之一。
多孔吸收材料、隔声材料和隔振与阻尼减振材料等这些材料的应用,对环境噪声的污染有了很好的控制。
在以后的发展当中,我们应该控制噪声的发生,对噪声污染环境材料的控制应该向更好的方向发展。
关键词:噪声污染吸声材料纤维吸声材料泡沫吸声材料颗粒型吸声材料1.噪声噪声通常是指那些难听的、令人厌烦的声音。
噪声是没有污染物,即它在空气中传播不会产生有害物质,噪声对环境的影响不持久、没有累积效应,噪声源一旦停止,噪声也就相应的消失。
1.1 噪声的来源噪声的来源主要有:交通运输噪声、工业机械噪声、建筑施工噪声、生活生活噪声、家用电器和办公设备噪声、公寓楼内的生活噪声。
这些噪声都给我们生活带来了极大的困扰。
1.2 噪声的控制噪声的传播主要分为三个阶段:噪声源、传播途径和接受者。
噪声控制原理:在噪声到达耳膜之前,采取阻尼、隔振、吸声、隔声、消声器、个人防护和建筑布局等七大措施,尽力减弱或降低声源的振动,或将传播中的声能吸收掉,或设置障碍,使声音全部或部分反射出去,从而减弱噪声对耳膜的作用。
1.3降低噪声的方法:(1)从声源上降低噪声:研制和采用噪声低的设备和加工工艺。
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核电站反应堆压力容器用刚的研究摘要:介绍了核反应堆压力容器用钢的国内外发展状况和演化规律,材料技术是核反应堆压力容器制造的关键技术,分析了不同的成分、热处理工艺、冶金工艺、制造工艺对材料性能的影响,最后预测了随核反应堆压力容器制造向大型化和一体化方向发展的状况下,核反应堆压力容器用钢的发展趋势。
关键词:核电站;反应堆压力容器;热处理;性能随着人类生活水平的提高,世界各国对能源需要量的急剧增加,到2020年非化石能源占中国一次能源的比重将提高到15%。
相比其他新能源,可短期内、大规模实现工业化发电只有核电。
世界各国如美国、英国、法国、日本、意大利等在上世纪50年代就建设了大批核电厂,所发电量占世界发电量的16%。
由于风电、太阳能等受到发电成本、电网调峰、传输距离等等限制,使得核电成为新能源领域的重头。
而从我国目前的电源结构看,煤电的比例长期在70%左右,核电仅占1.9%,与全球核电占总发电量16%的比例相差比较大。
【1】发展空间很大。
核电是一种技术成熟的清洁能源。
与火电相比,核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳。
核电相对于其他能源,还有一大优势就是年利用时间长。
核电在各种能源中年利用小时数最长,可达7000小时左右,相比其他能源电力供应稳定,特别是相比较风电与太阳能等新能源来说,更适合作为电网中主要的电能来源以核电替代部分煤电,不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量,而且是电力工业减排污染物的有效途径,也是减缓全球温室效应的重要措施核电工业已成火电之外的重要能源工业。
在核电站发展的50多年里,曾发生过多起因材料使用不当而造成的事故,因此本文重点对目前所占核电发电比例最大的压水堆核电站的一级承压设备———压水堆压力容器用钢的发展及现状进行了研究。
1 核电分类按堆型分类,核电主要分为以下几类:(1)压水堆使用加压轻水(普通水)作为冷却剂和慢化剂,且水在堆内不沸腾的核反应堆。
燃料为加浓铀。
压水堆是目前最常用的堆型。
材料科学前沿论文

材料科学前沿论文材料科学作为一门跨学科的学科,一直以来都是科研领域的热点之一。
随着科技的不断进步和发展,材料科学的研究也在不断深入和拓展。
本文将围绕材料科学的前沿论文展开讨论,探讨目前材料科学研究的最新进展和未来发展方向。
在材料科学的研究领域中,纳米材料一直备受关注。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性,因此在能源、环境、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
近年来,关于纳米材料的研究论文层出不穷,涉及到纳米材料的合成、表征、性能和应用等方面。
其中,纳米材料在能源存储和转换领域的应用备受关注,例如纳米材料在锂离子电池、超级电容器和光伏器件中的应用研究。
此外,纳米材料在生物医学领域的应用也备受瞩目,比如纳米药物载体、纳米诊断试剂和纳米生物传感器等方面的研究。
除了纳米材料,新型功能材料也是材料科学研究的热点之一。
新型功能材料具有特殊的物理、化学或者生物学性能,可以应用于传感、催化、信息存储等领域。
例如,石墨烯作为一种新型的碳基材料,具有优异的导电性、热导性和机械性能,因此在传感、催化和电子器件等方面具有巨大的潜力。
此外,具有多铁性、多铁电耦合等特殊性质的功能材料也备受关注,这些材料在磁性存储、传感器和自旋电子器件等方面具有广阔的应用前景。
材料科学的另一个研究热点是多功能复合材料。
多功能复合材料是由两种或两种以上的材料组成的复合材料,具有多种功能和性能。
例如,具有自修复功能、自感应功能、自清洁功能等特性的多功能复合材料备受关注。
这些材料不仅可以应用于结构材料领域,还可以应用于智能材料、生物材料等领域,具有广泛的应用前景。
综上所述,材料科学前沿论文涉及到纳米材料、新型功能材料和多功能复合材料等研究领域。
随着科技的不断进步和发展,材料科学的研究将会迎来更多的突破和创新,为人类社会的发展进步提供更多的支持和保障。
相信在不久的将来,材料科学将会迎来更加辉煌的发展。
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中国矿业大学材料学科前沿讲座论文班级:材料10-7姓名:XXX学号:XXX学科前沿讲座——纳米材料在来矿大之前对材料没有多少认识,只知道他与物理化学联系较为紧密,是新世纪的主导学科!所以就选择了材料!在听教授们上完那个学科前沿讲座之后,我对自己的专业才有了一个初步的了解,尤其对纳米材料感触极深!21世纪是高新技术的世纪,信息、生物和新材料代表了高新技术发展的方向。
在信息产业如火如荼的今天,新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注,这就是纳米科技。
处于新材料科技前沿的纳米科技,它的应用领域非常广泛。
应用于制造业,现在已经造出只有米粒大小且能开动的汽车、只有蜜蜂大小的直升机。
应用于生物医学,可以制出只有几毫米的人造手,帮助医生实施虚拟的现实手术。
有人预言,处于2l世纪高新技术前沿和核心地位的纳米科技所引起的世界性技术革命和产业革命对社会经济、政治、国防等所产生的冲击,将比以往的技术革命时代带来的影响更为巨大。
纳米科技将会掀起新一轮的技术浪潮,领导下一场工业革命。
人类将进入一个新的时代-----纳米科技时代。
1.纳米科技的基本概念和内涵1959年,著名的理论物理学家、诺贝尔奖金获得者费曼曾预言:“毫无疑问,当我们得以对细微尺度的事物加以操纵的话。
将大大扩充我们可能获得物性的范围。
”在这里,通常界定为1—100nm的范围内纳米体系是细微尺度的事物的主角。
纳米科学技术是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技,他的基本涵义是在纳米尺寸(10-9—10-7m)范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质。
早在1959年,美国著名的物理学家,诺贝尔奖获得者费曼就设想:“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能移动原子,那么这将给科学带来什么!”这正是对纳米科技的预言,也就是人们常说的小尺寸大世界.纳米科技是研究由尺寸在1—100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术.纳米科技主要包括:(1)纳米体系物理学;(2)纳米化学;(3)纳米材料学;(4)纳米生物学;(5)纳米电子学;(6)纳米加工学;(7)纳米力学。
这7个部分是相对独立的。
隧道显微镜在纳米科技中占有重要的地位,它贯穿到7个分支领域中,以扫描隧道显微镜为分析和加工手段所做工作占有一半以上。
纳米科学所研究的领域是人类过去从未涉及的非宏观、非微观的中间领域,从而开辟人类认识世界的新层次,也使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平,这标志着人类的科学技术进入了一个新时代,即纳米科技时代。
以纳米新科技为中心的新科技革命必待成为21世纪的主导。
纳米新科技诞生才几十年,就在几个重要的方面有了如下的重要进展:(1)美国商用机器公司两名科学家利用扫描隧道电子显微镜直接操作原子,成功地在Ni(镍)基板上,按自己的意志安排原子组合成“IBM”字样,日本科学家已成功地将硅原子堆成一个“金字塔”,首次实现了原子三维空间立体搬迁.1991年IBM的科学家还制造了超快的氙原子开关.专家们预计,这一突破性的纳米新科技研究工作将可能使美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直径仅为0.3cm的硅片上.据英国《科学与共同政策》杂志报道,科学家们最近制造出一种尺寸只有4nm的复杂分子,具有“开”和“关”的特性,可由激光计算机提供可能的技术保证。
(2)近年来刚刚发展起来的纳米材料出现许多传统材料不具备的奇异特性,已引起科学家的极大兴趣.德国萨尔大学格菜德和美国阿贡国家实验室席格先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛,在室温下显示良好的韧性,在180℃经受弯曲并不产生裂纹,这一突破性进展,使那些为陶瓷增韧奋斗将近一个世纪的材料科学家们看到希望.英国著名材料科学家卡恩在从Nature杂志上撰文说:“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
”纳米材料在光吸收、催化、敏感特性和磁性方面都表现出明显不同于同类传统材料的特性,在高技术应用上显示出广阔的应用前景。
(3)作为纳米科学技术的另一个重要分支,即纳米生物学在90年代初露头角,面向2l世纪,它的发展前途方兴末艾.纳米生物学在纳米尺度上认识生物大分子的精细结构及其与功能的联系,并在此基础上按自己的意愿进行裁剪和嫁接,制造具有特殊功能的生物大分子,这使生命科学的研究上了一个新的台阶。
(4)纳米微机械和机器人是十分引人注目的研究方向。
纳米生物机器和纳米生物部件零件的研制,用原子和分子直接组装成纳米机器不但其速度、效率比现有机器大大提高,而且应用范围之广,功能之特殊、污染程度之低是现有机器人无法比拟的。
纳米生物“部件”与纳米无机化合物及晶体结构“部件”相组合,用纳米微电子学控制形成纳米机器人,尺寸比人体红血球小,这种纳米机器人的问世特使未来高技术出现新的飞跃,人类的医疗也因之发生深刻的革命,许多疑难病症将得到解决。
(5)医生可能应用纳米机器人直接打通脑血栓,清出心脏动脉脂肪沉积物,也可以通过把多种功能纳米微型机器注入血管内,进行人体全身检查和治疗。
药物也可以制成纳米尺寸,直接注射到病灶部位,大大提高医疗效果,减少副作用。
目前,纳米科学技术正处于重大突破的前期,它取得的成绩已经使人们为之震动,并引起关心未来发展的科学家们的思考。
2. 纳米材料和技术领域研究的对象和发展的历史。
纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。
“纳米”是一个尺度的度量,最早把这个术语用到技术上是日本在1974年底,但是以“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范围、实际上,对这一范围的材料的研究还更早一些。
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.现在,广义地,纳米材料是指在三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,纳米材料的基本单元可以分为三类:(1)零维,指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒、原子团簇等;(2)一维,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;(3)二维,指在三维空间中有一维在纳米尺度,如超薄膜,多层膜;超晶格等。
纳米材料大部分都是用人工制备的,属于人工材料,但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米团体。
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。
此外,浩瀚的海洋就是一个庞大超微粒的聚集场所,原先认为海洋中非生命的亚微米的粒子(0.4—1μm)具有很丰富的浓度,约为106—107个/ml.最近,威尔斯等人在南太平洋发现小于120nm 的海洋胶体粒子的浓度至少是亚微米粒子的3倍,而且深度分布奇特,通过对这些纳米粒子的研究,可以了解海洋、生命的起源以及获取开发海洋资源的信息.纵观纳米材料发展的历史.大致可以划分为3个阶段:第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能.对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在20世纪80年代末期一度形成热潮。
研究的对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。
第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,通常采用纳米微粒与纳米微粒复合(0—0复合),纳米微粒与常规块体复合(0—3复合)及发展复合纳米薄膜(0—2复合),国际上通常把这类材料称为纳米复合材料.这一阶段纳米复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材科研究的主导方向。
第三阶段(从1994年到现在) 纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注或者称为纳米尺度的图案材料.它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、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,其中包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系.纳米颗粒、丝、管可以是有序地排列。
如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性,那么这一阶段研究的特点要强调按人们的意愿设计、组装、创造新的体系,更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。
3. 纳米材料与其他学科的交叉、渗透纳米材料科学是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、团体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交叉汇合而出现的新学科生长点。
纳米材料中涉及的许多未知过程和新奇现象,很难用传统物理、化学理论进行解释.从某种意义上来说,纳米材料研究的进展势必把物理、化学领域的许多学科推间一个新层次,也会给21世纪物理、化学研究带来新的机遇。
纳米材料为凝聚态物理提出许多新的课题,由于纳米材料尺寸小,可与电子的德布罗意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟,电子被局限在一个体积十分微小的纳米空间,电子运输受到限制,电子平均自由程很短,电子的局域性和相干性增强,尺度下降使纳米体系包含酌原子数大大降低;宏观固定的准连续能带消失了,而表现为分立的能级,量子尺寸效应十分显著。
纳米材料在催化反应中具有重要作用.通常的金属催化剂铁、钴、镍、铂制成纳米微粒可大大改善催化效果.粒径为30nm的镍可把有机化学加氢和脱氢反应速度提高15倍.在环二烯的加氢反应中,纳米微粒做催化剂比一般催化剂的反应速度提高10—15倍.在甲醛的氢化反应生成甲醇的反应中,以氧化钛、氧化硅、氧化镍加上纳米微粒镍、铷,反应速度大大提高,如果氧化硅等粒径达到纳米级,其选择性可提高5倍.通过光催化从水、二氧化碳和氯气中提取有用物质.例如,液体燃料一直是人们研究的重要课题,最近日本利用纳米铂作为催化剂放在氧化钛的载体上,在加入甲醇的水溶液中通过光照射成功地制取了氢,产出率比原来提高几十倍.纳米微粒对提高催化反应效率、优化反应路径、提高反应速度和定向方面的研究是未来催化科学的重要研究课题,很可能给催化在工业应用带来革命性的变革。
纳米合成为发展新型材料提供新的途径和新的思路非平衡动态的材科工艺学在21世纪将会有新的突破.目前,在世界上的材料有近百万种,而自然的材料仅占1/20,这就说明人工材料在材料科学发展中占有重要地位.纳米尺度的合成为人们设计新型材料,特别是为人类按照自己的意愿设计和探索所需要的新型材料打开了新的大门.例如,在传统相图中根本不共溶的两种元素或化合物,在纳米态下可以形成固溶体,制造出新型的材料.铁铝合金、银铁和钢铁合金等纳米材料已在实验室获得成功。
利用纳米微粒的特性,人们可以合成原子排列状态完全不同的两种或多种物质的复合材料.人们还可以把过去难以实现的有序相和无序相、晶态相和金属玻璃、铁磁相和反铁磁相、铁电相和顺电相复合在一起,制备出有特殊性能的新材料。