纳米材料
纳米材料都有哪些

纳米材料都有哪些纳米材料是指至少有一种尺寸在1-100纳米范围内的材料,它们具有特殊的物理、化学和生物学特性。
纳米材料的种类繁多,涉及到多个领域,下面将介绍一些常见的纳米材料。
首先,纳米碳材料是纳米材料中的一大类,包括纳米碳管、纳米石墨烯和纳米碳黑等。
纳米碳管是由碳原子以六角形排列成管状结构而成,具有优异的导电性和机械性能,被广泛应用于电子器件、材料增强和生物医学领域。
而石墨烯是由碳原子以二维晶格排列而成,具有超高的导热性和机械强度,被认为是未来材料领域的研究热点。
而纳米碳黑则是一种纳米级的碳颗粒,具有极大的比表面积和吸附性能,被广泛应用于橡胶、油墨和涂料等领域。
其次,纳米金属材料也是常见的纳米材料之一。
纳米金属材料具有优异的光学、电学和磁学性能,被广泛应用于催化剂、传感器和生物医学领域。
纳米银是其中的代表之一,具有优异的抗菌性能和导电性能,被广泛应用于医疗器械、食品包装和纺织品等领域。
此外,纳米铜、纳米铁和纳米铝等纳米金属材料也具有独特的性能,在能源、环境和材料领域有着重要的应用价值。
另外,纳米陶瓷材料也是纳米材料的重要组成部分。
纳米陶瓷材料具有优异的硬度、韧性和耐磨性,被广泛应用于涂层、陶瓷制品和电子器件等领域。
纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米二氧化硅等纳米陶瓷材料具有独特的光学、电学和热学性能,被广泛应用于光电子器件、催化剂和生物医学领域。
此外,纳米复合材料也是纳米材料的重要分类之一。
纳米复合材料是将纳米材料与传统材料进行复合而成,具有传统材料和纳米材料的优点,被广泛应用于材料增强、功能材料和高性能材料领域。
纳米纤维素复合材料、纳米碳纤维复合材料和纳米陶瓷复合材料等都是纳米复合材料的代表,具有广阔的应用前景。
综上所述,纳米材料种类繁多,涉及到碳材料、金属材料、陶瓷材料和复合材料等多个领域,具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展,相信纳米材料将会在材料科学、能源领域、生物医学和环境保护等方面发挥越来越重要的作用。
什么是纳米材料

什么是纳米材料纳米材料是指至少在一个空间方向上尺寸小于100纳米的材料。
纳米材料因其独特的尺寸效应、量子效应和表面效应,在光电、磁学、力学、热学等方面表现出与宏观材料不同的物理、化学和生物学特性,因此受到了广泛的关注和研究。
纳米材料是一种全新的材料体系,其独特的物理、化学和生物特性为其在传感器、催化、生物医学、纳米电子器件、纳米能源材料等领域的应用提供了广阔的前景。
纳米材料的种类繁多,包括纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米片、纳米球等。
其中,纳米颗粒是一种最常见的纳米材料,其尺寸在1-100纳米之间。
纳米颗粒可以是金属、半导体、氧化物、磁性材料等,具有较大的比表面积和独特的光学、电子、磁学等性质,因此在催化剂、生物医学、纳米传感器等领域有着广泛的应用。
纳米材料的制备方法多种多样,主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法制备纳米材料的方法包括惰性气体凝聚法、溅射法、机械合金法等,化学法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法等,生物法利用生物体系合成纳米材料,如植物、微生物等。
这些方法各有特点,可以根据不同的需求选择合适的方法来制备纳米材料。
纳米材料的应用领域非常广泛,其中最具代表性的包括纳米传感器、纳米催化剂、纳米生物医学材料和纳米电子器件。
纳米传感器利用纳米材料的高灵敏度和特异性,可以检测微量的化学物质、生物分子甚至单个分子,具有重要的应用价值。
纳米催化剂利用纳米材料的高比表面积和活性位点,可以提高催化反应的效率和选择性,广泛应用于化工、环保、能源等领域。
纳米生物医学材料可以用于药物传输、肿瘤治疗、组织工程等方面,具有巨大的应用潜力。
纳米电子器件利用纳米材料的量子效应和电子输运性质,可以制备出高性能的纳米电子器件,为电子工业带来了革命性的变革。
总的来说,纳米材料具有独特的物理、化学和生物特性,其在传感器、催化、生物医学、电子器件等领域的应用前景广阔。
随着纳米材料制备技术的不断发展和完善,相信纳米材料将会在更多领域展现出其独特的价值,为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
纳米材料是什么

纳米材料是什么纳米材料是具有纳米级尺寸特征的材料,通常在纳米米至几百纳米之间。
纳米材料的尺寸范围使得它们具有独特的性质和应用潜力。
纳米材料可以是各种物质的纳米颗粒、纳米晶体、纳米线和纳米薄膜等形式。
纳米材料用于各种领域,包括电子、材料科学、化学、医学、能源等。
纳米材料之所以具有特殊性质和各种应用潜力,是因为尺寸效应和界面效应的存在。
在纳米尺寸下,材料的原子排列和电子结构发生变化,导致纳米材料的化学、物理和生物性质与其宏观对应物质有很大的不同。
这使得纳米材料具有特殊的电学、磁学、光学、力学和热学性质,可以应用于各种领域以实现新的功能和性能。
在电子领域,纳米材料已经广泛应用于电子器件的制造中。
纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜具有较大的比表面积和较好的导电性能,可以用于制造高性能电子器件,例如纳米晶体管、纳米存储器和纳米传感器等。
此外,纳米材料还可以用于制造柔性电子和透明电子器件,如柔性显示屏和透明导电薄膜。
在材料科学领域,纳米材料被广泛研究和应用于材料强化和改性中。
由于纳米颗粒的小尺寸和高比表面积,纳米材料可以在材料基体中分散均匀,并与基体形成强耦合。
这使得纳米材料能够有效地强化基体材料,提高其力学性能、热性能和化学稳定性。
纳米材料还可以通过调控相界面的特性,实现材料的表面改性和功能化。
在化学和医学领域,纳米材料被广泛应用于药物输送、生物传感和生物成像等方面。
纳米材料具有较大的比表面积和较好的化学活性,可以用于吸附和释放药物分子,实现高效的药物输送和释放。
纳米材料还可以用于制造生物传感器和生物成像剂,用于检测生物分子的浓度和位置。
在能源领域,纳米材料被广泛研究和应用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等方面。
纳米材料具有较好的导电性、光吸收性和催化性能,可以用于提高能量转换和储存效率。
例如,纳米颗粒和纳米线可以用于制造高效的太阳能电池和燃料电池电极材料,纳米薄膜可以用于制造高容量的锂离子电池。
总之,纳米材料是具有纳米级尺寸特征的材料,具有特殊的性质和各种应用潜力。
纳米材料有哪些

纳米材料有哪些
纳米材料是指具有纳米级尺寸(一般为1-100纳米)的材料。
由于其特殊的结构和性能,纳米材料在各个领域都有广泛的应用。
下面介绍一些常见的纳米材料及其应用。
1. 纳米金属颗粒:纳米金属颗粒具有较大的比表面积和高的反应活性,可以应用于催化剂、电子器件等领域。
2. 纳米二氧化硅:纳米二氧化硅具有良好的光学性能和化学性能,可应用于纳米电子器件、生物医学、光电材料等领域。
3. 纳米氧化锌:纳米氧化锌具有高比表面积和优异的光电性能,广泛应用于太阳能电池、传感器、防晒霜等领域。
4. 纳米碳材料:包括纳米石墨烯、纳米碳管等,具有优异的导电性能、机械性能和热稳定性,被广泛应用于电池、传感器、储能材料等领域。
5. 纳米陶瓷材料:包括纳米氧化铝、纳米氮化硅等,具有高硬度、高耐磨性和热稳定性,广泛应用于耐磨材料、催化剂、陶瓷材料等领域。
6. 纳米荧光材料:具有较高的荧光效率和稳定性,被广泛应用于生物成像、荧光传感、显示技术等领域。
7. 纳米生物材料:包括纳米生物酶、纳米生物球等,具有良好的生物相容性和生物活性,可以应用于生物医学、药物传递、
组织工程等领域。
纳米材料的应用范围广泛,涵盖了电子、光电、催化、医药、能源、环境等多个领域。
纳米材料的研究和应用将对人类的生产生活产生深远的影响,为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。
纳米材料名词解释

纳米材料是指原子或分子尺寸的材料,尺寸介于1至100纳米之间,它们具有非常独特的物理和化学特性,这些特性使它们在各种领域的应用十分广泛。
纳米材料可以分为金属纳米材料,非金属纳米材料和纳米复合材料。
金属纳米材料是指粒径大小为几纳米到几十纳米的金属粒子,这些金属纳米粒子具有独特的光学、电学和磁学特性,在电子、光学传感器、电化学反应器和磁性储存器等方面具有重要的应用前景。
非金属纳米材料是指粒径小于100纳米的非金属粒子,包括纳米膜、纳米纤维、碳纳米管、碳纳米棒、金属氧化物纳米粒子等,它们具有非常独特的光学、电学和机械性能,在新型电子器件、新型能源材料、生物传感器和环境污染控制等方面都有重要的应用。
纳米复合材料是指将金属纳米材料和非金属纳米材料组合制成的新型材料,其具有良好的力学性能、电学性能、热学性能和光学性能等特点,可用于制备新型磁性储存器、生物传感器、新型电子器件等。
总之,纳米材料是原子或分子尺寸的材料,它们具有独特的物理和化学特性,可分为金属纳米材料、非金属纳米材料和纳米复合材料,在电子、光学传感器、电化学反应器、磁性储存器、新型电子器件、新型能源材料、生物传感器和环境污染控制等方面都有重要的应用前景。
纳米材料有哪些

纳米材料有哪些纳米材料是指至少有一个尺寸在1-100纳米之间的材料,这些材料具有独特的物理、化学和生物学特性,广泛应用于材料科学、生物医学、能源和环境等领域。
纳米材料的种类繁多,下面将介绍一些常见的纳米材料及其应用。
一、纳米碳材料。
1. 石墨烯。
石墨烯是由碳原子构成的二维晶格结构,具有优异的导电性、热导性和机械性能,被广泛应用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
2. 碳纳米管。
碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的纳米管状结构,具有优异的力学性能和导电性能,被应用于纳米电子学、纳米材料增强等领域。
3. 纳米金刚石。
纳米金刚石是由碳原子构成的立方晶格结构,具有硬度大、导热性好等特点,被广泛应用于涂层材料、生物医学材料等领域。
二、纳米金属材料。
1. 纳米银。
纳米银具有优异的抗菌性能,被广泛应用于医疗器械、纺织品等领域。
2. 纳米金。
纳米金具有优异的光学性能和催化性能,被应用于光电器件、催化剂等领域。
3. 纳米铜。
纳米铜具有优异的导电性能和力学性能,被广泛应用于电子器件、导电材料等领域。
三、纳米氧化物材料。
1. 纳米二氧化硅。
纳米二氧化硅具有优异的光学性能和表面活性,被广泛应用于光学涂料、生物医学材料等领域。
2. 纳米氧化铝。
纳米氧化铝具有优异的耐磨性和热稳定性,被应用于陶瓷材料、涂料材料等领域。
3. 纳米氧化铁。
纳米氧化铁具有优异的磁性能和生物相容性,被广泛应用于磁性材料、生物医学材料等领域。
四、纳米复合材料。
1. 纳米聚合物复合材料。
纳米聚合物复合材料是将纳米材料与聚合物基体复合而成的材料,具有优异的力学性能和导电性能,被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
2. 纳米陶瓷复合材料。
纳米陶瓷复合材料是将纳米材料与陶瓷基体复合而成的材料,具有优异的耐磨性和耐高温性能,被应用于机械制造、航空航天等领域。
以上就是关于纳米材料的介绍,纳米材料的种类繁多,每一种纳米材料都具有独特的特性和应用价值,随着科学技术的不断发展,相信纳米材料在未来会有更广阔的应用前景。
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02
纳米材料的制备方法
物理法
机械研磨法
通过高能球磨或振动磨的方式, 将大块材料破碎成纳米级尺寸。 这种方法简单易行,但制备的纳
米材料纯度较低。
激光脉冲法
利用高能激光脉冲在极短时间内 将材料加热至熔化或气化,然后 迅速冷却形成纳米颗粒。该方法 制备的纳米材料粒径小且均匀,
但设备成本高昂。
电子束蒸发法
磁损耗
在交变磁场中,纳米材料的磁损耗远高于宏观材料,这与其界面和 表面效应有关。
磁电阻效应
某些纳米材料表现出显著的磁电阻效应,如巨磁电阻和自旋阀效应 。这些效应可用于磁电阻传感器和磁随机存储器等领域。
04
纳米材料的应用实例
纳米材料在能源领域的应用
太阳能电池
利用纳米结构提高光电转 换效率,降低成本。
纳米材料的环保问题
纳米材料在环境中的持久性
一些纳米材料可能在环境中长时间存在,不易降解,可能造成长期的环境污染。
纳米材料的环境释放途径
生产和使用纳米材料过程中,可能通过废水、废气等途径将纳米颗粒释放到环境中。
纳米材料对生态系统的潜在影响
纳米材料可能通过食物链进入生物体,影响生物的生理功能和生态平衡。
解决纳米材料安全与环保问题的策略与建议
加强纳米材料的环境和健康影响 研究
深入研究纳米材料的环境行为和健康影响 ,为制定有效的管理措施提供科学依据。
制定严格的法规和标准
制定针对纳米材料的生产和使用的法规和 标准,限制其对环境和健康的潜在风险。
发展绿色合成方法和应用技术
提高公众意识和参与度
开发环保友好的纳米材料合成方法和应用 技术,减少纳米材料的环境释放。
生物合成法
利用微生物(如细菌)合成有机或无机纳米材料。该方法制 备的纳米材料具有生物相容性和生物活性,在生物医学领域 有广泛应用前景。
什么是纳米材料

什么是纳米材料纳米材料是一种具有纳米级尺寸(一纳米等于十亿分之一米)的材料。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物性质,与传统材料相比,纳米材料具有更大的比表面积、更高的表面能、更狭小的晶界、更高的强度和硬度等特点。
纳米材料可以分为无机纳米材料和有机纳米材料两大类。
无机纳米材料包括金属纳米粒子、氧化物纳米颗粒、纳米线和纳米管等;有机纳米材料包括聚合物纳米颗粒、纳米胶体和纳米复合材料等。
纳米材料的制备方法多种多样,常见的方法有溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、物理气相沉积法和机械合成法等。
这些方法能够控制纳米材料的尺寸、形貌和组分,从而调控纳米材料的性能。
纳米材料具有许多独特的性质和应用潜力。
首先,纳米材料具有巨大的比表面积,使其具有优异的催化活性和吸附性能,广泛应用于催化剂、传感器和分离材料等领域。
其次,纳米材料具有独特的光电性质,可用于太阳能电池、发光二极管和光学传感器等。
此外,纳米材料还具有较高的强度和硬度,可应用于高性能结构材料和涂层材料等。
纳米材料的应用领域非常广泛。
在医学领域,纳米材料可用于肿瘤治疗、病毒检测和药物输送等。
在环境领域,纳米材料可用于水处理、大气污染控制和土壤修复等。
在能源领域,纳米材料可用于太阳能电池、燃料电池和储能材料等。
此外,纳米材料还可应用于电子器件、信息存储和纺织材料等领域。
然而,纳米材料也存在一些挑战和风险。
首先,纳米材料的制备和控制仍然存在技术难题,制备成本较高。
其次,纳米颗粒的生物安全性和环境影响尚不明确。
由于其具有较高的表面能和较小的大小,纳米颗粒可能对生物体和环境产生不良影响。
总而言之,纳米材料是一种具有特殊性质和广泛应用潜力的材料。
随着纳米技术的不断发展,纳米材料将在各个领域发挥重要作用,并为科学研究和技术创新带来新的机会和挑战。
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1、纳米材料的物理性能:纳米材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。
纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在纳米量级(1~100nm)的固态材料。
由于极细的晶粒,大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,纳米材料与同组成的微米晶体(体相)材料相比,在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能,因而成为材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。
纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别,突出地表现在小尺寸颗粒和庞大的体积百分数的界面,界面原子排列和键的组态的较大无规则性。
这就使纳米材料的光学性质出现了一些不同于常规材料的新现象。
纳米材料的光学性质研究之一为其线性光学性质。
纳米材料的红外吸收研究是近年来比较活跃的领域,主要集中在纳米氧化物、氮化物和纳米半导体材料上,如纳米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均观察到了异常红外振动吸收,纳米晶粒构成的Si膜的红外吸收中观察到了红外吸收带随沉积温度增加出现频移的现象,非晶纳米氮化硅中观察到了频移和吸收带的宽化且红外吸收强度强烈地依赖于退火温度等现象。
对于以上现象的解释基于纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、晶场效应、尺寸分布效应和界面效应。
目前,纳米材料拉曼光谱的研究也日益引起研究者的关注。
半导体硅是一种间接带隙半导体材料,在通常情况下,发光效率很弱,但当硅晶粒尺寸减小到5nm或更小时,其能带结构发生了变化,带边向高能态迁移,观察到了很强的可见光发射。
研究纳米晶Ge的光致发光时,发现当Ge晶体的尺寸减小到4nm以下时,即可产生很强的可见光发射,并认为纳料晶的结构与金刚石结构的Ge 不同,这些Ge纳米晶可能具有直接光跃迁的性质。
Y.Masumato发现掺CuCl纳米晶体的NaCl在高密度激光下能产生双激子发光,并导致激光的产生,其光学增益比CuCl 大晶体高得多。
不断的研究发现另外一些材料,例如Cds、CuCl、ZnO、SnO2、Bi2O3、Al2O3、TiO2、SnO2、Fe2O3、CaS、CaSO4等,当它们的晶粒尺寸减小到纳米量级时,也同样观察到常规材料中根本没有的发光观象。
纳米材料的特有发光现象的研究目前正处在开始阶段,综观研究情况,对纳米材料发光现象的解释主要基于电子跃迁的选择定则,量子限域效应,缺陷能级和杂质能级等方面。
纳米材料光学性质研究的另一个方面为非线性光学效应。
纳米材料由于自身的特性,光激发引发的吸收变化一般可分为两大部分:由光激发引起的自由电子-空穴对所产生的快速非线性部分;受陷阱作用的载流子的慢非线性过程。
其中研究最深入的为CdS纳米微粒。
由于能带结构的变化,纳米晶体中载流子的迁移、跃迁和复合过程均呈现与常规材料不同的规律,因而其具有不同的非线性光学效应。
纳米材料非线性光学效应可分为共振光学非线性效应和非共振非线性光学效应。
非共振非线性光学效应是指用高于纳米材料的光吸收边的光照射样品后导致的非线性效应。
共振光学非线性效应是指用波长低于共振吸收区的光照射样品而导致的光学非线性效应,其来源于电子在不同电子能级的分布而引起电子结构的非线性,电子结构的非线性使纳米材料的非线性响应显著增大。
目前,主要采用Z-扫找(Z-SCAN)和DFWM技术来测量纳米材料的光学非线性。
此外,纳米晶体材料的光伏特性和磁场作用下的发光效应也是纳米材料光学性质研究的热点。
通过以上两种性质的研究,可以获得其他光谱手段无法得到的一些信息。
纳米是英文namometer的译音,是一个物理学上的度量单位,1纳米是1米的十亿分之一;相当于45个原子排列起来的长度。
通俗一点说,相当于万分之一头发丝粗细。
就象毫米、微米一样,纳米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超精细颗粒构成的材料的总称。
由于纳米尺寸的物质具有突出的表面效应、小尺寸效应和量子限域效应,纳米是一个尺度概念,并没有物理内涵。
当物质到纳米尺度以后,大约是在1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能,因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。
这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的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。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。
第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。
磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。
80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
2纳米材料的性能与应用一、纳米与纳米科技的基本概念“纳米”是英文namometer的译名。
另一种说法“纳米”一词源自于拉丁文“NANO”,意思是“矮小”。
纳米是一个度量单位,是一个长度单位。
纳米材料构筑的物质,是看不到,摸不着的微细物质。
1纳米,即1nm=10-9m,也就是十亿分之一米,约相当45个原子串在一起的长度,或者说,1个纳米大体上相当于4个原子的直径。
如果将1m与1nm相比,就相当于地球与一个玻璃弹球大小相比。
人的一根头发直径约为80μm(微米),即80000nm,如果一个汉字写入尺寸为10nm,那么在一根头发丝的直径上就可写入8000字,相当于一篇较长的科技论文容量。
所谓纳米科技是以1~100nm尺度的物质或结构为研究对象的一门新兴学科,就是指通过一定的微细加工方式,按人的意志直接操纵原子、分子或原子团、分子团,使其重新排列组合,形成新的具有纳米尺度的物质或结构,研究其特性,并由此制造新功能的器件、机器以及其它各方面应用的科学与技术。
可见,纳米科技的首要任务就是要通过各种手段,如微细加工技术和扫描探针技术等来制备纳米材料或具有纳米尺度的结构;其次借助许多先进的观察测量技术与仪器来研究所制备纳米材料或纳米尺度结构的各种特性,最后根据其特殊的性质进行有关的应用。
所以,从一定程度上讲,纳米材料、纳米加工制造技术以及纳米测量表征技术构成为纳米科技发展的三个非常重要的支撑技术。
纳米科技开发领域,主要有:纳米体系物理学、纳米体系化学、纳米材料学、纳米电子学、纳米光子学、纳米机械学、纳米加工制造学、纳米表征测量学及纳米医学,等等。
二、纳米科技发展的十年追求新鲜和进步是人类文明的动力。
纳米科技形成独立学科领域是在20世纪90年代,1990年在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科技会议(Nano I),成立了常设机构——顾问委员会,中国是成员之一。
该委员会将纳米科技的研究范围分为6个部分。
纳米学科分类纳米电子学纳米物理纳米化学纳米生物学纳米机械纳米测量1993年8月在莫斯科召开了第二届国际纳米科技会议(Nano Ⅱ)1996年在北京召开了第四届国际纳米科技会议(Nano Ⅳ)。
2000年在德国举行了第六届国际纳米科技会议(Nano Ⅵ)。
三、“纳米热”纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学,因为它是微电子学发展的下一代。
现今发达国家的主导工业已是以微电子为基础的电子工业,不再是钢铁、材料、能源、化工、交通。
目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研究、开发进行大量的投入,试图抢占21世纪战略技术的制高点。
2000年1月,美国克林顿总统在加州理工学院演讲时说:“我们将在原子和分子水平操纵物质。
想象一下这样的可能性:材料具有10倍于钢的强度,而重量只有钢的六分之一;把国会图书馆的所有信息压缩进入一个只有一块方糖大小的器件;在肿瘤只有几个细胞大小时就能检测出来” 。
2001年1月18日。
中国成立了中国纳米科技指导协调委员会,制订发展中国纳米科技的计划。
目前国家已初步规划在北京、上海成立北、南两个研发中心(纳米科技创新基地)。
当前我国纳米科技发展的主要任务是:①加强纳米科技前沿的基础研究和基础性工作;②突破一批纳米科技发展共性关键技术;③开拓纳米材料和器件的应用,培育相关产业;④建设国家纳米科技基础设施和研究开发基地;⑤建设高素质的纳米科技骨干队伍。
德国国家科学技术部于1996年对2010年纳米技术的市场做了预测,估计能达到14400亿美元。
四、纳米技术的应用(一) 纳米材料1. 纳米材料与纳米结构的定义广义地说,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1~100mm)或由他们作为基本单元构成的材料。
纳米结构是指由纳米尺度的基本单元按照一定的规律构建或组装成的一维、二维或三维体系。
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。
2. 纳米材料的特性(1)表面与界面效应这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时,微粒包含4000个原子,表面原子占40%;粒子直径为1纳米时,微粒包含有30个原子,表面原子占99%。
主要原因就在于直径减少,表面原子数量增多。
再例如,粒子直径为10纳米和5纳米时,比表面积分别为90米2/克和180米2/克。
如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象,如金属纳米粒子在空中会燃烧,无机纳米粒子会吸附气体等等。
(2)小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长,传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,它的周期性边界被破坏,从而使其声、光、电、磁,热力学等性能呈现出“新奇”的现象。
例如,铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电;绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。
再譬如,高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。
利用这些特性,可以高效率地将太阳能转变为热能、电能,此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。
(3)量子尺寸效应当粒子的尺寸达到纳米量级时,费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。
当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时,会出现纳米材料的量子效应,从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。
例如,有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强,在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子,水就会变得完全不透明。
(4)宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应,它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化,这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。
3. 纳米材料的应用纳米材料的诸多优异性,可能在光电器件、灵敏传感器、隐身技术、催化、信息储存等广泛的领域得到应用。