纳米材料和纳米结构的性能与应用基础
纳米科技与材料纳米材料的特性与应用
纳米科技与材料纳米材料的特性与应用纳米科技与材料：纳米材料的特性与应用纳米科技是指在纳米尺度下研究和应用材料，其中纳米材料是纳米科技的核心之一。
纳米材料具有特殊的结构和属性，因此在各个领域都具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨纳米材料的特性及其应用领域。
一、纳米材料的特性纳米材料具有以下几个主要特性：1. 尺寸效应：当材料的尺寸缩小到纳米级别时，其性能表现会与宏观尺寸的材料有显著差异。
例如，纳米材料的比表面积相对更大，导致更多的原子或分子暴露在表面上，因此纳米材料具有更高的反应活性。
2. 量子效应：在纳米尺度下，由于粒子的量子行为显著影响了材料的电、磁、光等性能，从而产生新的特性。
例如，纳米材料的电导率、光学性质和磁性可能与宏观尺寸材料截然不同。
3. 界面效应：界面是纳米材料中不可忽视的因素之一。
纳米材料的界面与周围环境之间的相互作用对其性能具有重要影响。
界面性质的调控可以改变纳米材料的导电性、磁性和光学性能等。
4. 热力学效应：纳米材料由于其特殊的表面性质，可能造成不稳定的热力学状态，导致一系列与热力学平衡相关的现象发生，如相变温度的变化、熔点降低等。
二、纳米材料的应用领域1. 电子领域：纳米材料在电子器件中的应用正日益重要。
例如，纳米颗粒可以用于制备高效的太阳能电池；纳米线可以用于制作柔性电子器件；纳米薄膜能够改善电子器件的导电性能。
2. 光学领域：纳米材料具有特殊的光学性质，广泛应用于光学器件制备和光学传感器等领域。
例如，纳米粒子的表面等离子共振效应使其具有优异的荧光性能，可用于生物分析和生物成像。
3. 医学领域：纳米材料在医学领域有着广泛的应用前景。
纳米载体可以用于药物的传输和靶向给药；纳米生物传感器能够检测和监测生物分子；纳米材料也可以用于修复组织和组织工程等。
4. 能源领域：纳米材料在能源转换和储存领域有着重要应用。
纳米材料的高比表面积、导电性和导热性能使其成为高效能源器件的理想选择。
微电子器件中的纳米技术与纳米材料应用
微电子器件中的纳米技术与纳米材料应用近年来，随着科学技术的不断进步和微电子行业的蓬勃发展，人们对于纳米技术与纳米材料在微电子器件中的应用越来越感兴趣。
纳米技术及纳米材料的应用不仅可以提升器件的性能和功能，还能够带来更多的创新和发展机会。
本文将从纳米技术的概念和特点以及纳米材料的类型和应用等方面进行论述，以期为读者提供一些基本的了解和思考。
一、纳米技术的概念和特点纳米技术，顾名思义，是指在纳米尺度上进行物质的控制、调控和制备的一种技术。
纳米尺度一般指的是在1到100纳米的范围内。
相较于传统的微观技术，纳米技术具有以下几个显著特点：1.1 尺度效应：纳米尺度下的物质表现出了与宏观物质不同的特性。
由于尺度效应的存在，纳米材料可以表现出更大的比表面积、更高的化学活性和更好的物理性能，从而在微电子器件中发挥重要作用。
1.2 量子效应：由于尺度的减小，纳米材料的电子结构发生了改变，显示出量子效应。
量子效应使得纳米材料具备了可调控的电输运性能，这对于微电子器件的性能优化和功能设计具有巨大的潜力。
1.3 表面效应：纳米材料的比表面积很大，其表面原子、分子和离子的相互作用对材料的性质以及在微电子器件中的应用产生重要影响。
纳米技术通过对纳米材料表面的精确控制，能够实现对材料特性和器件功能的精准调控。
二、纳米材料的类型和应用纳米材料种类繁多，其中包括纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
这些纳米材料不仅具备了传统材料的特性，还蕴含着许多独特的性能和潜能。
以下将分别介绍几种常见的纳米材料及其在微电子器件中的应用情况。
2.1 纳米颗粒：纳米颗粒是一种尺寸在纳米量级的颗粒状材料，具有较高的比表面积和特殊的光电性能。
在微电子器件中，纳米颗粒可用于制备高分辨率显示屏和光电传感器等，其良好的光电特性使得器件具备更高的亮度和响应速度。
2.2 纳米线：纳米线是一种细长且尺寸在纳米级别的线性材料。
由于其特殊的结构和量子效应，纳米线在微电子器件的场效应晶体管（FET）和太阳能电池等领域有着广泛的应用。
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
无机纳米材料的结构和性质及其应用
无机纳米材料的结构和性质及其应用无机纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的无机物质，具有与宏观材料不同的结构和性质。
它们的小尺寸和高特异表面积使它们具有良好的化学、物理、光学、热学、电学和磁学性质。
这些性质使得无机纳米材料在催化、电池、传感、生物医学、纳米电子学、纳米机械学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍无机纳米材料的结构和性质，以及它们的应用前景。
一、无机纳米材料的结构无机纳米材料的结构可以分为两大类：一是晶格结构，即晶体结构的缩小版；二是非晶态结构，即没有规则有序排列的结构。
其中，晶体结构的纳米材料包括单晶纳米粒子和多晶纳米颗粒，它们是由原子或分子按照一定的空间排列方式组织起来的。
而非晶态结构的纳米材料具有类似于液体或气体状态的无序排列，如玻璃、纤维等。
晶格结构的无机纳米材料主要有四种类型：1）球形纳米粒子，2）棒状纳米颗粒，3）二维或三维纳米结构，常见的有纳米线、纳米管和多孔纳米结构，4）纳米晶体。
这些结构通过物理或化学方法可以制备出来，例如化学合成法、物理气相沉积法、熔融法、溶胶凝胶法等等。
非晶态结构的无机纳米材料主要有以下几种形态：1）无定形纳米材料（如非晶态SiO2）；2）非晶态金属玻璃；3）纳米多晶体结构（如纳米金和镍等）；4）非晶态或化学弱有序状态的铁磁材料。
这些结构通常采用熔融法、溶胶凝胶法和物理气相沉积法等制备。
二、无机纳米材料的性质无机纳米材料由于其小尺寸和高表面积/体积比，具有许多特殊的性质，其性质与普通材料有很大差异，主要有以下几点：1）量子效应。
纳米材料的电子与原子核之间的距离与纳米尺寸和粒径有关。
粒径小到一定程度，纳米材料的这些特性与量子力学联系紧密，表现出典型的量子效应，如发光效应、电子隧穿效应等。
2）表面效应。
由于其高表面积/体积比，纳米材料表面原子向外露出，而且表面结构与内部结构不同，导致表面具有很高的能量和活性。
这些表面效应使得纳米材料具有较强的催化、吸附和反应活性。
纳米技术及应用资料
纳米技术及应用资料纳米技术是一门研究和应用纳米尺度范围内的材料、器件和系统的科学与技术。
纳米尺度在1纳米到100纳米之间，纳米技术主要关注和操纵材料的纳米结构和性质，以实现对材料特性、性能和功能的精确控制和改进。
纳米技术的应用非常广泛，涵盖了各个领域。
以下是纳米技术的一些主要应用领域：1. 电子学和电子器件：纳米技术在电子学领域的应用极为重要，例如微电子器件、纳米电子结构等。
纳米技术可以提高电子器件的性能和功能，使得电子设备更小、更快速、更节能。
2. 材料科学：纳米技术可以用来制备和改进各种材料，包括金属、陶瓷、聚合物等。
纳米结构的材料具有特殊的物理、化学和生物性能，可以应用于传感器、催化剂、纳米粒子药物等领域。
3. 药物传递和医学诊断：纳米技术在药物传递和医学诊断领域有广泛的应用。
纳米粒子可以作为药物载体，通过调控纳米粒子的形状、大小、表面性质等，实现药物的快速、定向、可控释放，提高药物的疗效和减少副作用。
此外，纳米技术还可以用于制备和改进医学影像技术，如纳米探针、纳米共振探针等。
4. 能源和环境：纳米技术在能源和环境领域有着广泛的应用。
通过纳米技术可以制备高效的光电材料、催化剂等，用于太阳能电池、燃料电池、水处理等。
此外，纳米技术还可以应用于空气和水污染的治理，例如纳米材料的吸附和催化等作用可以有效地去除有害气体和污染物。
5. 纳米生物技术：纳米技术在生物领域的应用被称为纳米生物技术。
纳米生物技术可以用于生物传感、分子诊断、生物成像、基因治疗等。
通过纳米技术可以制备纳米生物传感器、纳米探针等，实现对生物分子和细胞的高灵敏、高选择性的检测和干预。
纳米技术的应用给人类带来了很多益处，但也存在一些挑战和问题需要解决。
例如，纳米材料对环境和生物体的安全性需要评估和监控；纳米器件的制备和集成技术仍然面临着一些技术难题；纳米尺度下的物理和化学现象仍然不完全理解等。
总之，纳米技术是一门前沿的科学和技术，其应用潜力巨大。
纳米材料的性质和应用
纳米材料的性质和应用在当今的科技发展中，纳米材料起到了越来越重要的作用。
纳米材料指的是尺寸在1-100纳米之间的材料，由于其独特的物理、化学、生物性质，纳米材料已经成为材料科学领域中的研究热点，并在多个领域展现了广泛的应用前景。
本文将会介绍纳米材料的性质和应用。
一、纳米材料的性质1.1 尺寸效应与大尺寸的材料相比，纳米材料拥有独特的尺寸效应。
在纳米材料中，相对于大尺寸材料，电量子尺寸效应、表面效应以及量子点效应等加强，这使得纳米材料在电子与光学等性能方面呈现出独特且出色的表现。
1.2 比表面积相同质量的纳米材料，其比表面积远大于大尺寸材料。
这是因为纳米材料的表面积与体积比远大于大尺寸材料，这种高比表面积使得纳米材料在吸附、反应、催化等方面具有更高的活性，具备更强的活性表面。
1.3 催化性质纳米材料由于具有较高的比表面积和尺寸大小效应，因而在催化反应中展现出了优异的催化性质。
纳米金属催化剂普遍具有较高的活性和选择性，可被应用于氧化还原反应、氢化反应等多个领域。
1.4 原子结构微观结构上，纳米材料由于晶粒尺寸小于传统材料晶体中晶粒尺寸的平均距离，因而在晶体结构和晶格纵横比等方面也表现出与大尺寸材料显著不同的情况。
二、纳米材料的应用2.1 纳米材料在催化领域的应用纳米材料因其独特的催化性质，在催化领域中展现了广泛的应用前景。
例如，氧化铁纳米颗粒是市场应用较广泛的催化剂之一。
鉴于纳米铁颗粒活性高，对有机物的还原作用也得到了广泛应用。
此外，纳米催化剂在车用领域中得到广泛应用，节约了能源。
2.2 纳米材料在生物医学中的应用纳米材料的性质控制能力、可定制性将其应用范围扩大到医学领域。
由于纳米材料具有高比表面积，可改善材料与细胞之间的接触面积和其它物理-化学相互作用。
其在生物医学中的应用包括：基因治疗、肿瘤治疗、药物输送和生物成像等。
2.3 纳米材料在能源领域的应用纳米材料也被广泛应用于能源领域，例如纳米结构材料的光电特性，可以用于太阳能电池，而纳米材料也可用于如锂离子电池等的电储能设备中。
纳米材料的基本概念与性质
纳米材料的基本概念与性质纳米材料是指在尺寸范围为纳米级别的材料，即其尺寸在1到100纳米之间。
相对于常规材料，纳米材料具有特殊的性质和特点，这主要源于其尺寸效应、表面效应和量子效应等纳米尺度效应的影响。
下面将详细介绍纳米材料的基本概念和性质。
首先，纳米材料具有尺寸效应。
当材料的尺寸处于纳米级别时，与常规材料相比，纳米材料的许多物理、化学和力学性质都会有显著改变。
例如，金属纳米颗粒的熔点和磁性会发生变化，纳米薄膜表面的扩散速率会增大，高填充纳米孔隙材料的机械强度也会增加。
这些尺寸效应的改变使得纳米材料在电子、光学、催化等领域具有广泛的应用潜力。
其次，纳米材料表面效应对其性质也产生了重要影响。
相对于体积物质，纳米材料拥有更大的表面积，这意味着纳米颗粒或纳米薄膜的许多原子都处于表面状态。
表面效应的存在改变了纳米材料的电子结构、晶粒尺寸和化学反应活性等性质。
由于表面活性的提高，纳米材料能更好地催化反应、吸附和储存气体、改善电池材料性能等。
另外，量子效应也是纳米材料的重要特点之一、当纳米材料的尺寸缩小到纳米级别时，其原子和分子的量子效应开始显现。
量子效应使得纳米材料的光学、电子和磁性能等性质有显著变化。
例如，纳米发光材料的荧光强度和波长会受到量子尺寸限制的影响，纳米晶体管中的载流子行为也会发生量子限制的变化。
因此，纳米材料的量子效应使得其在量子计算、纳米电子学和纳米光学等领域具有独特的应用优势。
除了尺寸、表面和量子效应之外，纳米材料还具有其他特殊性质。
例如，纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应可用于快速检测和分析微量物质的存在；纳米结构的多孔性使其具有大的比表面积和高的吸附能力，有利于储能、催化和环境修复等应用；一些金属纳米材料具有独特的光学性质，如银纳米颗粒的表面等离子体共振现象，可用于增强光子学器件的性能。
总之，纳米材料是在纳米尺度下制备和应用的材料，其独特的性质和特点使其在诸多领域具有广泛应用的潜力。
纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应以及其他特殊性质使其成为材料科学和工程领域中的研究热点，并在电子、光学、催化、生物医学和环境等领域得到广泛应用。
纳米技术的基础知识
纳米技术的基础知识纳米技术概述纳米技术是一种以纳米尺度为特征的科学、技术和工程领域。
纳米技术涉及到处理和制造材料、设备和系统，其尺寸通常在1到100纳米之间。
在纳米尺度上，物质的性质和行为与宏观尺度上有着显著的不同，这使得纳米技术成为许多领域的研究热点和创新方向。
追溯纳米技术的起源，可以回溯到20世纪80年代。
然而，纳米技术的进一步发展和应用则是在1990年代末和21世纪初被广泛认识和关注的。
纳米技术的应用领域包括材料科学、生物医学、电子学、能源、化学和环境等，对于科学研究、技术革新和产业发展都具有重要意义。
纳米技术的基本原理是通过控制和操纵材料的结构和性质，实现对其性能和功能的改善和提升。
在纳米尺度下，物质的性质会发生显著的变化，例如导电性、光学性质、磁性等都会发生变化。
通过利用纳米技术，可以制备出具有特殊性能和功能的纳米材料、纳米器件和纳米结构，从而推动科学研究和工程应用的进步。
纳米材料与纳米结构纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和性能的材料。
纳米材料可以是纳米颗粒、纳米晶体、纳米管、纳米线、纳米薄膜等。
纳米材料的尺寸通常在1到100纳米之间，具有高比表面积、强化的力学性能、改变的光学和电磁性质等特点。
纳米材料广泛应用于材料科学、电子学、能源学、生物医学等领域。
纳米结构是指在纳米尺度下具有特殊结构和形态的材料。
纳米结构可以是纳米线阵列、纳米孔洞、纳米孪晶、纳米层状结构等。
纳米结构的形成受到物理、化学和生物因素的影响，具有与尺寸相似的特殊性质和应用潜力。
纳米结构在材料科学、化学和生物医学等领域显示出了独特的优势和应用前景。
纳米技术的制备方法纳米技术的制备方法包括自下而上和自上而下两种主要方法。
自下而上的制备方法是通过原子、分子或聚合物等基本单元的自组装或聚集，逐步构建出纳米材料和纳米结构。
自下而上的方法包括溶液法、气相法、凝胶法、磁控溅射等。
这些方法能够实现针对性地合成具有特定性质和功能的纳米材料和结构。
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3、通过优化微观结构，大幅度提高金属纳米材料的综合力学性能、电学性能和结构稳定性。重点研究和解决纳米金属材料的韧性、结构热稳定性和导电性，探索其在工程材料性能升级及表面性能优化等方面的实际应用，发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。
4、纳米异质结构和二元/赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制。具有一维准有序结构的纳米材料和纳米芯壳结构的设计与合成。
5、纳米管/纳米线阵列的定位生长与定向生长。通过微纳米光刻技术制备金属催化剂图型，利用CVD方法和外场控制，在衬底上的确定位置生长纳米管/纳米线的阵列的技术。
6、发展与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。研究纳米管/纳米线的合成条件(如温度、衬底、催化材料等)与器件工艺的兼容性。
五年发表500篇SCI收录的论文，申请国专利25项，国外专利10项，出版1至2本专著；获国家奖1-2项。
通过本项目的执行，培养和造就一批高层次的研究人才，形成几个在相关领域中有国际影响的研究群体。
2．项目五年预期目标
1、探索纳米材料和纳米结构新体系制备科学和新合成方法，分析纳米材料形成阶段的动力学过程，对材料的形成机理进行深入研究，认识纳米材料平衡态及非平衡态物相形成的热力学性质，优化纳米材料合成与生长的工艺条件，完善控制合成方法，获得无机纳米材料的合成与可控生长技术和知识。在相关理论指导下制备物相、形状、尺寸可控及具有特定物相或通常难以合成的纳米材料，开拓和发展拥有自主知识产权的纳米异质结构及阵列的制备技术，建立对该体系性能可调的新原理和新方法，设计合成多种纳米异质结构和阵列。
纳米体系中的尺寸效应、表面与界面、电子相干性是纳米材料与纳米结构研究中的另一基本问题。本项目拟研究纳米材料中的发光行为、电子的量子输运、纳米复合体系的磁性及其它量子相干效应、位错与界面的交互作用、纳米材料在外场中的响应，以及它们与电子、声子等元激发的基态和激发态的关系。得到经验规律，提出理论模型，实现对纳米材料与结构的性能调控，揭示纳米材料的优异性能。
在纳米材料可控制备和结构性能关系研究的基础上，探索纳米材料与纳米结构在制造业、信息技术、能源、环境、健康医疗、生物技术和国家安全等领域中的应用。本项目拟探索若干种关键的纳米材料和纳米结构，在场发射平板显示、光电器件、传感器的应用，并发展高强、高导热、高导电等实用纳米材料和纳米结构。
具体的科学问题分解为以下三个方面：
在整个项目中，以纳米材料的性能研究为主导，以纳米材料的制备为基础，探索有应用前景的纳米材料和器件。
（2）本项目的技术路线
以通过深入研究纳米材料与结构的形成机理为基础，揭示材料的结构与制备条件之间的在联系，发展出若干种重要的纳米材料与纳米结构可控合成与组装技术。以功能为牵引发展自下而上的可控制合成和自组装技术，实现从简单纳米材料和结构向具有特定功能的、多组元、复杂结构或超结构的过渡。在此基础上制备出信息业和制造业需要的关键纳米材料与纳米结构，为纳米材料的性能研究和器件应用提供基础。
（一）纳米材料合成方法探索及可控生长研究
1、系统研究纳米材料合成及可控生长的热力学和动力学过程，寻找有利的纳米材料合成与生长的工艺条件。由经验规律导出纳米尺度下影响生长过程的热力学和统计物理的规律，从理论上对热力学和动力学控制纳米材料合成生长进行诠释，发展无机纳米材料制备技术和研究其形成机理，以期实现纳米材料的可控合成与生长。
以发现材料的优异特性和潜在应用为牵引，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；以研究表面界面结构、缺陷对性能的影响为出发点，通过表面修饰、掺杂、环境变化和施加外场为手段，结合发展新的纳米尺度表征技术，揭示纳米尺度体系中的光、电、磁和力学的一些新规律、新现象和新性能。
围绕国家目标开展若干项纳米材料的应用研究。以制备和性能研究的成果为基础，在纳米结构的可控制备的基础上，实现器件前驱体、原型器件的构筑。发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术；发展相应的制备工艺和测试技术，制备出原型器件。通过金属及合金材料的结构纳米化，和发展纳米复合材料，获得具有特殊性能的新型材料。
2、探索“自下而上”制备纳米材料的新途径。以溶剂热和复合溶剂热合成为主要方法，发展γ-射线、超声、微波等外场辅助的纳米材料制备技术。
3、一维纳米材料的催化生长机理及结构控制，研究纳米催化剂的组分、尺寸、形状及外场对一维纳米材料生长的影响，制备物相、形状、尺寸可控的一维纳米线、管、带、线圈、空心球和其它纳米结构。
（一）纳米材料和纳米结构的生长动力学及可控生长
1、纳米材料的物相、结构和形状的可控生长及机理
2、纳米超结构(核壳、异质、同质异性结构、有序阵列等)的设计与合成
3、金属材料结构纳米化的动力学过程
4、纳米氮化物和碳化物材料的可控制备和应用探索
5、与标准的半导体制备环境相兼容的纳米管/纳米线制备技术
（二）纳米材料和纳米结构中的结构－性能关系的新规律及其演化
本项目以上一个973项目“纳米材料与纳米结构”的五年研究成果、技术积累为基础，以国家的重大需求为牵引，集中研究有重要应用或重大科学价值的纳米材料与纳米结构。坚持实验和理论并举、基础研究和应用研究并重，针对纳米体系的无限周期结构的缺损、原子或分子数有限和电子态的量子涨落、电子间相互作用等特点，发展与纳米体系相应的实验方法和理论，发现纳米体系中新现象和新规律；阐明材料的结构参数与制备条件之间的在联系，实现纳米材料与纳米结构的可控制备；深入理解纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；在应用研究方面，探讨纳米材料用于器件的可能性，发展以纳米结构为工作单元的发光、平面显示和纳电子器件。发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。
（三）纳米材料和纳米结构优异性质的应用
1、一维纳米材料为基的原理型量子器件的探索
2、纳米材料在场发射器件中的应用和性能提高
3、高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构的应用探索
4、纳米复合磁性材料在磁致冷和磁传感领域中的可能应用
5、通过比表面的调控提升金属-空气电池容量、功率与寿命
本项目的主要研究容
2、开拓和发展一维纳米材料如碳纳米管可控生长的热力学和统计物理；发展多组元、多相一维半导体纳米材料可控生长的1-2种新技术，探索具有轴向超结构的一维半导体纳米材料新的制备方法。在一维纳米材料的结构、性能关系之间的尺度效应研究上，找到一些结构与物性的定量关系，提炼出普适的结构物性规律。
3、通过深入研究金属材料微观结构纳米化过程机理，发展一至两种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料。建立并完善纳米金属材料的微观结构与本征性能之间的关系，进一步深入理解纳米金属材料的结构稳定性及其控制规律，揭示纳米金属材料中的一些新规律、新现象和新性能。为纳米材料的实际应用和发展新一代性能、高稳定性金属材料奠定基础。
预计经过五年的研究，纳米材料与纳米结构的研究将为我国纳米器件和技术的发展提供关键材料和新知识，为建立纳米材料科学体系框架奠定基础。
5年发展一至二种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料；一维纳米材料可控生长的1-2种新技术；发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。
4、探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。
5、发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。
二、预期目标
1．本项目总体目标
发展出若干种具有实用价值的纳米材料与纳米结构;发展出与IT工艺相容的纳米材料的可控制合成与集成技术，为纳米材料的性能研究和纳米器件应用提供基础。以发现材料的优异特性和潜在应用为导向，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；把自下而上和自上而下两种制备纳米结构与器件的技术相结合，发展出基于纳米材料优异特性的新器件和高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构。获得一批国际水平的研究成果，使我国在纳米材料和纳米结构研究和应用总体水平保持国际先进水平。
5、研究纳米化电极的组成、结构与化学能-电能转变的关系，研究电极与电解质的兼容性及循环稳定性，提升金属-空气电池容量、功率和寿命，探索电极材料纳米化的电池中离子和电子传输的新规律。
（三）金属材料结构纳米化与综合性能研究
1、金属材料结构纳米化过程及稳定性。系统研究不同晶体结构金属材料(如FCC、BCC和HCP)在强烈塑性变形过程中微观结构纳米化动力学及结构演化过程和纳米晶粒形成机理。研究塑性变形导致最小极限尺寸晶粒的微观结构演变及变形行为。研究金属材料的晶体结构、层错能和变形条件的应变量、应变速率等参量与细化机理的相关性，揭示强烈塑性变形诱导的纳米晶粒形成机理。通过优化微观结构大幅度提高这些材料的综合力学性能和电学性能。
1、一维纳米材料中的电输运和热导行为及其器件设计、制备中的基本问题
2、纳米结构对磁熵变、居里温度及磁电阻的调控规律
3、金属及其合金纳米结构的综合力学和电学性能
4、纳米体系的热力学及纳米材料的结构演化规律及稳定性
5、纳米异质结构及阵列的表、界面结构和环境(气氛、外场)对性能的影响
6、研究电极材料与电极结构纳米化对离子、电子传输动力学的影响
项目名称：
纳米材料和纳米结构的性能与应用基础
首席科学家：
解思深 中国科学院物理研究所
起止年限：
2005.12至2010.11
依托部门：
中国科学院
一、研究容
本项目拟解决的关键科学问题是：
纳米材料和纳米结构的可控生长是纳米材料与纳米结构研究中的基本问题之一。本项目拟从研究可控生长的条件及生长动力学出发，总结基本实验规律及纳米尺度下物质和能量的输运的规律和理论模型，实现纳米材料生长中尺寸、形状、方向、位置及结构的控制。