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1、,,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,‹#›,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,,,,纳米材料及其应用,邱庙春 张荣荣,目录,,,什么是纳米材料,1,,,纳米材料的特性,2,,,纳米材料的应用,4,,,纳米材料的发展,3,1.,什么是纳米材料,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,(1-100nm),或由它们作为,基本单元,构成的材料，这大约相当于,10~100,个,原子,紧密排列在一起的尺度。,,从尺寸大小来说，通常产生物理,化学性质,显著变化的细小微粒的尺寸在０,.,１微米以下，即１００纳米以下。因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微
2、粒材料，也是一种,纳米,材料。,,,,,,,,,,纳米,粉末,纳米,纤维,纳米,膜,纳米,块,,纳米粉末： 又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在,100,纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。,纳米铁粉,纳米铜粉,纳米铝粉,纳米纤维： 指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。,二氧化钛纳米纤维的,电子显微镜照片,Ultra-Web,纳米纤维电镜照片,纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。,纳米块： 是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料,2.,纳米材
3、料的特性,,表面效应,体积效应,量子尺寸效应,纳米材料,表面效应,：,,从图中可以看出，粒径在,10nm,以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到,1nm,时，表面原子数比例达到约,90%,以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。,,,体积效应,由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子。随着纳米粒子的直径减小，能级间隔
4、增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。,,量子尺寸效应,当粒子尺寸下降到某一数值时，,费米能级,附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。,纳米技术的发展,,,,,,,,,,,,,,,,,第一阶段,第二阶段,第三阶段,第四阶段,第五阶段,,,,,,,,,2,,,,,,,,,,,,3,,,,,,,,,,,1,第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在,100,个以下的纳米结构物质。这需要使用计算机设计／制造技术和现有工厂的设备和超精密电子装
5、置。这个阶段的市场规模约为,5,亿美元。,第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段，纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制取的有机纳米材料，其强度将达到无机单晶材料的,3000,倍。该阶段的市场规模在,50,亿至,200,亿美元之间。,在第三个阶段，大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要求有高级的计算机设计／制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达,100,亿至,1000,亿美元。,,,,,,,,,5,,,,,,,,,,,,4,纳米计算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场规模将达到,2000,亿至,1,万亿美元,在第
6、五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置，市场规模将高达,6,万亿美元。,4.,纳米材料的应用,纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上,陶瓷领域,微电子领域,——,纳米电子学,,纳米技术与医学,研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。这样，在不久的将来，被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解，从而将使医学研究发生一次革命。,视频,结束语,纳米科技由于其无可挑剔的优越性，已成为世界各国研究的热点。其应用已渗透到人类生活和生产的各个领域，促使许多传统产业得到改进。,但是纳米技术在发展的同时，也带来许多潜在的危害，比如环境以及健康方面的问题。总之，科学技术是一把双刃剑，如何利用纳米技术为人类服务，是未来科学研究的主题。,
纳米材料及其应用2010
