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1、纳米材料龙驹 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1 1纳米是十亿分之一米。纳米是十亿分之一米。1nm=101nm=10-3-3m=10m=10-6-6 mm=10mm=10-9-9mm 1m10-2010-1510-1010-5101510510101025 1020W+粒子粒子微观微观介观介观宏观宏观宇观宇观山山太阳系太阳系地球地球星系团星系团星系星系原子原子原子核原子核DNA人人纳米材料也称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般
2、是指尺寸在1100纳米间的粒子。当人们将物体细分成超微颗粒后，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作为大块固体时相比将会有显著的不同。纳米材料Company Logo磁学性质磁学性质热学性质热学性质电学性质电学性质光学性质光学性质力学性质力学性质纳米材料性质在纳米级尺寸下，物质所具有的性质与它们在通常在纳米级尺寸下，物质所具有的性质与它们在通常状态下的性质大部一样。状态下的性质大部一样。超微颗粒的表面与大块物体表面不同。这些颗粒没超微颗粒的表面与大块物体表面不同。这些颗粒没有固定的相态，随着时间的变化会自动形成各种形有固定的相态，随着时间的变化会自动
3、形成各种形状（如里放八面体、十面体、二十面体结晶等），状（如里放八面体、十面体、二十面体结晶等），因此这是物质既不同于一般固体，又不同于液体，因此这是物质既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体；是一种准固体；超微细颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属超微细颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属超微颗粒会迅速氧化而燃烧；超微颗粒会迅速氧化而燃烧；具有特殊的光学性质。金属超微颗粒对光的反射率具有特殊的光学性质。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于很低，通常可低于1%；具有特殊的热学性质。固体物质在其形态为大尺寸具有特殊的热学性质。固体物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超微化后却发
4、现其熔点将显时，其熔点是固定的，超微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，纳米量级时尤为显著。例如，银的常规熔为银的常规熔为670摄氏度，而超微银颗粒的熔点可摄氏度，而超微银颗粒的熔点可低于低于100摄氏度；摄氏度；具有特殊的磁学性质。人们发现海豚、蝴蝶、蜜蜂具有特殊的磁学性质。人们发现海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微磁以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物具有回归的本领。磁性超微颗粒
5、实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底；富的水底；具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制呈的纳米陶呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制呈的纳米陶瓷却具有良好的韧性。因为纳米材料既有大的瓷却具有良好的韧性。因为纳米材料既有大的界面，界面的原子排布是相当混乱的，原子在界面，界面的原子排布是相当混乱的，原子在外力变形的条件下的延展性，使陶瓷材料具有外力变形的条件下的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之
6、所以具有很高的强度，是因为它是磷酸钙等纳米材具有很高的强度，是因为它是磷酸钙等纳米材料所构成的；料所构成的；纳米材料还具有超导性等特殊性能。纳米材料还具有超导性等特殊性能。2121世世纪纪是是高高新新技技术术的的世世纪纪，信信息息、生生物物和和新新材材料料代代表表了了高高新新技技术术发发展展的的方方向向。在在信信息息产产业业如如火火如如荼荼的的今今天天，新新材材料料领领域域有有一一项项技技术术引引起起了了世世界界各各国政府和科技界的高度关注，这就是国政府和科技界的高度关注，这就是纳米科技。纳米科技。处处于于新新材材料料科科技技前前沿沿的的纳纳米米科科技技，它它的的应应用用领领域域非非常常广广泛
7、泛。应应用用于于制制造造业业，现现在在已已经经造造出出只只有有米米粒粒大大小小且且能能开开动动的的汽汽车车、只只有有蜜蜜蜂蜂大大小小的的直直升升机机。应应用用于于生生物物医医学学，可可以以制制出出只只有有几几毫毫米米的的人人造造手手，帮助医生实施虚拟的现实手术。帮助医生实施虚拟的现实手术。有有人人预预言言，处处于于2 2l世世纪纪高高新新技技术术前前沿沿和和核核心心地地位位的的纳纳米米科科技技所所引引起起的的世世界界性性技技术术革革命命和和产产业业革革命命对对社社会会经经济济、政政治治、国国防防等等所所产产生生的的冲冲击击，将将比比以以往往的的技技术术革革命命时时代代带带来来的的影影响响更更为
8、为巨巨大大。纳纳米米科科技技将将会会掀掀起起新新一一轮轮的的技技术术浪浪潮潮，领领导导下下一一场场工工业业革革命命。人人类类将将进进入入一个新的时代一个新的时代-纳米科技时代纳米科技时代。纳纳米米新新科科技技诞诞生生才才几几十十年年，就就在在几几个个重重要要的的方方面面有有了如下的重要进展：了如下的重要进展：1 1）美美国国商商用用机机器器公公司司(IBM)两两名名科科学学家家利利用用扫扫描描隧隧道道电电子子显显微微镜镜(STM)直直接接操操作作原原子子，成成功功地地在在Ni(镍镍)基基板上，按自己的意志安排原子组合成板上，按自己的意志安排原子组合成“IBM”字样字样;1998年IBM公司用原
9、子排成的世界上最小的广告-IBM 日本科学家已成功地将硅原子堆成一个日本科学家已成功地将硅原子堆成一个“金字塔金字塔”，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将可能使美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直径能使美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直径仅为仅为0.30.3cm的硅片上的硅片上据英国科学与共同政策杂志报道，科学家们已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 1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳
10、米科技领域占有一席之地。用扫描隧道显微镜的针尖排列的汉字“原子”的大小只有0.001m(2)近年来刚刚发展起来的纳米材料出出现现许许多多传传统统材材料料不不具具备备的的奇奇异异特特性性，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：“纳纳米米陶陶瓷瓷是是解解决陶瓷脆性的战略途径。决陶瓷脆性的战略途径。”(3)作为纳米科学技术的另一个重要分支，即纳纳米米生生物物学学在
11、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，美国IBM公司首席科学家Armstrong说：“正像20世纪70年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。”著名科学家钱学森也预言：“纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命”纳米新科技将成为21世纪科学的前沿和主导科学。在医药中的应用1.医学使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并
12、在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。采用纳米大分子：“生物部件”与小分子无机物晶体结构组合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。纳米机器人生物医药材料应用 纳米粒子比红血细胞（69nm）小得多，可以在血液中自由运动
13、，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。微型纳米医学机器微型纳米医学机器这种微型纳米医学机器人这种微型纳米医学机器人是世界上第一种可以杀死是世界上第一种可以杀死癌症细胞的机器人癌症细胞的机器人【搜狐科学消息搜狐科学消息】据探据探索发现网站报道，近日来索发现网站报道，近日来自美国加州大学的科学家自美国加州大学的科学家发明了一种新式的具有强发明了一种新式的具有强大
14、灭杀能力的纳米微型医大灭杀能力的纳米微型医学机器人学机器人“纳米推进器纳米推进器”，这种机器人可以在活细，这种机器人可以在活细胞内快速的杀死癌细胞从胞内快速的杀死癌细胞从而达到治愈癌症的目的。而达到治愈癌症的目的。在军事方面的应用由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大34个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐
15、身作用美国F117隐形轰炸机在电子计算机和电子工业中的应用可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。在纺织工业中应用 在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。在化妆品中应用 纳米微粒与树脂结合用于紫外线吸收，如防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。如纳米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，
16、而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。在环境保护方面的应用u治理有害气体 纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。在污水处理中的应用在污水处理中的应用 污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质异味污染物、细菌病毒
17、等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新
18、型的纳米级净水剂具有很强的吸附能害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的的1020倍。倍。未来生活中，纳米材料的用途到纳米技术成熟的时候，我们生活中的衣物、化妆品、涂料、食品等都可能是纳米技术的产物。纳米服装纳米药品纳米涂料纳米化妆品纳米洗洁净纳米服装经纳米技术处理过的各种防止面料制成的衣服，防油、防水且透气，还有杀菌、防辐射、防霉等效果，清洗也很方便，只要在水里漂洗一下就行了，根本部需要洗涤剂。那咱们洗衣服就方便了，而且不会因为使用清洗剂而损伤衣料和造成污染。此外，在化纤布料中添加少量的纳米微
19、粒还可以克服因摩擦而引起的静电现象。纳米药品食品或药品采用纳米技术，可以大大提高人体对它们的吸收能力。如将微生物等做成纳米粉或纳米粉的悬浮液，就很容易被人体吸收。如平时不愿意吃药，那么有了纳米药品，就不用愁了，只要一点点就够了。如果把纳米药物做成膏药贴在患处，由于纳米尺寸非常小，药物就可以通过皮肤上的细胞膜直接吸收，而无需注射。纳米涂料涂料可以美化居室，但是传统材料由于耐洗刷性差，时间不长，墙壁就变得斑驳陆离。纳米技术的应用，使涂料的许多指标都大幅度提高。外墙涂料的耐洗刷性就可以由原来的一千多次提高到一万多次，寿命也延长了两倍多。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，任何粘在
20、表面上的物质，包括油污、细菌等，在光的照射下，由于纳米的催化作用，可以变成气体或很容易被擦掉的物质。纳米化妆品大气和太阳中存在着对人体有害的紫外线，而有的纳米微粒就有吸收紫外线的特征和性能。目前，由许多化妆品加入了纳米微粒而具有防紫外线的功能，它还能促进皮肤的新陈代谢。纳米洗洁净洗衣机内部残留的剩水很容易称为细菌滋生的温床，对下一次洗衣造成污染，而且用户无法自行拆卸进行清洗。利用纳米材料的性能，将防菌材料加入其中，能够抑制细菌再生，保持“净水”的状态。真正的纳米技术真正的纳米技术必须具备两个条件，二者缺必须具备两个条件，二者缺一不可：一是纳米尺寸。纳米是一米的十亿分之一，一不可：一是纳米尺寸。
21、纳米是一米的十亿分之一，略等于略等于45个原子排列起来的长度，是绝对微观世界个原子排列起来的长度，是绝对微观世界的概念。二是自然界里所没有的新物性。纳米尺度的概念。二是自然界里所没有的新物性。纳米尺度物质会出现一些特殊的物理化学性质，如巨大的表物质会出现一些特殊的物理化学性质，如巨大的表面效应、量子效应、界面效应等导致的异常吸附能面效应、量子效应、界面效应等导致的异常吸附能力、化学反应能力、光催化性能等力、化学反应能力、光催化性能等.我国在纳米材料应用研究领域，如用纳米材料技术改性塑料、橡胶、胶粘剂、密封剂、涂料、陶瓷等方面处于领先地位。如：纳米改性涂料用于北京首都体育馆、“鸟巢”、“水立方”
22、、网球中心、奥运村公寓、国家大剧院等。现实生活中，纳米技术的应用已经初露端倪。现实生活中，纳米技术的应用已经初露端倪。例如：例如：“鸟巢鸟巢”顶棚铺上了一层顶棚铺上了一层特殊的纳米防护特殊的纳米防护涂层涂层，这个涂层可耐，这个涂层可耐700摄氏度高温，从而解决了摄氏度高温，从而解决了烟花燃放时焰火掉落灼穿顶棚膜的顾虑。而北京烟花燃放时焰火掉落灼穿顶棚膜的顾虑。而北京奥运会中使用的上百万平方米奥运会中使用的上百万平方米奥运锦旗奥运锦旗和和国旗国旗也也使用使用纺织品专用纳米防护液纺织品专用纳米防护液进行了相应处理。这进行了相应处理。这种防护液能有效阻止污染液体的渗透，不仅能延种防护液能有效阻止污染
23、液体的渗透，不仅能延长锦旗和国旗的使用寿命，还能有效的保持锦旗长锦旗和国旗的使用寿命，还能有效的保持锦旗和国旗的清洁度和鲜艳色泽。和国旗的清洁度和鲜艳色泽。生物波纳米水杯生物波纳米水杯纳米毛巾纳米毛巾生物波纳米水杯生物波纳米水杯：经过了生物波纳米技术处理，一个看上去普普通通的水杯，如果倒入饮用水可以让水分子变得更小，更容易被人体吸收，可改善血液循环，而倒入牛奶则可以分解乳糖，倒入茶水可减少茶的涩味。我们平时喝的水，一半都是大分子团水，活性较差，经过生物波纳米杯作用，可以促使水分子之间的缔结断裂，形成小分子团水，使水具有强渗透力、强溶解力，增强含氧量，更容易被人体细胞吸收，有“活水”之称。而长期
24、饮用这种水可以改善血液循环和微循环，促进新陈代谢，在一定程度上有利于调节肠胃功能、缓解便秘。纳米毛巾：纳米毛巾：纳纳米米毛毛巾巾纤纤维维细细度度仅仅为为头头发发丝丝的的1/200，超超细细、超超柔柔软软、超超长长寿寿命命。是是纳纳米米级级的的高高科科技技产产品品。是是时尚的更新换代性清洁日用品。时尚的更新换代性清洁日用品。纳纳米米毛毛巾巾的的六六大大显显著著特特点点：高高吸吸水水性性（比比普普通通毛毛巾巾多多吸吸水水30%）、去去污污强强（能能清清洁洁皮皮肤肤毛毛孔孔，可可代代替替洗洗面面奶奶产产品品）、易易洗洗涤涤、不不脱脱色色、不不落落毛毛、长寿命。长寿命。随着科学技术的发展，相信纳米技术会被越来越广泛地应用，纳米相关产品也会被不断地使用，这将更为方便我们的日常生活。多谢大家！