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1、第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫纳米材料与纳米技术东北农业大学 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。有生命必有希望第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫6.1 纳米材料与纳米技术的内涵纳米材料与纳米技术的内涵6.2纳米材料的奇异性质纳米材料的奇异性质第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫6.1.1纳米科技的发展历史纳米科技的发展历史6.1 纳米材料与纳米技术的内涵纳米材料与纳米技术的内涵6.1.2 纳米材料和纳米技术的内涵纳米材料和纳米技术的内涵第三章第三章 乳
2、状液与泡沫乳状液与泡沫6.1 纳米材料与纳米技术的内涵纳米材料与纳米技术的内涵6.1.1纳米科技的发展历史纳米科技的发展历史 1959年年，著名物理学家、诺贝尔奖，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德获得者理查德费曼预言，人类可以用小费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，这是关于纳米的机器制作更小的机器，这是关于纳米技术最早的技术最早的梦想梦想。1974年年，科学家唐尼古奇最早，科学家唐尼古奇最早使用纳使用纳米技术一词米技术一词描述精密机械加工。描述精密机械加工。第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫 1982年年，科学家，科学家发明研究纳米材料发明研究纳米材料的的重要重要工具工具扫描隧道
3、显微镜，为我们揭扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了促进作用。技发展产生了促进作用。1990年年7月月，第一届国际纳米科学技术，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科纳米科学技术学技术的正式的正式诞生诞生。1991年年，碳纳米管碳纳米管被人类发现，它的被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢钢10倍，成为纳米技术研究的热点。倍，成为纳米技术研究的热点。6.1.1纳米科技的发展历史纳米科技的发展历史第三章第三章 乳状液与泡沫乳
4、状液与泡沫6.1.2 纳米材料和纳米技术的内涵纳米材料和纳米技术的内涵 纳米材料：纳米材料：当物质到当物质到纳米尺度纳米尺度以后，大约是在以后，大约是在1100纳米这个范围空间，物质的性能就纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现会发生突变，出现特殊性能特殊性能。这种既具不。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏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，即为纳观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特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。殊性能的材料，也不能叫纳米材料。第三章第三章 乳状液
5、与泡沫乳状液与泡沫 纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳纳米材料的制造技术米材料的制造技术，纳米材料向各个领域，纳米材料向各个领域应用的技术应用的技术(含高科技领域含高科技领域)，在纳米空间，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。传输新规律的认识等等。纳米技术纳米技术：6.1.2 纳米材料和纳米技术的内涵纳米材料和纳米技术的内涵第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫6.2纳米材料的奇异性质纳米材料的奇异性质6.2.1 表面效应表面效
6、应6.2.2小尺寸效应小尺寸效应第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫6.2纳米材料的奇异性质纳米材料的奇异性质6.2.1 表面效应表面效应 超微颗粒的表面与大块物体的表面是超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为超微颗粒（直径为 210-3微米）进行电视微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多状（如立方八面体，十面体，二十面体多晶等），它既不同于一般固体，又不同
7、于晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。液体，是一种准固体。第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫6.2.2小尺寸效应小尺寸效应1.特殊的光学性质特殊的光学性质 所有的金属在超微颗粒状态都呈现为所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于通常可低于l，大约几微米的厚度就能完，大约几微米的厚度就能完全消光。全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、利用这个特性可以作
8、为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。转变为热能、电能。第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫2.特殊的热学性质特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为例如，金的常规熔点为1064，当颗，当颗粒尺寸减小到粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低纳米尺寸时，则降低27，2纳米尺寸时的熔点仅为纳米尺寸时的熔点仅为327C左右
9、；银左右；银的常规熔点为的常规熔点为670C，而超微银颗粒的熔点，而超微银颗粒的熔点可低于可低于100。第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫3.特殊的磁学性质特殊的磁学性质 小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为著的不同，大块的纯铁矫顽力约为 80安安米，而当颗粒尺寸减小到米，而当颗粒尺寸减小到 210-2微米以下微米以下时，其矫顽力可增加时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于其尺寸，大约小于 610-3微米时，其矫顽微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性
10、超微颗粒具有高矫顽力的特性，利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫4.特殊的力学性质特殊的力学性质 因为纳米材料具有大的界面，因为纳米材料具有大的界面，界面的界面的原子原子排列是相当混乱的，原子在外力变形排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下的条件下很容易迁移很容易迁移，因此，因此表现出表现出甚佳的甚佳的韧性韧性与一定的与一定的延展性延展性，使陶瓷材料具有新，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。奇的力学性质。美国学者报道
11、氟化钙纳米材料在室温美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。下可以大幅度弯曲而不断裂。第三章第三章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫5.宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应 介于原子、分子与大块固体之间的介于原子、分子与大块固体之间的超微超微颗粒颗粒而言，大块材料中连续的而言，大块材料中连续的能带将分裂为能带将分裂为分立的能级分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时的能级间距还小时，就会，就会呈现呈现一系列与宏观一系列与宏观物体截然不同的物体截然不同的反常特性反常特性，称之为量子尺寸，称之为量子尺寸效应。效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。