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1、纳米技术知识材料 一、纳米（nano meter,nm）：一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的 宽度。二、纳米科学技术（nanotechnology）：纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现 代科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分 子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微技术、核分析技术）结 合的产物，纳米科学技术乂将引发一系列新的科学技术，例如纳米电子学、纳米材料 学、纳米机械学等。纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。三、纳米材料（nano material）与纳
2、米粒子（nano particle）：纳米材料乂称为超微颗粒材料，山纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般 是指尺寸在 1lOOnm 间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的 关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，它 具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）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大块固体时相比将会有显著的不同。四、几种典型的纳米材料：a）纳米颗粒型材料：应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒材料。被称为第四代催化剂的超微颗 粒催化剂，
3、利用棋高的比表面与活性可以显著得提高催化效率，例如，以微径小于 0.3 微米的傑和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达 到传统银催化剂的 10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和 水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性粒子作为磁记录介质。随着社会的信息化,要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的 磁性颗粒尺寸趋于超微化。口前用金属磁粉（20）纳米左右的超微磁性颗粒）制成的 金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达 4,1064订 07位/厘米（10710
4、8 位/英寸），即每厘米可记录 4 白万至 4 千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密 度、低噪音和高信噪比等优点。b）纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于 15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经 一定热处理工序所生成的致密型固体材料。纳米固体的主要特征是具有巨大的颗粒间 界面，如5 纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含 1019 个晶面，原子的扩散系数要比 大块材料高1014-1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点，但乂具有脆性和难以加工等缺点，纳米陶瓷在一定的程度上却 可增加韧性，改善脆性。c）颗粒膜材料 颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄
5、膜中所生成的复合薄膜，通常选用两种在高温互不 相溶的组元制成复合靶材，在基片生成复合膜，当两祖份的比例大致相当时。就生成 迷阵状的复合膜，因此改变原始靶材中两组分的比例可以很方便的改变颗粒膜中的颗 粒大小与形态，从而控制膜的特性。对金属与非金属复合膜，改变组成比例可使膜的 导电性质从金属导电型转变为绝缘体。d）纳米磁性液体材料 磁性液体是由超细微包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体的运动，因此具有其他液 体所没有的磁控特性。常用的磁性液体釆用铁氧体微颗粒制成，它的饱和磁化强度大 致上低于 0.4特。LI前研制成功的山金属磁性微
6、利制成的磁性液体，其饱和磁化强度可 比前者高 4倍。国外磁性液体已商品化，美、日、英等国均由磁性液体公司，供应各 种用途的磁性液体及其器件。五、纳米材料的制备方法：纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法 a）物理方法 1、真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特 点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。2、物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产 品纯度低，颗粒分布不均匀。3、机械球磨法 采用球磨法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操 作简单、成本低，但产品纯度
7、低，颗粒分布不均匀。b）化学方法 1、气相沉淀法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。2、沉淀法 把沉淀剂加入到盐洛液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。3、水热合成法 高温高压下在水洛液或蒸气等流体中合成，再经分离和热处理得到纳米粒子。其特 点纯度高，分散性好、粒度易控制。4、溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而古话，再经低温热处理的纳米粒子。其特点反应 物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和 I卜 VI族化合物的制备。5、微乳液法 两种互不相容的容剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中
8、经成核、聚结、团 聚、热处理后得到纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，IIVI族半导体纳米粒 子多用此法制备。六、纳米材料的用途 纳米材料的用途很广，主要用途有：医药：使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并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。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。家电：用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、防味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用作电冰霜
9、、空调外壳里的抗菌除味塑料。环境保护：环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到有化学和 生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。纺织工业：在合成纤维树脂种田加纳迷 SiO2、纳米 ZnO、纳米 SiO2 复配粉体材 料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防腐、防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，克制得满足国防工业要求的抗紫外线功能的功能纤维。机械工业：采用纳米材料对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以 提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。电子计算机和电子工业：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
10、已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小 为掌上电脑”。七、纳米技术应用热点 著名的诺贝尔奖获得者 Feyneman在 60年代就预言：如果对物体微小规模上的排 列加以某种控制的话，物体就能得到大量亦乎寻常的特性。它所说的材料就是现在的 纳米材料。纳米材料研究是 LI 前材料科学研究的一个热点，纳米技术被公认为是 21 世 纪最有前途的科研领域。纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学研究领域中长期未能解决 的问题开辟了新途径。其中主要体现在以下儿个方面：在陶瓷领域的应用：随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来 克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可
11、加工性。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高任性、低温超速性、易加工等优点。在微电子学上的应用：纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信 息采集和处理信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成 为下世纪信息时代的核心。在生物工程上的应用：虽然分子计算机口前只是处于理想阶段，但科学家已经考 虑应用儿种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具 有特异的热、广、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用 于存储信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，它将是单位体积 物质的储存和信息处理能力握高上白万倍。