纳米材料及其应用2010

,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,10100,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,.,微米以下，即纳米以下。因此，颗粒尺寸在纳米的微粒称为超微粒材料，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。,