纳米材料概述

走进纳米世界纳米材料与纳米技术•纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。另外，中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜。蜜蜂、海龟不迷路----体内用纳米磁性微粒（相当于生物罗盘）。一、纳米材料1.什么是纳米材料•纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成,一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。•纳米材料可分为两个层次：纳米超微粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸为1-100nm的超微粒子，纳米固体是指由纳米超微粒子制成的固体材料。而人们习惯于把组成或晶粒结构控制在100纳米以下的长度尺寸称为纳米材料。2、纳米材料的分类•.按结构：•零维纳米材料：指空间三维尺度均在纳米尺度以内的材料，如纳米粒子、原子团簇等•一维纳米材料：有两维处于纳米尺度的材料，如纳米线纳米管•二维纳米材料：在三维空间有一维在纳米尺度的材料，如超薄膜•三维纳米材料（纳米固体材料）：指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密性固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，从而使得纳米材料具有高韧性。扫描隧道显微镜下的纳米团簇•纳米颗粒型材料也称纳米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。奇妙的碳纳米管1991年，日本科学家饭岛澄男发现碳纳米管。这是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。如果用碳纳米管做绳索，是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。碳纳米管本身有非常完美的结构，意味着它有好的性能。它在一维方向上的强度可以超过钢丝强度，它还有其他材料所不具备的性能：非常好的导电性能、导热性能和电性能。•碳纳米管尺寸尽管只有头发丝的十万分之一，但它的导电率是铜的1万倍，它的强度是钢的100倍而重量只有钢的六分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。•纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。把碳纳米管用作转子的纳米马达多孔纳米线•纳米膜材料纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。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后所生成的致密型固体材料。Fe-B纳米棒纳米材料分类.按组成可分为：•金属纳米材料•半导体纳米材料•有机和高分子纳米材料•复合纳米材料：无机粒子与有机高分子复合材料，无机半导体的核壳结构纳米材料分类.按材料物性可分为：•纳米半导体•纳米磁性材料•纳米非线性光学材料•纳米铁电体•纳米超导材料•纳米热电材料纳米材料分类④.按应用领域可分为：•纳米电子材料•纳米光电子材料•纳米生物医药材料•纳米敏感材料•纳米储能材料纳米材料分类⑤.按化学组分可分为：•纳米金属•纳米晶体•纳米陶瓷•纳米玻璃•纳米高分子•纳米复合材料二.纳米技术纳米技术是90年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域。它是指在1--100nm尺度内，研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学科。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。注意——单纯的某一纳米材料若没有特殊的结构和性能表现，还不能称为纳米技术。如香烟的烟灰粉末或自然土壤中存在的纳米粉末，虽然它们也能够达到一百个纳米以内的尺度，但是，因为它们没有特殊的结构和技术性能表现,所以这些材料还不能称为纳米技术。1、纳米技术研究的重要性•纳米技术与基因工程和智能科技一起被称为“21世纪高科技三剑客”，在21世纪初正式登上世界经济舞台.纳米科技的兴起,孕育了一个新的经济模式------纳米经济的诞生.•钱学森(1991)：“我认为，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将在21世纪又是一次产业革命。”•2004年1月12日，由中国科学院主办的528名院士投票评选出来的2003世界十大科技新闻揭晓。其中，排名第一的新闻就是科学家研制出世界最小的纳米电动机。二十一世纪纳米技术将推动信息、医学、自动化及能源科学的迅速发展，•在未来的二十至三十年内，纳米技术将在三个方面对人类社会产生深刻的影响：一、社会生产途径；二、人类生活方式；三、人们思维模式。•所以，纳米技术的出现，标志着人类社会在发展进程中正迈向一个新的台阶。