纳米技术与应用

多伦多大学化学工程与应用化学系内容提要纳米技术简介纳米技术在世界各国纳米技术与经济纳米技术与当代中国本研究小组的工作与展望1.1空间尺度的划分宇观(Cosmoscopic)遥观(Remotesensoscopic)宏观(Macroscopic)显微观(Optico-microscopic)介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic):1~100nm1.2空间尺度的划分微观(Microscopic)皮米观(Picosopic)飞米观(Fentoscopic)亚飞米观(Subfentoscopic)1.3纳米？1纳米(nm):1毫米(mm)的百万分之一头发的直径1.4纳米技术在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术1.5纳米材料纳米材料:在纳米量级(1~100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料四大特点:尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大四大效应:小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应纳米材料特性取决于制备方法1.6进一步认识纳米蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范围光合作用在“纳米车间”进行细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂”莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应”纳米结构是生命现象中基本的东西1.7媒体中的纳米怪象纳米冰箱纳米洗衣机1.8纳米技术前景展望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。”纳米技术将改变生产方式，导致生活方式变革，带领我们进入崭新的21世纪。2.1国外纳米技术进展1990年，IBM公司用原子排出“IBM”1991年，NEC实验室观察到碳纳米管合成了其它纳米管材料2.1国外纳米技术进展实心的纳米棒、纳米线、量子线2.1国外纳米技术进展朗讯公司和牛津大学:纳米镊子碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量称量单个原子重量的“纳米秤”2.1国外纳米技术进展DNA开关2.2纳米技术在美国2010年:80万纳米科技人才,GDP1万亿美元,200万个就业机会能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料本世纪前10年几个关键领域之一制定了“国家纳米技术倡议”(NNI):纳米材料纳米电子学、光电子学和磁学纳米医学和生物学2.2纳米技术在美国军工:隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料美国总统布什2003.12.3日签署了《21世纪纳米技术研究开发法案》，批准联邦政府在从2005财政年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳米技术的研究开发2.3纳米技术在日本1962年,久保(Kubo):久保理论国会:21世纪前20年的立国之本著名大企业:纳米实用化技术的计划三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线自洁净玻璃、光催化净化水或空气2.4纳米技术在其它国家韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术印度：像抓软件产业那样抓纳米科技德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金世界都在迎接纳米时代的到来2.5纳米技术在中国1993年，中科院操纵原子写字2.5中国纳米技术进展中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列;合成了当时最长的纤维级碳纳米管中国科技大学:氮化镓粉体清华大学:氮化镓纳米棒中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金”2.5中国纳米技术应用中科院化冶所“七五攻关”:纳米碳化硅“八五863”:纳米阻燃剂中科院化学所纳米领带超双疏性界面材料防水、防油、防污、防褪色纳米聚丙烯管材高强度、抑菌功能2.5纳米技术应用全国范围三百多家纳米企业以“纳米”注册的企业近百家数十条纳米材料生产线资金约百亿元3.1纳米技术与经济材料人类文明的四大技术支柱之一材料是人类物质文明的基础材料支撑着其它新技术的前进纳米材料是纳米技术的基础纳米材料是材料家族中的重要新成员3.2纳米技术与经济科学发现新材料、提出新方法知识创新将“钱”转化为“知识”技术工业化制备纳米材料清洁生产工艺商品化技术将“知识”转化为“钱”3.3纳米材料制备综述对纳米材料的要求尺寸可控(小于100nm)成分可控形貌可控晶型可控表面物理和化学特性可控(表面改性和表面包覆)3.4纳米材料制备综述化学法物理法3.4.1化学方法制备纳米材料气相法气溶胶法激光法等离子法裂解法氧化法水解法燃烧法3.4.1化学方法制备纳米材料液相法化学沉淀法(均匀沉淀法,共沉淀法)水解法(醇盐,卤化物)溶胶-凝胶法水热法3.4.2物理方法制备纳米材料气相法惰性气体冷凝法固相法高能球磨法搅拌磨法震动磨法3.5某纳米颗粒的制备3.6纳米粉体表面改性纳米材料实用化的关键表面物理控制化学特性控制粉体松散、不团聚表面改性和表面包覆化学法为主3.6.1表面包覆3.6.2表面改性3.6.3表面改性4纳米科技与当代中国近代中国的机遇与挑战二百年回顾蒸汽机技术、电气化技术、微电子技术的高潮都错过IT产业、网络通讯与西方差距不大纳米技术使大家都面临着重新变革，相当于5千米赛跑，都才跑出500米，我们落后得不是很多，有的还不落后4.1纳米技术对竞争力的提升能源领域石油、煤等不可再生资源环保领域解决水污染的问题解决空气污染的问题微电子纳米电子器件、纳米线、纳米传感器信息领域光纤、发光器件4.2纳米技术对竞争力的提升功能性涂料、薄膜防静电涂料特殊视觉涂料紫外线吸收涂层耐磨、防腐、耐高温、耐冲刷涂层机械纳米结构单元和纳米机械结构陶瓷增强、增韧、助烧结4.3纳米技术对竞争力的提升化学化工催化剂、助催化剂、阻燃剂镍催化氧化丙醛，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，生成酒精的转化率迅速增大塑料和橡胶制品成型剂、补强剂、抗老化剂OA领域复印机和激光打印机的墨粉喷墨打印机墨水、高级墨水4.4纳米技术对竞争力的提升纳米药物磁性纳米粒子药物卫生保健品防晒霜纺织品反射红外线型化纤杀菌灭菌除臭型化纤4.5提升国防科技纳米探测系统纳米材料提高武器打击纳米材料提高防护能力纳米机械系统制造的小型机器人雷达隐身技术美国:“超黑粉”,对雷达波的吸收率达99％法国:Co-Ni纳米颗粒包覆绝缘层5.1本研究小组的工作研究方向化学化工中与纳米相关的课题研究目的创新：论文发表应用：经济效益研究手段实验研究计算机模拟仿真5.2纳米材料纳米材料合成纳米白碳黑、纳米钛白、纳米锌白耐磨有机玻璃应用解决工业中的问题创造社会效益