纳米材料发展史

纳米材料发展史【摘要】本文简要介绍了什么是纳米材料，以及纳米材料的发展历史，纳米材料的特殊物理效应及其应用【关键词】纳米材料发展历史材料科学一什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10~100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0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。几种纳米材料由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。二、纳米材料的发现和发展1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1959年12月29日理查德•费曼（RichardFeynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲。虽然没有使用“”纳米这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。到了20世纪60年代人们开始对分立的纳米粒子进行研究。1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。1984年德国萨尔兰大学（SaarlandUniversity)的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。1974年日本教授谷口纪男（NorioTaniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（InternationalConferenceonNanoscience&Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段：第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。三、几种典型的纳米材料及应用：按照材料的形态，可将纳米材料分四种:1.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型材料。这种纳米颗粒型材料的表面积大大增加，表面结构发生较大的变化。与表面状态有关的吸附、催化以及扩散等物理化学性质有明显改变。纳米颗粒型材料在催化领域有很好的前景。2.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。纳米固体材料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个晶界，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，但又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.3.纳米膜材料颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄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，在基片上生成复合膜，当两组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种组份的比例可以很方便地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。4.纳米磁性液体材料磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采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。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体，其饱和磁化强度可比前者高4倍。磁性液体的用途十分广泛。四、纳米材料的五大效应1.体积效应2.表面效应3.量子尺寸效应4.宏观量子隧道效应5.介电限域效应纳米技术引起的世界性技术革命和产业革命，将会比历史上任何一次世界性技术革命对社会经济、政治、国防等领域产生的影响更为巨大。纳米技术具有广阔的应用前景，它对信息、生物工程、医学、光学、材料科学等领域都将产生深远的影响：有人曾把纳米技术、信息技术和生物技术看作21世纪的三大关键技术。因此，21世纪也将是纳米世纪。作为21世纪前沿战略科技领域的纳米技术，正在或者将要对社会各个层面产生不可估量的影响。它向人们昭示：一个科学技术发展的新时代即将来临。【参考文献】【1】《纳米材料》丁秉钧，机械工业出版社【2】《纳米技术与纳米材料》崔作林，国防工业出版社【3】《材料科技与人类文明》赵建华华中科技大学出版社【4】百度百科