功能材料基础及应用课件 Lesson 5 纳米材料与纳米技术
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纳米材料概述ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
STM针尖
扫描隧道显微镜工作原理示意图
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
二、纳米技术与纳米材料的概念
l 过去，人们只注意原子、分子或者宏观 物质，常常忽略纳米这个中间领域，而 这个领域大量存在于自然界，只是以前 没有认识到这个尺度范围的性能 。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
l 第一节、概述 l 第二节、纳米材料的结构与性能 l 第三节、纳米材料的制备方法 l 第四节、纳米材料与纳米技术的应用 l 第五节、发展与展望
科学家使用STM观测物质的纳米结构
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
STM具有空间的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达 0．01nm)，能直接观察到物质表面的原子结构，把人们 带到了微观世界。它的基本原理是基于量子隧道效应和 扫描。它是用一个极细的针尖(针尖头部为单个原子)去 接近样品表面，当针尖和表面靠得很近时(＜1nm)，针 尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭，若在针 尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样品 构成的势垒而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表面 间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可 把表面的信息；(表面形貌和表面电子态)记录下来。由 于STM具有原子级的空间分辨率和广泛的适用性，国际 上掀起了研制和应用STM的热潮，推动了纳米科技的发 展。
纳米材料应用PPT课件
纳米催化剂
利用纳米催化剂对汽车尾 气、工业废气等进行处理， 减少大气中有害气体的排 放。
纳米滤网
利用纳米滤网对空气中的 颗粒物、病毒、细菌等进 行过滤，提高空气质量。
纳米脱硫脱硝技术
利用纳米技术对燃煤烟气 中的硫化物和氮化物进行 脱除，减少酸雨和光化学 烟雾的形成。
土壤修复
纳米肥料
纳米微生物
利用纳米技术将养分制成纳米级肥料， 提高肥料的利用率，减少化肥的使用 量。
目前面临的挑战与问题
安全问题
技术难题
纳米材料可能对人体健康和环境产生潜在 风险，需要加强安全评估和监管。
பைடு நூலகம்
纳米技术的生产成本高，技术难度大，需 要进一步研究和创新。
法规缺失
公众认知
目前缺乏针对纳米技术的专门法规和标准 ，需要完善相关法律法规。
提高公众对纳米技术的认知和理解，加强 科普宣传和教育。
解决策略与建议
太阳能电池
总结词
太阳能电池是利用纳米材料吸收太阳光并转化为电能的装置，具有高效、环保和可持续的特点。
详细描述
太阳能电池中的吸光材料通常为纳米级的多晶硅、染料或量子点等，能够吸收太阳光的可见光和近红外光，提高 太阳能的利用率。常见的太阳能电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等。
分子诊断
纳米材料可以识别和检测生物标志物 和基因突变，实现疾病的早期诊断和 个性化治疗。
生物组织工程
组织修复与再生
利用纳米材料作为支架材料，引导细 胞生长和分化，促进受损组织的修复 和再生。
生物相容性
纳米材料可以提高植入材料的生物相 容性，降低免疫排斥反应，提高植入 成功率。
05 纳米材料在环保领域的应 用
纳米材料及其应用PPT课件
2000s
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
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。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
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。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料及其应用课件
政府和国际组织应制定严格的 安全标准和监管措施，确保纳
米材料的安全生产和应用。
加强研究与监测
开展纳米材料对环境和人体影 响的监测和研究，及时发现潜 在的风险并采取应对措施。
推广环保设计
鼓励纳米材料生产商采用环保 设计，减少纳米材料的环境排 放，降低其对环境和人体的潜 在风险。
提高公众意识
加强公众对纳米材料的了解， 提高公众对纳米材料安全和环 保问题的意识，促进社会监督
目前，纳米材料在能源、环境、医疗等领域得到了广泛应用，同时也面临着安全性和环境影 响的挑战。
02
纳米材料的特性
小尺寸效应
总结词
当物质尺寸减小至纳米级别时，物质 的物理、化学和机械性能会发生显著 变化。
详细描述
由于纳米材料尺寸较小，其原子数和 表面原子比例增加，导致材料的物理 、化学和机械性能发生变化，如熔点 降低、磁性增强等。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
太阳能电池
利用纳米材料提高光电转 换效率，降低成本。
燃料电池
纳米材料在燃料电池催化 剂和电极材料中发挥重要 作用，提高电池性能和寿 命。
储能电池
利用纳米材料改善锂离子 电池的容量、循环寿命和 安全性。
医学领域
药物传输
纳米材料用于药物载体， 实现药物的定向传输和释 放，提高疗效并降低副作 用。
和参与。
05
未来展望与挑战
技术发展与突破
纳米制造技术
纳米药物技术
随着纳米制造技术的不断进步，将有 望实现更高精度、更低成本的纳米材 料制备。
利用纳米药物技术，可以实现对药物 的精准投递，提高药物疗效并降低副 作用。
纳米传感器技术
米材料的安全生产和应用。
加强研究与监测
开展纳米材料对环境和人体影 响的监测和研究，及时发现潜 在的风险并采取应对措施。
推广环保设计
鼓励纳米材料生产商采用环保 设计，减少纳米材料的环境排 放，降低其对环境和人体的潜 在风险。
提高公众意识
加强公众对纳米材料的了解， 提高公众对纳米材料安全和环 保问题的意识，促进社会监督
目前，纳米材料在能源、环境、医疗等领域得到了广泛应用，同时也面临着安全性和环境影 响的挑战。
02
纳米材料的特性
小尺寸效应
总结词
当物质尺寸减小至纳米级别时，物质 的物理、化学和机械性能会发生显著 变化。
详细描述
由于纳米材料尺寸较小，其原子数和 表面原子比例增加，导致材料的物理 、化学和机械性能发生变化，如熔点 降低、磁性增强等。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
太阳能电池
利用纳米材料提高光电转 换效率，降低成本。
燃料电池
纳米材料在燃料电池催化 剂和电极材料中发挥重要 作用，提高电池性能和寿 命。
储能电池
利用纳米材料改善锂离子 电池的容量、循环寿命和 安全性。
医学领域
药物传输
纳米材料用于药物载体， 实现药物的定向传输和释 放，提高疗效并降低副作 用。
和参与。
05
未来展望与挑战
技术发展与突破
纳米制造技术
纳米药物技术
随着纳米制造技术的不断进步，将有 望实现更高精度、更低成本的纳米材 料制备。
利用纳米药物技术，可以实现对药物 的精准投递，提高药物疗效并降低副 作用。
纳米传感器技术
纳米材料及纳米技术应用PPT课件
02
03
生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
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03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
01
纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
02
纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
03
纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
01
药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。
纳米材料及纳米技术的应用PPT课件
纳米二氧化钛-三氧化 二铁作光催化剂
纳米技术在医学上的应用
• 随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭 露头角。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质 复合体，其线度在15~20nm之间，并且生物体内 的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比 血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由 流动。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人 体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。
波司登保暖内衣
• 江苏康博集团推出“波 司登”纳米技术抗菌保 健、超强透气导湿、超 保暖三功能的内衣。
• 其保暖内衣层内添加了 从天然奇冰石中提取的 纳米级超细粉末，能有 效地杀菌抑菌，消除异
味。
5 . 拒水拒油
• 在材料表面进行特殊加工在其宏观界面建立 一个二元协同纳米界面结构，使材料不仅具 有防水、防油和防墨水等功能，而且用这种 材料制成的衣物洗涤时可以仅用清水冲洗而 不需使用传统的洗涤剂。
纳米技术在化工领域的应用
• 纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是 粒径小，比表面积大,光催化效率高。另外，纳米 粒子生成的电子、空穴在到达表面之前，大部分 不会重新结合。因此，电子、空穴能够到达表面 的数量多，则化学反应活性高。其次，纳米粒子 分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手 段和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、 半导体能级结构与表面态密度的影响。
远红外保暖内衣
• 它是 远红外光疗、纳 米抗菌和功能面料制 成的保健内衣等保健 纺织产品，能够释放 负氧离子，还具有高 效的远红外发射能力 和抗菌消臭效果。能 提高人体机能的自愈 及恢复能力。
2. 防紫外线
• 太阳能对人体有伤害的紫外线主要在300— 400nm波段，纳米TiO2、ZnO、Fe2O3和 纳米云母等都有在这个波段吸收紫外线的特 征，将少量纳米微粒添加到化学纤维中，就 会产生紫外线吸收现象，从而可以有效保护 人体免受紫外线的损伤。
纳米材料及应用PPT
加强企业、高校和研究机构的合作，促进纳 米技术的产业化进程。
制定合理的政策和法规
建立健全纳米材料的管理和监管机制，保障 其健康有序发展。
加强国际合作与交流
积极参与国际纳米技术领域的合作与交流， 共同推动纳米技术的发展和应用。
THANKS
感谢观看
纳米材料的安全性评估是确保其应用 安全的重要环节，需要对其潜在的毒 性、生物相容性、稳定性等特性进行 全面评估。
安全评估过程中需要关注纳米材料在 生产、储存、运输和使用过程中的安 全性，以及处理废弃物的可行性，确 保整个生命周期的安全性。
评估纳米材料的安全性需要采用多种 手段，包括体外实验、体内实验以及 计算机模拟等方法，以全面了解其生 物效应和潜在风险。
移转化规律等。
保其安全应用。
04
未来展望与挑战
纳米材料的发展趋势
纳米材料在医疗领域的应用
纳米材料在能源领域的应用
利用纳米材料在药物传输、诊断和生物成 像等方面的优势，提高医疗效果和降低副 作用。
利用纳米材料在太阳能电池、燃料电池和 储能器件等方面的性能，推动能源技术的 进步。
纳米材料在环保领域的应用
纳米材料及应用
• 纳米材料简介 • 纳米材料的应用 • 纳米材料的安全与环境影响 • 未来展望与挑战
01
纳米材料简介
定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有 一维处于纳米尺度（1-100nm） 的材料。
特性
纳米材料具有许多独特的物理、 化学和机械性能，如高比表面积 、量子尺寸效应、表面效应等。
纳米材料的生物安全性
纳米材料的生物安全性是指其在生物体内的安全性和无毒性，是评估纳米材料能否 用于医疗、食品等领域的重要指标。
制定合理的政策和法规
建立健全纳米材料的管理和监管机制，保障 其健康有序发展。
加强国际合作与交流
积极参与国际纳米技术领域的合作与交流， 共同推动纳米技术的发展和应用。
THANKS
感谢观看
纳米材料的安全性评估是确保其应用 安全的重要环节，需要对其潜在的毒 性、生物相容性、稳定性等特性进行 全面评估。
安全评估过程中需要关注纳米材料在 生产、储存、运输和使用过程中的安 全性，以及处理废弃物的可行性，确 保整个生命周期的安全性。
评估纳米材料的安全性需要采用多种 手段，包括体外实验、体内实验以及 计算机模拟等方法，以全面了解其生 物效应和潜在风险。
移转化规律等。
保其安全应用。
04
未来展望与挑战
纳米材料的发展趋势
纳米材料在医疗领域的应用
纳米材料在能源领域的应用
利用纳米材料在药物传输、诊断和生物成 像等方面的优势，提高医疗效果和降低副 作用。
利用纳米材料在太阳能电池、燃料电池和 储能器件等方面的性能，推动能源技术的 进步。
纳米材料在环保领域的应用
纳米材料及应用
• 纳米材料简介 • 纳米材料的应用 • 纳米材料的安全与环境影响 • 未来展望与挑战
01
纳米材料简介
定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有 一维处于纳米尺度（1-100nm） 的材料。
特性
纳米材料具有许多独特的物理、 化学和机械性能，如高比表面积 、量子尺寸效应、表面效应等。
纳米材料的生物安全性
纳米材料的生物安全性是指其在生物体内的安全性和无毒性，是评估纳米材料能否 用于医疗、食品等领域的重要指标。
纳米材料简介及其应用ppt课件
ppt课件
6
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
(2) 纳米科技将引发一场新的工业革命
• 纳米技术是80年代初迅 速发展起来的前沿学科， 它使人们认识、改造微观 世界的水平提高到了一个 新的高度。纳米技术将用 于下一代的微电子器件即 纳米电子器件，使未来的 电脑、电视机、卫星、机 器人等的体积变得越来越 小.
其次，由于纳米科技是对人 类认知领域新疆域的开拓，人 类将面临对新理论和新发现重 新学习和理解的任务。
ppt课件
5
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
再次，从人类未来发展的角度看，可持续发展将是人 类社会进步的唯一选择。纳米科技推动产品的微型化、高 性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少 人类对其过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的 层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。
ppt课件
12
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这 种利用量子效应制作的器件不仅体积小，还具有高速、 低耗和电路简化的特点。纳米电子学中另一个有趣的研 究热点是所谓的单电子器件,在单电子器件中，利用库仑 阻塞效应，甚至能够对电子一个一个的加以控制，这有 可能开发出单电子的数字电路或存储器。开发单电子晶 体管, 只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗 降低到原来的1000—10000分之一。
功能材料概论6(纳米材料)
用STM描绘样品表面三维的原子结构:
硅表面硅原子 STM图象
高序石墨原子 STM图象
1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登 研究中心（Almaden Research Center）的科学家展示了一 项令世人瞠目结舌的成果，他们使用STM把35个氙原子移动 到各自的位置，在镍金属表面 组成了“IBM”三个字母，这三 个字母加起来不到3纳米长，成为世界上最小的IBM商标。
STM头部
扫描隧道显微镜具有很高的空间分辨率，横向可达0.1纳米，纵向 可优于0.01纳米，能直接观察到物质表面的原子结构，把人们带到 了微观世界。它主要用来描绘表面三维的原子结构图，在纳米尺度 上研究物质的特性，还可以实现对表面的纳米加工，如直接操纵原
子或分子，完成对表面的剥蚀、修饰以及直接书写等。
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5 nm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
可用于制备高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材
料、防辐射材料、微芯片导热基与布线材料、微电子封装 材料、光电子材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、敏 感元件、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、 高效助燃剂、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂 等。
碳纳米管 1991年，日本科学家饭岛澄男发 现碳纳米管。 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。若用碳纳米管做绳索， 是惟一可从月球上挂到地球表面， 而不被自身重量所拉断的绳索。
《纳米技术及应用》课件
研究开发高效、安全的氢 气储存材料，纳米技术在 提高储氢密度、促进氢气 吸附和释放等方面起着重 要作用。
纳米技术的未来展望
新兴应用
• 纳米催化剂 • 纳米机器人 • 纳米传感器
创新发展
• 量子计算 • 硅基光子学 • 生物制造
商业前景及应用推广
• 纳米科技示范园区 • 纳米企业孵化器 • 纳米科技转移中心
诊断器
以基于纳米生物单元的新型诊断 技术为核心进行疾病检测的一项 新技术。
纳米机器人
利用近纳米尺度的部件来构建计 算机、机器人或类似的复杂结构 体的机器人体系。
纳米能源和环境应用
1 太阳能电池
利用纳米材料的光学性质 来研制新型光伏材料，增 加太阳能电池的效率和稳 定性。
2 污水处理
3 储氢材料
利用纳米材料的独特的吸 附或反应等性质，对污水 中的污染物进行高效去除。
简单来说
纳米技术做的事情是让我们可以用控制原子和分子的方式去制造新材料和新设备，更好地解 决现实问题。
纳米技术的历史和发展
1
里程碑事件
1981年，IBM公司科学家发现用扫描隧道显微镜（STM）能够观察出中心原子。
2
发展脉络
1991年，美国国家科学基金会提出“纳米科学和工程”计划；1996年，诺贝尔化学 奖首次颁给了纳米科学领域的科学家。
纳米薄膜
纳米薄膜是按照纳米和亚纳米居 量级统一尺度设计的材料，它与 普通薄膜相比，有显著的厚度、 表面性能、电学性能等优异的省 电和特殊功能。
纳米制造的基本方式
1
自下而上
将分子和原子组成化合物的方法。
2
自上而下
利用纳米级生长或微处理控制的方法。
3
组合
纳米技术及材料PPT课件
农业食品
纳米肥料、纳米农 药、纳米食品包装 等。
纳米技术的发展历程
1986年，IBM阿尔马登研究中心的科 学家发明了扫描隧道显微镜（STM）， 使人类第一次能够直接观察并操纵单 个原子。
1990年代初，美国政府和欧洲委员 会分别设立了针对纳米的科研计划， 推动了全球范围内的纳米技术研究和 应用。
1989年，美国贝尔实验室的科学家 发明了原子力显微镜（AFM），可以 观察和操纵单个原子和分子。
对未来的展望与建议
政府和企业应加大对纳米技术 研发和应用的投入，推动其快
速发展。
建立完善的法规和标准体系， 确保纳米技术的安全可控和可
持续发展。
加强国际合作和交流，共同推 动纳米技术的发展和应用。
提高公众对纳米技术的认知和 理解，促进其广泛应用和社会 接受度。
THANKS
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燃料电池
纳米材料可以改善燃料电池的电极 性能和催化剂活性，提高燃料电池 的效率和稳定性。
医学领域
药物输送
生物传感器
纳米材料可以作为药物载体，实现药 物的定向输送和控释，提高药物的疗 效和降低副作用。
纳米材料可以用于构建高灵敏度和特 异性的生物传感器，用于检测生物分 子和细胞活性。
医学成像
纳米材料可以提高医学成像的分辨率 和灵敏度，为疾病的早期诊断和治疗 提供帮助。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净 化，去除空气中的有害物质和异
味，改善室内空气质量。
水处理
纳米材料可以用于水过滤和消毒， 去除水中的细菌、病毒和有害物
质，提供清洁的饮用水。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复和治 理，吸附和固定重金属和有害物
质，降低土壤污染风险。
纳米材料及其应用课件
材料的特性和应用，探索其在能源、医学、电子等领域的新应用。
结论
纳米材料的前景展望
纳米材料将继续引领科技创新，为各个领域带 来更多突破和进步。
纳米材料的发展趋势
跟踪纳米材料的发展动态，关注新材料、新技 术和新应用的出现。
纳米材料的应用
纳米电子学
利用纳米材料的特性，开发出更小、更快速、 更节能的电子器件。
纳米生物技术
利用纳米材料的尺寸和生物相容性，开发出用 于生物医学和药物传递的新型技术。
纳米催化
纳米材料具有高活性表面，可以用于提高催化 反应的效率和选择性。
纳米传感器
纳米材料可以用于制备高灵敏度和高选择性的 传感器，应用于环境监测和生物诊断。
纳米材料制备技术
制备纳米材料的方法包括溶 液法、气相法、机械法等多 种技术。
纳米材料的特性
界面效应
纳米材料的较大比表面积使 其在界面上表现出独特的化 学和物理性质。
量子尺寸效应
纳米材料由于尺寸小到能量 量子化的程度，呈现出与体 材料不同的电子和光学性质。
纳米材料的光电学和热 学性质
纳米材料在光电转换和热传 导方面具有出色的性能，有 望应用于能源领域。
纳米材料的安全性
纳米材料对人类健康的影响
了解纳米材料的潜在风险，评估其对人类健康的影响，并制定相应的安全措施。
纳米材料的环境影响
研究纳米材料在环境中的行为，评估其对生态系统的影响，推动可持续发展。
当前研究进展
纳米材料的合成和表征
研究新型的纳米材料合成方法，并发展表征技术以揭示纳米材料的内部结构和性质。
纳米材料及其应用
探索纳米材料如何革新科学与技术，从电子学到生物技术的众多应用。了解 纳米材料的特性和安全性，并展望未来的研究进展。
结论
纳米材料的前景展望
纳米材料将继续引领科技创新，为各个领域带 来更多突破和进步。
纳米材料的发展趋势
跟踪纳米材料的发展动态，关注新材料、新技 术和新应用的出现。
纳米材料的应用
纳米电子学
利用纳米材料的特性，开发出更小、更快速、 更节能的电子器件。
纳米生物技术
利用纳米材料的尺寸和生物相容性，开发出用 于生物医学和药物传递的新型技术。
纳米催化
纳米材料具有高活性表面，可以用于提高催化 反应的效率和选择性。
纳米传感器
纳米材料可以用于制备高灵敏度和高选择性的 传感器，应用于环境监测和生物诊断。
纳米材料制备技术
制备纳米材料的方法包括溶 液法、气相法、机械法等多 种技术。
纳米材料的特性
界面效应
纳米材料的较大比表面积使 其在界面上表现出独特的化 学和物理性质。
量子尺寸效应
纳米材料由于尺寸小到能量 量子化的程度，呈现出与体 材料不同的电子和光学性质。
纳米材料的光电学和热 学性质
纳米材料在光电转换和热传 导方面具有出色的性能，有 望应用于能源领域。
纳米材料的安全性
纳米材料对人类健康的影响
了解纳米材料的潜在风险，评估其对人类健康的影响，并制定相应的安全措施。
纳米材料的环境影响
研究纳米材料在环境中的行为，评估其对生态系统的影响，推动可持续发展。
当前研究进展
纳米材料的合成和表征
研究新型的纳米材料合成方法，并发展表征技术以揭示纳米材料的内部结构和性质。
纳米材料及其应用
探索纳米材料如何革新科学与技术，从电子学到生物技术的众多应用。了解 纳米材料的特性和安全性，并展望未来的研究进展。
纳米技术及材料PPT课件
目前日本出现许多抗菌的日常用品，就是将抗 菌物质进行纳米化处理，在生产过程中加进去， 抗菌内衣、抗菌茶杯等便生产出来了；如果在 玻璃表面涂一层渗有纳米化氧化钛的涂料，那 么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的"自净 玻璃"，不用人工擦洗了；而电池使用纳米化材 料制作，则可以使很小的体积容纳极大的能量， 届时汽车就可以像目前的玩具汽车一样，以电 池为动力在大街上奔驰了；计算机在普遍采用 纳米化材料后，可以缩小成为"掌上电脑"，体 积将比现在的笔记本式电脑还要小得多。
纳米技术的发展趋势：
• 纳米科技是90年代初迅速发展起来的新兴科技，
其最终目标是人类按照自己的意识直接操纵单个 原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米 科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原 子、分子世界。这表明，人类正越来越向微观世 界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高了 前所未有的高度。有资料显示，2010年，纳米技 术将成为仅次于芯片制造的第二大产业。
纳米技术的发展趋势：
• 纳米科技投入由基础研究向应用研究及产
业化的转变
• 由单一学科向多学科交叉和融合的方向 发
展
• 由单打独斗向集团化、国际化发展
总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预 言的那样："纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特 点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。"
如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊 性能的材料，也不能叫纳米材料。
纳米材料的特性：
• 1. 特殊的光学性质 • 2. 特殊的热学性质 • 3. 特殊的磁学性质 • 4. 特殊的力学性质 • 5. 宏观量子隧道效应
1. 特殊的光学性质
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纳米材料与纳米技术
1
目录
纳米与纳米技术 纳米材料及其特性 碳纳米管（CNT） 纳米材料应用 总结
2
一、纳米与纳米技术
1纳米=10-9米
地球
人
0.1－100nm
碳纳米管
原子
电子
3
1cm
1mm
100um
10um
1um
100nm
10nm
1nm
4
纳米本意上是一个尺寸概念
纳米科学的真正意义是当材料尺寸减小到 纳米量级后，它所表现出的一些奇特的物理效 应。发现、掌握、利用这些效应，可能会在信 息、生物、能源领域带来深刻的技术革命
2）1985年，英国Kroto等采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中 形成碳的团簇，质谱分析发现C60和C70新谱线
7
3）C60具有高稳定性的新奇结构，它是由32面体构成，其中 有20个六边形和12个五边形所构成
4）纯C60固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具有金属 性的导体，适当掺杂成分可以使C60固体成为超导体
5）1990年7月在美国召开第一届国际纳米科学技术会议，正 式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支
6）会上正式提出纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学和பைடு நூலகம்纳米机械学概念，并决定出版《纳米结构材料》、《纳 米生物学》和《纳米技术》的正式学术刊物
7）1994年在美国波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米 材料工程
145个原子组成的1.9 nm 的半导体纳米颗粒
6
纳米技术发展
诺贝尔奖获得者 Feynman 在上世纪六 十年代曾经预言：如果我们对物体微小规 模上的排列加以某种控制的话，我们就能 使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会 看到材料的性能产生丰富的变化
There is a plenty of room at the bottom
1）1984年，德国萨尔兰大学Gleiter以及美国阿贡国家实验 室Siegel相继成功制得了纯物质纳米细粉（6nm Fe粒子）
8
纳米技术内涵
应用
纳米电子学 纳米加工 纳米生物
技术
纳米材料
纳米材料
科学
纳米物理 纳米化学 纳米力学
9
纳米技术影响力
医疗药物
电子器件 计算机
环境能源
纳米技术
宇航交通
生物农业
国家安全
新材料 制造
传统产业
10
二、纳米材料及其特性
纳米材料是指由特征尺寸小于100nm（0.1100nm）的纳米颗粒构成的具有小尺寸效应的零 维、一维、二维、三维材料总称
13
人工纳米材料
人工制备纳米材料至少追溯到 1000多年前
中国古代利用蜡烛燃烧来收集碳黑作为墨原料（中国 古代字画历经千年而不褪色），是最早纳米材料
中国古代铜镜表面的防锈层经检验为纳米氧化锡颗粒 构成的一层薄膜
古代宝剑等微晶化增强已经得到科学证实 但当时人们并不知道这其中的原因，不知道是纳米技
绝大多数原子团簇的结构不清楚，但已知有线状、层 状、管状、洋葱状、骨架状、球状等
17
MgH2 块体
层状
鲱骨状
轨道状
18
Cu 分形 Au 足球状
多孔状
洋葱状
19
纳米微粒
纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺 度大于原子簇，小于通常的微粉
纳米微粒一般在 1-100nm之间，又称超微粒子 纳米微粒是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子
术作用，因为人的肉眼根本就看不到纳米小颗粒
14
纳米材料发展三个阶段
第一阶段（1990年以前）
主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料 的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评 估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特 殊性能
对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在上世 纪80年代末一度形成热潮
研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国 际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料
15
第二阶段（1994年前） 关注热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇
特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通 常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规 块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度 成为纳米材料研究的主导方向
以为蜜蜂的活动导航 3 海龟在大西洋巡航—头部磁性纳米粒子导航 4 荷花效应 —莲花出污泥而不染，荷叶表面有许多微小的乳突，
乳突平均大小约为10微米，平均间距约12微米，而每个乳突上 有许多直径为200纳米左右的纳米突起
12
5 壁虎飞檐走壁
每只脚底部长着数百万根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有 约400-1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表 面分子间的距离非常近，从而产生分子引力
第三阶段（从1994年到现在） 纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料
体系越来越受到人们的关注，正成为纳米材料研究 新热点
16
纳米结构单元
构成纳米结构块体、薄膜、多层膜以及纳米结构 的基本单元有下述几种：
团簇
原子团簇是一类新发现的化学物种，是在20世纪80年代 才出现的，原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体（粒径 小于或等于 1nm），是介于单个原子与固态之间的原子集合 体,如Fen，CunSm，CnHm和碳簇（C60, C70和富勒烯等）等
纳米材料概念形成于20世纪80年代中期，由于纳 米材料会表现出特异的光、电、磁、热、力学、 机械等性能，纳米技术迅速渗透到材料学各个领 域，成为当今科学研究热点
11
自然界中的纳米材料
1 人和动物坚硬牙齿外表面，即牙釉质是由纳米尺寸的微晶组成 2 蜜蜂定向：蜜蜂体内存在磁性纳米粒子，具有“罗盘”的作用，可
前美国总统科学顾问尼尔.莱恩指出： “（纳米）技术并不只是向小型化迈进了一 步，而是迈入了一个崭新的微观世界，在这世 界中物质运动受量子原理的主宰”
5
关于纳米技术
1997年各国政府对纳米技术投入总计不到5亿美元， 到2003年就增长到35亿美元
迄今只有很少一些纳米技术产品走向市场，也几乎没 有盈利，但对纳米技术前景保持乐观
纳米技术研究涉及一系列快速发展的设备和工艺流 程，要求对单一的原子或分子簇进行加工处理，这些 材料通常只有1nm－100nm大小
纳米技术可能带来新的安全威胁，科学家们对这些新 威胁可能要经过数十年才能完全了解
根据动物试验数据，小于100nm的物质进入动物体内 后会侵入大脑和中枢神经系统, 从而影响大脑和神经 系统的正常运转
1
目录
纳米与纳米技术 纳米材料及其特性 碳纳米管（CNT） 纳米材料应用 总结
2
一、纳米与纳米技术
1纳米=10-9米
地球
人
0.1－100nm
碳纳米管
原子
电子
3
1cm
1mm
100um
10um
1um
100nm
10nm
1nm
4
纳米本意上是一个尺寸概念
纳米科学的真正意义是当材料尺寸减小到 纳米量级后，它所表现出的一些奇特的物理效 应。发现、掌握、利用这些效应，可能会在信 息、生物、能源领域带来深刻的技术革命
2）1985年，英国Kroto等采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中 形成碳的团簇，质谱分析发现C60和C70新谱线
7
3）C60具有高稳定性的新奇结构，它是由32面体构成，其中 有20个六边形和12个五边形所构成
4）纯C60固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具有金属 性的导体，适当掺杂成分可以使C60固体成为超导体
5）1990年7月在美国召开第一届国际纳米科学技术会议，正 式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支
6）会上正式提出纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学和பைடு நூலகம்纳米机械学概念，并决定出版《纳米结构材料》、《纳 米生物学》和《纳米技术》的正式学术刊物
7）1994年在美国波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米 材料工程
145个原子组成的1.9 nm 的半导体纳米颗粒
6
纳米技术发展
诺贝尔奖获得者 Feynman 在上世纪六 十年代曾经预言：如果我们对物体微小规 模上的排列加以某种控制的话，我们就能 使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会 看到材料的性能产生丰富的变化
There is a plenty of room at the bottom
1）1984年，德国萨尔兰大学Gleiter以及美国阿贡国家实验 室Siegel相继成功制得了纯物质纳米细粉（6nm Fe粒子）
8
纳米技术内涵
应用
纳米电子学 纳米加工 纳米生物
技术
纳米材料
纳米材料
科学
纳米物理 纳米化学 纳米力学
9
纳米技术影响力
医疗药物
电子器件 计算机
环境能源
纳米技术
宇航交通
生物农业
国家安全
新材料 制造
传统产业
10
二、纳米材料及其特性
纳米材料是指由特征尺寸小于100nm（0.1100nm）的纳米颗粒构成的具有小尺寸效应的零 维、一维、二维、三维材料总称
13
人工纳米材料
人工制备纳米材料至少追溯到 1000多年前
中国古代利用蜡烛燃烧来收集碳黑作为墨原料（中国 古代字画历经千年而不褪色），是最早纳米材料
中国古代铜镜表面的防锈层经检验为纳米氧化锡颗粒 构成的一层薄膜
古代宝剑等微晶化增强已经得到科学证实 但当时人们并不知道这其中的原因，不知道是纳米技
绝大多数原子团簇的结构不清楚，但已知有线状、层 状、管状、洋葱状、骨架状、球状等
17
MgH2 块体
层状
鲱骨状
轨道状
18
Cu 分形 Au 足球状
多孔状
洋葱状
19
纳米微粒
纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺 度大于原子簇，小于通常的微粉
纳米微粒一般在 1-100nm之间，又称超微粒子 纳米微粒是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子
术作用，因为人的肉眼根本就看不到纳米小颗粒
14
纳米材料发展三个阶段
第一阶段（1990年以前）
主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料 的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评 估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特 殊性能
对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在上世 纪80年代末一度形成热潮
研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国 际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料
15
第二阶段（1994年前） 关注热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇
特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通 常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规 块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度 成为纳米材料研究的主导方向
以为蜜蜂的活动导航 3 海龟在大西洋巡航—头部磁性纳米粒子导航 4 荷花效应 —莲花出污泥而不染，荷叶表面有许多微小的乳突，
乳突平均大小约为10微米，平均间距约12微米，而每个乳突上 有许多直径为200纳米左右的纳米突起
12
5 壁虎飞檐走壁
每只脚底部长着数百万根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有 约400-1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表 面分子间的距离非常近，从而产生分子引力
第三阶段（从1994年到现在） 纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料
体系越来越受到人们的关注，正成为纳米材料研究 新热点
16
纳米结构单元
构成纳米结构块体、薄膜、多层膜以及纳米结构 的基本单元有下述几种：
团簇
原子团簇是一类新发现的化学物种，是在20世纪80年代 才出现的，原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体（粒径 小于或等于 1nm），是介于单个原子与固态之间的原子集合 体,如Fen，CunSm，CnHm和碳簇（C60, C70和富勒烯等）等
纳米材料概念形成于20世纪80年代中期，由于纳 米材料会表现出特异的光、电、磁、热、力学、 机械等性能，纳米技术迅速渗透到材料学各个领 域，成为当今科学研究热点
11
自然界中的纳米材料
1 人和动物坚硬牙齿外表面，即牙釉质是由纳米尺寸的微晶组成 2 蜜蜂定向：蜜蜂体内存在磁性纳米粒子，具有“罗盘”的作用，可
前美国总统科学顾问尼尔.莱恩指出： “（纳米）技术并不只是向小型化迈进了一 步，而是迈入了一个崭新的微观世界，在这世 界中物质运动受量子原理的主宰”
5
关于纳米技术
1997年各国政府对纳米技术投入总计不到5亿美元， 到2003年就增长到35亿美元
迄今只有很少一些纳米技术产品走向市场，也几乎没 有盈利，但对纳米技术前景保持乐观
纳米技术研究涉及一系列快速发展的设备和工艺流 程，要求对单一的原子或分子簇进行加工处理，这些 材料通常只有1nm－100nm大小
纳米技术可能带来新的安全威胁，科学家们对这些新 威胁可能要经过数十年才能完全了解
根据动物试验数据，小于100nm的物质进入动物体内 后会侵入大脑和中枢神经系统, 从而影响大脑和神经 系统的正常运转