纳米材料科学与技术

纳米粒子
纳米线
纳米带
纳米管
纳米膜
纳米固体材料
各种纳米结构
纳米分类
按照维数划分
零维
指在空间三维方向 均为纳米尺度的颗粒、原 子团簇等
一维
指在空间有二维处于纳 米尺度，如纳米丝、纳 米棒、纳米管等
二维
指在空间中有一维 在纳米尺度， 如超薄膜、多层膜、超晶格等
纳米材料的种类
按化学组成与结构: 纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分 子材料、纳米复合材料；
按热学性能: 纳米热交换材料、低温烧结材料、低温焊料、特 种非平衡合金;
按生物与医用性能:纳米药物、纳米骨和齿修复材料、纳米抗菌 材料;
按表面活性:纳米催化材料、吸附材料、防污环境材料
2、纳米材料概述
《全球科技经济瞭望》：科学界普遍认为，纳米技术是21 世纪经济增长的一台主要的发动机，其作用可使微电子学 在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌，纳米技术将给医 学、制造业、材料和信息通信等行业带来革命性的变革。
纳米材料科学与技术
1.纳米科技概念的提出与发展
费曼 （Richard Feynman）， 物理学家
量子动力学 1965诺贝尔奖
1959年12月，费曼所作的题为《底部还有很 大空间》的演讲，被公认为是纳米技术思想 的来源。费曼曾预言：“毫无疑问，当我们 得以对纳微尺度的事物加以操纵的话，将大 大的扩充我们可能获得物性的范围”
1.纳米科技概念的提出与发展
引 言：纳米科技的发展史是一个由幻 想到现实的过程，其中不乏里程碑式的 事件(图1)。
2002 2000年年
1997年
1991年
1990 1989年年
1988 1987 年 年
图1 纳米科技发展的里程碑节点
什么是纳米？
纳米（Nanometer）是长度的单位
1纳米=10-9m，大约等于十个氢原子并列一直线的长度。 形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放
1.纳米科技概念的提出与发展
第一阶段 (1990年以前) 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性能。
第二阶段 (1994年以前) 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。
第三阶段 (1994之后) 纳米组装体系。
我国从20世纪80年代起就一直高度重视纳米技术，作 为较早开展纳米技术研究的国家之一，2001年就成立 国家纳米科技指导协调委员会，同年7月科技部等五部 委发布《国家纳米科技发展纲要（2001-2010）》。
2001-2009年，我国用于纳米科技的研发经费超过26亿 元人民币。我国在纳米材料研究方面与国际保持同步 ，并已开始产业化。
纳米材料概述 —— 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。 军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料 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”: • 纳米材料 • 纳米电子学、光电子学和磁学 • 纳米医学和生物学
纳米材料概述 —— 纳米技术在美国
美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（ NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展 纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。
2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究 开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发 计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的 建立以及人才的培养等全面展开。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。
在地球上一般，这就是纳米长度的概念。 人类头发的直径大约有6万至8万纳米。
Human Hair
100 m
Take 1 slice
100 slices
Take 1 slice
Human
1nm 1000 slices
1 m
Ha一ir 纳米有多大？
纳米材料的主要形式
某一方向尺度为1-100nm的材料称为纳米材料
2005年，欧盟制定《欧洲纳米技术发展战略》，欧盟成 员国德国、法国、芬兰等分别制定了本国纳米技术发展 计划，欧盟及主要成员国已累计投入超过140亿美元。
俄罗斯从2001年开始重点推动纳米技术产业，2007年专 门成立国有"俄罗斯纳米技术集团"推动产业化发展。
纳米材料概述 ——纳米技术与当代中国
按力学性能: 纳米增强陶瓷材料、纳米改性高分子材料、纳米 耐磨及润滑材料、超精细耐磨材料；
按光学性能: 纳米吸波(隐身)材料、光过滤材料、光导电材料、 感光或发光材料、纳米改性颜料、纳米抗紫外线材料；
按电子性能: 纳米半导体传感器材料、纳米超纯电子浆料；
按磁性: 高密度磁记录介质材料、磁流体、纳米磁性吸波材料 、纳米磁性药物、纳米微晶永磁或软磁材料、室温磁制冷材 料;
纳米材料概述 —— 纳米技术在日本
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。 国会: 21世纪前20年的立国之本，日本政府总共投资了
多于38亿美元在研究上 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
纳米材料概述 —— 纳米技术在欧洲
1.纳米科技概念的提出与发展
1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密 机械加工。
1982年，科学家发明研究纳米的重要工具（扫描隧道显 微镜），使人类首次Biblioteka Baidu大气和常温下看见原子，为我们揭 示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积 极促进作用。
1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的 摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。
还设想“如果有朝一日人们能把百科全书储 存在一个针尖大小的空间并能移动原子，那 么这将给科学带来什么？”这正是对纳米科 技的预言—小尺寸大世界。
当2000年人们回顾历史的时候, 他们会为 直到1959年才有人想到直接用原子, 分子来制 造机器而感到惊讶。
--- Richard P. Feynman,1959