纳米材料分类
0维纳米材料
纳米粉
应用
（一）纳米涂层 纳米涂层是运用表面技术，将部分或全部含有纳米粉的材料涂于基体，由于纳米粉体的独特表面
性质，从而赋予材料新的各种性质。 ① 可以做成表面涂料从而改变物质表面的光学性质。 ②纳米红外涂层。 ③纳米紫外涂层。 ④纳米隐身技术。
（二）环境保护方面的应用 矿物能源的短缺，环境污染困扰着人们，纳米材料在环境保护，环境治理和减少污染方面的应用，
缺点：是设备要求较高，投资 较大
液相法：:溶胶-凝胶(SOL-GEL)法、 水 热 (hydrothermal synthesis) 法 和 沉 淀 (co-precipitation) 法 等 。 其 中SOL-GEL得到广泛的应用。
主要原因是:①操作简单，处理时间 短，无需极端条件和复杂仪器设备; ②各组分在溶液中实现分子级混合， 可制备组分复杂大分布均匀的各种纳 米粉;③适应性强，不但可以制备微 粉，还可以方便的用于制备纤维、薄 膜、多孔载体和复合材料。
三维
纳米多层膜பைடு நூலகம்纳米阵列 纳米多孔材料 纳米复合材料
PART TWO 纳米粉
纳米粉
定义
纳 米 粉 也 叫 纳 米 颗 粒 , 一 般 指 尺 寸 在 1100nm之间的超细粒子,有人称它是超微粒子。 它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒。
纳米粉
制备方法
气相法：化学气相沉积(CVD， chemical vapor deposition)、 激 光 气 相 沉 积 (LCVD, laser chemical vapor deposition)、 真空蒸汽和电子束和射线束溅 射等
纳米球在电子显微镜下的状态
纳米球
作用机理
纳米球是一种以多元合金为原料的纳米级尺度的球状原子团簇，能够吸附在受损的摩擦表面，形成新 的超高硬度、极低摩擦系数、抗磨损、耐腐蚀的保护膜，实现润滑、修复和保护作用，实验显示其摩擦阻 力仅为普通润滑剂的1/3。同时，纳米球润滑剂在润滑和修复的同时，提高了机械密封型，控制燃料和空 气比重，燃料燃烧更充分，增强发动机动力，减少不完全燃烧过程中产生的多种有害气体污染，实现节能 和减排的目的。
纳米材料基本概念和分类
纳米器件
“自上而下”是指通过微加工或固态技术，不断在尺 寸上将人类创造的功能产品微型化；
“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据 人们的意志进行设计和组装，从而构筑成具有特定 功能的产品。
目前，在纳米化工厂、生物传感器、生物分子计算 机、纳米分子马达等方面，都做了重要的尝试。
纳米材料定义
荷叶自清洁效应
水滴落在荷叶上，会变成了一个个自由滚动的水珠，而 且，水珠在滚动中能带走和叶表面尘土。荷叶的基本化 学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物 ，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自 然环境中很容易吸附水分或污渍。而荷叶叶面都具有极 强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠 的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面 始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”
1兆米（megametre）＝1000千米（kilometre） 1千米（kilometre）＝10百米（hectometre）
纳米材料定义
1百米（hectometre）＝10十米（decametre） 十米（decametre）＝100分米（decimetre） 1分米（decimetre）＝10厘米（centimetre） 1厘米（centimetre）＝10毫米（miillimetre） 1毫米（miillimetre）＝1000微米（micrometre） 1微米（micrometre）＝1000纳米（nanometre） 1纳米（nanometre）＝1000皮米（picometre） 1皮米（picometre）＝1000飞米（femtometre） 1飞米（femtometre）＝1000阿米（attometre）
的块体，如纳米陶瓷材料，如介孔材料等。
纳米材料分类与制备方法
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。
碳纳米管
碳纳米管，是1991年由日本 电镜学家饭岛教授通过高分 辨电镜发现的，属碳材料家 族中的新成员，为黑色粉末 状，是由类似石墨的碳原子 六边形网格所组成的管状物， 它一般为多层，直径为几纳 米至几十纳米，长度可达数 微米甚至数毫米。
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 量只有钢的七分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧
例如，以硝酸盐和有机燃料经氧化还原反应制备Y掺杂的 10nmZrO2粒子，采用柠檬酸盐/醋酸盐/硝酸盐体系，所形成的 凝胶在加热过程中经历自点燃过程，得到超微 La0.84Sr0.16MnO3粒子。在合成氮化物、氢化物时，反应物为 固态金属和气态N2、H2等，反应气渗透到金属压坯空隙中进行 反应。如采用钛粉坯在N2中燃烧，获得的高温来点燃镁粉坯合成 出Mg3N2。
5溶剂热合成法
用有机溶剂代替水作介质，采用类似水热合成的原理制备纳 米微粉。非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而 且能够实现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结 构的材料。
苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂，最近 成功地发展成苯热合成技术，溶剂加压热合成技术可以在相对低 的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制得的、在超高压 下才能存在的亚稳相。
纳米光电材料
纳米光电材料1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料;纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料;其中最重要的一点就是实现光电转化;其原理如下：光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程;当一束能量等于或大于半导体带隙Eg的光照射在半导体光电材料上时,电子e-受激发由价带跃迁到导带,并在价带上留下空穴h+,电子与孔穴有效分离,便实现了光电转化1;2.分类：纳米光电材料的分类纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类,目前主要有以下几种：1.按用途分类：光电转换材料：根据光生伏特原理,将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料;目前,小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%2;光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料,它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行;例如,水的分解反应,该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下,反应可以在常温常压下进行32.按组成分类：有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料;主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等；无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料;主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等；有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物;主要有2,2-联吡啶合钌类配合物等4;3.按形状分类纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等;纳米粉：又称为超微粉或超细粉,一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒,是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料;一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料;分为纳米线和纳米管;纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜;颗粒膜是纳米颗粒粘在一起,中间有极为细小的间隙的薄膜;致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜5;纳米光电材料具有纳米材料的四种特性量子、.....3.纳米光电材料的制备方法制备纳米材料的方法有很多,根据不同的纳米光电材料及其用途有不同的制备方法;1.化学沉淀法：通过在原料溶液中添加适当的沉淀剂,让原料溶液中的阳离子形成相应的沉淀物沉淀颗粒的大小和形状由反应条件来控制,然后再经过滤、洗涤、干燥、热分解等工艺过程而获得纳米粉体的方法;依其沉淀方式可分为：直接沉淀法和均匀沉淀法两种;TiO2常用此方法来制备;2.溶胶凝胶法：以无机盐或金属醇盐为前驱物,经水解缩聚过程逐渐凝胶化,然后作相应的后处理而得到所需的纳米粉体,溶液pH值、溶液浓度、反应时间和温度是影响溶胶、凝胶质量的主要因素;此方法也常用来制备TiO2;3.微乳法：由水、油有机溶剂、表面活性剂及其助剂组成透明或半透明的,各相同性的热力学稳定体系;其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”,通过控制“微水池”的尺寸来控制粉体的大小,制备纳米物质;CdTe常用此法制备;3.微乳法：由水、油有机溶剂、表面活性剂及其助剂组成透明或半透明的,各相同性的热力学稳定体系;其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”,通过控制“微水池”的尺寸来控制粉体的大小,制备纳米物质;CdTe常用此法制备;4.水热合成法：在密闭体系中,以水或其他有机物作为溶剂,在一定温度和水的自生压强下,原始混合物进行反应的一种合成方法;由于反应在高温、高压、水热条件下,反应物质在水中的物性与化学反应性能发生了很大变化,而不同于一般制备方法;如制备ZnO、ZnSetc;5.激光诱导气相沉积法：它是利用反应气体分子或光敏剂分子对特定波长激光束的吸收,引起反应气体分子的激光分解、激光裂解、激光光敏化和激光诱导化学反应,获得超细粒子空间成核和生长;如制备CdMnTeetc;二、纳米光电材料的问题及其发展纳米光电材料要得到广泛的应用,必须具备良好的综合性能;一个具有实际应用价值的半导体光电化学体系必须具有光照稳定性,高效和选择性,以及宽的光谱响应;而实际的纳米光电材料不能完全满足所有的要求;对其表面进行修饰非常必要,可以把光响应范围扩展至可见区,有效阻止电荷在转移过程的复合,从而提高对太阳能的利用并改善其催化活性;常见的方法有：染料表面敏化、鬼金属表面沉积、半导体复合等等染料表面敏化目前研究非常的热门的染料敏化太阳能电池DSSC正是基于此;TiO2只对紫外光敏感,而染料吸附后可以吸收可见光区的能量,从而极大地提高太阳光的用效率;吸光后激发态的染料产生电子和空穴的分离,电子通过回路中时可以对外接负载供电;其原理图6如下：1染料吸光激发DYE+hλ→ DYE2激发态的染料分子将电子注入二氧化钛的导带DYE-e→DYE+3电子穿过二氧化钛进入外电路4染料和电解液间发生下面反应,从而染料还原DYE++I-→DYE+I3-5从外电路流回的电子将还原e+I3-→I-6e导带中＋DYE+→DYE7e导带中+I3-→3I-目前,染料敏化太阳能电池正处于热门研究过程中并不断取得新进展,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室7,材料科学与工程学院张荻教授创立及领导的“遗态材料”科研小组“启迪于碟翅的染料敏化太阳能电池的创新研究”在国际范围内率先提出,通过遗态工艺,以蝶翅鳞片为生物模板,成功获取了保留原始蝶翅结构的TiO2材料;研究发现,相对于普通的TiO2薄膜,具有蝶翅结构TiO2的光吸收率可提高2倍以上,以此为光阳极,可以大大提高光采集效率,进而有望提高该类太阳能电池的光电转换效率;另外,日本九州岛大学的山田淳教授,日前开发出可以提高染料敏化型太阳能电池发电效率的技术8;新技术使用直径数纳米至数十纳米的金微粒子;在取出电力的电极表面,积层配置金的微粒子；金的微粒子表面,则涂上使光转换成电的染料phthalocyanine,以增加受光的表面积,提高发电效率;贵金属表面沉积只要增加一层金属纳米粉末涂层,就能显着地改变硅薄膜型光电探测器的光吸收特性,通过精心选择纳米粉体涂层的材料和颗粒大小,可使光电响应的光谱范围由可见光和近红外区扩展到红外区;三、纳米光电材料的应用纳米光电子技术应用概况纳米光电材料的一项重要应用是制备纳米电子器件;目前,纳米光电子技术是一门新兴的技术,近年来越来越受到世界各国的重视,而随着该技术产生的纳米光电子器件更是成为了人们关注的焦点;到目前为止开发出了各种各样的纳米光电子器件,在这里主要介绍各类激光器1.纳米导线激光器2001年,美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器一纳米激光器;这种激光器不仅能发射紫外激光,经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光;研究人员使用一种称为取向附生的标准技术,用纯氧化锌晶体制造了这种激光器;他们先是“培养”纳米导线,即在金层上形成直径为20nm-150nm,长度为10000nm的纯氧化锌导线;然后,当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时,纯氧化锌晶体会发射波长只有17那nm的激光;这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质,提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量2.紫外纳米激光器3.量子阱激光器纳米光电材料的应用纳米颗粒在光电探测器中的应用到目前为止,纳米尺度器件的可靠制备仍然是一个挑战;它要求纳米尺度精度的模板图案或所要合成材料的精确位置选择沉积;近几年,这种位置选择沉积得到了长足的发展,如化学官能团模板的选择性吸附或在亚微米尺度上的双向电泳DEP;DEP被证明是制备功能器件最常用的方法;WeijingYanetal通过ZnO纳米颗粒的双向电泳组装成了紫外探测器阵列9;纳米光电薄膜的应用纳米光电薄膜可用于纳米硅异质二极管、纳米硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜紫外光电探测器等等诸多方面;这里简单介绍纳米硅薄膜紫外光电探测器的制备方法11;1.电化学分解法在HF-H2O2中制备Si纳米晶；型衬底上生长500nm的氧化层；3.氢氟酸在氧化层上刻蚀器件图形；4.纳米Si晶沉积刻蚀图形中；5.纳米Si晶膜上沉积Au4nm,Au层之上和衬底背面沉积Au凸点以作为电极暑假参观的光电薄膜工业园这方面进行过的研究课题项目名称：基于纳米材料的太阳能光伏转换应用基础研究首席科学家：戴宁中国科学院上海技术物理研究所起止年限：至依托部门：上海市科委中国科学院其中提到纳米硅薄膜材料的生长硅基太阳电池在光伏领域是不可或缺的;有序高电子迁移率纳米硅薄膜材料生长、能带结构调控以及光电输运特性方面的探索现在依然是研究热点,这些研究主要面向进一步提高太阳电池的性能和降低成本;通过生长条件调节晶粒大小或掺杂浓度,借助于纳米尺度效应和晶格应变技术可以调控纳米硅薄膜材料的光学带隙和电导率,以满足高效理想太阳能电池的需要;再加上我们所采用的等离子体增强化学气相沉积方法具有成膜温度低、制膜面积大、薄膜质量好、易调控和适用性强等优点,非常适合于大规模低成本工业化生产;纳米硅薄膜太阳电池与其它硅系列太阳电池相比具有明显的优势;首先纳米硅薄膜同非晶硅薄膜的制备技术相容,只需在生产过程中增加反应气体中的氢稀释比;多晶硅薄膜的生长温度在650度以上,单晶硅材料的生长需要1000-1500度的高温,而纳米硅薄膜可以在不超过300度的温度下生长,能耗非常低,可以大大缩短能量回收期,非常有利于降低生产成本;同时纳米硅的低温生长条件也有利于在柔性衬底如聚合物等上制备太阳电池,使应用领域大为拓展,而且其耐高温性能优于晶体硅电池;与传统的单晶硅、多晶硅硅片即wafer,目前厚度约180-350微米比较,用纳米硅薄膜厚度小于10微米量级来制备太阳能电池可以节省更多的硅材料;文件夹里有个ppt,里面有很多应用例子的图片,做的时候可以选一些放在ppt里;我院博云新材也有专门做光电纳米的,在光伏电池板块应用前景广阔;文件夹里有截图。
纳米材料的分类和特性
经过之前一段时间对纳米材料与纳米技术的介绍，相信大家对纳米技术以及纳米材料有了一定的了解。
那么今天就让我们回顾一下纳米材料的具体细节吧。
纳米材料的分类方法很多，按其结构可分为：晶粒尺寸在三个方向都在几个纳米范围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有原子簇和原子束结构的称为零维纳米材料。
按化学组成可分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子、纳米复合材料等。
按材料物性可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。
按材料用途可分为纳米电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米光电子材料、纳米储能材料等。
▲图片源于网络，仅供参考上纳米材料具有特殊的结构，由于组成纳米材料的超微粒尺度属纳米量级，这一量级大大接近于材料的基本结构一一分子甚至于原子，其界面原子数量比例极大，一般占总原子数的50%左右，纳米微粒的微小尺寸和高比例的表面原子数导致了它的量子尺寸效应和其他一些特殊的物理性质。
不论这种超微颗粒由晶态或非晶态物质组成，其界面原子的结构都既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、短程有序的类似气体固体结构，因此，一些研究人员又把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的“第三态固体材料”。
1）小尺寸效应、当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减少，导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的小尺寸效应。
小尺寸效应的表现首先是纳米微粒的熔点发生改变，普通金属金的熔点是1337K,当金的颗粒尺寸减小到2nm时，金微粒的熔点降到600K；纳米银的熔点可降低到IOOC。
由于纳米微粒的尺寸比可见光的波长还小，光在纳米材料中传播的周期性被破坏，其光学性质就会呈现与普通材料不同的情形。
光吸收显着增加并产生吸收峰的等离子共振频移，磁有序态向无序态转变等，例如，金属由于光反射显现各种颜色，而金属纳米微粒都呈黑色，说明它们对光的均匀吸收性、吸收峰的位置和峰的半高宽都与粒子半径的倒数有关。
纳米材料 -简介
TiO2车用空气清净机
二、纳米二氧化硅
1、优势
纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无 机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表 面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能 好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优
越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多
学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
Human Hair
Take 1 slice
1nm
1000 slices
1 m
10 纳米
一纳米有多小？
空间尺度的划分
宇观(Cosmoscopic) 宏观(Macroscopic) 人的肉眼可见的物体为最小物
体开始为下限，上至无限大的宇宙天体；
介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic): 1~100nm
纳米二氧化钛及其复合氧化物
应用
（1）光催化剂： TiO2╱SnO2 复合氧化物较 单一级 纯TiO2 有较高的光催化活性。 （2）紫外吸收剂（化妆品） （3）其他用途（光过滤等） （4）环境保护（降解有机物、农药、垃圾）
中国科学院首次打造出的 “纳米皇冠”
国家大剧院用的自清洁玻璃
纳米TiO2在可见光照射下对碳氢化合物(包括油 污、细菌等)有催化作用，使其进一步氧化成气体或 者是很容易被擦掉的物质。 在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2 薄层，使其具有自清洁作用。
纳米颗粒（0D）
纳米线（1D）
扭曲的纳米线 （1D）
2
多孔 纳米线 （1D）
纳米膜（2D）
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。
纳米带（2D）
纳米材料的特性及应用
纳米材料的特性及应用（齐齐哈尔大学材料科学与工程学院高分子专业）摘要：纳米材料是当今及未来最有发展潜力的材料，由于其独特的表面效应、体积效应以及量子尺寸效应 ,使得材料的电学、力学、磁学、光学等性能产生了惊人的变化。
本文分别从纳米材料的定义，发展，分类，特性，应用及未来发展方面进行了详细的论述。
引言很多人都听说过"纳米材料"这个词,但什么是纳米材料级简称为纳米材料，是指其的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间,广义上是中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。
由于它的尺寸已经接近电子的，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，加上其具有大表面的特殊效应。
因此它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。
纳米材料的应用前景十分广阔。
近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力关键词：?纳米材料纳米材料分类特性应用一.什么是纳米材料纳米级简称为纳米材料(nanometermaterial)。
从尺寸大小来说，通常产生显着变化的细小的尺寸在0.1以下（注1米=100，1=10000微米，1微米=1000，1=10），即100以下。
因此，颗粒尺寸在1～100的微粒称为超微粒材料，也是一种材料。
其中，纳米是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米薄膜、纳米、纳米瓷性材料和材料等。
二.纳米材料发展简史纳米材料的应用实际上很早就有了，只是没有上升成纳米材料的概念。
早在1000多年前，我国古代利用燃烧蜡烛来收集的碳黑作为墨的原料及染料。
这是应用最早的纳米材料。
我国古代的铜镜表面长久不发生锈钝。
经检验发现其表面有一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜。
十八世纪中叶，胶体化学建立，科学家们开始研究直径为1-10nm的粒子系统。
即所谓的胶体溶液。
事实上这种液态的胶体体系就是我们现在所说的纳米溶胶，只是当时的化学家们并没有意识到，这样一个尺寸范围是人们认识世界的一个新的层次。
纳米材料的结构特征
2007物理诺贝尔奖介绍
瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会9号宣布，法国 科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因 1988年先后各自独立发现“巨磁电阻”效应而共同 获得2007年诺贝尔物理学奖。
阿尔贝·费尔
彼得·格林贝格尔
纳米材料的结构特征
纳米材料的机构特征
一、自然界中的纳米结构与纳米材料 二、纳米材料概论 三、纳米材料的分类
3.1、纳米微粒 3.2、纳米固体 3.3、纳米纤维 3.4、纳米薄膜
一、 自然界中的纳米结构与纳米材料
从纳米科技发展历史的角度来讲，1861年随着胶体化 学的建立，科学家们才开始对直径为1-100 nm的粒子 体系进行研究工作；真正有意识进行纳米粒子实验的 是20世纪30年代日本人为了军事目的进行的“沉烟实 验”,1959年著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼发 表了重要演讲，提出了纳米技术的设想，之后纳米材 料和纳米科技得到了蓬勃的发展。但是，“纳米”并 不是人类的专利，早在宇宙诞生之初，它们就存在了。
纳米材料的晶界组元
晶界组元：纳米材料中 晶界占有很大的体积分 数，因而，对纳米材料 来说，晶界不仅仅是一 种缺陷，更重要的是构 成纳米材料的一个组元， 即晶界组元，是评定纳 米材料的一个重要参数。
（1）纳米固体材料的结构组成 (A)纳米晶体材料的组成：晶粒组元(所有原子都位
于晶粒的格点上) ＋晶界组元； (B)纳米非晶材料的组成：非晶组元＋界面组元； (C)纳米准晶材料的组成：准晶组元＋界面组元。
纳米热电材料
纳米储能材料
3.1、纳米微粒 定义尺度
颗粒：指在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一 定一定尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾 滴、油珠等液体颗粒。 一般而言，在室温下，物理化学性质发生显著变化的颗粒尺寸，多数 处于0.1微米以下，因而从功能材料角度出发，可以将超细微颗粒尺 寸的上限定位0.1微米，即100纳米。 目前机械法粉碎获得颗粒的尺寸一般只能到1微米。超微颗粒是指超 越常规制粉手段所获得的微粒。因此1微米可作为超微颗粒的上限， 所以笼统的说超微颗粒尺寸在1到1000纳米之间（小于1微米）。大 于1微米就是通常的微粉，小于1纳米的粒子称为原子簇。 超细微颗粒也被称为纳米粒子，纳米颗粒、纳米微粒等。
纳米材料及其分类
分的多层膜为超晶格材料，具有人们熟知的量子阱结构。
第3系列为不同成分的第二相分布于多层膜间和晶粒间的纳米材料。如 Ga偏 析在纳米W的等轴晶界，将Al2O3和 Ga放在一起球磨，形成纳米尺寸的Al2O3被网
状的非晶Ga膜分离的纳米材料均属此系列。
第4系列为纳米尺寸的晶体（层状、杆状和等轴晶）弥散分布在不同成分基体 中的复合纳米材料。例如纳米尺寸的Ni3Al沉淀粒子
1906年Wilm发现的Al-4%Cu合金的时效硬化，经精细X-射线和透射电镜研究
发现，它是由Cu原子偏析形成的原子团（GP区）和与母相共格的纳米θ’沉淀 析出而引起的。因此，时效在金属材料内沉淀析出小于100nm的粒子早成为提
高金属材料特别是提高有色金属材料强度的重要技术，至今已在材料工程中得
到广泛的应用。
二、纳米材料的结构
应用纳米结构， 可将它们组装成 各种包覆层和分散 层、高表面材料、 固体材料和功能 纳米器件，如图 1-3所示。
二、纳米材料的结构
当纳米结构由有限数量的原子组成时，可适用于原子尺度 的精细工程，这是纳米技术的基础。 纳米结构的基本特性，特别是电、磁、光等特性是由量子 效应所决定的，使纳米材料的性能具有尺寸效应，从而纳米结 构具有许多大于0.1μm的显微组织所不具备的奇异特性。
分布在Ni基体中的Ni3Al/Ni合金就属此系列，为0-3型复合。
四、纳米材料的发展历史
在自然界存在大量的天然纳米结构，例如在许多动物中就发现存在约由 30nm的磁性粒子组成的用于导航的天然线状或管状纳米结构（图1-2），在花棘 石鳖类、座头鲸、候鸟等动物体内都发现了这种纳米磁性粒子。此外，还发现 珍珠、贝壳是由无机CaCO3与有机纳米薄膜交替叠加形成的更为复杂的天然纳米 结构，因而具有和釉瓷相似的强度，同时具有比釉瓷高得多的韧性。
纳米材料简介介绍
纳米材料可用于土壤修复，降解有机污染物，提 高土壤的生态功能。
05
结论与展望
当前研究成果总结
01
纳米材料制备技术多样化
近年来，纳米材料的制备技术取得了长足进步，包括物理法、化学法以
及生物法等多种方法，为纳米材料的广泛应用提供了基础。
02
纳米材料性能优异
纳米材料因其独特的尺寸效应、表面效应和量子效应，展现出优异的力
气体蒸发法
在真空环境中，通过加热使材料 蒸发，并在冷凝过程中形成纳米 颗粒。这种方法可用于制备纯净
的纳米金属、氧化物等。
激光脉冲法
使用高能量激光脉冲照射靶材， 使其瞬间熔化、气化，并在随后 的冷却过程中形成纳米颗粒。这 种方法可用于制备多种纳米材料
，且纯度高。
化学法
溶胶凝胶法
将金属盐或醇盐溶于溶剂中，形成溶胶，经过陈化、干燥 等步骤得到凝胶，再经过热处理得到纳米材料。这种方法 可用于制备氧化物、陶瓷等多种纳米材料。
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纳米材料特性
01
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表面效应
纳米材料具有高比表面积 ，表面原子占比较大，导 致表面能增加，活性增强 。
量子尺寸效应
由于尺寸减小，纳米材料 的能级间距增大，导致电 子性质发生变化。
宏观量子隧道效应
纳米材料中的微观粒子具 有穿越势垒的能力，影响 磁性和导电性。
纳米材料应用领域
生物医药：纳米药物可提高药物的溶解度和生物 利用度，纳米载体可实现药物的靶向输送。
集成电路
纳米材料可用于制造更小 、更快、更省能的集成电 路，提高电子设备的性能 。
显示技术
纳米材料可用于研发高分 辨率、柔性可弯曲的显示 屏幕，提升视觉体验。
纳米材料概述
纳米材料概述摘要本文简要介绍了纳米材料定义及分类特性，并对纳米材料的特性以及在化工、生物医学、环境、食品等领域的应用进行了综述，最后对纳米材料的发展趋势进行了展望。
关键词纳米材料；分类；特性；应用；发展1. 引言纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9m)的超细材料。
它的微粒尺寸一般为1-100nm。
它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子，二是粒子间的界面。
前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。
1990年7月在美国召开的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。
从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。
在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。
在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。
高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。
纳米相材料跟普通的金属、陶瓷和其他固体材料都是由同样的原子组成。
只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。
纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点,其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。
2. 纳米材料及其分类纳米材料（nano-material）又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。
粒子尺寸范围在1-100nm之间，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，将纳米材料大致可分成四种类型，即零维的纳米粉末（颗粒和原子团簇）、一维的纳米纤维（管）、二维的纳米膜、三维的纳米块体。
3. 纳米材料的特性3.1 尺寸效应当超细微粒子尺寸与光波波长及传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏从而产生一系列新奇的性质[1]。
纳米材料的分类
纳米材料的分类
纳米材料可以根据其组成、结构和制备方法进行多种分类。
以下是几种常见的纳米材料分类方法：
1.按组成分分类：
-无机纳米材料：如金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒、量子点等。
-有机纳米材料：如纳米碳管、石墨烯、纳米胶体等。
2.按结构分类：
-纳米颗粒：具有球形、棒状、多面体等形状的纳米颗粒。
-纳米线/纳米管：具有纳米级直径和长径比的纳米线状材料。
-纳米薄膜：具有纳米级厚度的平面材料。
3.按制备方法分类：
-自下而上法：通过原子、分子或簇的组装自下而上地构建纳米结构，如溶液法、气相沉积法等。
-自上而下法：通过宏观材料的切割、磨碎或化学处理等手段自上而下地制备纳米材料，如机械球磨法、物理气相沉积法等。
-生物合成法：利用生物体内的生物合成过程制备纳米材料，如细菌、植物、藻类等。
4.按应用领域分类：
-电子材料：如量子点、纳米线场效应晶体管（NW-FET）、纳米电容器等。
-光学材料：如纳米光子晶体、纳米金、纳米量子点等。
-生物医学材料：如纳米药物载体、纳米生物传感器、纳米生物标记物等。
-能源材料：如纳米材料催化剂、纳米结构电池电极材料、纳米光伏材料等。
5.按形态分类：
-球形纳米材料：如纳米颗粒、纳米球状结构等。
-非球形纳米材料：如纳米管、纳米片、纳米棒等。
这些分类方法并不是相互独立的，纳米材料通常可以根据不同的特性和应用需求进行多种维度的分类。
纳米药物载体的分类
纳米药物载体的分类纳米药物载体是指用于运输和释放药物的纳米级材料或结构。
它们可以保护药物免受恶劣环境的影响，提高药物在体内的稳定性，增强药物的生物利用度，并实现药物的靶向传送。
纳米药物载体具有广泛的分类，主要根据其形态结构、材料组成及功能来进行分类。
按照形态结构可以将纳米药物载体分为以下几类：1. 纳米颗粒：包括纳米球、纳米棒、纳米片等不同形状的纳米颗粒。
它们具有较大的比表面积，可以实现较高的药物载荷量。
同时，其尺寸可调，表面性质和功能化修饰也较容易实现，便于药物的靶向传递。
2. 纳米胶束：由一层由疏水材料组成的壳包裹住疏水性药物形成的类球形结构。
这种结构使得药物在体内的稳定性得到提高，同时利于药物的溶解度和生物利用度提高，是一种常用的纳米药物载体。
3. 纳米脂质体：由一个或多个脂质层组成的结构形式，可以包裹各类药物，增加稳定性并保护药物免受外界环境的影响。
纳米脂质体具有较好的生物相容性，能够稳定药物，延长药物的持续释放时间。
4. 纳米乳液：是由水和油相的乳化剂辅以辅助剂等组成的纳米级乳液。
纳米乳液通过固定药物在油相中或水相中，提高药物的生物利用度，并实现药物的靶向传输。
按照材料组成可以将纳米药物载体分为以下几类：1. 无机纳米材料：如金属纳米颗粒、量子点等。
这些材料具有独特的光、电、磁性质，可以实现药物的精确释放和靶向传递。
2. 有机纳米材料：如纳米碳管、纳米纤维等。
这些材料具有较好的可调性和生物相容性，便于药物的载荷和释放。
3. 复合纳米材料：由不同的无机和有机材料组成的纳米结构。
复合纳米材料可以充分利用不同材料的优点，实现药物的高效释放和靶向传递。
按照功能可以将纳米药物载体分为以下几类：1. 药物递送系统：主要通过纳米材料的载体能力实现药物的精确递送，提高药物的生物利用度和靶向传递效果。
2. 药物释放系统：通过纳米材料的物理或化学特性实现药物的缓慢释放，延长药物在体内的作用时间。
3. 药物诊断系统：将荧光探针或造影剂等与纳米材料结合，实现药物递送和诊断的双重功能。
纳米纤维素分类
纳米纤维素分类
纳米纤维素是一种由纤维素纳米晶体组成的纳米材料。
它们通常由天然来源的纤维素（如木质纤维素）经过特殊处理或纳米技术制备而成。
纳米纤维素具有许多优异的性质，如高比表面积、高强度、生物可降解等，因此在许多领域都具有广泛的应用前景。
根据制备方法和来源的不同，纳米纤维素可以分为以下几类：
1. 纳米纤维素凝胶：通过在纤维素溶液中添加适当的添加剂，如碱或酸，使纤维素纳米晶体重新组装成网状结构，形成纳米纤维素凝胶。
这种凝胶常用于生物医学领域，如伤口敷料、药物缓释等。
2. 纳米纤维素纤维：通过特殊纺丝技术将纳米纤维素凝胶纺成纤维，可以制备出纳米纤维素纤维。
这种纳米纤维素纤维在纸张、织物、过滤材料等领域具有广泛应用。
3. 纳米纤维素膜：通过将纳米纤维素凝胶涂布在平面基材上，经过干燥制备出纳米纤维素膜。
这种薄膜在食品包装、电池隔膜等方面有潜在应用。
4. 纳米纤维素纳米颗粒：纳米纤维素可以通过一些特殊的制备方法，如纳米乳化技术，形成纳米颗粒。
这些纳米颗粒在药物传递、化妆品等领域有着重要的应用潜力。
5. 纳米纤维素泡沫：通过在纤维素溶液中加入泡沫剂，形成纳米纤维素泡沫。
这种泡沫在隔热材料、吸声材料等方面有着潜在的应用价值。
纳米纤维素的分类可以根据其形态、结构和用途进行划分，这些不同形式的纳米纤维素在材料科学、生物医学、环境保护等领域都具有重要的应用价值。
纳米材料的结构与性质
2.1 纳米材料的分类及特性 2.2 纳米微粒的物理特性 2.3 纳米碳材料
2.1 纳米材料的分类及特性
纳米材料：三维空间中至少有一维处于1～100nm尺度
范围内或由纳米基本单元构成的材料。
一、纳米材料的分类 按结构(维度）分为4类： （1）零维纳米材料：空间三个维度上尺寸均为纳米
传统非晶氮化硅在1793K开始晶化成α相。 纳米非晶氮化硅微粒在1673K加热4h全部转
变成α相。
2. 磁学性能
主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁化率。
超顺磁状态的起因： 在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可
相比时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易 磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。
例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很 高，而当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进 入了超顺磁状态。
粒径为65nm的纳米Ni微粒。矫顽力很高，χ服从居 里—外斯定律。
（这与传统材料不一致，说明粒径降低在一定范 围内可以提高矫顽力，阻止铁磁体向顺磁体转 变）；
而粒径小于15nm的Ni微粒，矫顽力Hc—>0，如图 这说明它们进入了超顺磁状态，磁化率χ不再服从 居里—外斯定律。如下图
1.3 纳米微粒的物理特性
一、纳米微粒的结构与形貌
纳米微粒一般
为球形或类球形。
往往呈现多面体
或截角多面体。
Bi
蒸发
其他的形状可以与
不同合成方法和
其晶体结构有关。
Bi球形粒子
PMMA乳液聚合法，与无机物不同，高分子大多数是无定形 或结晶度比较低。表面能最低。
球形
Ni链蒸发
链状的，高温下，由许多粒子边界融合连 接而成。
纳米材料结构分类-定义说明解析
纳米材料结构分类-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分:纳米材料是一种具有特殊结构和性质的材料，其尺寸在纳米尺度范围内。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性，因此在材料科学、化学工程、生物学、医学等领域具有广泛的应用前景。
本文将对纳米材料的结构分类进行详细介绍，以及纳米材料在不同领域的应用进行探讨，旨在加深对纳米材料的认识，并展望纳米材料的发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分将介绍本文的组织结构和各个章节的内容概要。
本文包括引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对纳米材料进行概述，并说明文章的目的和意义。
在正文部分，将详细介绍纳米材料的定义与特点，纳米材料的结构分类以及纳米材料在不同领域的应用。
结论部分将总结纳米材料在各个领域的重要性，并展望纳米材料的发展前景。
最后，通过结语部分对文章进行总结和展望。
本文将通过以上结构来全面探讨纳米材料的结构分类及其在不同领域的应用。
1.3 目的本文旨在系统性地介绍纳米材料结构分类，帮助读者更好地理解纳米材料在不同领域的应用。
通过对纳米材料的定义、特点和结构分类的深入探讨，读者可以更全面地了解纳米材料的特性和优势，以及其在生物、医学、材料科学、电子、光学等领域的广泛应用。
除此之外，本文还旨在为读者展望纳米材料的发展前景，强调其在未来科技领域的重要性，促进对纳米材料研究和应用的进一步关注和探索。
通过本文的阐述，我们希望读者能够深刻理解纳米材料的重要性，并对其未来发展充满期待。
2.正文2.1 纳米材料的定义与特点纳米材料是指至少在一维上具有至少一种尺寸小于100纳米（1纳米等于10的负9次方米）的材料。
这个定义是根据纳米尺度的特殊性质而确定的，纳米材料在尺寸上比传统的材料要小得多，因此具有许多独特的特点。
首先，纳米材料具有较大的比表面积。
由于其微观结构的特殊性，纳米材料在单位质量或体积下具有更多的表面积，这使得纳米材料在催化、吸附、传感等领域具有更广泛的应用前景。
纳米材料分类
纳米材料分类纳米材料是一种具有纳米尺度特征的新型材料，其尺寸在纳米尺度范围内，通常是指直径小于100纳米的材料。
纳米材料因其特殊的尺寸效应、表面效应和量子效应等特性，在材料科学、物理学、化学等领域具有广泛的应用前景。
根据其不同的结构和性质，纳米材料可以被分为多种不同的分类。
一、纳米材料的基本分类。
1. 纳米颗粒材料。
纳米颗粒材料是一种由纳米颗粒组成的材料，其尺寸通常在1-100纳米之间。
纳米颗粒材料可以是金属、半导体、陶瓷等材料，具有独特的光学、电子、磁学等性质，广泛应用于生物医学、光电子器件、传感器等领域。
2. 纳米复合材料。
纳米复合材料是由两种或两种以上的材料组成的复合材料，其中至少一种材料的尺寸在纳米尺度范围内。
纳米复合材料具有优异的力学性能、导电性能、热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料等领域。
3. 纳米多孔材料。
纳米多孔材料是一种具有纳米尺度孔隙结构的材料，其孔隙尺寸通常在1-100纳米之间。
纳米多孔材料具有高比表面积、可控的孔隙结构、优异的吸附性能等特点，被广泛应用于气体分离、催化剂、吸附材料等领域。
二、纳米材料的特殊分类。
1. 一维纳米材料。
一维纳米材料是指其在至少一个维度上具有纳米尺度特征的材料，如纳米线、纳米管等。
一维纳米材料具有高比表面积、优异的导电性能和力学性能，被广泛应用于纳米电子器件、纳米传感器、纳米机械等领域。
2. 二维纳米材料。
二维纳米材料是指其在两个维度上具有纳米尺度特征的材料，如石墨烯、硼氮化物等。
二维纳米材料具有独特的光学、电子、热学等性质，被广泛应用于柔性电子器件、光电子器件、能源存储等领域。
3. 三维纳米材料。
三维纳米材料是指其在三个维度上均具有纳米尺度特征的材料，如纳米多孔材料、纳米泡沫材料等。
三维纳米材料具有高比表面积、可控的孔隙结构、优异的力学性能等特点，被广泛应用于催化剂、吸附材料、生物医学材料等领域。
三、纳米材料的应用领域。
随着纳米技术的不断发展，纳米材料在许多领域都得到了广泛的应用，包括但不限于电子器件、光电子器件、传感器、催化剂、吸附材料、生物医学材料等。
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纳米材料分类
纳米材料是一种具有特殊尺度特征的材料，其尺寸通常在1到100纳米之间。
纳米材料的独特性质使其在许多领域有广泛的
应用前景。
纳米材料按其组成和结构可以分为以下几类。
1. 金属纳米材料
金属纳米材料是由金属原子组成的纳米颗粒，具有较高的导电性和导热性。
金属纳米材料常见的有纳米粉末、纳米线、纳米片等形式。
金属纳米材料可以用于制备高性能的传感器、催化剂、电子器件等。
2. 半导体纳米材料
半导体纳米材料是由半导体材料组成的纳米颗粒，通常具有半导体材料的特殊电学、光学和磁学性质。
常见的半导体纳米材料有纳米晶、纳米线、纳米管等形式。
半导体纳米材料在光电器件、太阳能电池、光催化等领域有广泛的应用。
3. 氧化物纳米材料
氧化物纳米材料是由氧化物化合物组成的纳米颗粒，具有良好的稳定性和化学反应活性。
常见的氧化物纳米材料有二氧化钛、氧化铁、氧化锌等。
氧化物纳米材料在环境净化、催化剂、电池材料等方面有广泛的应用。
4. 聚合物纳米材料
聚合物纳米材料是由聚合物分子组成的纳米颗粒，具有良好的力学性能和可塑性。
常见的聚合物纳米材料有聚苯乙烯纳米颗粒、聚合物纳米复合材料等。
聚合物纳米材料在纳米药物传输、
纳米涂料、纳米电子器件等方面有广泛的应用。
5. 碳基纳米材料
碳基纳米材料是由碳元素组成的纳米结构材料，常见的有纳米管、石墨烯等形式。
碳基纳米材料具有优异的电学、热学和力学性能，广泛应用于电子器件、储能器件、传感器等领域。
以上是几种常见的纳米材料分类，纳米材料的研究和应用方面仍在不断发展中。
纳米科学和纳米技术的进一步发展将为各个领域的科学技术创新提供新的机遇和挑战。