纳米材料的物理性能及应用
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It has become possible during the past decade to create cemented carbide nanocomposites, such as WC/Co and TiC/Fe, that have considerably enhanced hardness, fracture toughness, and wear resistance compared to their conventional grain size counterparts that are widely used in the manufacture of machine tools, drill bits, and wear parts.
Methane -air diffusion flame
nano449
Typical SEM image of bulk GaN nanowires.
nano125
纳米膜与纳米涂层
Schematic diagrams of the preparation of macroporous metals or semiconductor films by: a) electrodeposition, b) ionic spraying, c) laser spraying.
纳米光催化技术
我们的技术
• 纳米光催化涂层技术（光触媒） • 纳米光催化空气净化机
低成本：四氯化钛低温沉淀法 高效率：纳米粒子平均粒度2nm
液相捕集技术 安 全：中性、水基、纯无机组分
纳米光触媒微观照片
液相捕集型纳米光催化消毒机
关于纳米产业
• 纳米产业发展的初级阶段出现的问题扰乱了政 府、科技界、投资界和公众对一个伟大的、足 以影响我们民族命运的技术产业作出正确的认 识和判断，神化论、怀疑论、未来时论以跳跃 的方式出现在我们眼前、影响我们的思维。其 实，纳米技术是一个庞大的、多层次的战略性 技术领域，绝不能简单的视作一项单一技术， 纳米产业也是如此，它是一个多层次的体系， 发展要有一个逐层推进的历程，我们应对此有 着科学、客观的认识。
跨度
1 2 3 4 5 6 7
8 9
产业化时间与状况
部分技术已产业化，5年内的产业化 重点 部分技术已产业化，5年内的产业化 重点 部分技术已较为成熟，10年内产业化
部分技术已较为成熟，10年内产业化
基础及应用技术研究阶段，10-15年 内产业化 基础及应用技术研究阶段，10-15年 内产业化 基础技术研究阶段，15-20年内产业 化 基础技术研究阶段，15-20年内产业 化 前期研究，产业化需20-30年
敏感元件、阵列与元件封装
气敏元件的应用
• 环境保护（空气、土地、水污染的检测） • 质量控制（饮料、食品、烟草质量监控） • 消防（煤矿、油田、油库、建筑物报警） • 航空航天（发动机控制、机舱环境监测） • 汽车（发动机控制、排气质量监测） • 安全（公安、海关检测） • 临床诊断（人体呼吸及排泄物气味检测） • 化工控制（药品、化肥、化工材料的生产） 等。
Carbon nanotube arrays grown on n + -type porous silicon substrate.
纳米技术的核心是纳米材料技术
纳米材料的性能异乎宏观物质的变化是 其具备超常的应用价值的关键，其中物 理性能很重要
典型应用举例
纳米材料的磁性能及 其应用
电脑软盘
纳米材料的热性能及其 应用
纳米材料的导热性能
绝缘散热材料：纳米氧化铝与高分子材料 的复合，用于电子元器件的散热
纳米材料的绝热性能
超薄绝热涂层：纳米氧化锆，用于航 天、航空等
纳米材料的电性能及 其应用
高性能Fe电极材料
手机
手机电池
电致流变
航空航天、汽车的无摩擦、高响应离合 纳米碳包镍、纳米氧化物粉体
学科层次
任意形态纳米材料
特殊形态纳米材料
表面修饰特殊形态 纳米材料 任意形态纳米材料 特殊形态纳米材料
表面修饰特殊形态 纳米材料 纳米物质有序阵列
纳米物质有序阵列 纳米器件
产业层次
提升传统产业竞 争力和附加值 同上
同上
建立全新产业 建立全新产业
建立全新产业
提升传统产业竞 争力和附加值 建立全新产业 建立全新产业
nano358++
激光复合加热蒸发合成纳米粉体材料
纳米铁粉形貌
特殊形态纳米体
S.T. Lee et al./Materials Science and Engineering A 286 (2000) 16~23
TEM micrograph of Si nanowires;
甲烷-空气扩散 燃烧法制备碳 纳米管
8
benzene acetone xylene toluene alcohol
200 250 300 350 400 Temperature(oC)
benzene acetone xylene toluene alcohol
(a)
450 500
(c)
6
4
2
200 250 300 350 400 450 500 Temperature(oC)
• 即人类将利用越来越小、越来越精 确的物质和越来越精细的技术生产 成品来满足更高层次的要求。纳米 技术将极大地改变人类的生产和生 活模式。
• 纳米技术包括纳米电子学、纳米光学、 纳米生物学、纳米化学、纳米材料学、 纳米工程、纳米医学等技术。
纳米颗粒
PVS技术原理 PVS（等离子气相合成）技术原理
肿瘤早期诊断试剂盒
• 纳米磁性微球与单抗结合的高灵敏度细 胞分离技术
高空飞行的F117
Co吸波Fe材料
雷达 检测系统
纳米材料的力学性能 及其应用
CONSOLIDATED NANOSTRUCTURES
Ceramic Nanoparticles
Net shape forming via consolidated nanoparticles (courtesy of Nanophase Technologies Corporation).
气体传感器类型的研究
传感器类型
检测原理
代表性材料
金属氧化物 电阻式 半导体 (MOS) 非电阻式
气体吸附、电阻 变化
二极管型、 MOSFET
SnO2 、 ZnO 、 Fe2O3 、 WO3 Pd、Pt栅极
有机半导体气敏传感器
电阻、介电常数 变化
酞氰类聚合物、聚 吡咯、聚苯胺
固体电解质 接触燃烧式
离子传导 燃烧/氧化燃烧
ZrO2、Nafion Pt
光学式
光谱吸收、荧光、 光纤化学材料
－
石英谐振式（QCM)
谐振频率
酞氰类聚合物、聚 乙烯亚胺
声表面波式（SAW) 声波传播速度和 聚异丁烯、氟聚多
Sensitivity
Sensitivity
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0 150
16 14 12 10
NANOPHASE公司生产车间
化学沉淀：Monodisperse Ferromagnetic Particles for
Microwave Applications
SEM image of a Fe0.13[Co50Ni50]0.87 powder (dm = 166 nm ; s = 13 nm).
纳米材料的 物理性能与应用
纳米技术的相关概念
对人类文明的贡献 纳米科技可以与20世纪的抗生素、 集成电路、人造聚合物等的作用 之总和相媲美
人类探索世界的两个方向
纳微 米米 技技 术术
原
百度文库
子
微观
结
构
宇
宏观
宙
• 纳米技术是指在0.l－100nm（nanometer, 简称纳米) 尺度上操纵和研究原子、分子， 对材料进行加工、制造具有特定功能的 产品、或对物质进行研究、掌握其原子 和分子的运动规律和特征的高新技术。 它是基础科学（现代物理、化学、分子 生物学）和先进工程技术（计算机、微 电子等）相结合的产物。纳米原本是长 度单位，随着科学技术的发展却完全具 有更深层次的涵义，它不仅意味着空间 尺度，而且提供了崭新的思维方式：
nano36
纳米结构与纳米 块体材料
三维结构制备
Schematic outline of the experimental procedure. Aqueous dispersions of polystyrene beads are injected into the cell through the rubber tubeusing a syringe. The rate of packing of polymer beads increases as the pressure of nitrogen increases.
采用纳米材料与技术 大幅度提高敏感元件 的敏感度、降低工作 温度。
ZnO粉末制备的厚膜对 蒸气的敏感度与工作 温度的关系 (a）针状纳米ZnO； (c）市售ZnO
纳米材料的光学性能及 其应用
紫外线屏蔽
太阳光紫外线分析图
Two concepts for solar energy conversion: nanomaterials leading to direct conversion or chemical production: (a) light-emitting nanocrystal CdSe diode in a conducting organic matrix; (b) photochemical Gratzel cell of optically excited charged dyes.
nano357
SEMs of a crystalline assembly of 0.48 mm polystyrene beads that
was formed in a 12 mm-thick cell
nano357
S. Fan et al. / Physica E 8 (2000) 179~183
高性Fe能磁记录材料
工作中的电脑
Ni Co Fe磁流体
附磁力线的轴承 轴承
纳米磁性载体
免疫磁珠分离骨髓中癌细胞的原理示意图
高性能纳米磁珠与细胞分离技术简介
• 磁性纳米磁珠是具有高分子微球的一般 性质，表面可以结合多种功能分子满足 不同要求，在磁场作用下可定向运动到 特定部位，或迅速从周围介质中分离出 来。这些性能使其在固定化酶、免疫测 定、细胞的分离与分类和亲和色谱中显 示出巨大的应用前景。在肿瘤、癌症等 一些疾病的治疗中具有很高的应用价值。
CONSOLIDATED NANOSTRUCTURES
Nanostructured Hard Materials
Uses for consolidated nanostructured hard materials: nanocomposite microtwist drill bit (top) compared to conventional product after wear for the same use time (courtesy Nanodyne Inc.).
Methane -air diffusion flame
nano449
Typical SEM image of bulk GaN nanowires.
nano125
纳米膜与纳米涂层
Schematic diagrams of the preparation of macroporous metals or semiconductor films by: a) electrodeposition, b) ionic spraying, c) laser spraying.
纳米光催化技术
我们的技术
• 纳米光催化涂层技术（光触媒） • 纳米光催化空气净化机
低成本：四氯化钛低温沉淀法 高效率：纳米粒子平均粒度2nm
液相捕集技术 安 全：中性、水基、纯无机组分
纳米光触媒微观照片
液相捕集型纳米光催化消毒机
关于纳米产业
• 纳米产业发展的初级阶段出现的问题扰乱了政 府、科技界、投资界和公众对一个伟大的、足 以影响我们民族命运的技术产业作出正确的认 识和判断，神化论、怀疑论、未来时论以跳跃 的方式出现在我们眼前、影响我们的思维。其 实，纳米技术是一个庞大的、多层次的战略性 技术领域，绝不能简单的视作一项单一技术， 纳米产业也是如此，它是一个多层次的体系， 发展要有一个逐层推进的历程，我们应对此有 着科学、客观的认识。
跨度
1 2 3 4 5 6 7
8 9
产业化时间与状况
部分技术已产业化，5年内的产业化 重点 部分技术已产业化，5年内的产业化 重点 部分技术已较为成熟，10年内产业化
部分技术已较为成熟，10年内产业化
基础及应用技术研究阶段，10-15年 内产业化 基础及应用技术研究阶段，10-15年 内产业化 基础技术研究阶段，15-20年内产业 化 基础技术研究阶段，15-20年内产业 化 前期研究，产业化需20-30年
敏感元件、阵列与元件封装
气敏元件的应用
• 环境保护（空气、土地、水污染的检测） • 质量控制（饮料、食品、烟草质量监控） • 消防（煤矿、油田、油库、建筑物报警） • 航空航天（发动机控制、机舱环境监测） • 汽车（发动机控制、排气质量监测） • 安全（公安、海关检测） • 临床诊断（人体呼吸及排泄物气味检测） • 化工控制（药品、化肥、化工材料的生产） 等。
Carbon nanotube arrays grown on n + -type porous silicon substrate.
纳米技术的核心是纳米材料技术
纳米材料的性能异乎宏观物质的变化是 其具备超常的应用价值的关键，其中物 理性能很重要
典型应用举例
纳米材料的磁性能及 其应用
电脑软盘
纳米材料的热性能及其 应用
纳米材料的导热性能
绝缘散热材料：纳米氧化铝与高分子材料 的复合，用于电子元器件的散热
纳米材料的绝热性能
超薄绝热涂层：纳米氧化锆，用于航 天、航空等
纳米材料的电性能及 其应用
高性能Fe电极材料
手机
手机电池
电致流变
航空航天、汽车的无摩擦、高响应离合 纳米碳包镍、纳米氧化物粉体
学科层次
任意形态纳米材料
特殊形态纳米材料
表面修饰特殊形态 纳米材料 任意形态纳米材料 特殊形态纳米材料
表面修饰特殊形态 纳米材料 纳米物质有序阵列
纳米物质有序阵列 纳米器件
产业层次
提升传统产业竞 争力和附加值 同上
同上
建立全新产业 建立全新产业
建立全新产业
提升传统产业竞 争力和附加值 建立全新产业 建立全新产业
nano358++
激光复合加热蒸发合成纳米粉体材料
纳米铁粉形貌
特殊形态纳米体
S.T. Lee et al./Materials Science and Engineering A 286 (2000) 16~23
TEM micrograph of Si nanowires;
甲烷-空气扩散 燃烧法制备碳 纳米管
8
benzene acetone xylene toluene alcohol
200 250 300 350 400 Temperature(oC)
benzene acetone xylene toluene alcohol
(a)
450 500
(c)
6
4
2
200 250 300 350 400 450 500 Temperature(oC)
• 即人类将利用越来越小、越来越精 确的物质和越来越精细的技术生产 成品来满足更高层次的要求。纳米 技术将极大地改变人类的生产和生 活模式。
• 纳米技术包括纳米电子学、纳米光学、 纳米生物学、纳米化学、纳米材料学、 纳米工程、纳米医学等技术。
纳米颗粒
PVS技术原理 PVS（等离子气相合成）技术原理
肿瘤早期诊断试剂盒
• 纳米磁性微球与单抗结合的高灵敏度细 胞分离技术
高空飞行的F117
Co吸波Fe材料
雷达 检测系统
纳米材料的力学性能 及其应用
CONSOLIDATED NANOSTRUCTURES
Ceramic Nanoparticles
Net shape forming via consolidated nanoparticles (courtesy of Nanophase Technologies Corporation).
气体传感器类型的研究
传感器类型
检测原理
代表性材料
金属氧化物 电阻式 半导体 (MOS) 非电阻式
气体吸附、电阻 变化
二极管型、 MOSFET
SnO2 、 ZnO 、 Fe2O3 、 WO3 Pd、Pt栅极
有机半导体气敏传感器
电阻、介电常数 变化
酞氰类聚合物、聚 吡咯、聚苯胺
固体电解质 接触燃烧式
离子传导 燃烧/氧化燃烧
ZrO2、Nafion Pt
光学式
光谱吸收、荧光、 光纤化学材料
－
石英谐振式（QCM)
谐振频率
酞氰类聚合物、聚 乙烯亚胺
声表面波式（SAW) 声波传播速度和 聚异丁烯、氟聚多
Sensitivity
Sensitivity
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0 150
16 14 12 10
NANOPHASE公司生产车间
化学沉淀：Monodisperse Ferromagnetic Particles for
Microwave Applications
SEM image of a Fe0.13[Co50Ni50]0.87 powder (dm = 166 nm ; s = 13 nm).
纳米材料的 物理性能与应用
纳米技术的相关概念
对人类文明的贡献 纳米科技可以与20世纪的抗生素、 集成电路、人造聚合物等的作用 之总和相媲美
人类探索世界的两个方向
纳微 米米 技技 术术
原
百度文库
子
微观
结
构
宇
宏观
宙
• 纳米技术是指在0.l－100nm（nanometer, 简称纳米) 尺度上操纵和研究原子、分子， 对材料进行加工、制造具有特定功能的 产品、或对物质进行研究、掌握其原子 和分子的运动规律和特征的高新技术。 它是基础科学（现代物理、化学、分子 生物学）和先进工程技术（计算机、微 电子等）相结合的产物。纳米原本是长 度单位，随着科学技术的发展却完全具 有更深层次的涵义，它不仅意味着空间 尺度，而且提供了崭新的思维方式：
nano36
纳米结构与纳米 块体材料
三维结构制备
Schematic outline of the experimental procedure. Aqueous dispersions of polystyrene beads are injected into the cell through the rubber tubeusing a syringe. The rate of packing of polymer beads increases as the pressure of nitrogen increases.
采用纳米材料与技术 大幅度提高敏感元件 的敏感度、降低工作 温度。
ZnO粉末制备的厚膜对 蒸气的敏感度与工作 温度的关系 (a）针状纳米ZnO； (c）市售ZnO
纳米材料的光学性能及 其应用
紫外线屏蔽
太阳光紫外线分析图
Two concepts for solar energy conversion: nanomaterials leading to direct conversion or chemical production: (a) light-emitting nanocrystal CdSe diode in a conducting organic matrix; (b) photochemical Gratzel cell of optically excited charged dyes.
nano357
SEMs of a crystalline assembly of 0.48 mm polystyrene beads that
was formed in a 12 mm-thick cell
nano357
S. Fan et al. / Physica E 8 (2000) 179~183
高性Fe能磁记录材料
工作中的电脑
Ni Co Fe磁流体
附磁力线的轴承 轴承
纳米磁性载体
免疫磁珠分离骨髓中癌细胞的原理示意图
高性能纳米磁珠与细胞分离技术简介
• 磁性纳米磁珠是具有高分子微球的一般 性质，表面可以结合多种功能分子满足 不同要求，在磁场作用下可定向运动到 特定部位，或迅速从周围介质中分离出 来。这些性能使其在固定化酶、免疫测 定、细胞的分离与分类和亲和色谱中显 示出巨大的应用前景。在肿瘤、癌症等 一些疾病的治疗中具有很高的应用价值。
CONSOLIDATED NANOSTRUCTURES
Nanostructured Hard Materials
Uses for consolidated nanostructured hard materials: nanocomposite microtwist drill bit (top) compared to conventional product after wear for the same use time (courtesy Nanodyne Inc.).