纳米材料及功能材料问题
纳米科技技术对食品包装材料的潜在风险与安全问题解析
纳米科技技术对食品包装材料的潜在风险与安全问题解析随着纳米科技技术的发展与应用，纳米材料被广泛运用于各个领域，包括食品包装材料。
纳米科技技术可以提供许多优势，如增强包装材料的性能、延长食品的保鲜期、改善食品品质等。
然而，与纳米材料相关的风险问题也日益引起关注。
纳米材料的应用给食品包装材料带来了新的功能和性能。
一些纳米材料具有抗菌、阻隔和抗氧化等特性，能够改善食品包装的保鲜性能和延长食品的货架寿命。
同时，纳米材料还可以提高包装材料的物理强度和耐磨性，增强包装的保护作用。
然而，正是这些优势也使得纳米材料带来了潜在的风险和安全问题。
首先，纳米材料的生物活性是一个潜在的风险因素。
纳米颗粒相比于传统材料具有更大的比表面积，这意味着纳米颗粒与周围环境和食品材料接触的表面积更大，其生物活性也可能更高。
一些研究表明，过小的纳米颗粒可以穿过细胞膜、进入细胞并影响细胞的功能。
因此，如果纳米颗粒从食品包装材料中释放出来，可能会对人体健康产生潜在的风险。
其次，纳米材料的毒性是另一个关注点。
虽然一些纳米材料被认为是相对安全的，但也有研究表明一些纳米材料可能对人体健康产生潜在的有害影响。
例如，纳米银颗粒具有强大的抗菌性能，但同时也可能对人体的细胞和组织产生毒性。
因此，对纳米材料的毒性评估和监测是非常重要的，以确保食品包装材料的安全性。
此外，纳米材料的稳定性也是一个需要关注的问题。
纳米材料可能因为外界环境的变化或包装材料本身的性质而发生变化。
例如，一些纳米颗粒可能会在酸性或碱性条件下溶解或聚集，从而影响其性能和安全性。
因此，需要对纳米材料在真实使用条件下的稳定性进行评估，并确保其不会产生有害的分解产物。
此外，纳米材料的迁移问题也需要关注。
纳米材料可能会从包装材料中迁移到食品中，从而进入人体。
这可能会导致潜在的安全风险。
因此，需要对纳米材料在包装材料与食品接触时的迁移行为进行评估，并确保迁移量在安全范围内。
为了解决纳米科技技术对食品包装材料的潜在风险，必须采取一系列的措施。
纳米金属材料的性能、应用与制备
由于以上特性的存在，使纳米金 属材料成为材料研究的热点，同 时金属及其合金纳米材料在现代 工业、国防和高技术发展中充当 着重要的角色。
三、纳米金属材料的应用
1.钴（Co)高密度磁记录材料 2.吸波材料 3.表面涂层材料 4.高效催化剂 5.导电浆料 6.高性能磁记录材料 7.高效助燃剂 8.高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料 9.Al基纳米复合材料 10.其他应用
注：电子浆料是制造厚膜元件的基础材料，是一种由固体粉末和有机溶剂经过三辊轧制混合
均匀的膏状物（可联想成牙膏、油漆等样子）。 厚膜技术是集电子材料、多层布线技术、表面微组装及平面集成技术于一体的微电子技术。
6.高性能磁记录材料 利用纳米铁粉矫顽力高、饱和磁化强度大、信噪比高和
抗氧化性能好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘 的性能。
液相法特别适合制备组成均匀、纯度高的复合氧化物纳米粉体，但其缺点是 溶液中形成的粒子在干燥过程中，易发生相互团聚，导致分散性差，粒子粒度变 大。应用于液相法制备纳米微粒的设备比较简单，其生成的粒子大小可以通过控
制工艺条件来调整，如溶液浓度、溶液的PH值、反应压力、干燥方式等。
注：分散性：分散性固体粒子的絮凝团或液滴，在水或其他均匀液
铜及其合金纳米粉体用作催化剂效率高，选择性强，可用于二氧化碳和氢 合成甲醇等反应过程中的催化剂。通常的金属催化剂铁、铜、镍，钯、铂等制成 纳米微粒可大大改善催化效果。由于比表面积巨大和高活性，纳米镍粉具有极强 的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。
5.导电浆料
用纳米铜粉替代贵金属粉末制备性能优越的电子浆料可大大降低成本，此 技术可促进微电子工艺的进一步优化。
注：1GHz=103MHz=106KHz=109Hz
材料科学与工程领域的十大热点问题
材料科学与工程领域的十大热点问题材料科学与工程涉及的范围非常广泛，主要包括材料设计、制备、性能表征和应用等多个方面。
作为现代科技的重要支柱之一，材料科学与工程一直是各个领域的研究热点之一。
本文将通过对材料科学与工程领域的热点问题进行分析和探讨，来了解材料科学与工程领域的未来发展方向。
一、先进金属材料金属材料一直是制造行业中不可或缺的重要物质。
先进金属材料的研究与开发已成为全球范围内的一项重要任务，特别是在高科技行业中的发展更是十分迅速。
其中，超导材料、高温合金、形状记忆合金等高新材料是材料科学与工程领域的热点问题。
这些先进材料的应用范围正在不断扩大，如在航空航天、能源、电子等领域都有着广泛的应用。
二、新型非金属材料除了金属材料外，随着世界科学技术的不断发展，非金属材料在制造业中所占的比重越来越大。
在新型非金属材料中，人造蜂窝材料、陶瓷基复合材料、高分子材料等都是十分重要的研究方向。
这些新型材料在电子、汽车、化工等行业的应用也十分广泛，是未来材料科学与工程领域的发展方向。
三、纳米材料纳米材料由于其特殊的物理、化学性质，被认为是未来材料科学领域的一个重要研究方向。
因此，纳米材料的研究和开发已成为材料科学与工程领域一个新的热点问题。
纳米材料已被广泛应用于生物医学、电子、能源储存等领域，并有着更广泛的应用前景。
四、可持续能源材料环保、低碳、可持续的材料制备和能源利用一直是全球科学界和政府关注的一个重要领域。
目前，太阳能、风能、生物质能等可再生能源的发展已成为全球范围内的一项重大任务，相关可持续能源材料的研发也成为一个热点问题。
因此，可持续能源材料的研究和应用已成为材料科学与工程领域中的一个重要领域。
五、功能材料功能材料作为一个综合性的科学和技术领域，涉及能源、环境、生物医学、电子等方面的重要问题，是材料科学与工程领域的重要热点问题。
离子导体材料、磁性材料、光电功能材料等都是功能材料的重要研究方向。
这些材料的研究与开发，将在未来为我们解决许多重要问题。
纳米材料的毒性作用及风险评估
纳米材料的毒性作用及风险评估随着纳米科技的快速发展，纳米材料已经广泛应用于医药、生物学、材料科学、能源技术等领域。
相比传统材料，纳米材料具有更大的表面积、更高的反应活性和更好的光学和电学性能，因此被广泛应用于制造更高性能的电子产品、纳米传感器、生物医学的治疗药物等。
然而，随着纳米材料的涌现，我们也面临着纳米材料的毒性风险问题。
本文将探讨纳米材料的毒性作用及风险评估。
1. 纳米材料的毒性作用纳米材料的毒性作用是由其高表面积和反应活性导致的。
相比传统材料，纳米材料的比表面积更大，导致更大的反应表面积，更高的反应率和更强的毒性。
此外，由于其纳米级别的尺寸，纳米材料可以穿过细胞膜进入细胞内部，导致更严重的生物毒性反应。
纳米材料的毒性作用可以分为两个方面：直接毒性和间接毒性。
1.1 直接毒性纳米材料的直接毒性指的是纳米材料本身的毒性。
由于其高表面积和反应性，纳米材料更容易被细胞吸收和累积，并对细胞和组织产生损害。
纳米材料可以影响细胞的正常功能，如中毒和细胞凋亡，甚至导致细胞死亡。
此外，纳米材料还可能导致免疫功能下降、基因突变和肿瘤等问题。
1.2 间接毒性纳米材料的间接毒性指的是纳米材料与生物体中其他化学物质相互作用所产生的毒性。
生物体内的化学物质可以与纳米材料发生物理或化学反应，从而产生新的化合物或扰动生态系统中的产物流动。
例如，生物体内的金属离子可以与纳米材料形成类似配合物的结构，进而干扰生物体内的生化反应。
2. 纳米材料的风险评估为了评估纳米材料的毒性作用和风险，并确定其促销和使用的限制，已经出现了各种风险评估方法。
风险评估方法通常包括检测研究、分类和标识、曝光评估和效应评估。
2.1 检测研究检测研究是针对纳米材料的物理和化学特性的实验室为基础的检测方法。
通过该方法，研究人员可以确定纳米材料的形状、结构、化学组成和其它的物理化学性质。
此外，研究人员也可以通过检测研究来了解研究材料的稳定性、聚集性、生物降解性、毒性（细胞毒性、生物毒性）等方面的潜在问题。
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
功能性纳米材料的研发与应用
功能性纳米材料的研发与应用随着科技的飞速发展，人们研究和开发的纳米材料越来越多，纳米材料的应用也变得越来越广泛。
其中，功能性纳米材料是一种新型的材料，其具有很多优异的功能性能，可以在许多领域得到广泛的应用。
一、纳米材料的概念及特点首先，我们需要了解一下纳米材料的概念。
纳米材料是指颗粒尺寸在1~100纳米之间的材料。
与传统的材料相比，纳米材料具有很多特点。
其主要特点如下：1.尺寸效应：由于纳米材料的尺寸非常小，相对于宏观材料，其性质会发生很大的变化。
例如，纳米结构可以使材料的电、热、力学等性质得到显著的提升。
2.表面效应：由于纳米材料表面积很大，会导致表面和界面效应显著增强。
其结构、化学活性等性质也比宏观材料更加丰富。
3.量子效应：当物体尺寸缩小到纳米级别时，物体的运动特点会变得与传统物质的运动性质有所不同。
量子效应是纳米材料独有的性质之一。
二、功能性纳米材料的种类目前，功能性纳米材料的种类已经非常多。
以下列举了一些功能性纳米材料：1.纳米催化材料：具有较高的催化活性和选择性，可用于环保、化工、能源等领域。
2.纳米电极材料：具有优异的电化学性能，可用于电能储存和转化领域。
3.纳米传感器材料：具有高灵敏度和高选择性，可用于医疗、食品安全等领域。
4.纳米杂化材料：由不同的纳米颗粒组成，具有多种复合性质和应用潜力。
以上列举的只是一部分常见的功能性纳米材料，随着技术的发展，新的功能性纳米材料也会不断涌现出来。
三、功能性纳米材料的应用功能性纳米材料的应用非常广泛，以下简要列举一些主要的应用领域。
1.环保领域：纳米吸附材料、纳米催化材料等可用于净化空气、水等环境。
2.医疗领域：纳米药物载体、纳米探针等可用于治疗癌症、探测肿瘤等。
同时，纳米材料也可以用于制备生物传感器、组织修复材料等。
3.能源领域：纳米电极材料、纳米光催化材料等可用于太阳能电池、电解水等领域。
4.材料领域：纳米杂化材料可用于制备高性能的复合材料，以及具有阻燃、抗热、抗腐蚀等特性的新材料。
碳纳米材料的性能及应用作业.
碳纳米材料的性能及应用Z09016114 蔡排枝摘要:纳米材料被誉为21 世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。
本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。
.引言碳纳米材料是指材料微观结构在0-3 维内其长度不超过100nm;由碳原子组成, 材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。
它有四种基本类型:a. 纳米粒子原子团如 C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2 维 d.块体纳米材料如金刚石(3 维。
由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。
由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。
碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。
碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。
由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。
比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”其,性质随直径和螺旋角的同有明显变化。
近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。
.碳纳米材料的性能2.1C60的主要性质及应用C60具有缺电子烯的性质,同时它又兼备给电子能力,六元环间的6:6 双键为反应的活性部位,可发生诸如氢化、卤化、氧化还原、环加成、光化与催化及自由基加成等多种化学反应,并可参与配合作用。
纳米材料的毒理作用及其机理
纳米材料的毒理作用及其机理近年来，纳米技术的快速发展已经使得纳米材料的应用越来越广泛。
然而，作为一种新型材料，纳米材料的毒性问题也成为人们关注的焦点。
对于纳米材料的毒性作用及其机理，已经有了较为深入的研究。
一、纳米材料的毒性作用纳米材料具有独特的化学、物理和生物特性，这些特性决定了其可能对生物体产生的毒性作用。
纳米材料的毒性作用主要包括以下几个方面：1. 细胞膜损伤纳米材料的小尺寸和高比表面积使其与细胞膜接触面积增大，从而导致细胞膜的物理或化学损伤。
此外，纳米材料的表面电荷、疏水性和亲水性等特性也会影响其与细胞膜的相互作用。
2. 细胞内氧化损伤纳米材料可以被细胞摄入，进入细胞内部。
纳米材料的大量存在会增加细胞内的有毒氧自由基及其他反应性氧物质的生成，从而对细胞内的各种生物大分子，如蛋白质、核酸和膜脂等，造成氧化损伤。
3. 基因突变和DNA损伤纳米材料与DNA分子的相互作用也是产生毒性作用的原因之一。
当纳米材料与DNA结合后，会形成 DNA-纳米材料复合体，引发DNA 修改和基因突变等现象，从而影响甚至破坏生物体的生长和发育。
二、纳米材料的毒性机理1. 氧化损伤纳米材料的氧化作用是纳米材料导致毒性机理中最常见和重要的一种，其主要原理是由于其小尺寸和巨大的表面积，纳米材料在空气和水中易吸附和氧化，从而释放出反应性物质，如活性氧自由基等，导致生物体细胞膜和其他生物大分子损伤。
2. 积累和输送纳米材料的毒性机理还包括其积累与输送。
一些纳米材料显然不能被生物体有效清除，会在体内积累，导致组织或器官结构紊乱。
此外，纳米材料的具有特殊的输送功能，可以作为潜在的药物载体，但也可能通过输送途径进入人体造成不良影响。
3. 炎症反应另外，纳米材料的毒性机制还包括诱导体内炎症反应。
许多纳米材料可以激活免疫细胞产生炎症性细胞因子，如TNF-α、IL-1、IL-6等，从而诱导炎症反应，破坏正常组织和器官的结构和功能。
三、防范纳米材料的毒性作用的策略为有效预防纳米材料的毒性作用，应开展详细的评估，并针对其特性和用途制定个性化的防范策略。
纳米材料科学考试试题及答案
纳米材料科学考试试题及答案考试题目：一、选择题1. 下列哪个不属于纳米材料的特征？A. 尺寸范围在纳米级别B. 具有特殊的物理、化学性质C. 可在常规材料制备工艺中得到D. 表面积较大，因而具有特殊功能2. 纳米颗粒的尺寸范围约为：A. 0.1 - 1 微米B. 1 - 10 纳米C. 10 - 100 纳米D. 100 - 1000 纳米3. 纳米材料的制备方法中，溶胶-凝胶法属于：A. 物理方法B. 化学方法C. 机械方法D. 生物方法4. 下列哪种材料能被应用于纳米技术中的磁性材料？A. 铁B. 铝C. 铜D. 锌5. 纳米材料最主要的应用领域是：A. 电子技术B. 化学工业C. 生物医学D. 机械制造二、简答题1. 简述纳米材料的特殊性质，并举例说明。
2. 请简要介绍纳米材料的常见制备方法，并比较它们的优缺点。
3. 纳米颗粒在生物医学领域的应用有哪些？请列举几个例子。
4. 简述纳米材料在环境保护方面的应用，并说明其优势。
5. 纳米技术对能源领域有何贡献？举例说明。
答案：一、选择题1. C2. C3. B4. A5. A二、简答题1. 纳米材料的特殊性质包括量子尺寸效应、表面效应和量子限域效应等。
以金属纳米颗粒为例，由于尺寸效应，金属纳米颗粒的电子结构将发生改变，使其具有独特的光电性能。
此外，纳米材料的超高比表面积也使其具有更强的催化活性和吸附能力。
2. 常见的纳米材料制备方法包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法、气相沉积法和水热合成法等。
溶胶-凝胶法通过溶解金属盐和聚合物等原料，形成胶体溶胶后进行凝胶，最后通过热处理得到纳米材料。
这种方法制备简单，可以得到形态多样的纳米材料。
然而，其过程中可能存在副产物和长周期振荡等问题。
其他方法各有其特点，如磁控溅射法可以得到纯净的纳米薄膜，但设备复杂且制备速度较慢。
3. 纳米颗粒在生物医学领域的应用有诊断、治疗和药物传递等方面。
例如，纳米粒子可以用作医学影像的对比剂，通过控制纳米颗粒的大小和表面修饰，可以实现针对性的细胞成像。
纳米知识点与答案
第一章1、纳米科学技术概念纳米科学技术是研究在千万分之一米10–7到十亿分之一米10–9米内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术,又称为纳米技术;2、纳米材料的定义把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料;即三维空间中至少有一维尺寸小于100 nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料; “功能”概念,即“量子尺寸效应”;3、纳米材料五个类维度0维材料,1维材料,2维材料,体相纳米材料,纳米孔材料4、0、1、2维材料定义、例子0维材料—尺寸为纳米级100 nm以下的颗粒状物质;富勒烯、胶体微粒、半导体量子点1维材料—线径为1—100 nm的纤维管;纳米线、纳米棒、纳米管、纳米丝2维材料—厚度为1 —100 nm的薄膜;薄片、材料表面相当薄的单层或多层膜5、纳米材料与传统材料的主要差别尺寸：第一、这种材料至少有一个方向是在纳米的数量级上;比如说纳米尺度的颗粒,或者是分子膜的厚度在纳米尺度范围内;性能：第二、由于量子效应、界面效应、表面效应等,使材料在物理和化学上表现出奇异现象;比如物体的强度、韧性、比热、导电率、扩散率等完全不同于或大大优于常规的体相材料;6、金属纳米粒子随粒径的减小,能级间隔增大7、与块体材料相比,半导体纳米团簇的带隙展宽,展宽量与颗粒尺寸成反比8、纳米材料的四大基本效应尺寸效应,介电限域效应,表界面效应,量子效应9、什么是量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象；纳米半导体颗粒存在不连续的最高被占据分子轨道HOMO和最低未被占据分子轨道能级LUMO,能隙变宽的现象,均称为量子尺寸效应;10、什么是小尺寸效应当超细颗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；非晶态纳米颗粒的颗粒表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应;11、什么是表界面效应纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例;由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的化学活性,催化活性,吸附活性;表面效应是指纳米粒子表界面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化;12、什么是宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应;近年来,人们发现一些宏观量,例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化,故称为宏观量子隧道效应;13、什么是库仑堵塞效应当体系的尺度进入到纳米级一般金属粒子为几个纳米,半导体粒子为几十纳米,体系电荷是“量子化”的,即充电和放电过程是不连续的,充入一个电子所需的能量Ec为e2/2C,e 为一个电子的电荷,C为小体系的电容,体系越小,C越小,能量Ec越大;我们把这个能量称为库仑堵塞能;换句话说,库仑堵塞能是前一个电子对后一个电子的库仑排斥能,这就导致了对一个小体系的充放电过程,电子不能集体传输,而是一个一个单电子的传输;通常把小体系这种单电子输运行为称库仑堵塞效应;14、纳米微粒熔点降低的原因与常规粉体材料相比,由于纳米微粒的颗粒小,其表面能高、比表面原子数多;这些表面原子近邻配位不全,活性大,以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需增加的内能小得多,这就使得纳米微粒的熔点急剧下降;15、烧结温度比常规粉体显著降低的原因所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形,然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相结合成块,密度接近常规材料的最低加热温度;纳米粒子尺寸小,表面能高,压制成块材后的界面具有高能量,在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力,有利于界面附近的原子扩散、界面中的空洞收缩及空位团的湮没;因此,在较低温度下烧结就能达到致密化目的,即烧结温度降低;16、什么是宽频带强吸收大块金属具有不同颜色的金属光泽,表明它们对可见光范围各种颜色波长的光的反射和吸收能力不同;而当尺寸减小到纳米级时,各种金属纳米微粒几乎都呈黑色;它们对可见光的反射率极低,而吸收率相当高;例如,Pt纳米粒子的反射率为1％,Au纳米粒子的反射率小于10％;这种对可见光低反射率,强吸收率导致粒子变黑;17、纳米材料的红外吸收谱宽化的主要原因1 尺寸分布效应：通常纳米材料的粒径有一定分布,不同颗粒的表面张力有差异,引起晶格畸变程度也不同;这就导致纳米材料键长有一个分布,造成带隙的分布,这是引起红外吸收宽化的原因之一;2 界面效应：界面原子的比例非常高,导致不饱和键、悬挂键以及缺陷非常多;界面原子除与体相原子能级不同外,互相之间也可能不同,从而导致能级分布的展宽;与常规大块材料不同,没有一个单一的、择优的键振动模,而存在一个较宽的键振动模的分布,在红外光作用下对红外光吸收的频率也就存在一个较宽的分布;18、什么是纳米材料吸收光谱的蓝移与大块材料相比,纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象,即吸收带移向短波长方向;19、纳米材料吸收光谱蓝移的原因1 量子尺寸效应：即颗粒尺寸下降导致能隙变宽,从而导致光吸收带移向短波方向;Ball 等的普适性解释是：已被电子占据的分子轨道能级HOMO与未被电子占据的分子轨道能级LUMO之间的宽度能隙随颗粒直径的减小而增大,从而导致蓝移现象;这种解释对半导体和绝缘体均适用;2 表面效应：纳米颗粒大的表面张力使晶格畸变,晶格常数变小;对纳米氧化物和氮化物的研究表明,第一近邻和第二近邻的距离变短,键长的缩短导致纳米颗粒的键本征振动频率增大,结果使红外吸收带移向高波数;20、什么是纳米材料吸收光谱的红移现象在一些情况下,当粒径减小至纳米级时,可以观察到光吸收带相对粗晶材料的“红移”现象,即吸收带移向长波长;21、金属纳米颗粒材料电阻增大原因纳米材料体系的大量界面使得界面散射对电阻的贡献非常大,当尺寸非常小时,这种贡献对总电阻占支配地位,导致总电阻趋向于饱和值,随温度的变化趋缓;当粒径低于临界尺寸时,量子尺寸效应造成的能级离散性不可忽视,最后温升造成的热激发电子对电导的贡献增大,即温度系数变负;22、纳米材料的超顺磁性及原因铁磁性纳米颗粒的尺寸减小到一定临界值时,进入超顺磁状态;其原因是：在小尺寸下,当各向异性能减小到与热运动能可比拟时,磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上,易磁化方向做无规律的变化,结果导致超顺磁性的出现;此时磁化率不再服从居里－外斯定律;23、纳米材料的高矫顽力及原因纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时,通常呈现高的矫顽力;起源有两种模型：1 一致转动模型；2 球链反转磁化模型;前者的解释是：当粒子尺寸小到某一尺寸时,每个粒子就是一个单磁畴;例如Fe的单磁畴临界尺寸为12nm,Fe3O4 为40nm;每个单磁畴的纳米粒子实际上成为一个永久磁铁,要使该磁铁去磁,必须使每个粒子整体的磁矩反转,这需要很大的反向磁场,因此具有较高的矫顽力;该模型预测值通常偏高;球链模型认为,由于净磁作用球形纳米Ni粒子形成链状,以此作为理论推导的前提;24、“摔不碎的陶瓷碗”的原因"陶瓷材料在通常情况下呈脆性,由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性;因为纳米材料具有较大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与延展性;25、纳米材料较高的化学活性和催化活性的原因由于纳米材料的比表面积很大,界面原子数很多,界面区域原子扩散系数高,而表面原子配位不饱和性将导致大量的悬键和不饱和键等,这些都使得纳米材料具有较高的化学活性,许多纳米金属微粒室温下在空气中就会被强烈氧化而燃烧;将纳米Er和纳米Cu 粒子在室温下进行压结就能够发生反应形成CuEr金属间化合物,而很多催化剂的催化效率随颗粒尺寸减小到纳米量级而显著提高,同时催化选择性也增强;第二章1、什么是光催化纳米半导体材料在光的照射下,通过把光能转化为化学能,促进化合物的合成或使化合物有机物、无机物降解的过程称为光催化;2、光照射纳米TiO2的反应可用反应式表示3、光生空穴在光催化剂表面发生的氧化还原反应：4、光生电子在光催化剂表面发生的氧化还原反应：5、纳米TiO2半导体粒子产生光催化作用而相应的体相半导体上却没有任何光催化活性的原因与体相材料不同,纳米半导体材料可以利用太阳能进行光催化反应,例如：粒径为10nm 的TiO2半导体粒子,对于光催化有机物显示出高效率的量子效率,而相应的体相半导体上却没有任何光催化活性1纳米半导体粒子的量子尺寸效应使导带和价带能级变为分立能级,能隙变宽;纳米半导体粒子获得了更强的还原及氧化能力,从而产生了光催化性能;2计算表明,在粒径为1m的TiO2粒子中,电子从体内扩散到表面的时间约为100ns；而在粒径为10nm的微粒中扩散时间仅为10ps,粒径越小,电子与空穴的复合几率越小,电荷分离效果越好,光催化活性提高;6、纳米TiO2光触媒作用的应用有哪些纳米TiO2光触媒灭蚊器纳米二氧化钛具有催化性质,它可以降解汽车尾气7、纳米TiO2光催化降解氧化有机物的产物是什么降解为小分子,直至变成CO2和H2O8、提高TiO2光催化效率的途径纳米TiO2光催化剂被光辐射激发产生的电子－空穴对虽然具有很高的氧化能力,但在实际应用中存在一些缺陷：光生载流子h+,e-很易重新复合,例如在TiO2表面上光生电子和空穴的复合是在小于10-9s的时间内完成,影响了光催化的效率;因此制备高活性光催化剂的突出问题是提高光催化剂中光生电子-空穴的分离效率,抑制电子空穴的重新结合;目前光催化剂的改性研究主要针对TiO2进行金属离子掺杂、贵金属表面沉积、半导体复合、表面光敏化、表面超强酸化等;9、纳米TiO2中掺杂过渡金属离子提高光催化活性的原因当在半导体中掺杂不同价态的过渡金属离子后,半导体的光催化性质被改变;从化学观点看,金属离子是电子的有效接受体,可捕获导带中的电子;由于金属离子对电子的争夺,减少了TiO2表面光生电子与空穴的复合,从而使TiO2表面产生了更多的·OH和O2-,提高了催化剂的光催化活性;10、在纳米TiO2光催化剂的表面沉积贵金属的两个作用是什么有利于光生电子和空穴的有效分离以及降低还原反应质子的还原、溶解氧的还原的超电压;贵金属修饰TiO2通过改变体系中的电子分布,影响TiO2的表面性质,进而改善其光催化活性;11、详述CdS-TiO2复合体系提高光催化效率的过程可以加图示形式CdS的带隙能为, TiO2的带隙能为;当以足够的能量辐射时,CdS和TiO2同时发生电子激发,由于两者导带与价带的差异,光生电子将聚集在TiO2的导带上,而空穴则聚集在CdS的价带上,使得光生载流子得到有效的分离,提高了光催化性能;当激发能不足以激发光催化剂中的TiO2时,却能激发CdS,由于TiO2导带比CdS导带电位高,使得CdS上受激产生的电子更易迁移到TiO2的导带上,激发产生的空穴仍留在CdS的价带,这种电子从CdS向TiO2的迁移有利于电荷的分离,从而提高光催化的效率;分离的电子及空穴可以自由地与表面吸附质进行交换;12、列举气相法制备纳米TiO2粉体的五种方法,并写出反应式TiCl4气相氢火焰水解法TiCl4g＋2H2g ＋O2→TiO2s＋4HClgTiCl4气相氧化法TiCl4 g +O2 g →TiO2 s + Cl2 g钛醇盐气相分解法nTiOC4H9R4 g →nTiO2 s + 2nH2O g + 4nC4H8 g钛醇盐气相水解法TiOR4 g + 4H2O g →TiOH4 s +4ROH gTiOH4 s →TiO2 ·H2O s + H2O g TiO2 ·H2O s →TiO2 s + H2O g物理气相法13、列举液相法制备纳米TiO2粉体的五种方法水解法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热反应法、模板法14、叙述水解法制备纳米TiO2粉体的过程将TiCl4和钛醇盐溶液在一定条件下水解生成氢氧化物或水合氧化物沉淀,经加热分解后可得到TiO2纳米粒子;利用这种方法合成的纳米粉体,颗粒分布均匀,性能优异,纯度高,形状易控制;15、叙述溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体的过程以钛醇盐为原料,无水乙醇为有机溶剂,制得均匀溶胶,加入一定量的酸,起抑制水解的作用,再浓缩成透明凝胶,经干燥热处理即可得TiO2纳米粒子16、叙述溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜的过程般选取钛的有机盐如钛酯或无机盐如TiCl4作为原料,将其溶于低碳醇中,然后在室温下加入到中强酸度的水溶液中,搅拌下水解制备TiO2溶胶,然后采用浸渍－提拉或旋涂法在基体上制备TiO2薄膜;它具有制备温度低,工艺简单,不需要昂贵的设备,可制备多组分混合均匀的薄膜,并且得到的薄膜颗粒度均匀,纯度高;17、分析溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体和薄膜的区别18、列举制备纳米TiO2薄膜的五种方法溶胶－凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积法、液相沉积法、电沉积法19、纳米TiO2制备技术要点和难点国际上纳米TiO2的价格为30～40万元/t,其成本大致是销售价格的2/5,原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；金红石型纳米TiO2的表面处理技术；纳米TiO2应用分散技术；纳米TiO2应用功能的提升技术：纳米TiO2产业化成套技术;第3章碳材料1、C60的结构C60属于碳簇Carbon Cluster分子, •由20个正六边形和12个正五边形组成的球状32面体,直径,其60个顶角各有一个碳原子; •C60分子中碳原子与相邻的3个碳原子形成两个单键和一个双键;五边形的边为单键,键长为,而六边形所共有的边为双键,健长为;整个球状分子就是一个三维的大π键, 其反应活性相当高;C60分子对称性很高;每个顶点存在5次对称轴;2、C60的其它名字富勒烯,巴基球,C60 , 足球烯3、C60整个球状分子就是一个三维的大π键,其反应活性相当高4、C60的制备1、激光蒸发石墨法–1985年Kroto等发现C60就是采用激光轰击石墨表面,使石墨气化成碳原子碎片,在氦气中碳原子碎片在冷却过程中形成含富勒烯的混合物; 该方法产生的富勒烯含量极少; •2．苯燃烧法–1991年Howard等在含Ar的氧气中燃烧苯,燃烧1kg苯得到3gC60和C70混合物,富勒烯产率随燃烧条件不同而有所变化;3．电弧放电法–电弧是一种气体放电现象;通过两石墨电极之间的放电,可产生高于4000℃的高温,使阳极石墨蒸发,而阴极温度低于石墨蒸发温度;在充有氦气压力约为的放电室内,被蒸发的碳原子及碳原子团簇在冷凝时,形成含有富勒烯的烟灰;5、C60和C70的溶解性芳香族类溶剂,例如苯、甲苯或者氯化芳香剂等能溶解少量的富勒烯;CS2也能溶解但不常用,因为剧毒p-p键相互作用有助于富勒烯的溶解富勒烯不溶于水富勒烯呈电负性,因此它在能提供配对电子的溶液中溶解性很好6、富勒烯是化学缺电还是富电性质化学缺电7、如何才能证明金属是内嵌,而不是在笼子的表面呢–气态下用C2单元撞击“内嵌”分子,看金属原子是否会离开表面形成单一的巴基球–用STM或者TEM直接观察–用同步辐射X射线散射法;该法不仅能够观察金属原子是在笼内还是笼外,还能观察金属原子在笼内的具体位置及价态; 实验证明金属原子不处于中心位置8、辨别富勒烯的化学反应主要由氢化反应、卤化反应、亲和加成反应、环加成反应、光化学反应和射线化学反应9、CNT分类,按照石墨烯片的层数,单壁碳纳米管Single-walled nanotubes, SWNT s：由一层石墨烯片组成;单壁管典型的直径和长度分别为～3nm和1～50μm;又称富勒管Fullerenes tubes;2 多壁碳纳米管Multi-walled nanotubes, MWNT s：含有多层石墨烯片;形状象个同轴电缆; 其层数从2～50不等,层间距为±, 与石墨层间距相当;多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm和～50μm;10、碳纳米管的制备–电弧放电法–激光蒸发法–CVD法–高温分解C-H化合物法–电弧放电法11、分离CNT,常见的分离办法有1. 按长度分离;CNT的长度不一样,其密度也会不一样; 采用离心法可以分离不同长度的的CNT–按直径分离;采用某些方法,如光照法,可以将CNT 的直径分布限制在某个特定范围内1. 某些硝基盐,如NO2BF4 或者NO2SbF6,它只溶解金属性CNT;所以利用溶液法也可以分离但该办法只适合于直径小于的CNT2. 2003年,双向电泳法出现,它是一种能捕捉到80% 以上金属性CNT的方法12、CNT的化学性质辨别反应类型–CNT的基本反应–氧化还原反应–封闭式或者开放式CNT的官能化–侧壁的官能化–CNT与其他材料的合成–化合物的植入与内壁功能化–CNT的超分子化学13、CNT的应用前景用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧纳米管做成的“纳米秤”碳纳米管制造人造卫星的拖绳碳纳米管整流器场效应晶体管CNT的场发射碳纳米管电视碳纳米管cpu散热器超级电容器碳纳米管仿效骨胶原纤维帮骨折痊愈CNT传感器-物理传感器CNT传感器-化学传感器DNA序列的识别•传输药物或者疫苗,基因手术混合催化储氢材料14、石墨烯结构石墨烯即为“单层石墨片”,是构成石墨的基本结构单元; 石墨烯是二维的,它具有包括六角元胞,如果有五角元胞和七角元胞则构成石墨烯的缺陷;少量的五角元胞会使石墨烯翘曲; — 12个五角元胞会形成富勒烯;碳纳米管被认为是卷成圆筒的石墨烯;碳纳米管是碳的一维晶体结构;石墨烯是构成其他维数碳质材料的基本单元;15、石墨烯特性最薄最轻载流子迁移率最高电阻率最低强度最大最坚硬导热率最高16、石墨烯制备1. 选取一块HOPGHighly Oriented Pyrolytic Graphite,高定向裂解石墨或者普通的石墨薄片2. 用Scotch tape普通的透明胶粘在样品上然后撕开3. 对于石墨薄片,用另外一个透明胶带多粘几次,即可得到石墨烯4. 注意,HOPG得到的一般是单原子层,而石墨片容易获得多原子层17、石墨烯的表面功能化步骤–首先与酸或者碱发生反应,使得表面接上COOH 或者OH–接着与SOCl2 反应形成COCl族–然后与脂族胺反应以接上长链18、功能化后的石墨烯可溶于水或者其他有机溶液19、石墨烯的应用复合材料：高力学性能高电学性能电子器件：室温霍尔效应无损迪拉克费米子极高电子迁移率高透光率储能材料：高表面积高电导率。
材料科学与工程前沿问题和热点方向展望
材料科学与工程前沿问题和热点方向展望随着现代科技的不断发展和人类对于材料需求的不断增长，材料科学与工程作为一门重要的学科发展迅速，并涉及到许多前沿问题和热点方向。
本文将探讨一些目前材料科学与工程领域的前沿问题，并展望其未来的发展方向。
材料科学与工程的前沿问题之一是纳米材料。
纳米材料是指具有特殊结构和特性的材料，其粒径在1-100纳米之间。
由于其尺寸效应和量子效应的存在，纳米材料表现出独特的物理、化学和生物特性。
纳米材料具有巨大的应用潜力，例如在电子、光电、催化和生物医学领域等方面。
未来的研究重点将围绕着纳米材料的制备、表征和应用展开，以实现更好的性能和应用。
另一个前沿问题是功能材料。
功能材料是指具有特殊功能和性能的材料，可以通过调控其结构和组成实现特定的功能。
例如，磁性材料可以应用于磁存储、磁传感器和医学诊断等领域；光学材料可以应用于光电子器件和激光器；能源材料可以应用于太阳能电池和储能系统等。
未来的研究将注重功能材料的设计、制备和性能优化，以满足不同领域对特定功能的需求。
材料的可持续性也是一个重要的前沿问题。
随着资源的日益稀缺和环境问题的日益严重，材料科学家和工程师们正在寻找可持续性解决方案。
这包括通过材料的再生利用、废弃物资源化和绿色制备等方式减少对自然资源的消耗和环境的污染。
未来的研究将聚焦于可持续性材料的开发和应用，以实现资源的有效利用和环境的保护。
此外，新的材料制备技术也是材料科学与工程的热点方向之一。
传统的材料制备方法存在一些限制和缺陷，例如成本高、能耗大和环境污染等。
因此，研究人员正在探索新的制备技术，例如纳米级3D打印技术、溶胶凝胶法、等离子体技术和仿生制备方法等。
这些新的制备技术有望解决传统制备方法的问题，并创造出更多种类和高性能的材料。
在材料科学与工程的未来发展中，还有一些潜在的前沿问题和热点方向值得关注。
例如，材料的力学行为和耐久性是一个重要的方向，涉及到材料的力学性能和使用寿命的评估。
功能纳米材料及环境保护
预测功能纳米材料在环境保护领 域的技术创新趋势，如高效治理 、资源利用和能源转化等方面的
应用前景。
市场规模
分析功能纳米材料产业的市场规模 和发展趋势，包括产业链上下游企 业、竞争格局和市场需求等方面的 变化。
政策支持
探讨政府对功能纳米材料产业的政 策支持力度，包括资金扶持、税收 优惠和研发资助等方面的政策措施 。
制备与表征实例分析
实例一
采用溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米材料，通过SEM和TEM表征其形貌和结构，证 实其为锐钛矿型二氧化钛，具有优异的光催化性能。
实例二
利用化学气相沉积法制备碳纳米管，通过SEM、TEM和拉曼光谱等手段表征其形 貌、结构和电子性质，探讨其在场发射显示器和太阳能电池等领域的应用潜力。
。
实际应用案例分享
纳米零价铁在重金属污水处理中应用
01
纳米零价铁具有高反应活性和吸附能力，可有效去除污水中的
重金属离子，如铅、汞等，降低其毒性。
二氧化钛纳米管在有机污水处理中应用
02
二氧化钛纳米管具有优异的光催化物，如染料、农药等，实现无害化处理。
石墨烯基纳米材料在污水处理中应用
纳米材料吸附作用
利用纳米材料的高比表面积和吸附性能，吸附土壤中的污染物， 降低其毒性和浓度。
纳米材料催化降解作用
利用纳米材料的催化性能，加速土壤中污染物的降解和转化，降低 其危害程度。
纳米材料改良土壤作用
利用纳米材料的生物活性和改良性能，改善土壤理化性质和生物活 性，提高土壤肥力和农作物产量。
典型案例剖析
03
石墨烯基纳米材料具有高导电性和大比表面积，可加速电子传
递和污染物吸附过程，提高污水处理效率。
04
纳米材料的特点和用途
纳米是一种很小的单位，纳米技术则是一种非常具有市场潜力的新兴科学技术。
关于纳米技术的研究，是很多国家研究的一个重要方向，2011年，欧盟通过了纳米材料的定义，纳米材料，即一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。
这标志着科学史上又一个里程碑。
那么，纳米材料的特点和用途有哪些呢？一、纳米材料的特点当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。
比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。
按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。
我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。
也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。
纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。
对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。
“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。
如现在小型化了的计算机。
“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。
“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。
二、纳米材料的用途纳米材料应用在信息产业、环境产业、能源环保、生物医药等领域，帮助着产品的进步与发展，为人们的社会发展、科研进步、医药发展带去了很好的辅助。
1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。
纳米材料的聚集状态及其对性能的影响
纳米材料的聚集状态及其对性能的影响近年来，纳米材料已成为材料科学与技术领域中备受瞩目的研究对象。
其独特的物理、化学和力学性能使其在诸多领域中具有广泛的应用前景。
然而，纳米材料的聚集状态对其性能有着重要的影响。
下面，我们将探讨纳米材料的聚集状态及其对性能的影响。
一、纳米材料的聚集状态纳米材料的聚集状态可以分为单分散和聚集两种情况。
单分散指的是纳米颗粒均匀分散在溶液或基底中，没有发生聚集现象。
而聚集则是指纳米颗粒之间发生相互接触或靠近，形成团簇或聚集态。
纳米材料聚集的形式多种多样，如团块状、链状、无规状等。
二、纳米材料聚集状态的影响因素纳米材料聚集的形态和程度受到多种因素的影响，主要包括溶液条件、表面性质以及相互作用力等。
首先，溶液条件对纳米材料的聚集状态具有重要影响。
溶液的浓度、温度、pH 值等参数都会影响纳米颗粒之间的相互作用力，从而影响其聚集态。
例如，高浓度的溶液中纳米颗粒之间的相互作用力较强，容易形成团簇或聚集态。
其次，纳米颗粒的表面性质对其聚集状态也起着关键作用。
纳米颗粒的表面性质与材料的尺寸、形态以及表面修饰有关。
表面修饰可以通过引入功能性分子、表面活性剂等手段进行，可以改变纳米颗粒之间的相互作用力，从而影响其聚集态。
最后，相互作用力是影响纳米材料聚集状态的重要因素。
相互作用力包括静电力、范德华力、电磁力等。
这些力会使纳米颗粒之间产生相互吸引或排斥作用，进而影响纳米材料的聚集状态。
例如，静电斥力可以使纳米颗粒保持单分散状态，而静电吸引力则会促使纳米颗粒发生聚集。
三、纳米材料聚集状态对性能的影响纳米材料的聚集状态对其性能具有显著影响。
聚集状态不仅会改变纳米材料的形貌，还会对其光学、电学、热学等性质产生影响。
首先，纳米材料的聚集状态会影响其光学性质。
纳米颗粒之间的相互作用可导致光的散射、吸收和透射的差异。
聚集态的纳米材料通常会引起光散射增强效应，从而提高材料的光学性能。
其次，纳米材料的聚集状态对其电学性质也有重要影响。
纳米材料的特性和应用
纳米材料的特性和应用摘要本文简要介绍了纳米材料的分类及特性，并对纳米材料在化工、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 引言有科学家预言, 在21 世纪纳米材料将是“最有前途的材料”, 纳米技术甚至会超过计算机和基因学, 成为“决定性技术”。
国际纳米结构材料会议于1992 年开始召开(两年一届) , 并且目前已有数种与纳米材料密切相关的国际期刊。
德国科学技术部预测到2010 年纳米技术市场为14 400 亿美元, 美国政府自2000 年克林顿总统启动国家纳米计划以来, 已经为纳米技术投资了大约20 亿美元。
同时, 欧盟在2002～2006 年期间将向纳米技术投资10 多亿美元。
日本2002 年的纳米技术开支已经从1997 年的1. 20 亿美元提高到7. 50 亿美元。
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1-100 nm 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13.1 小尺寸效应当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时, 周期性的边界条件将被破坏, 使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化。
如银的熔点约为900℃, 而纳米银粉熔点仅为100℃, 一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%～50%。
3.2 表面效应纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质变化。
纳米晶粒的减小, 导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大, 致使它表现出很高的活性,如日本帝国化工公司生产的T iO2平均粒径为15 nm , 比表面积高达80～110 m2/g 2。
纳米材料制备过程中常见问题及解决方案
纳米材料制备过程中常见问题及解决方案纳米材料是具有特殊结构和性质的材料，其制备过程常常伴随着一些挑战和问题。
本文将探讨纳米材料制备过程中常见的问题，并提供一些解决方案。
1. 粒径控制问题：在纳米材料的制备过程中，粒径控制是一个关键问题。
纳米材料的性质通常与其粒径密切相关，因此必须确保粒径的一致性。
常见的解决方案包括优化反应条件、调整物质比例和添加表面活性剂等。
2. 聚集问题：纳米材料往往呈现高表面能和易聚集的特点。
聚集现象会导致纳米颗粒的表面积减小和性质的变化。
为了解决这个问题，可以使用适当的分散剂来阻止纳米颗粒的聚集，例如表面活性剂或聚合物。
3. 纯度问题：纳米材料的制备过程中，常会存在杂质的引入，这些杂质可能会影响材料的性质和功能。
为了确保纳米材料的纯度，可以采用曝晒、溶剂抽提或离子交换等方法进行杂质的去除。
4. 结晶问题：纳米材料的结晶性能对其性能和应用具有重要影响。
在制备过程中，如何获得高质量的纳米晶体是一个挑战。
一种解决方案是通过控制反应条件，例如温度、浓度和反应时间来提高结晶质量。
5. 可伸缩性问题：大多数纳米材料在制备过程中常常表现出较低的可伸缩性，这会限制它们在应用中的一些潜力。
解决这个问题的方法包括引入适当的添加剂或采用特殊制备技术，如机械合成和湿化学合成等。
6. 表面修饰问题：纳米材料的表面修饰在其应用中起着至关重要的作用。
纳米材料的表面性质可以通过控制合成过程中的表面成核和生长过程来定制。
通常使用功能化分子或表面修饰剂对纳米材料进行修饰，以实现所需的性质。
7. 可溶性问题：某些纳米材料在制备过程中可能会表现出不良的可溶性。
这可能导致它们在液体中难以稳定存在。
要解决这个问题，可以使用添加剂来增强纳米材料的可溶性，或者采用其他制备方法，如溶胶-凝胶法或电化学合成。
8. 可再现性问题：纳米材料的制备过程通常是复杂且多步骤的，这可能导致制备的可再现性不高。
为了确保纳米材料的一致性和可再现性，需要严格控制制备条件，并进行适当的表征和分析。
材料科学中的新型功能材料研究综述
材料科学中的新型功能材料研究综述引言：随着科技的发展和人类社会的进步，对于材料科学领域的需求也日益增加。
在过去几十年中，材料科学取得了巨大的突破和进展。
新型功能材料的研究成为了目前材料科学的热点之一。
本文将概述材料科学中的新型功能材料的研究现状和发展趋势。
一、表面改性材料表面改性材料能够改善材料表面的性能，增加其抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性等。
表面改性材料的研究主要包括表面涂层、表面功能化修饰等。
这些技术能够改善材料的粗糙度、光学性能和电学性能等，提升材料的使用寿命和性能。
二、纳米材料纳米材料具有在纳米尺度下所特有的物理、化学和力学性质。
纳米材料的研究是进行材料科学研究的一个热点。
纳米材料研究中的主要方向包括纳米粒子的合成与表征、纳米薄膜材料以及纳米结构材料的研究。
纳米材料具有很大的应用潜力，可以用于电子器件、催化剂、生物传感器等领域。
三、多功能复合材料多功能复合材料是由两种或两种以上的材料组成的复合材料，具有多种性能和功能。
多功能复合材料的研究主要包括材料的组成设计、制备工艺以及性能表征等。
这些复合材料能够同时具备强度高、硬度高、韧性好和耐腐蚀性好等特点，广泛应用于航空航天、汽车工程、电力传输等领域。
四、智能材料智能材料是一种能够自主感知外界环境变化并做出对应响应的材料。
智能材料的研究目前正处于快速发展阶段。
根据作用方式的不同，智能材料可以分为温度响应型材料、光学性能变化型材料、吸湿性能变化型材料等。
这些智能材料能够被广泛应用于人工智能、智能传感器等领域。
五、柔性电子材料柔性电子材料是一种能够自由弯曲或弯折的材料。
随着电子技术的发展，对于更轻薄、柔性的电子设备的需求也越来越大。
柔性电子材料的研究重点包括柔性基底材料的研究、柔性电子材料的制备和工艺以及柔性电子器件的开发等。
柔性电子材料具有广阔的应用前景，如可穿戴电子产品、可弯曲电子器件等。
六、生物医用材料生物医用材料是一种能够与人体组织兼容并具有生物功能的材料。
材料科学中纳米材料结构特性与功能关系分析
材料科学中纳米材料结构特性与功能关系分析纳米材料是一种材料学中的热门研究领域，其特殊的结构尺寸和表面特性使其具备了许多独特的性能和功能。
本文将对纳米材料的结构特性与功能关系进行深入分析。
首先，纳米材料的结构特性是指其在纳米尺度下的晶体结构、晶界、表面形貌以及孔隙结构等方面的特征。
纳米材料具有高比表面积、大量晶界和高度开放的孔隙结构，这些特点赋予了它们很多独特的性能。
以金属纳米材料为例，由于其细小尺寸和大量晶界的存在，金属纳米材料具有较高的化学活性、特殊的形貌效应和表面等离子体共振效应等。
这些结构特性使得金属纳米材料在催化、传感、生物医学和能源存储等领域具有广阔的应用前景。
其次，纳米材料的结构特性与其功能密切相关。
纳米材料的功能是指其对电、磁、光、力学和化学等的响应能力，包括导电性、磁性、光学性能、力学性能和化学反应活性等。
这些功能特性往往与纳米材料的结构特性密切相关。
以纳米颗粒为例，其表面原子的活性较高，使得纳米颗粒具有优异的催化性能，可用于提高化学反应速率和选择性。
另外，纳米材料的量子尺寸效应和表面等离子体共振效应也赋予了其独特的光学性能，如波长选择吸收和发射、非线性光学效应等。
此外，纳米材料的结构特性还影响着其力学性能和磁性能。
由于纳米材料的尺寸和晶界的存在，其力学性能往往显著不同于宏观物体。
纳米材料往往具有高强度、高韧性和较低的形变能力，这些特性使得纳米材料在材料强度、耐磨性和抗腐蚀性方面具有巨大潜力。
另外，纳米材料的磁性也受到其结构特性的影响。
磁性纳米材料通常具有高饱和磁化强度和低矫顽力，可应用于记录媒体、磁性传感器和医学诊疗等领域。
最后，纳米材料的结构特性还决定了其在能源和环境领域中的应用潜力。
纳米材料的高比表面积和开放孔隙结构使其具有高效的气体吸附和催化分解能力，可应用于高效能源转换和环境净化领域。
例如，纳米材料广泛应用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等领域，其高效的光催化性能和电催化性能为可持续能源的开发和利用提供了有力支持。
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郑小彤：
1.金属功能薄膜材料及其工艺
答：1、
2、金属功能薄膜材料介绍：
1)表面能级很大；薄膜表面积大，对膜内电子运输有很大影响，尤其对薄
膜半导体表面电导和场效应有很大影响。
2)薄膜和基片的粘附性;薄膜和基片间存在附着和内应力，附着和内应力是
薄膜的固有特征。
3)薄膜中的内应力；内应力分为固有应力和非固有应力，固有应力来自薄
膜缺陷，非固有应力来自薄膜对衬底的附着力。
薄膜和衬底间不同的热
膨胀系数和晶格失配也能引进应力。
4)异常结构和非理想化学计量比特性；与相图不符合的结构为异常结构
5)量子尺寸效应和界面隧道穿透效应；
6)容易实现多层膜；多层膜、多功能薄膜、超晶格膜
工艺：
1.物理气相沉积（PVD）：蒸镀、溅射、离子镀。
1)真空蒸镀：待镀基片置于真空室内，加热使之气化或升华而沉积到基片。
2)溅射：当具有一定能量的粒子轰击固体表面时，固体表面原子获得能量
从表面逸出沉膜。
3)离子镀：在真空蒸镀的基础上，在蒸发源与基片间加上电场的镀膜方法。
2.化学气相沉积（CVD）：是使含有构成薄膜元素的一种或几种化合物气体在一
定温度下通过化学反应生成固态物质并沉积在基片上而形成的薄膜方法。
3.分子束外延
4.金属有机化学气相沉积（MOCVD）
2.形状记忆合金：
形状记忆效应机理：
马氏体相变：发生切变，使形状改变表面浮凸，呈现不变平面应变特征。
马氏体相变基本特征：无扩散切变型相变；点阵不变平面应变；固定取向关
系；马氏体片内具有亚结构；相变具有可逆性
形状记忆合金材料：
形状记忆合金应用：
连接件；热敏元件；智能材料；航天应用；汽车外壳
杨维清：
1.气敏传感器机理主要观点和影响金属氧化物半导体气
敏器灵敏度主要因素
主流观点是：气敏半导体材料的表面吸附气体后，表面态及其电子占有情况发生变化，从而导致传感材料的电导率变化，这种变化就是产生气敏特性的根源。
对于金属氧化物半导体气体传感器而言，气敏特性简单来说是半导体化合物跟所接触的气体(氧化性或还原性)发生反应而导致电阻值发生变化。
（1）表面控制型金属氧化物半导体材料气敏机理
在空气中吸附氧分子并从半导体表面获得电子从而形成吸附的O2-，O-，O2-，结果导致气敏材料的表面电阻增加。
（2）体相控制型金属氧化物半导体气敏机理
由于化学计量比的偏离，在半导体禁带中存在施主能级或受主能级，当化学反应性强且容易还原的氧化物半导体与气体接触时，能使氧化物半导体的结构发生改变，使体电阻发生变化。
1、很多研究表明，由于组分间协同作用复合金属氧化物材料的气敏性
质要高于单独的一种金属氧化物
2、贵金属的作用：1、高效的激活剂降低粒子接触部分的势垒；2、促
进接触面的气体吸附和反应进而提高气敏材料表面的催化活性。
3、微结构：减小颗粒尺寸会提高材料的气敏性能。
4、温度和湿度对灵敏度都有影响。
2.同质结PN电子发光机理，简单描述
汪建新：
1.纳米材料的合成方法及优缺
物理法—粉碎法：粉碎作用力都是几种力的组合，物料被粉碎时会导致物
结构和表面物理化学性质发生变化。
优点工艺较简单构筑法：是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子。
优点粒子大小可控，粒度分布均匀
化学合成方法—即是通过适当的化学反应，从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。
化学法包括气相反应法和液相反应法。
气相反应法：可分为气相分解法、气相合成法及气-固反应法
液相反应法：可分为沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法等。
溶剂热法的优点是绝大多数的固体都能找到合适的溶剂。
成模剂的选择能有效地改变产物的外形。
缺点是产率低，产物的尺寸分布很广。
2.纳米材料表征技术
要研究纳米材料，必须对纳米材料的特征信息了解。
这些特征分析主要包括成分分析、形貌分析、粒度分析、结构分析以及表面界面分析。
而分析这些特征的技术有以下几种：
成分分析：光谱分析、质谱分析和能谱分析
粒度分析：显微镜法（包括SEM、TEM）、沉降法、光散射法
结构分析：XRD、激光拉曼分析、微区电子衍射分析
形貌分析：SEM、TEM、AFM、STM
3.测定颗粒晶粒度的方法
TEM:可以观测纳米粒子的平均直径或粒径分布，是颗粒度观测的一种绝对方法XRD（谢乐公式）:是测量晶粒度的最好方法，只适用于晶态的纳米粒子，当晶粒度小于50nm时，最精确。
比表面积法：
拉曼散射法：测量纳米晶粒的平均粒径
激光粒度分析法：测量微粒在液体中的扩散系数来测定颗粒度。
4.溶胶凝胶合成工艺种类及特点及影响水解因素
影响水解因素：
1)前驱体的选择：金属醇盐和金属无机盐水解度不同。
2)水解度：水解度》2，缩短凝胶时间。
水解度R《2，凝胶时间延长。
3)催化剂的影响：不同催化剂对水解有影响，从而对反应速率有影响
4)反应温度：提高温度对醇盐水解有利。
5)络合剂也有影响。
5.微乳化技术
微乳液：由表面活性剂，助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系．
纳米粒子的收集：沉淀灼烧法；烘干洗涤法；絮凝、洗涤法
产品粒径及形态的影响因素：
⏹微乳液组成的影响
⏹微乳液界面膜的影响
非离子表面活性剂＜阳离子表面活性剂＜阴离子表面活性剂
⏹反应物浓度的影响
理论上，在最优反应物浓度条件下可获得最小的粒子粒径。