纳米技术在当代中国的发展
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❖ 以氧化锡为基体材料，并掺入适当的催化剂或填加剂，可制得对酒精、 氢气、硫化氢、一氧化碳和甲烷等气体具有选择性敏感性能的气敏元件。 氧化锡对气体灵敏度高低与材料的比表面积有关，通常比表面积越大， 气体灵敏度越高。纳米氧化锡颗粒具有明显优越性能，具有更高的气体 灵敏度。目前用纳米SnO2颗粒膜制成的传感器已经实用化，可用作气体 泄漏报警器和湿度传感器，并且可以随着温度的变化有选择地检测多种 气体。
纳米技术在世界各国的情况
❖ 1981年 科学家发明研究纳米的重要工具— ——扫描隧道显微镜，原子、分子世界从此 可见。
❖ 1990年 首届国际纳米科技会议在美国巴尔 的摩举办，纳米技术形式诞生。
❖ 1991年 碳纳米管被人类发现，它的质量是 相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍， 成为纳米技术研究的热点。
纳米生物材料
一，纳米材料的概述
❖ 纳米技术简介 ❖ 纳米技术在世界各国的情况 ❖ 纳米技术在当代中国的发展
1.1 纳米及纳米技术
❖ 1纳米H(umnamn ): 1毫米(mm)的百100万slic分es 之一 1 nm=1H0air-6 mm=10-9m(=10Å) 大约等于十个氢原 子并列一100直m线的长度。
2磁学性能的应用
❖ 纳米微粒尺寸进入一定临界值时就转入超顺磁性状 态，例如α-Fe、Fe304和α-Fe203粒径分别为5nm、 16nm、20nm时转变为超顾磁性。另外纳米颗粒材 料还可能具有高的矫顽力、巨磁电阻、 magnetocaloric效应等性能。因此可用于制备磁致 冷材料、水磁材料、磁性液体、磁记录器件、磁光 元件、磁存储元件及磁探测器等磁元件。
❖ TiO2陶瓷材料不仅对O2、CO、H2等气体有较强的敏感性，而且还可作 为环境湿度传感器。
纳米生物材料学的制备方法
❖ 1. 物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频 感 应等方法使原料气化或形成等离子体，
然后骤冷。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸
等方法得到纳米粒，但产品纯子。
❖ 可以分为特殊的光学性质，热学性质，磁学 性质，力学性质，电学性质。
1.3 特点及应用
四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原 子比例大。
四个方面应用: (1). 纳米电子学: 拥有崭新功能的电子仪器，有高
速度及低能量消耗的优点; (2). 纳米材料科学 (3). 纳米生物学: 包括去氧核糖核酸(DNA)和核糖 核酸(RNA)的基因图谱 (4). 纳米医学: 发明、设计及生产纳米级的新药物。
3电学性能的应用
❖ 纳米颗敞在电学性能方面也出现了一些独特 性。例如纳米金属颗粒在低温下呈现绝线性， 纳米钦酸铅、铁酸钡和钦酸钓等颗粒由典型 的铁电体变成了顺电体。可以利用纳米颗粒 来制做导电浆料、绝缘浆科、电极、超导体、 量子器件、静电屏蔽材料、压敏和非线形电 阻及鹊绾徒榈绮牧系取
4光学性能的应用
❖ 纳米颗粒可表现出与同质 的大块物体不同的光学特 性，例如宽频带强吸收、 蓝移现象及新的发光现象， 从而可用于光反射材料、 光通讯、光存储、光开关、 光过滤材料、光导体发光 材料、光折变材料、光学 非线性元件、吸波隐身材 料和红外传感器等领域。
5敏感性能的应用
❖ 纳米颗粒表面积巨大，表面活性高，对周围环境(温度、气氛、光、湿度 等)敏感，因此可用来制作敏感度高曲超小型、低能耗、多功能传感器。
2.1 国外纳米技术进展
❖ 朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 ❖ 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 ❖ 称量单个原子重量的“纳米秤”
2.1 国外纳米技术进展
❖ 1990年，IBM公司用原子排出“IBM”镍基底上用35个氙原子排 列成英文[IBM]
❖ 纳米存贮器及DNA开关
纳米技术在当代中国的发展
1. 表面效应 是指微粉的粒径越小，其总表面积 越大；表面原子数与总原子数之比随粒径变小而 急剧增大。如当粒径为10 nm(总原子数为 3×104)时，表面原子数／总原子数=0.20；而 当粒度减小到l nm(总原子数为30)时，这一比值 急剧上升到0.991表面原子的晶场环境和结合能 与内部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒 化随着这种活性的表面原子增多，使其表面能也 大大增加。
❖ 1993年，中科院操纵原子写字
❖ 《国家纳米科技发展纲要 （2001-2010）》和 《国家纳米科技发展指南框架》
1.2 纳米材料的基本效应
1. 界面效应
2. 尺寸效应
3. 量子效应 费米能级附件的电子能级由准连续变为离 散能级的现象
1.界面效应
❖ 纳米材料由于大量的原子存在于晶界和局部 的原子结构不同于大块晶体材料，使纳米材料的 自由能增加，纳米材料处于不稳定状态。
Biblioteka Baidu
Take 1 slice
Take 1 slice
❖ 人类头发的直径大约有6万至8万纳米。
1nm 1000 slices
1 m
1.1 纳米及纳米技术
❖ 所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里， 研究电子、原子和分子运动规律和特性以及 对物质和材料进行处理的技术被称为纳米技 术。
❖ 纳米生物医用材料是指用于对生物医用材料 进行诊断、治疗、修复或替代其病损组织、 器官或增进其功能的新型高科技纳米材料。
1.界面效应
2.体积效应主要表现在两个方面：一是物质体 积的缩小虽不会引起物质物性基本参量的 变化，但会使那些与体积有关的物性发生 变化，如磁体的磁畴变小，半导体中电子 的自由路程变短，等等；二是物质一般具 有由无限个原子组成的物质属性，而纳米 粒子则表现出有限个原子集合体的特性。
1.尺寸效应
❖ 晶体周期性的边界条件遭破坏，颗粒表面层 附近原子密度减小，从而导致声、光、电磁、 热力学等特性呈现新的小尺寸效应。
纳米颗粒的应用
❖ 1力学性能的应用
纳米颗粒具有大的比表面积，活性大并具 有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧 结，致密化速度快、可降低烧结温度并提 高力学性能。近年来，用纳米颗粒强化为 目的的纳米陶瓷材料得到较大进展，为陶 瓷材料的发展提供了生机，大量以纳米颗 粒为原料或添加料的超硬、高强、高韧、 超塑性材料相继问世
纳米技术在世界各国的情况
❖ 1981年 科学家发明研究纳米的重要工具— ——扫描隧道显微镜，原子、分子世界从此 可见。
❖ 1990年 首届国际纳米科技会议在美国巴尔 的摩举办，纳米技术形式诞生。
❖ 1991年 碳纳米管被人类发现，它的质量是 相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍， 成为纳米技术研究的热点。
纳米生物材料
一，纳米材料的概述
❖ 纳米技术简介 ❖ 纳米技术在世界各国的情况 ❖ 纳米技术在当代中国的发展
1.1 纳米及纳米技术
❖ 1纳米H(umnamn ): 1毫米(mm)的百100万slic分es 之一 1 nm=1H0air-6 mm=10-9m(=10Å) 大约等于十个氢原 子并列一100直m线的长度。
2磁学性能的应用
❖ 纳米微粒尺寸进入一定临界值时就转入超顺磁性状 态，例如α-Fe、Fe304和α-Fe203粒径分别为5nm、 16nm、20nm时转变为超顾磁性。另外纳米颗粒材 料还可能具有高的矫顽力、巨磁电阻、 magnetocaloric效应等性能。因此可用于制备磁致 冷材料、水磁材料、磁性液体、磁记录器件、磁光 元件、磁存储元件及磁探测器等磁元件。
❖ TiO2陶瓷材料不仅对O2、CO、H2等气体有较强的敏感性，而且还可作 为环境湿度传感器。
纳米生物材料学的制备方法
❖ 1. 物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频 感 应等方法使原料气化或形成等离子体，
然后骤冷。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸
等方法得到纳米粒，但产品纯子。
❖ 可以分为特殊的光学性质，热学性质，磁学 性质，力学性质，电学性质。
1.3 特点及应用
四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原 子比例大。
四个方面应用: (1). 纳米电子学: 拥有崭新功能的电子仪器，有高
速度及低能量消耗的优点; (2). 纳米材料科学 (3). 纳米生物学: 包括去氧核糖核酸(DNA)和核糖 核酸(RNA)的基因图谱 (4). 纳米医学: 发明、设计及生产纳米级的新药物。
3电学性能的应用
❖ 纳米颗敞在电学性能方面也出现了一些独特 性。例如纳米金属颗粒在低温下呈现绝线性， 纳米钦酸铅、铁酸钡和钦酸钓等颗粒由典型 的铁电体变成了顺电体。可以利用纳米颗粒 来制做导电浆料、绝缘浆科、电极、超导体、 量子器件、静电屏蔽材料、压敏和非线形电 阻及鹊绾徒榈绮牧系取
4光学性能的应用
❖ 纳米颗粒可表现出与同质 的大块物体不同的光学特 性，例如宽频带强吸收、 蓝移现象及新的发光现象， 从而可用于光反射材料、 光通讯、光存储、光开关、 光过滤材料、光导体发光 材料、光折变材料、光学 非线性元件、吸波隐身材 料和红外传感器等领域。
5敏感性能的应用
❖ 纳米颗粒表面积巨大，表面活性高，对周围环境(温度、气氛、光、湿度 等)敏感，因此可用来制作敏感度高曲超小型、低能耗、多功能传感器。
2.1 国外纳米技术进展
❖ 朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 ❖ 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 ❖ 称量单个原子重量的“纳米秤”
2.1 国外纳米技术进展
❖ 1990年，IBM公司用原子排出“IBM”镍基底上用35个氙原子排 列成英文[IBM]
❖ 纳米存贮器及DNA开关
纳米技术在当代中国的发展
1. 表面效应 是指微粉的粒径越小，其总表面积 越大；表面原子数与总原子数之比随粒径变小而 急剧增大。如当粒径为10 nm(总原子数为 3×104)时，表面原子数／总原子数=0.20；而 当粒度减小到l nm(总原子数为30)时，这一比值 急剧上升到0.991表面原子的晶场环境和结合能 与内部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒 化随着这种活性的表面原子增多，使其表面能也 大大增加。
❖ 1993年，中科院操纵原子写字
❖ 《国家纳米科技发展纲要 （2001-2010）》和 《国家纳米科技发展指南框架》
1.2 纳米材料的基本效应
1. 界面效应
2. 尺寸效应
3. 量子效应 费米能级附件的电子能级由准连续变为离 散能级的现象
1.界面效应
❖ 纳米材料由于大量的原子存在于晶界和局部 的原子结构不同于大块晶体材料，使纳米材料的 自由能增加，纳米材料处于不稳定状态。
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Take 1 slice
Take 1 slice
❖ 人类头发的直径大约有6万至8万纳米。
1nm 1000 slices
1 m
1.1 纳米及纳米技术
❖ 所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里， 研究电子、原子和分子运动规律和特性以及 对物质和材料进行处理的技术被称为纳米技 术。
❖ 纳米生物医用材料是指用于对生物医用材料 进行诊断、治疗、修复或替代其病损组织、 器官或增进其功能的新型高科技纳米材料。
1.界面效应
2.体积效应主要表现在两个方面：一是物质体 积的缩小虽不会引起物质物性基本参量的 变化，但会使那些与体积有关的物性发生 变化，如磁体的磁畴变小，半导体中电子 的自由路程变短，等等；二是物质一般具 有由无限个原子组成的物质属性，而纳米 粒子则表现出有限个原子集合体的特性。
1.尺寸效应
❖ 晶体周期性的边界条件遭破坏，颗粒表面层 附近原子密度减小，从而导致声、光、电磁、 热力学等特性呈现新的小尺寸效应。
纳米颗粒的应用
❖ 1力学性能的应用
纳米颗粒具有大的比表面积，活性大并具 有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧 结，致密化速度快、可降低烧结温度并提 高力学性能。近年来，用纳米颗粒强化为 目的的纳米陶瓷材料得到较大进展，为陶 瓷材料的发展提供了生机，大量以纳米颗 粒为原料或添加料的超硬、高强、高韧、 超塑性材料相继问世