第六章-纳米材料(概念特性与应用)
纳米科技与材料纳米材料的特性与应用
纳米科技与材料纳米材料的特性与应用纳米科技与材料：纳米材料的特性与应用纳米科技是指在纳米尺度下研究和应用材料，其中纳米材料是纳米科技的核心之一。
纳米材料具有特殊的结构和属性，因此在各个领域都具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨纳米材料的特性及其应用领域。
一、纳米材料的特性纳米材料具有以下几个主要特性：1. 尺寸效应：当材料的尺寸缩小到纳米级别时，其性能表现会与宏观尺寸的材料有显著差异。
例如，纳米材料的比表面积相对更大，导致更多的原子或分子暴露在表面上，因此纳米材料具有更高的反应活性。
2. 量子效应：在纳米尺度下，由于粒子的量子行为显著影响了材料的电、磁、光等性能，从而产生新的特性。
例如，纳米材料的电导率、光学性质和磁性可能与宏观尺寸材料截然不同。
3. 界面效应：界面是纳米材料中不可忽视的因素之一。
纳米材料的界面与周围环境之间的相互作用对其性能具有重要影响。
界面性质的调控可以改变纳米材料的导电性、磁性和光学性能等。
4. 热力学效应：纳米材料由于其特殊的表面性质，可能造成不稳定的热力学状态，导致一系列与热力学平衡相关的现象发生，如相变温度的变化、熔点降低等。
二、纳米材料的应用领域1. 电子领域：纳米材料在电子器件中的应用正日益重要。
例如，纳米颗粒可以用于制备高效的太阳能电池；纳米线可以用于制作柔性电子器件；纳米薄膜能够改善电子器件的导电性能。
2. 光学领域：纳米材料具有特殊的光学性质，广泛应用于光学器件制备和光学传感器等领域。
例如，纳米粒子的表面等离子共振效应使其具有优异的荧光性能，可用于生物分析和生物成像。
3. 医学领域：纳米材料在医学领域有着广泛的应用前景。
纳米载体可以用于药物的传输和靶向给药；纳米生物传感器能够检测和监测生物分子；纳米材料也可以用于修复组织和组织工程等。
4. 能源领域：纳米材料在能源转换和储存领域有着重要应用。
纳米材料的高比表面积、导电性和导热性能使其成为高效能源器件的理想选择。
浅论纳米材料的特性及应用
浅论纳米材料的特性及应用纳米材料（Nanomaterials）是指至少有一条尺寸小于100纳米的尺度，无论是从纵向、横向和表面上来看，都表现出特殊性质的材料。
纳米材料具有巨大的比表面积、高的表面活性和优异的物理、化学和生物性能，这些与其微观结构、形态、成分等相关。
因此，纳米材料是当前研究的热点之一，也是各个领域中需要重点关注的关键材料之一。
本文将就纳米材料的特性及应用进行浅析。
纳米材料的特性1. 比表面积大：纳米材料具有巨大的比表面积，这是由于纳米尺度下，物质表面与体积比不断增大，因此比表面积增加。
跟传统的微米材料相比，纳米材料表面积增加了数倍或数十倍。
这也是纳米材料在催化、传感、吸附等应用中常常被用到的原因。
2. 物理、化学性质优异：在纳米材料表面存在的大量表面活性位点，使其物理、化学性质得到了显著提高。
纳米材料表面活性位点的数量增加，强度加强，表面性质集中，因此性能更稳定，催化效率更高，电化学活性更强等等。
3. 尺寸效应、量子效应：由于纳米材料尺寸在纳米以下，材料某些性质与材料本身的大小呈现出非线性关系，如吸收光波长的变化、激发能量的变化、输运特性的变化等。
这就是所谓的尺寸效应。
同时，当纳米材料具有能量量子化效应时，控制其尺寸、形态、组成等因素能够使其能带结构、光学响应和磁学等性质发生改变，进而调节其电学、光学、磁学性能。
纳米材料的应用1. 催化剂：纳米材料的高比表面积、表面活性位点及在某些纳米材料上出现的空间初始化的结构使得它们表现出高度优异的催化活性。
以Pt纳米材料为例，由于其高的催化活性，广泛应用于汽车尾气净化、电化学电极、燃料电池等领域。
2. 生物传感器：纳米材料特有的表面活性，催化作用以及生物兼容性等特性，可用于生物传感器的制备和应用。
纳米材料实现了对生物分子、细胞的高灵敏度、高特异性识别和检测。
著名的纳米生物传感器如Au纳米颗粒、石墨烯等。
3. 纳米药物：临床上长期以来一直致力于研究如何制备高质量、优异性能的新型药物，纳米材料作为药物载体在药物的输送过程中提高了药物的效应和减少了副作用。
纳米材料的性质与应用
纳米材料的性质与应用随着科技的发展，人们对于材料的研究也越来越深入。
近年来，纳米材料作为一种新型材料被广泛关注。
纳米材料是一种尺寸在1-100纳米之间的物质，具有很多独特的性质和应用。
本文将从纳米材料的性质和应用两个方面进行探讨。
纳米材料的性质首先，纳米材料具有革命性的物理与化学性质。
其分子、原子组成更为均匀，表面积更大，因此其化学反应活性极高。
其次，由于纳米材料的颗粒大小在纳米级别，使得材料拥有了独特的机械性质。
例如，在银纳米颗粒中，小颗粒之间的表面能相互作用，这种相互作用在单个银原子中就不会发生。
此外，纳米材料还有一些特殊的性质：1）表面效应：由于纳米材料大量的原子位于材料表面，使得它的表面能量和表面积非常大，因此使得表面性质变得非常重要；2）量子效应：纳米材料存在量子限制，这意味着物体的电子在纳米颗粒中不再像在大块材料中那样按照固定的规则运动。
通过这些不同的性质，纳米材料突破了材料的物理与化学界限，拥有许多独特的应用。
纳米材料的应用1.生物医学领域纳米材料在生物医学领域的应用是比较受关注的。
由于其表面积较大的特点，可将纳米颗粒表面改性成分子量小、生物相容性强并特定的结构物，用于靶向药物递送系统、癌症诊断等。
此外，纳米药物递送系统还能减少药物对身体其他器官的损伤，提高药物的药效和限制副作用。
2.电子和电磁领域另一方面，纳米材料在电子和电磁领域的应用也是越来越多。
由于纳米材料的电子结构与金属和半导体不同，因此可以广泛应用于太阳能电池、发光二极管、微纳电子器件等领域。
此外，纳米材料具有极高的电学性能，可以大大增加储能器件的密度，以及提高电导率。
3.环境治理纳米材料的应用在环境治理领域也具有潜力。
例如，利用纳米铁粉可解决污水处理中的难题，可用来降解有机物、重金属等。
4.纤维素材料纳米纤维素材料被广泛用于电池隔膜、纸浆和纸张制造、塑料增强等领域。
结语总之，纳米材料的性质与应用具有广泛的应用前景。
尽管其应用仍在开发之中，但我们可以看到，纳米科技将会在未来很多领域发挥重要的作用。
纳米材料的制备技术与应用
纳米材料的制备技术与应用一、纳米材料的概念与特性纳米材料是指晶体粒度在1-100纳米之间的材料，通常包括单晶、多晶或者非晶状态的纳米粒子、纳米线、纳米膜和纳米管等。
纳米材料具有比同种普通材料更多的独特属性，如表面积大、量子效应、高比表面活性、独特的物理和化学性能等等。
二、纳米材料的制备技术1.机械制备法机械制备法是最早的纳米制备方法之一，它包括高能球磨、高能压碾、机械合成等。
其中，高能球磨是一种经典的纳米制备方法，通过高能球磨机对原料进行多次撞击和摩擦，最终可以制备出尺寸在纳米级别的颗粒。
2.物理制备法物理制备法包括溅射法、热蒸发法、磁控溅射法等，这些方法通过对材料进行蒸发、溅射等处理，将其转换为纳米材料。
其中，溅射法是比较常用的方法，其原理是将固体材料放置于真空环境中，然后用离子束轰击它们，最终制备出纳米陶瓷、纳米金属等。
3.化学合成法化学合成法是目前最为常见、最为有效的纳米制备方法，它包括溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法等。
其中，微乳液法是一种使非极性液体中形成水性液滴的方法，通过控制反应条件，从而控制纳米粒子的尺寸和形态。
4.生物制备法生物制备法是一种环境友好型的制备方法，它是利用微生物、植物或者动物等生物体形成纳米材料。
例如，金属离子可以被一些微生物还原成金属纳米颗粒，从而得到高质量的纳米金属。
三、纳米材料的应用1.生物医学应用纳米材料在生物医学领域具有广泛的应用前景，例如，通过纳米技术可以制备出纳米药物，从而提高药物的生物利用度、降低副作用等。
此外，纳米材料还可以用于肿瘤诊断和治疗，如通过纳米探针可以提高肿瘤检测的灵敏度和准确性。
2.环境保护应用纳米材料在环境保护领域也有广泛的应用前景，例如，纳米材料可以用于污染物的检测和去除，如一些纳米材料可以去除地下水中的有害物质。
此外，纳米材料还可以用于废水处理、空气净化等方面，从而提高环境保护的效果和效率。
3.新能源应用纳米材料在新能源领域也具有广泛的应用前景，例如，一些纳米材料可以用于太阳能电池、燃料电池等方面，从而提高新能源的利用效率和经济性。
纳米材料的性质及其在纳米技术中的应用
纳米材料的性质及其在纳米技术中的应用随着科技的不断发展，纳米技术成为了最受关注的领域之一。
纳米技术中包括了一种非常重要的材料：纳米材料。
纳米材料因其独特的性质而备受关注，广泛应用于纳米技术的制造中。
本文将探讨纳米材料的性质及其在纳米技术中的应用。
一、纳米材料的性质1. 尺寸效应纳米材料具有尺寸效应，即当材料的尺寸缩小至纳米级别时，其物理和化学性质将发生显著变化。
一方面，纳米材料的比表面积增加，使得其表面的活性更高，从而增强其催化性能、光学性质和电学特性；另一方面，由于质量和表面积的减小，纳米材料所呈现的物理性质也发生了变化。
例如，纳米粒子的熔点和沸点会随着尺寸的减小而升高，导致其熔点可能高于相应的宏观材料，而导致材料的热稳定性更好。
2. 量子效应当纳米粒子的大小小于一定范围时，由于其电子束缚效应，会表现出量子大小效应。
由于纳米材料的比例变得更大，电子在其周围的空间中运动的范围将变得更小，电子的能级和物理性质也会因此变得不同。
例如，黄金纳米粒子就具有一些特殊的光学性质，在红外光谱中呈现出一个鲜明的吸收峰。
3. 晶界效应纳米粒子由于尺寸的缩小而引起的晶体结构的改变会使其表现出不同的物理和化学性质。
这是由于在纳米颗粒中，晶粒的大小产生变化，因此可以形成诸如晶界、界面和邻域之类的区域。
这些区域的特殊性质可以影响材料的性能和寿命，也可以改变材料的热力学能量和动力学过程。
二、纳米材料在纳米技术中的应用由于纳米材料的特殊性质，它们在纳米技术中有着广泛的应用。
下面介绍几个使用纳米材料的例子：1. 纳米传感器纳米传感器是一种可以在纳米尺度上检测并直接响应环境指标的传感器。
利用纳米材料的比表面积大和高度活性的特点，可以为纳米传感器提供自然的响应界面，使得传感器可以吸附在几乎所有类型的分子并进行准确测量。
这种传感器可以用于环境监测、生物医学诊断和制药等领域。
2. 纳米催化纳米材料具有高度的催化性能和高效的表面反应。
因此，它们广泛用于化学品制造、能源生产和污染处理等领域。
纳米材料导论纳米材料的基本概念与性质课件
纳米材料导论纳米材料的基本概念 与性质课件
1.1 纳米材料的基本概念
从尺寸概念分析：纳米材料就是关于原子团簇、 纳米颗粒、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体 材料的总称。
从特性内涵分析：纳米材料能够体现尺寸效应 (小尺寸效应)和量子尺寸效应。
南京大学固体微结构国家实验室（筹）团簇 物理和纳米科学研究组
国家自然科学基金重大项目： “原子团簇的物理和化学”、 “团簇组装纳米结构的量子性质”
杨 团先 簇生 物和 理冯 研先 究生 室访
问 纳米材料导论纳米材料的基本概念
与性质课件
原子团簇可分为一元原子团簇、二元原 子团簇、多元原子团簇和原子簇化合 一元物原．子团簇包括金属团簇(加Nan，Nin等)和非 金属团簇．非金属团簇可分为碳簇(如C60,C70 等)和非碳族(如B，P，S，Si簇等)．
纳米材料导论纳米材料的基本概念 与性质课件
1.1.5 纳米复合材料
❖ 0-0复合:不同成分、不同相或者不同种类的纳米粒子 复合而成的纳米固体;
❖ 0-3复合:把纳米粒子分散到常规的三维固体中;
❖ 0-2复合:把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中.
均匀弥散:纳米粒子在薄膜中均匀分布； 非均匀弥散：纳米粒子随机地、混乱地分散在薄膜基体中。
与性质课件
纳米丝
以碳纳米管为模板合成氮化硅纳米丝
用微米级SiO2、Si和混合 粉末为原料，用碳纳米管 覆盖其上作为模板，以氮 气为反应气合成了一维氮 化硅纳米线体。测量了不 同温度下合成纳米氮化硅 的型貌和结构，
氮化硅纳米丝
纳米材料导论纳米材料的基本概念 与性质课件
1.2 纳米微粒的基本性质
纳米材料的性质和应用
纳米材料的性质和应用在当今的科技发展中，纳米材料起到了越来越重要的作用。
纳米材料指的是尺寸在1-100纳米之间的材料，由于其独特的物理、化学、生物性质，纳米材料已经成为材料科学领域中的研究热点，并在多个领域展现了广泛的应用前景。
本文将会介绍纳米材料的性质和应用。
一、纳米材料的性质1.1 尺寸效应与大尺寸的材料相比，纳米材料拥有独特的尺寸效应。
在纳米材料中，相对于大尺寸材料，电量子尺寸效应、表面效应以及量子点效应等加强，这使得纳米材料在电子与光学等性能方面呈现出独特且出色的表现。
1.2 比表面积相同质量的纳米材料，其比表面积远大于大尺寸材料。
这是因为纳米材料的表面积与体积比远大于大尺寸材料，这种高比表面积使得纳米材料在吸附、反应、催化等方面具有更高的活性，具备更强的活性表面。
1.3 催化性质纳米材料由于具有较高的比表面积和尺寸大小效应，因而在催化反应中展现出了优异的催化性质。
纳米金属催化剂普遍具有较高的活性和选择性，可被应用于氧化还原反应、氢化反应等多个领域。
1.4 原子结构微观结构上，纳米材料由于晶粒尺寸小于传统材料晶体中晶粒尺寸的平均距离，因而在晶体结构和晶格纵横比等方面也表现出与大尺寸材料显著不同的情况。
二、纳米材料的应用2.1 纳米材料在催化领域的应用纳米材料因其独特的催化性质，在催化领域中展现了广泛的应用前景。
例如，氧化铁纳米颗粒是市场应用较广泛的催化剂之一。
鉴于纳米铁颗粒活性高，对有机物的还原作用也得到了广泛应用。
此外，纳米催化剂在车用领域中得到广泛应用，节约了能源。
2.2 纳米材料在生物医学中的应用纳米材料的性质控制能力、可定制性将其应用范围扩大到医学领域。
由于纳米材料具有高比表面积，可改善材料与细胞之间的接触面积和其它物理-化学相互作用。
其在生物医学中的应用包括：基因治疗、肿瘤治疗、药物输送和生物成像等。
2.3 纳米材料在能源领域的应用纳米材料也被广泛应用于能源领域，例如纳米结构材料的光电特性，可以用于太阳能电池，而纳米材料也可用于如锂离子电池等的电储能设备中。
纳米材料ppt课件
02
纳米材料的制备方法
物理法
机械研磨法
通过高能球磨或振动磨的方式， 将大块材料破碎成纳米级尺寸。 这种方法简单易行，但制备的纳
米材料纯度较低。
激光脉冲法
利用高能激光脉冲在极短时间内 将材料加热至熔化或气化，然后 迅速冷却形成纳米颗粒。该方法 制备的纳米材料粒径小且均匀，
但设备成本高昂。
电子束蒸发法
磁损耗
在交变磁场中，纳米材料的磁损耗远高于宏观材料，这与其界面和 表面效应有关。
磁电阻效应
某些纳米材料表现出显著的磁电阻效应，如巨磁电阻和自旋阀效应 。这些效应可用于磁电阻传感器和磁随机存储器等领域。
04
纳米材料的应用实例
纳米材料在能源领域的应用
太阳能电池
利用纳米结构提高光电转 换效率，降低成本。
纳米材料的环保问题
纳米材料在环境中的持久性
一些纳米材料可能在环境中长时间存在，不易降解，可能造成长期的环境污染。
纳米材料的环境释放途径
生产和使用纳米材料过程中，可能通过废水、废气等途径将纳米颗粒释放到环境中。
纳米材料对生态系统的潜在影响
纳米材料可能通过食物链进入生物体，影响生物的生理功能和生态平衡。
解决纳米材料安全与环保问题的策略与建议
加强纳米材料的环境和健康影响 研究
深入研究纳米材料的环境行为和健康影响 ，为制定有效的管理措施提供科学依据。
制定严格的法规和标准
制定针对纳米材料的生产和使用的法规和 标准，限制其对环境和健康的潜在风险。
发展绿色合成方法和应用技术
提高公众意识和参与度
开发环保友好的纳米材料合成方法和应用 技术，减少纳米材料的环境释放。
生物合成法
利用微生物（如细菌）合成有机或无机纳米材料。该方法制 备的纳米材料具有生物相容性和生物活性，在生物医学领域 有广泛应用前景。
纳米材料及其应用PPT课件
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料及其应用课件
米材料的安全生产和应用。
加强研究与监测
开展纳米材料对环境和人体影 响的监测和研究，及时发现潜 在的风险并采取应对措施。
推广环保设计
鼓励纳米材料生产商采用环保 设计，减少纳米材料的环境排 放，降低其对环境和人体的潜 在风险。
提高公众意识
加强公众对纳米材料的了解， 提高公众对纳米材料安全和环 保问题的意识，促进社会监督
目前，纳米材料在能源、环境、医疗等领域得到了广泛应用，同时也面临着安全性和环境影 响的挑战。
02
纳米材料的特性
小尺寸效应
总结词
当物质尺寸减小至纳米级别时，物质 的物理、化学和机械性能会发生显著 变化。
详细描述
由于纳米材料尺寸较小，其原子数和 表面原子比例增加，导致材料的物理 、化学和机械性能发生变化，如熔点 降低、磁性增强等。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
太阳能电池
利用纳米材料提高光电转 换效率，降低成本。
燃料电池
纳米材料在燃料电池催化 剂和电极材料中发挥重要 作用，提高电池性能和寿 命。
储能电池
利用纳米材料改善锂离子 电池的容量、循环寿命和 安全性。
医学领域
药物传输
纳米材料用于药物载体， 实现药物的定向传输和释 放，提高疗效并降低副作 用。
和参与。
05
未来展望与挑战
技术发展与突破
纳米制造技术
纳米药物技术
随着纳米制造技术的不断进步，将有 望实现更高精度、更低成本的纳米材 料制备。
利用纳米药物技术，可以实现对药物 的精准投递，提高药物疗效并降低副 作用。
纳米传感器技术
纳米材料简介及应用论文
纳米材料简介及应用论文纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊结构、特殊性能的材料。
纳米尺度是指物质尺寸在1到100纳米之间，纳米材料具有相比于相同材料的宏观尺度下的材料具有独特的物理、化学和生物学性质。
以金属纳米材料为例，纳米颗粒的尺寸远小于传统材料，其具有较大比表面积和较小的尺寸效应，从而表现出独特的性质。
例如，银纳米颗粒具有优良的导电性和抗菌性能，可以应用于抗菌包装材料和防静电涂料；金纳米颗粒具有良好的催化性能，可以应用于催化剂和传感器等领域。
纳米材料在各个领域具有广泛的应用。
在材料科学领域，纳米材料可以用于制备高性能材料，如高强度、高韧性的金属材料和高效能的电池材料。
在能源领域，纳米材料可以通过调控结构和性能来提高能源转换和储存效率。
例如，通过设计合成具有纳米尺度结构的太阳能电池材料，可以提高太阳能电池的光吸收和电子传输效率。
在生物医药领域，纳米材料可以用于生物成像、药物传递和组织工程等应用，提高生物医学治疗的效果。
一篇具有代表性的纳米材料应用论文是《纳米颗粒合成及其在催化剂领域的应用》。
该论文综述了纳米颗粒的合成方法和其在催化剂领域的应用。
该论文首先介绍了纳米颗粒的合成方法，如溶液法、气相法和固相法等。
然后，详细讨论了纳米颗粒在催化剂领域的应用。
例如，金属纳米颗粒可以用作催化剂来加快化学反应的速率。
论文还介绍了基于纳米材料的催化剂的设计原则和性能优化方法。
最后，论文对纳米颗粒合成及其在催化剂领域的应用进行了总结和展望。
这篇论文不仅对纳米颗粒的合成方法进行了系统阐述，还对其在催化剂领域的应用进行了深入的研究。
该论文的研究内容与纳米材料的特点相吻合，对于推动纳米材料的应用和进一步发展具有重要意义。
此外，通过该论文，读者可以了解到纳米材料合成和应用的最新研究进展，并为进一步开展相关研究提供了参考和指导。
第六章-纳米材料
第二节 纳米材料旳制备
纳米材料制备措施分为：物理法、化学 法和综正当。 物理法是最早采用旳纳米材料制备措施， 这种措施是采用高能耗旳方式，强制材 料细化得到纳米材料。例如，惰性气体 蒸发法、激光溅射法、球磨法、电弧法 等。
化学法采用化学合成措施，合成制备纳米材料，例如，沉 淀法、水热法、相转移法、界面合成法、溶胶凝胶法等。
2、化学制备法
(1)湿化学法制备纳米粉体 湿化学法较简朴，易于规模生产，尤其适合
于制备纳米氧化物粉体。主要有沉淀法、水热 法、乳浊液法等。
沉淀法一般是在溶液状态下将不同化学成份 旳物质混合，在混合溶液中加入合适旳沉淀剂 制备纳米粒子旳前驱体沉淀物，再将此沉淀物 进行干燥或煅烧，从而制得相应旳纳米粒子。
6.3.1 基本原理
STM旳基本原理图如下：图中圆圈为原子，中间深色部分 为原子核，周围浅色部分和分散旳黑点是电子云，下面11个 原子代表被测测试样面。
STM旳基本原理是量子隧道效应。 在经典力学中，当势垒旳高度比粒子 旳能量大时，粒子是无法越过势垒旳。 然而，根据量子力学旳原理，此时粒 子穿过势垒出目前势垒另一侧旳概率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ并不为零。这种现象称为隧道效应。
6.1.1 纳米科技
纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并正在 崛起旳新科技，它旳基本涵义是在纳米尺寸范围内 认识和改造自然，经过直接操作和安排原子、分子 发明物质。纳米科技是研究由尺寸之间旳物质构成 旳体系旳运动规律和相互作用以及可能旳实际应用 中旳技术问题旳科学技术。纳米科技主要涉及： （1）纳米体系物理学；（2）纳米化学；（3）纳米 材料学；（4）纳米生物学；（5）纳米电子学； （6）纳米加工学；（7）纳米力学。
当针尖和样品旳间距足够小时(<0.4nm)，在针尖和样品面 间施加一偏置电压，便会产生隧道效应。电子在针尖和样品 面之间流动，形成隧道电流。在相同旳偏置电压作用下，伴 随探针一样晶面旳间距减小，隧道电流不久增大(可增大1～2 个数量级)，同步针尖原子和样品面原子旳电子云部分重叠， 使两者之间旳相互作用大大增强。因为隧道电流随距离呈指 数形式变化，所以，样品面上因为电子排列形成旳“凹凸不 平”旳表面，造成隧道电流剧烈变化。检测变化旳隧道电流 经计算机处理，便能得到样品面旳原子排列情况。
纳米材料的特性及其应用
纳米材料的特性及其应用近年来，随着科技的不断发展，纳米技术已经成为一个备受关注的领域。
纳米材料是指具有尺寸在1到100纳米之间的材料，其独特的物理、化学、生物学特性使得其具有广泛的应用前景。
本文将从纳米材料的特性以及其在各个领域的应用入手，简述其在现代科技中的重要性。
首先，纳米材料具有独特的物理特性。
由于纳米材料的尺寸远小于光的波长，因此其表现出一些传统材料所不具有的物理性质。
比如说，纳米颗粒可以表现出量子尺寸效应。
在量子力学中，有个非常著名的定理——不确定性原理。
这个定理讲明了，如果粒子的位置被测得非常准确，那么粒子的动量就变得十分不确定。
换句话说，通过测量粒子的位置，我们已经干扰了它的动量，这就造成了粒子的效应。
在纳米颗粒中，电子的有效半径与颗粒的尺寸相同，因此其位置变得极其不确定，这种现象就称为量子尺寸效应。
另外，纳米材料由于表现出高比表面积和更高的狭缝面积，因此在光学、磁性和电学等方面也表现出非常不同寻常的特性。
纳米材料的化学特性也非常独特。
目前，科学家们正在研究如何利用纳米粉体的化学反应特性来开发新的材料。
比如说，在纳米粉体中，由于表层原子与内部原子之间的化学键进行了重新组合，因此其化学反应与传统的化学反应也有很大的不同。
这种性质使得纳米材料可以被用来制造各种独特的金属、陶瓷、玻璃、金属氧化物等材料。
此外，纳米技术也对制药和生物技术领域的研究带来了希望。
通过纳米材料，医生们可以制造出更精密的药物交付系统或是更精确的治疗方法。
此外，在纳米材料与生物分子相互作用的过程中，也可能会出现一些不同寻常的化学反应。
观察纳米材料的生物学特性时，我们不得不提到的是纳米颗粒的毒性问题。
由于纳米颗粒比传统材料更加容易穿过细胞膜，进入人体重要器官，因此其毒性也更加强烈。
现在，纳米颗粒可能会对身体造成损害的潜在问题正在受到广泛关注。
最后，纳米材料在生活的各个领域的应用前景也是广阔的。
在电子学领域，由于纳米技术能够制造出比传统微电子元件更为微小和高效的器件，因此人们已经开始研究如何运用纳米技术开发出电子元件的下一代。
纳米材料简介及其应用ppt课件
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
(2) 纳米科技将引发一场新的工业革命
• 纳米技术是80年代初迅 速发展起来的前沿学科， 它使人们认识、改造微观 世界的水平提高到了一个 新的高度。纳米技术将用 于下一代的微电子器件即 纳米电子器件，使未来的 电脑、电视机、卫星、机 器人等的体积变得越来越 小.
其次，由于纳米科技是对人 类认知领域新疆域的开拓，人 类将面临对新理论和新发现重 新学习和理解的任务。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
再次，从人类未来发展的角度看，可持续发展将是人 类社会进步的唯一选择。纳米科技推动产品的微型化、高 性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少 人类对其过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的 层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这 种利用量子效应制作的器件不仅体积小，还具有高速、 低耗和电路简化的特点。纳米电子学中另一个有趣的研 究热点是所谓的单电子器件,在单电子器件中，利用库仑 阻塞效应，甚至能够对电子一个一个的加以控制，这有 可能开发出单电子的数字电路或存储器。开发单电子晶 体管, 只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗 降低到原来的1000—10000分之一。
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。
材料科学中的纳米材料应用
材料科学中的纳米材料应用引言近年来，纳米材料在材料科学领域引起了广泛的关注和研究。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性，使其在各个领域中有着广泛的应用潜力。
本教案将重点介绍纳米材料在材料科学中的应用，并探讨其对材料性能的影响以及未来的发展方向。
一、纳米材料的定义与特性1. 纳米材料的定义纳米材料是指在至少一维尺度上具有纳米级别的尺寸的材料。
通常情况下，纳米材料的尺寸在1到100纳米之间。
2. 纳米材料的特性纳米材料具有许多独特的特性，包括尺寸效应、表面效应、量子效应等。
这些特性使得纳米材料在材料科学中具有广泛的应用潜力。
二、纳米材料在材料科学中的应用1. 纳米材料在电子器件中的应用纳米材料在电子器件中的应用是纳米科技的一个重要领域。
纳米材料可以用于制备高性能的纳米电子器件，如纳米晶体管、纳米存储器件等。
2. 纳米材料在能源领域中的应用纳米材料在能源领域中的应用也是非常广泛的。
例如，纳米材料可以用于制备高效的太阳能电池、燃料电池等，以提高能源的利用效率。
3. 纳米材料在生物医学中的应用纳米材料在生物医学中的应用也是备受关注的领域。
纳米材料可以用于制备药物载体、生物传感器等，以实现精确的药物传递和疾病诊断。
4. 纳米材料在环境保护中的应用纳米材料在环境保护中的应用也具有重要意义。
例如，纳米材料可以用于制备高效的吸附剂、催化剂等，以处理水污染和大气污染等环境问题。
三、纳米材料对材料性能的影响1. 机械性能纳米材料的尺寸效应使其具有优异的机械性能。
例如，纳米材料的高比表面积和较短的扩散路径可以提高材料的强度和硬度。
2. 光学性能纳米材料的尺寸效应和量子效应使其具有特殊的光学性能。
例如，纳米材料可以显示出量子尺寸效应，产生特殊的光学效应，如量子点发光等。
3. 电子性能纳米材料的尺寸效应和表面效应对其电子性能有着重要影响。
例如，纳米材料可以显示出特殊的电子输运行为，如量子隧穿效应等。
4. 热学性能纳米材料的尺寸效应和表面效应对其热学性能也具有重要影响。
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科学研究发现，当材料的颗粒缩小到只有几纳米到 几十纳米时，由于颗粒表面相对活跃的原子数量与 颗粒内部结构稳定的原子数量的比例大大增加，使 得材料的性质发生了意想不到的变化。
陶瓷材料具有坚硬、耐高温等优良特性， 工业界一直认为陶瓷是未来汽车、飞机发 动机的理想材料。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。使发动机工作在更 高的温度下，汽车会跑得更快，飞机会飞 得更高。
100 m
Take 1 slice
Human Hair
100 slices
Take 1 slice
1nm 1000 slices
1 m
红血球：200-300nm
细菌： 200-600nm
胃幽门 螺杆菌
病毒： 30-100nm
纳米粒子与病毒大小相当
如何区分纳米和伪纳米？
目前市场上炒作的“纳米”主要指纳米材料。
“Put the atoms down where the chemist says, and so you make the substance.”
- Richard Feynman(1959)
Physics Nobel Laureate
人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器, 而这较小的机器可以制作更小 的机器, 这样一步步达到分子线度, 即逐级地缩小生产装置, 以至最后直接按意 愿排列原子, 制造产品。那时, 化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原 子的问题。
纳米陶瓷
具有未来超级纤维之称的碳纳米管是当前材料研究领域中非 常热门的纳米材料，它是一种由碳原子组成的、直径只有几 个纳米的极微细的纤维管。碳纳米管具有极其奇特的性质： 它的强度比钢高100倍，但是重量只有钢的六分之一；它的导 电性十分怪异.
不同结构碳纳米管的导电性可能呈 现良导体、半导体、甚至绝缘体。 因此它也许能成为纳米级印刷电路 的材料。碳纳米管可能做成纳米开 关，或者做成极细的针头用于给细 胞“打针”等等。
纳米直升机
如果有一种超微型镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组 合，制造纳米机械就容易多了。
美国朗讯科技公司和英国牛津大学的 科学家用DNA(脱氧核糖核酸)制造出 了一种纳米级的镊子，每条臂长只有 7nm 。利用DNA基本元件碱基的配对 机制，可以用DNA为“燃料”控制这 种镊子反复开合。利用它将可以制造 出分子大小的电子电路，使未来的计 算机体积更小，运算速度更快。
1977年美国麻省理工学院德雷克斯勒教授提出, 可以从模拟活细胞的 生物分子的人工类似物 ---分子装置开始研究, 并称之为纳米科技。他 70年代末在斯坦福大学建立第一个纳米科技研究小组。
第一届国际纳米科学技术会议(International conference on nano science and technology) 1990年7月，美国巴尔的摩
衡量纳米材料的两把尺子：
① 颗粒粒径是否介于1个纳米到100个纳米之间的，均匀度怎么样； ② 是否具有纳米材料所具有的特异性能，如比表面效应、小尺寸效应、 量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
这些效应使纳米体系的光、电、热、磁等物理性质与常规材料不同，从而 出现许多新奇特性。例如：铜是电的良导体，而纳米铜则是电的绝缘体； 硅是半导体，而纳米硅则是良导体；陶瓷易碎，而纳米陶瓷既刚又韧，可 以用来制作发动机零件；而纳
质量不足10千克，各种部件全 部用纳米材料制造，一枚小型 火箭一次就可以发射数百颗。 若在太阳同步轨道上等间隔地 部署648颗功能不同的“麻雀卫 星”，就可以保证在任何时刻对 地球上任何一点进行连续监视， 即使少数失灵，整个卫星网络 的工作也不会受影响。
两种不同的分子在分子之间力 的作用下在溶液中自组装的情 形。由于纳米尺寸非常之小， 纳米机械必须具有自组装、自 我复制等功能。
分子自组装
纳米齿轮
由碳纳米管制作的纳米齿轮
模型，纳米齿轮上的原子清
晰可见。
分子马达是由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的纳 米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌 球蛋白等，在生物体内参与了胞质运输、DNA复制、细胞分 裂、肌肉收缩等一系列重要生命活动。以微管蛋白为轨道，沿 微管的负极向正极运动，并由此完成各种细胞内外传质功能。
匪夷所思的DNA镊子
纳米机械产品
• 用极微小部件组装一辆比米粒还小,能够运转的汽车、 微型车床，可望钻进核电站管道系统检查裂缝； • 只有蜜蜂大小且能升空的直升机，眼睛几乎看不见的发 动机； • 提供化工使用的火柴盒大小的反应器； • 驰骋未来战场上的纳米武器，如麻雀卫星、蚂蚁士兵、 蚊子导弹、苍蝇飞机、间谍草等。
的概念 1981年，德国物理学家 H. Gleiter 提出固体纳米结构（Nanostructure
of Solid）的概念 1990年，第一届国际纳米科学技术会议（美国，巴尔的摩） 纳米科技领域：纳米电子学、纳米机械学、纳米生物学、纳米材料学 2000年后，纳米物理与纳米器件提出、原理性器件研制和评价体系
纳米隐身飞机 在飞机外表面涂上纳米超微粒材料,可以有
效吸收红外光和电磁波，这就使得红外探测器及雷达得到的 反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了 隐身作用。
美国F117隐形轰炸机机
美国B2隐形轰炸机
车、钳、刨、铣等机械加工过程必然要去掉一些下脚料，造成 浪费。而纳米制造技术则是以相反的方向，直接由原子、分子 来完整地构造器件。科学家们已经用原子、分子操纵技术、纳 米加工技术、分子自组装技术等新科技制造了纳米齿轮、纳米 电池、纳米探针、分子泵、分子开关和分子马达等。
纳米科技的提出：一个神奇的梦想
人物：Richard. P. Feynman (1965年Nobel物理奖得主)
时间：1959年12月25日
地点：美国加州理工学院
There is a plenty of rooms at the bottom
“The principles of physics, as far as I can see, do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.”
什么是纳米材料(nanomaterial)?
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围 (10-9～10-7m)或由它们作为基本单元构成的材料 。
什么是纳米结构(nanostructure)？
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构 筑或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。
什么是纳米科学(nanoscience)？
在纳米尺度上研究材料的制备及其性质、现象的科学。
什么是纳米技术(nanotechnology)？
在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米 技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质 的技术。
纳米技术是一门高新技术，它对21世纪材料科学和微型器 件技术的发展具有重要影响。纳米技术，就是要做到，从小 到大，从下到上。要什么东西，将分子、原子搭起来，就是 什么东西，原材料浪费为零，能耗降到极低，彻底从技术上 解决了环保问题。
Earth 1.2 x 107 m
什么是纳米(nanometer)？
• In Greek, “nano” means dwarf
• 纳米是一个长度计量单位，1纳米 = 10-9 米。
人高
针头
红血球
分子及DNA
100万 纳米
1千 纳米
20亿 纳米
1 纳米
氢原子 0.1 纳米
一纳米有多小？
Human Hair
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这种利用量子效应 制作的器件不仅体积小，还具有高速、低耗和电路简化的特点。纳 米电子学中另一个有趣的研究热点是所谓的单电子器件,在单电子器 件中，利用库仑阻塞效应，甚至能够对电子一个一个的加以控制， 这有可能开发出单电子的数字电路或存储器。开发单电子晶体管, 只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗降低到原来的 1000-10000分之一。
碳纳米管
太空升降机 由于碳纳米管
的强度高、重量轻，如果把它 做成“太空电梯”缆绳，使缆 绳的长度是从同步轨道卫星下 垂到地面的距离，它也完全可 以经得住自身的重量。到那个 时候，人类到太空旅行将是一 件轻而易举的事情。如果用它 做成地球-月球乘人的电梯，人 们在月球定居就很容易了。
纳米壁挂电视 用纳米有机发
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
Taniguchi
Eric Drexler
1974年科学家唐尼古奇(Taniguchi)最早使用纳米技术(Nanotechnology) 一词描述精细机械加工;
纳米存储器，存储密度可达 每平方厘米10万亿字节。
基于利用 STM 对分子、原子进行搬迁的事实，人们产生了 利用该技术制造分子存储器甚至原子存储器的梦想。物体的 表面有原子的位置为“1”，没原子为“0”，这不就可以表示 二进制吗？这不就是存储器吗？一个分子存储器能够存储的 信息，相当于100万张光盘的存储量；而一张同样大小的原 子存储器的容量，将能够存入人类有史以来的全部知识！
光材料制作的电视屏幕可以象 一幅图画一样卷起来带走。纳 米有机发光材料的特点是材料 既具有柔性，同时可以在电场 的作用下发出各种颜色的光。 用碳纳米管制成电子枪,可点 亮新一代平面显示屏。
纳米固体燃料 实验发现
纳米铜和铝一遇到空气就会 激烈燃烧，发生爆炸，可以 作为未来的固体燃料使火箭 具有更大的推动力。