【课件】纳米技术与纳米材料ppt
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纳米材料科学与技术ppt课件
4
1.纳米科技概念的提出与发展
引 言：纳米科技的发展史是一个由幻 想到现实的过程，其中不乏里程碑式的 事件(图1)。
2002 2000年年
1997年
1991年
1990 1989年年
1988 1987 年 年
图1 纳米科技发展的里程碑节点 5
什么是纳米？
纳米（Nanometer）是长度的单位
1纳米=10-9m，大约等于十个氢原子并列一直线的长度。 形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放
是由于分子热运动造成的。纳米粒子形成溶胶时会产生无规则
的布朗运动。布朗运动是影响粒子分散物系(溶胶)动力稳定性的一个原因。
纳米粒子不会稳定地停留在某一固定位置上，不会因重力而发生沉积，另一
方面，可能因相互碰撞而团聚，颗粒由小变大而沉淀。
扩散
是在有浓度差时，由于微粒热运动(布朗运动)而
引起的物质迁移现 象。微粒越大，热运动速度愈小。一般以扩散系数(D)
2
1.纳米科技概念的提出与发展
1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密 机械加工。
1982年，科学家发明研究纳米的重要工具（扫描隧道显 微镜），使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭 示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积 极促进作用。
1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的 摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。
还设想“如果有朝一日人们能把百科全书储 存在一个针尖大小的空间并能移动原子，那 么这将给科学带来什么？”这正是对纳米科 技的预言—小尺寸大世界。
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。
1.纳米科技概念的提出与发展
引 言：纳米科技的发展史是一个由幻 想到现实的过程，其中不乏里程碑式的 事件(图1)。
2002 2000年年
1997年
1991年
1990 1989年年
1988 1987 年 年
图1 纳米科技发展的里程碑节点 5
什么是纳米？
纳米（Nanometer）是长度的单位
1纳米=10-9m，大约等于十个氢原子并列一直线的长度。 形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放
是由于分子热运动造成的。纳米粒子形成溶胶时会产生无规则
的布朗运动。布朗运动是影响粒子分散物系(溶胶)动力稳定性的一个原因。
纳米粒子不会稳定地停留在某一固定位置上，不会因重力而发生沉积，另一
方面，可能因相互碰撞而团聚，颗粒由小变大而沉淀。
扩散
是在有浓度差时，由于微粒热运动(布朗运动)而
引起的物质迁移现 象。微粒越大，热运动速度愈小。一般以扩散系数(D)
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1.纳米科技概念的提出与发展
1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密 机械加工。
1982年，科学家发明研究纳米的重要工具（扫描隧道显 微镜），使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭 示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积 极促进作用。
1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的 摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。
还设想“如果有朝一日人们能把百科全书储 存在一个针尖大小的空间并能移动原子，那 么这将给科学带来什么？”这正是对纳米科 技的预言—小尺寸大世界。
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。
纳米材料及其应用PPT课件
2000s
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。
纳米材料及纳米技术应用PPT课件
02
03
生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
感谢您的观看
03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
01
纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
02
纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
03
纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
01
药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。
纳米材料及纳米技术的应用PPT课件
纳米二氧化钛-三氧化 二铁作光催化剂
纳米技术在医学上的应用
• 随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭 露头角。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质 复合体，其线度在15~20nm之间，并且生物体内 的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比 血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由 流动。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人 体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。
波司登保暖内衣
• 江苏康博集团推出“波 司登”纳米技术抗菌保 健、超强透气导湿、超 保暖三功能的内衣。
• 其保暖内衣层内添加了 从天然奇冰石中提取的 纳米级超细粉末，能有 效地杀菌抑菌，消除异
味。
5 . 拒水拒油
• 在材料表面进行特殊加工在其宏观界面建立 一个二元协同纳米界面结构，使材料不仅具 有防水、防油和防墨水等功能，而且用这种 材料制成的衣物洗涤时可以仅用清水冲洗而 不需使用传统的洗涤剂。
纳米技术在化工领域的应用
• 纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是 粒径小，比表面积大,光催化效率高。另外，纳米 粒子生成的电子、空穴在到达表面之前，大部分 不会重新结合。因此，电子、空穴能够到达表面 的数量多，则化学反应活性高。其次，纳米粒子 分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手 段和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、 半导体能级结构与表面态密度的影响。
远红外保暖内衣
• 它是 远红外光疗、纳 米抗菌和功能面料制 成的保健内衣等保健 纺织产品，能够释放 负氧离子，还具有高 效的远红外发射能力 和抗菌消臭效果。能 提高人体机能的自愈 及恢复能力。
2. 防紫外线
• 太阳能对人体有伤害的紫外线主要在300— 400nm波段，纳米TiO2、ZnO、Fe2O3和 纳米云母等都有在这个波段吸收紫外线的特 征，将少量纳米微粒添加到化学纤维中，就 会产生紫外线吸收现象，从而可以有效保护 人体免受紫外线的损伤。
《纳米技术》课件
上形成薄膜或结构。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
02
01
成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
04
03
如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
D
纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
02
01
成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
04
03
如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
D
纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。
优秀工程类本科课件：纳米材料与纳米技术
Fe纳米微粒矫顽力和粒径关系
9
结构决定性质！性质决定现象！
纳米效应
表面效应
小尺寸效 应
量子尺寸 效应
宏观量子 隧道效应
10
一、表面效应
粒子直径减少到纳米级，表面原子数和比表面积、表面 能都会迅速增加，表面活性高而引起粒子性质上的变化。
→ →→
纳米微粒 包含原子总数 表面原子比
尺寸
例
10 nm 3×104
Color produced by diffraction gratings
21
实例
Fly eye 仿水蝇的微结构可设计新型轮船在水中自由行走
22
荷叶的抗污染纳米结构应用于抗污染疏水织物的开发
23
24
碳纳米管尺寸只有 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 柔韧性，可以拉伸。 它的熔点是已知材 料中最高的。 把碳纳米管用作转子的纳米马达
4
在纳米尺度上科学家们观察到纳米粒子在 化学和物理性质上出现奇异的特性。
特殊的力学性质
特殊的光学性质
特殊的热学性质 特殊的化学性质
特殊的电学性质
特殊的磁学性质
5
（1） 特殊的热学性质
固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超 细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量 级时尤为显著。
与块体材料相比，由于量子效应引起的能带间隙变宽， 纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象。
8
（4） 特殊的磁学性质
纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，这 时磁化率不再符合居里-外斯定律。纳米微粒尺寸高于超顺 磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力。
第1章纳米科技及纳米材料绪论PPT课件
掌握纳米材料按维度分类的方法 了解现在纳米材料的研究重点 了解纳米尺度对材料性质产生的影响及其应用 了解纳米材料的潜在生物毒性及应对方法
相关知识 扫描隧道显微镜、富勒烯、巨磁阻效应 美国NNI计划、中国《纳米科技发展纲要》
纳米尺度、宏观领域、微观领域、纳米科技
纳米科学、纳米技术、纳米工程、纳米物理学、 纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米医学、 纳米力学、纳米制造 纳米科技对生物医学、信息技术、国防、能源环 境、食品等领域的影响 纳米结构单元、纳米材料 纳米材料学、纳米材料工程、纳米材料发展的3 个阶段 零维、一维、二维、三维纳米材料
atoms one by one the way we want them? —— The principles of physics, as far as I can see,
do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.
纳米材料的分类 纳米材料的研究现状 纳米材料的特性与应用 纳米材料的安全性
掌握程度 掌握纳米的概念，了解纳米科技的形成过程 了解世界主要经济体的纳米科技发展规划
掌握纳米尺度、纳米科技的基本概念 理解纳米科技主要分支学科的基本特征
了解纳米科技主要应用领域的发展前景
掌握纳米材料的基本概念 了解纳米材料科学与工程的发展概况
特征，即千分之一微米（意译），但现在普遍采用的是更加简 洁的纳米（音译），在我国台湾则被译为奈米。 随着纳米科技的研究日益广泛，现在英文文献中常常直接用 nano来表示纳米。 1nm大约是2～3个金属原子，或10个氢原子排列在一起的“宽 度”。一般病毒的直径约60～250nm，红血球的直径约6,000～ 8,000nm，头发丝的直径则约为30,000 ~50,000nm。
相关知识 扫描隧道显微镜、富勒烯、巨磁阻效应 美国NNI计划、中国《纳米科技发展纲要》
纳米尺度、宏观领域、微观领域、纳米科技
纳米科学、纳米技术、纳米工程、纳米物理学、 纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米医学、 纳米力学、纳米制造 纳米科技对生物医学、信息技术、国防、能源环 境、食品等领域的影响 纳米结构单元、纳米材料 纳米材料学、纳米材料工程、纳米材料发展的3 个阶段 零维、一维、二维、三维纳米材料
atoms one by one the way we want them? —— The principles of physics, as far as I can see,
do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.
纳米材料的分类 纳米材料的研究现状 纳米材料的特性与应用 纳米材料的安全性
掌握程度 掌握纳米的概念，了解纳米科技的形成过程 了解世界主要经济体的纳米科技发展规划
掌握纳米尺度、纳米科技的基本概念 理解纳米科技主要分支学科的基本特征
了解纳米科技主要应用领域的发展前景
掌握纳米材料的基本概念 了解纳米材料科学与工程的发展概况
特征，即千分之一微米（意译），但现在普遍采用的是更加简 洁的纳米（音译），在我国台湾则被译为奈米。 随着纳米科技的研究日益广泛，现在英文文献中常常直接用 nano来表示纳米。 1nm大约是2～3个金属原子，或10个氢原子排列在一起的“宽 度”。一般病毒的直径约60～250nm，红血球的直径约6,000～ 8,000nm，头发丝的直径则约为30,000 ~50,000nm。
纳米技术及材料PPT课件
农业食品
纳米肥料、纳米农 药、纳米食品包装 等。
纳米技术的发展历程
1986年，IBM阿尔马登研究中心的科 学家发明了扫描隧道显微镜（STM）， 使人类第一次能够直接观察并操纵单 个原子。
1990年代初，美国政府和欧洲委员 会分别设立了针对纳米的科研计划， 推动了全球范围内的纳米技术研究和 应用。
1989年，美国贝尔实验室的科学家 发明了原子力显微镜（AFM），可以 观察和操纵单个原子和分子。
对未来的展望与建议
政府和企业应加大对纳米技术 研发和应用的投入，推动其快
速发展。
建立完善的法规和标准体系， 确保纳米技术的安全可控和可
持续发展。
加强国际合作和交流，共同推 动纳米技术的发展和应用。
提高公众对纳米技术的认知和 理解，促进其广泛应用和社会 接受度。
THANKS
感谢观看
燃料电池
纳米材料可以改善燃料电池的电极 性能和催化剂活性，提高燃料电池 的效率和稳定性。
医学领域
药物输送
生物传感器
纳米材料可以作为药物载体，实现药 物的定向输送和控释，提高药物的疗 效和降低副作用。
纳米材料可以用于构建高灵敏度和特 异性的生物传感器，用于检测生物分 子和细胞活性。
医学成像
纳米材料可以提高医学成像的分辨率 和灵敏度，为疾病的早期诊断和治疗 提供帮助。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净 化，去除空气中的有害物质和异
味，改善室内空气质量。
水处理
纳米材料可以用于水过滤和消毒， 去除水中的细菌、病毒和有害物
质，提供清洁的饮用水。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复和治 理，吸附和固定重金属和有害物
质，降低土壤污染风险。
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化学方法制备纳米颗粒
纳米粉体表面改性
纳米材料实用化的关键
–表面物理控制 –化学特性控制 –粉体松散、不团聚
表面改性和表面包覆
–化学法为主
四、纳米材料的表征
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜是80年代初期发展起来的新型显微 仪器，可以作为在极其细微的尺度──即纳米尺上 实现对物质表面精细加工的新奇工具。
纳米技术与纳米材料
目录
一、纳米科技的诞生 二、纳米技术与纳米材料 三、纳米材料的制备 四、纳米材料的表征 五、几种典型的纳米材料
一、纳米科技诞生
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查 德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机
器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，
制造“产品”，这是关于纳米技术最早的梦想。
1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个 氙原子排出“IBM”；1991年，NEC实验室观察 到碳纳米管；1993年中国科学院北京真空物理 实验室操纵原子成功写出“原子ห้องสมุดไป่ตู้二字。
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
二、纳米技术与纳米材料
纳米材料: 在纳米量级(1～100nm)内调控物质
纳米技术的发展
钱学森(1991)：“纳米左右和纳米以下的结构是下一 阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将在 21世纪又是一次产业革命。”到1999年，纳米技术逐 步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。 近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入 巨资抢占纳米技术战略高地。
纳米技术在美国
小尺寸效应
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称 为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，其比 表面积显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 （1） 特殊的光学性质 （2） 特殊的热学性质 （3） 特殊的磁学性质 （4） 特殊的力学性质 超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性 能、声学特性以及化学性能等方面。
量子尺寸效应
微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电 子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱 阙值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸 效应。
宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子 的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一 势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的 磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具 有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产 生变化，故称之为宏观量子隧道效应。
进一步认识纳米
蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在
1～100nm的范围
光合作用在“纳米车间” 进行 细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的
“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂” 莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应” 纳米结构是生命现象中基本的东西
量子栅栏
纳米材料
纳米存储器和DNA开关
全面带动纳米技术在各个领域的发展 法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金 世界都在迎接纳米时代的到来
中国纳米技术进展
中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列;合 成了当时最长的纤维级碳纳米管
中国科技大学:氮化镓粉体 清华大学:氮化镓纳米棒 中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米
美国F117隐形轰炸机
美国B2隐形轰炸机
纳米技术在日本
1962年, 久保(Kubo): 久保理论 国会: 21世纪前20年的立国之本 著名大企业: 纳米实用化技术的计划
– 三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线 – 自洁净玻璃、光催化净化水或空气
纳米技术在其它国家
韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术 印度：像抓软件产业那样抓纳米科技 德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，
粉，被誉为“稻草变黄金”
中国纳米技术应用
中科院化冶所
– “七五攻关”: 纳米碳化硅 – “八五863”: 纳米阻燃剂
中科院化学所
–纳米领带 超双疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色
–纳米聚丙烯管材 高强度、抑菌功能
三、纳米材料制备
对纳米材料的要求 –尺寸可控(小于 100 nm) –成分可控 –形貌可控 –晶型可控 –表面物理和化学特性可控
STM针尖
目前除了隧道显微镜(STM）、原子力显微镜 (AFM)以外，还有近场光学显微(NSOM)、侧面 力显微镜(IFM)、磁力显微镜(MFM)……已有二 十多个品种。由于它们都是用探针通过扫描系统 来获取图像，因此这类显微镜统称为扫描探针显 微镜（SPM）。
(表面改性和表面包覆)
化学方法制备纳米材料
气相法
气溶胶法、激光法、等离子法、裂解法、氧 化法、水解法、燃烧法等
液相法
化学沉淀法(均匀沉淀法, 共沉淀法)、水解 法(醇盐,卤化物)、溶胶-凝胶法、水热法等
物理方法制备纳米材料
气相法
–惰性气体冷凝法
固相法
–高能球磨法 –搅拌磨法 –震动磨法
七十年代，科学家开始从不同角度提出纳米科技的
构
想
。
中国科学院化学所的科技人员
石墨表面通过搬迁碳原子而绘
出的世界上最小的中国地图。
1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词。 1982年，科学家发明研究纳米的重要工具－－扫 描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见 原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国 巴尔的摩举办，标志着纳米科技的正式诞生
2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就业机会
能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料 本世纪前10年几个关键领域之一 制定了“国家纳米技术倡议”(NNI):
纳米材料 纳米电子学、光电子学和磁学 纳米医学和生物学
纳米技术在美国
军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料。 美国总统布什2003.12.3日签署了《21世纪纳米技 术研究开发法案》，批准联邦政府在从2005财政 年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳 米技术的研究开发。
结构制成的具有特异性能的新材料 四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、
表面原子比例大 四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观
量子隧道效应、表面效应 纳米材料特性取决于制备方法
表面效应
表 100
面 原 80
子比 数例
60
相（ 对
%
40
总） 原 20
子 数0
0 10 20 30 40 50