纳米材料和纳米结构的性能与应用基础
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。
微电子器件中的纳米技术与纳米材料应用
微电子器件中的纳米技术与纳米材料应用近年来，随着科学技术的不断进步和微电子行业的蓬勃发展，人们对于纳米技术与纳米材料在微电子器件中的应用越来越感兴趣。
纳米技术及纳米材料的应用不仅可以提升器件的性能和功能，还能够带来更多的创新和发展机会。
本文将从纳米技术的概念和特点以及纳米材料的类型和应用等方面进行论述，以期为读者提供一些基本的了解和思考。
一、纳米技术的概念和特点纳米技术，顾名思义，是指在纳米尺度上进行物质的控制、调控和制备的一种技术。
纳米尺度一般指的是在1到100纳米的范围内。
相较于传统的微观技术，纳米技术具有以下几个显著特点：1.1 尺度效应：纳米尺度下的物质表现出了与宏观物质不同的特性。
由于尺度效应的存在，纳米材料可以表现出更大的比表面积、更高的化学活性和更好的物理性能，从而在微电子器件中发挥重要作用。
1.2 量子效应：由于尺度的减小，纳米材料的电子结构发生了改变，显示出量子效应。
量子效应使得纳米材料具备了可调控的电输运性能，这对于微电子器件的性能优化和功能设计具有巨大的潜力。
1.3 表面效应：纳米材料的比表面积很大，其表面原子、分子和离子的相互作用对材料的性质以及在微电子器件中的应用产生重要影响。
纳米技术通过对纳米材料表面的精确控制，能够实现对材料特性和器件功能的精准调控。
二、纳米材料的类型和应用纳米材料种类繁多，其中包括纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
这些纳米材料不仅具备了传统材料的特性，还蕴含着许多独特的性能和潜能。
以下将分别介绍几种常见的纳米材料及其在微电子器件中的应用情况。
2.1 纳米颗粒：纳米颗粒是一种尺寸在纳米量级的颗粒状材料，具有较高的比表面积和特殊的光电性能。
在微电子器件中，纳米颗粒可用于制备高分辨率显示屏和光电传感器等，其良好的光电特性使得器件具备更高的亮度和响应速度。
2.2 纳米线：纳米线是一种细长且尺寸在纳米级别的线性材料。
由于其特殊的结构和量子效应，纳米线在微电子器件的场效应晶体管（FET）和太阳能电池等领域有着广泛的应用。
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。
无机纳米材料的结构和性质及其应用
无机纳米材料的结构和性质及其应用无机纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的无机物质，具有与宏观材料不同的结构和性质。
它们的小尺寸和高特异表面积使它们具有良好的化学、物理、光学、热学、电学和磁学性质。
这些性质使得无机纳米材料在催化、电池、传感、生物医学、纳米电子学、纳米机械学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍无机纳米材料的结构和性质，以及它们的应用前景。
一、无机纳米材料的结构无机纳米材料的结构可以分为两大类：一是晶格结构，即晶体结构的缩小版；二是非晶态结构，即没有规则有序排列的结构。
其中，晶体结构的纳米材料包括单晶纳米粒子和多晶纳米颗粒，它们是由原子或分子按照一定的空间排列方式组织起来的。
而非晶态结构的纳米材料具有类似于液体或气体状态的无序排列，如玻璃、纤维等。
晶格结构的无机纳米材料主要有四种类型：1）球形纳米粒子，2）棒状纳米颗粒，3）二维或三维纳米结构，常见的有纳米线、纳米管和多孔纳米结构，4）纳米晶体。
这些结构通过物理或化学方法可以制备出来，例如化学合成法、物理气相沉积法、熔融法、溶胶凝胶法等等。
非晶态结构的无机纳米材料主要有以下几种形态：1）无定形纳米材料（如非晶态SiO2）；2）非晶态金属玻璃；3）纳米多晶体结构（如纳米金和镍等）；4）非晶态或化学弱有序状态的铁磁材料。
这些结构通常采用熔融法、溶胶凝胶法和物理气相沉积法等制备。
二、无机纳米材料的性质无机纳米材料由于其小尺寸和高表面积/体积比，具有许多特殊的性质，其性质与普通材料有很大差异，主要有以下几点：1）量子效应。
纳米材料的电子与原子核之间的距离与纳米尺寸和粒径有关。
粒径小到一定程度，纳米材料的这些特性与量子力学联系紧密，表现出典型的量子效应，如发光效应、电子隧穿效应等。
2）表面效应。
由于其高表面积/体积比，纳米材料表面原子向外露出，而且表面结构与内部结构不同，导致表面具有很高的能量和活性。
这些表面效应使得纳米材料具有较强的催化、吸附和反应活性。
纳米技术及应用资料
纳米技术及应用资料纳米技术是一门研究和应用纳米尺度范围内的材料、器件和系统的科学与技术。
纳米尺度在1纳米到100纳米之间，纳米技术主要关注和操纵材料的纳米结构和性质，以实现对材料特性、性能和功能的精确控制和改进。
纳米技术的应用非常广泛，涵盖了各个领域。
以下是纳米技术的一些主要应用领域：1. 电子学和电子器件：纳米技术在电子学领域的应用极为重要，例如微电子器件、纳米电子结构等。
纳米技术可以提高电子器件的性能和功能，使得电子设备更小、更快速、更节能。
2. 材料科学：纳米技术可以用来制备和改进各种材料，包括金属、陶瓷、聚合物等。
纳米结构的材料具有特殊的物理、化学和生物性能，可以应用于传感器、催化剂、纳米粒子药物等领域。
3. 药物传递和医学诊断：纳米技术在药物传递和医学诊断领域有广泛的应用。
纳米粒子可以作为药物载体，通过调控纳米粒子的形状、大小、表面性质等，实现药物的快速、定向、可控释放，提高药物的疗效和减少副作用。
此外，纳米技术还可以用于制备和改进医学影像技术，如纳米探针、纳米共振探针等。
4. 能源和环境：纳米技术在能源和环境领域有着广泛的应用。
通过纳米技术可以制备高效的光电材料、催化剂等，用于太阳能电池、燃料电池、水处理等。
此外，纳米技术还可以应用于空气和水污染的治理，例如纳米材料的吸附和催化等作用可以有效地去除有害气体和污染物。
5. 纳米生物技术：纳米技术在生物领域的应用被称为纳米生物技术。
纳米生物技术可以用于生物传感、分子诊断、生物成像、基因治疗等。
通过纳米技术可以制备纳米生物传感器、纳米探针等，实现对生物分子和细胞的高灵敏、高选择性的检测和干预。
纳米技术的应用给人类带来了很多益处，但也存在一些挑战和问题需要解决。
例如，纳米材料对环境和生物体的安全性需要评估和监控；纳米器件的制备和集成技术仍然面临着一些技术难题；纳米尺度下的物理和化学现象仍然不完全理解等。
总之，纳米技术是一门前沿的科学和技术，其应用潜力巨大。
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。
纳米材料的基本概念与性质
纳米材料的基本概念与性质纳米材料是指在尺寸范围为纳米级别的材料，即其尺寸在1到100纳米之间。
相对于常规材料，纳米材料具有特殊的性质和特点，这主要源于其尺寸效应、表面效应和量子效应等纳米尺度效应的影响。
下面将详细介绍纳米材料的基本概念和性质。
首先，纳米材料具有尺寸效应。
当材料的尺寸处于纳米级别时，与常规材料相比，纳米材料的许多物理、化学和力学性质都会有显著改变。
例如，金属纳米颗粒的熔点和磁性会发生变化，纳米薄膜表面的扩散速率会增大，高填充纳米孔隙材料的机械强度也会增加。
这些尺寸效应的改变使得纳米材料在电子、光学、催化等领域具有广泛的应用潜力。
其次，纳米材料表面效应对其性质也产生了重要影响。
相对于体积物质，纳米材料拥有更大的表面积，这意味着纳米颗粒或纳米薄膜的许多原子都处于表面状态。
表面效应的存在改变了纳米材料的电子结构、晶粒尺寸和化学反应活性等性质。
由于表面活性的提高，纳米材料能更好地催化反应、吸附和储存气体、改善电池材料性能等。
另外，量子效应也是纳米材料的重要特点之一、当纳米材料的尺寸缩小到纳米级别时，其原子和分子的量子效应开始显现。
量子效应使得纳米材料的光学、电子和磁性能等性质有显著变化。
例如，纳米发光材料的荧光强度和波长会受到量子尺寸限制的影响，纳米晶体管中的载流子行为也会发生量子限制的变化。
因此，纳米材料的量子效应使得其在量子计算、纳米电子学和纳米光学等领域具有独特的应用优势。
除了尺寸、表面和量子效应之外，纳米材料还具有其他特殊性质。
例如，纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应可用于快速检测和分析微量物质的存在；纳米结构的多孔性使其具有大的比表面积和高的吸附能力，有利于储能、催化和环境修复等应用；一些金属纳米材料具有独特的光学性质，如银纳米颗粒的表面等离子体共振现象，可用于增强光子学器件的性能。
总之，纳米材料是在纳米尺度下制备和应用的材料，其独特的性质和特点使其在诸多领域具有广泛应用的潜力。
纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应以及其他特殊性质使其成为材料科学和工程领域中的研究热点，并在电子、光学、催化、生物医学和环境等领域得到广泛应用。
纳米技术的基础知识
纳米技术的基础知识纳米技术概述纳米技术是一种以纳米尺度为特征的科学、技术和工程领域。
纳米技术涉及到处理和制造材料、设备和系统，其尺寸通常在1到100纳米之间。
在纳米尺度上，物质的性质和行为与宏观尺度上有着显著的不同，这使得纳米技术成为许多领域的研究热点和创新方向。
追溯纳米技术的起源，可以回溯到20世纪80年代。
然而，纳米技术的进一步发展和应用则是在1990年代末和21世纪初被广泛认识和关注的。
纳米技术的应用领域包括材料科学、生物医学、电子学、能源、化学和环境等，对于科学研究、技术革新和产业发展都具有重要意义。
纳米技术的基本原理是通过控制和操纵材料的结构和性质，实现对其性能和功能的改善和提升。
在纳米尺度下，物质的性质会发生显著的变化，例如导电性、光学性质、磁性等都会发生变化。
通过利用纳米技术，可以制备出具有特殊性能和功能的纳米材料、纳米器件和纳米结构，从而推动科学研究和工程应用的进步。
纳米材料与纳米结构纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和性能的材料。
纳米材料可以是纳米颗粒、纳米晶体、纳米管、纳米线、纳米薄膜等。
纳米材料的尺寸通常在1到100纳米之间，具有高比表面积、强化的力学性能、改变的光学和电磁性质等特点。
纳米材料广泛应用于材料科学、电子学、能源学、生物医学等领域。
纳米结构是指在纳米尺度下具有特殊结构和形态的材料。
纳米结构可以是纳米线阵列、纳米孔洞、纳米孪晶、纳米层状结构等。
纳米结构的形成受到物理、化学和生物因素的影响，具有与尺寸相似的特殊性质和应用潜力。
纳米结构在材料科学、化学和生物医学等领域显示出了独特的优势和应用前景。
纳米技术的制备方法纳米技术的制备方法包括自下而上和自上而下两种主要方法。
自下而上的制备方法是通过原子、分子或聚合物等基本单元的自组装或聚集，逐步构建出纳米材料和纳米结构。
自下而上的方法包括溶液法、气相法、凝胶法、磁控溅射等。
这些方法能够实现针对性地合成具有特定性质和功能的纳米材料和结构。
纳米材料的性能测试方法与数据分析
纳米材料的性能测试方法与数据分析纳米材料是一类具有尺寸在纳米级范围内的材料，其具有较大比表面积和高比表面活性的特点，因此在材料科学领域中引起了广泛关注。
了解纳米材料的性能是进行材料设计与应用的基础，而性能测试方法和数据分析是获得准确可靠的性能参数的关键步骤。
一、纳米材料的性能测试方法1. 结构性能测试纳米材料的结构性能包括晶体结构、晶格常数以及表面形貌等方面。
常用的测试方法包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）等。
XRD用于确定材料的晶体结构和晶格常数，TEM和SEM可观察到材料的表面形貌和纳米尺度下的微观结构。
2. 纳米颗粒尺寸测试纳米材料的尺寸是决定其性能的重要参数之一。
常用的测试方法有动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）。
DLS通过分析光在纳米颗粒表面散射的强度变化来测定颗粒的大小分布，TEM则通过直接观察样品中颗粒的形貌和大小来评估纳米颗粒的尺寸。
3. 成分分析纳米材料的成分分析有助于了解其化学组成以及杂质元素的存在。
常用的分析方法包括能谱分析（EDS）、X射线荧光光谱（XRF）和原子吸收光谱（AAS）。
这些方法可以确定纳米材料中各个元素的含量和化学状态。
4. 热稳定性测试纳米材料的热稳定性对其应用和储存具有重要意义。
热重分析（TGA）和差示扫描量热分析（DSC）是常用的测试方法。
TGA可以测定纳米材料在升温过程中的质量变化，确定其热稳定性。
DSC可以测量纳米材料在升温/降温过程中的热流量变化，进一步分析材料的热性能。
二、纳米材料性能数据的分析1. 基本数据分析对于纳米材料的结构性能测试数据，可以通过处理原始数据得到有意义的结果。
例如，利用XRD数据可以确定材料的晶体结构和晶格常数，利用TEM和SEM图像可以测量纳米颗粒的尺寸和形貌。
2. 统计分析统计分析是纳米材料性能数据分析的重要手段。
通过对多个样品进行测试，并对测试结果进行统计分析可以获得更可靠的数据。
纳米材料与纳米结构
纳米材料与纳米结构纳米科技的快速发展，带来了纳米材料与纳米结构的重要研究与应用。
本文将探讨纳米材料的定义、制备方法以及纳米结构对材料性能的影响。
一、纳米材料的定义纳米材料是指至少有一个尺寸在1到100纳米之间的物质。
由于纳米尺度下，材料的量子效应和表面效应等特性显著改变，纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质。
纳米材料广泛应用于能源、电子、生物医学等领域。
二、纳米材料的制备方法1. 气相法：纳米材料的制备方法之一是气相法，通过高温热分解或物理液相法将气体或液体材料转化为纳米尺度的固体颗粒。
常见的气相法有碳热反应、溅射、蒸发凝聚等。
2. 溶剂法：溶剂法是常用的制备纳米材料的方法之一，它包括溶胶-凝胶法、溶液法、共沉淀法等。
通过溶剂法可以控制纳米材料的形状和尺寸，并调控其性能。
3. 机械法：机械法是指通过力学作用将普通材料研磨、球磨等处理，使其颗粒尺寸达到纳米级别。
机械法适用于硬脆材料的制备，例如金属粉末和陶瓷粉末。
三、纳米结构对材料性能的影响纳米结构对材料性能的影响主要体现在以下几个方面：1. 界面效应：纳米材料中的界面效应显著增加了材料的比表面积，导致其物理和化学性质的变化。
例如，纳米材料的光学性质、磁性和电子传输性能等与普通材料存在明显差异。
2. 量子效应：由于尺寸效应，纳米材料在量子力学范围内显示出与宏观材料不同的性质。
量子效应是指在纳米尺度下，材料的能带结构和电子能级被限制在某些禁带之内，导致电子输运性质和光学性质的发生改变。
3. 热稳定性：纳米材料的热稳定性较差，容易发生晶粒生长和固溶体相分解。
纳米结构可以通过控制晶体生长机制和晶体缺陷来提高纳米材料的热稳定性。
4. 力学性能：纳米材料由于其尺寸效应的存在，具有优异的力学性能，如高强度、高韧性和良好的塑性。
纳米结构可以通过材料的纤维、膜等形式来进一步提高力学性能。
综上所述，纳米材料与纳米结构在当今科技发展中起到了至关重要的作用。
对纳米材料的深入研究与应用，有助于我们开发新型材料、改进现有材料，并推动科技创新。
纳米材料的结构及其性能
纳米材料的结构及其性能摘要：介绍了纳米材料的基本概念，纳米材料基本组成单位，四个效应及相关纳米材料的性能。
关键词：纳米材料结构性能20世纪90年代，以前人们从未探索过的纳米物质（Nanostructured materials）一跃成为科学家十分关注的研究对象。
新奇的纳米材料刚刚诞生才几年，以其所具有的独特性和新的规律，如材料尺度上的超细微化而产生的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能，已引起世界各国科技界及各国政要的高度重视，使这一领域成为跨世界材料科学研究领域的"热点"。
1999年12月14日，美国总统科学和技术顾问委员会（PCAST）致函克林顿，极力推荐美国国家科学和技术委员会（NSTC）的提议，即从2001年度财政预算中开始实施"国家纳米技术推进计划"（National Nanotechnology Initiative--NNI）,引起克林顿的高度重视。
2000年1月2日，克林顿签发执行令，决定将NNI 列为美国科技领域最优先发展的计划，并在2000年度财政预案中专为此项计划追加2.25亿美元，与2000年度相比增加了84%。
美国政府这一举措引起了世界范围的广泛关注，新一轮科技竞争已经在或明或暗的气氛中形成，纳米或纳米技术背后隐藏着的巨大商机开始显现，有资料表明，1999年全球纳米技术的生产值达500亿美元，预计到2010年将达到14400亿美元。
1、纳米和纳米材料纳米是一种长度的量度单位，1纳米（nm）等于10-9米，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的10万分之一。
在英语里纳米用nano 表示，NANO一词源自拉丁前缀，矮小之意。
纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。
纳米材料（nanostructure materials或nanomaterials）是纳米级结构材料的简称。
纳米材料的结构与性能分析
纳米材料的结构与性能分析纳米科技是当今世界科技领域最为热门的课题之一。
纳米材料是一种自然界或人工合成出来的材料，其尺寸处于纳米级别，即材料的至少一条线度小于100纳米，因此具备了特殊的物理和化学性质。
随着科技的发展，纳米材料的种类也越来越多，如碳纳米管(CNTs)、金属纳米颗粒、磁性纳米材料等，这些材料因其特殊的结构和性质，已被广泛应用于生物医学、纳米电子、催化等领域。
本文将围绕纳米材料的结构与性能展开分析。
1. 纳米材料的结构分析纳米材料的结构与性能密切相关，一般包括形貌、粒径、组成等因素。
其中最基本的结构单元是纳米颗粒，其尺寸通常为1~100纳米，具有很高的比表面积和起伏性。
1.1 纳米颗粒的形貌纳米颗粒的形貌包括几何形貌和表面形貌两个方面。
几何形貌指的是颗粒的形状和大小，如球形、棒状、片状等。
表面形貌指的是颗粒表面的空间结构和化学组成，如平整表面、六棱柱表面等。
1.2 纳米颗粒的粒径纳米颗粒的粒径对其性质有着很大的影响。
颗粒的粒径越小，其比表面积和各向异性越大，从而表现出新的物理和化学性质。
如近年来研究发现，在100纳米以下的金属纳米颗粒中，会出现固态材料中不存在的马洛狄奥凝聚体(Melting Condensation)和烟花状释放(Explosive Release)等现象。
1.3 纳米颗粒的组成纳米颗粒的组成决定了其性质和用途。
不同组成的材料在应用上也会有很大差别。
如金属纳米颗粒可以用于电子器件、催化剂等领域，碳纳米管可以用于纳米电子、涂料、再生能源等领域。
2. 纳米材料的性能分析纳米材料的性质与其结构密切相关。
由于纳米材料尺寸的特殊性质，其具有独特的光学、电学、化学、热学等性质。
2.1 光学性质纳米颗粒可以表现出很多特殊的光学性质，如表面等离子体共振、荧光现象等。
此外，在光电器件和生物医学领域，纳米颗粒的光学性质也得到了广泛应用。
2.2 电学性质纳米材料的电学性质是相对应用广泛的性质之一。
材料化学课件-第六章纳米材料
(3)固相化学反应法
固相化学反应法又可分为高温和室温固相反应法。 高温固相反应法是将反应原料按一定比例充分混合研 磨后进行煅烧，通过高温下发生固相反应直接制成或 再次粉碎制得超微粉。
纳米粉体的制备方法大致可分为物理和化学方法。 1、物理制备方法
(1)传统粉碎法
传统粉碎法是用各种超微粉碎机将原料直接粉碎研磨成超 微粉。此法由于具有成本低、产量高以及制备工艺简单易行 等优点，在一些对粉体的纯度要求不太高的场合仍然适用。 (2)惰性气体冷凝法
惰性气体冷凝法主要是将装有待蒸发物质的容器抽到高真 空，充入惰性气体，然后加热蒸发源，使物质蒸发成雾状原 子，承受气体流冷凝到冷凝器上，将聚集的纳米尺度粒子刮 下，收集，即得到纳米粉体。
(5)特殊的力学性质
由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性， 这是因为纳米超微粒制成的固体材料具有大的界面，界面原 子的排列相当混乱。原子在外力作用下容易迁移，因此表现 出很好的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学 性能。这就是目前一些所谓摔不碎的陶瓷碗的原因。
陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷 材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，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 的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报 道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的 牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。 呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属一陶瓷等 复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十 分宽广。
纳米材料的基础研究及应用
纳米材料的基础研究及应用纳米材料是指材料中至少有一维的尺寸小于100纳米的现象，它与传统材料相比，具有许多独特的物理、化学和生物学性质。
这些性质使得纳米材料在许多领域有广泛的应用，如生物医学、化学、电子、制造业和环境治理等。
因此，纳米材料的基础研究和应用具有非常重要的意义。
纳米材料的基础研究为了深入研究纳米材料的性质和行为，基础研究成为了非常重要的任务。
在基础研究中，研究人员使用各种先进的方法来制备、分离、观察和表征纳米材料。
这些方法包括离子束刻蚀、电子束光刻、溅射沉积、分子束外延、化学气相沉积等技术，它们有利于制备不同形状、尺寸、成分和性质的纳米颗粒和纳米结构。
同时，研究人员也通过各种物理、化学、生物实验来研究纳米材料的性质和行为。
例如，纳米材料在吸附和催化反应中的作用、纳米材料的电学和光学性质、纳米材料的热力学和力学性质、纳米材料在生物体中的行为等等。
这些研究有助于揭示纳米材料的本质属性，进而提高其应用性能。
纳米材料的应用在得到了深入的基础性研究之后，纳米材料被广泛用于多个领域。
以下是一些纳米材料应用的例子：1. 生物医学：纳米颗粒可以被作为药物载体或成像剂，它们在体内或细胞内的运输和释放过程是被研究的重要领域。
此外，纳米材料还可以作为生物传感器用于检测、诊断和治疗疾病。
2. 电子：纳米晶体管和纳米线等结构体可以被用于电子器件中，它们比传统材料具有更好的性能，例如更小的尺寸、更高的速度和更低的能量消耗等。
3. 制造业：纳米材料被广泛应用于材料制造和加工中，例如纳米涂层材料、纳米复合材料、纳米粘合剂等，它们可以改善材料的强度、硬度、耐磨性、稳定性和耐腐蚀性。
4. 环境治理：纳米材料可以应用于水和空气净化过程中，例如纳米材料可以通过催化作用来降解污染物、吸附有害气体等。
总结在纳米材料的基础研究和应用中，有许多挑战和机遇。
随着技术的发展，人们可以越来越好地控制和制备纳米材料，并且有望开发出更多的纳米材料应用。
纳米材料的特性和应用
纳米材料由于其表面和结构的非凡性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
纳米材料的物理性质与应用
纳米材料的物理性质与应用纳米材料是指在尺寸范围在1-100纳米之间的物质，其所具有的独特物理性质使其在各个领域得到广泛应用。
本文将介绍纳米材料的物理性质以及其在科学研究和技术领域的应用。
一、纳米材料的物理性质1.1 表面效应纳米材料相对于大尺寸的材料来说，具有更高的比表面积。
由于表面原子与内部原子不完全配对，使得纳米材料表面的物理、化学性质与材料内部不同。
这种表面效应导致纳米材料在催化、传感等领域具有独特的应用潜力。
1.2 量子尺寸效应纳米材料的尺寸处于量子级别，具有量子尺寸效应。
对于纳米粒子来说，电子的能量与空间分布受到限制，导致其能级结构发生改变。
这种量子尺寸效应使纳米材料在光学、电子学和磁学等领域表现出不同于传统材料的特性。
1.3 界面效应纳米材料由于具有较高的比表面积，其材料之间的界面在物理性质上也具有重要影响。
纳米材料界面上的缺陷、应变和表面活性使其在催化、电池、光电子器件等领域有着广泛的应用前景。
二、纳米材料的应用2.1 催化剂纳米材料作为高活性催化剂，由于具有较高的比表面积和表面原子的数量，可以提供更多的反应活性位点。
纳米材料在化学反应中表现出更高的反应活性，因此在催化领域被广泛应用于氧化反应、加氢反应和催化剂的载体等方面。
2.2 电子器件纳米材料在电子器件中具有优越的性能。
例如，纳米颗粒能够增强晶体管的导电性能，提高电子器件的性能；同时，纳米线、纳米管和纳米颗粒等结构可以用于制备高性能的显示屏、太阳能电池和传感器等。
2.3 医学应用纳米材料在医学领域有着广泛的应用前景。
纳米颗粒可以用于药物传递系统，通过调控尺寸和形状，提高药物的生物利用度和靶向性，从而减少药物剂量和毒副作用。
此外，纳米材料还可以用于细胞成像、基因治疗和组织修复等领域。
2.4 能源领域纳米材料在能源领域的应用也备受关注。
纳米颗粒可以用于制备高效能源材料，如锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等。
纳米结构的设计和构建能够提高电池的循环寿命和能量密度，推动能源存储和转换技术的发展。
(完整版)2-1纳米材料及基本性质
纳米材料的分类
按维数，纳米材料的基本单元可以分为: 1 零维：在空间三维尺度上均在纳米尺度，如 纳米尺度颗粒，原子团簇； 2 一维：在空间有两维处于纳米尺度，如纳米 丝，纳米棒，纳米管等； 3 二维：在三维空间中有一维在纳米尺度，如 超薄膜，多层膜，超晶格等。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成 分。因此，纳米材料出现了许多不同于通常的大块 宏观材料的特殊性质。
纳米材料
本节要讨论的问题
1 纳米材料的定义及分类 2 纳米结构及分类 3 纳米材料的基本单元 4 纳米材料的基本特性
小尺寸效应、量子尺寸效应、 表面效应、宏观量子隧道效应
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同年1月,日本NEC公司饭岛(Ijima)等发现纳米 碳管，立刻引起了许多科技领域的科学家们极大关 注。
Serendipity
• Serendipity这个词的中文含义很难表达。它来自英国作 家H. Walpole的小说“The Three Princes of Serendip” （Serendip三王子的故事），原来指碰巧发现珍宝的运气。 其一般含义是，发现并非有意寻求的好东西之能力。视不 同场合，这个词也许可以译作“歪打正着”、“偶然发 现”、“意外发现”、“捕捉意外良机的本领”，等等。 科学史上的许多科学发现似乎纯属意外，都是科学家凭借 这种特殊能力而妙手偶得的。
物理学家理查德.费曼Richard Feynman 1959年《在底部还有很大空 间There is Plenty of Room at the Bottom. 》
一个原子一个原子地制造物品
•Eric Drexler
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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3、通过优化微观结构，大幅度提高金属纳米材料的综合力学性能、电学性能和结构稳定性。重点研究和解决纳米金属材料的韧性、结构热稳定性和导电性，探索其在工程材料性能升级及表面性能优化等方面的实际应用，发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。
4、纳米异质结构和二元/赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制。具有一维准有序结构的纳米材料和纳米芯壳结构的设计与合成。
5、纳米管/纳米线阵列的定位生长与定向生长。通过微纳米光刻技术制备金属催化剂图型，利用CVD方法和外场控制，在衬底上的确定位置生长纳米管/纳米线的阵列的技术。
6、发展与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。研究纳米管/纳米线的合成条件(如温度、衬底、催化材料等)与器件工艺的兼容性。
五年发表500篇SCI收录的论文，申请国专利25项，国外专利10项，出版1至2本专著；获国家奖1-2项。
通过本项目的执行，培养和造就一批高层次的研究人才，形成几个在相关领域中有国际影响的研究群体。
2．项目五年预期目标
1、探索纳米材料和纳米结构新体系制备科学和新合成方法，分析纳米材料形成阶段的动力学过程，对材料的形成机理进行深入研究，认识纳米材料平衡态及非平衡态物相形成的热力学性质，优化纳米材料合成与生长的工艺条件，完善控制合成方法，获得无机纳米材料的合成与可控生长技术和知识。在相关理论指导下制备物相、形状、尺寸可控及具有特定物相或通常难以合成的纳米材料，开拓和发展拥有自主知识产权的纳米异质结构及阵列的制备技术，建立对该体系性能可调的新原理和新方法，设计合成多种纳米异质结构和阵列。
纳米体系中的尺寸效应、表面与界面、电子相干性是纳米材料与纳米结构研究中的另一基本问题。本项目拟研究纳米材料中的发光行为、电子的量子输运、纳米复合体系的磁性及其它量子相干效应、位错与界面的交互作用、纳米材料在外场中的响应，以及它们与电子、声子等元激发的基态和激发态的关系。得到经验规律，提出理论模型，实现对纳米材料与结构的性能调控，揭示纳米材料的优异性能。
在纳米材料可控制备和结构性能关系研究的基础上，探索纳米材料与纳米结构在制造业、信息技术、能源、环境、健康医疗、生物技术和国家安全等领域中的应用。本项目拟探索若干种关键的纳米材料和纳米结构，在场发射平板显示、光电器件、传感器的应用，并发展高强、高导热、高导电等实用纳米材料和纳米结构。
具体的科学问题分解为以下三个方面：
在整个项目中，以纳米材料的性能研究为主导，以纳米材料的制备为基础，探索有应用前景的纳米材料和器件。
（2）本项目的技术路线
以通过深入研究纳米材料与结构的形成机理为基础，揭示材料的结构与制备条件之间的在联系，发展出若干种重要的纳米材料与纳米结构可控合成与组装技术。以功能为牵引发展自下而上的可控制合成和自组装技术，实现从简单纳米材料和结构向具有特定功能的、多组元、复杂结构或超结构的过渡。在此基础上制备出信息业和制造业需要的关键纳米材料与纳米结构，为纳米材料的性能研究和器件应用提供基础。
（一）纳米材料合成方法探索及可控生长研究
1、系统研究纳米材料合成及可控生长的热力学和动力学过程，寻找有利的纳米材料合成与生长的工艺条件。由经验规律导出纳米尺度下影响生长过程的热力学和统计物理的规律，从理论上对热力学和动力学控制纳米材料合成生长进行诠释，发展无机纳米材料制备技术和研究其形成机理，以期实现纳米材料的可控合成与生长。
以发现材料的优异特性和潜在应用为牵引，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；以研究表面界面结构、缺陷对性能的影响为出发点，通过表面修饰、掺杂、环境变化和施加外场为手段，结合发展新的纳米尺度表征技术，揭示纳米尺度体系中的光、电、磁和力学的一些新规律、新现象和新性能。
围绕国家目标开展若干项纳米材料的应用研究。以制备和性能研究的成果为基础，在纳米结构的可控制备的基础上，实现器件前驱体、原型器件的构筑。发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术；发展相应的制备工艺和测试技术，制备出原型器件。通过金属及合金材料的结构纳米化，和发展纳米复合材料，获得具有特殊性能的新型材料。
2、探索“自下而上”制备纳米材料的新途径。以溶剂热和复合溶剂热合成为主要方法，发展γ-射线、超声、微波等外场辅助的纳米材料制备技术。
3、一维纳米材料的催化生长机理及结构控制，研究纳米催化剂的组分、尺寸、形状及外场对一维纳米材料生长的影响，制备物相、形状、尺寸可控的一维纳米线、管、带、线圈、空心球和其它纳米结构。
（一）纳米材料和纳米结构的生长动力学及可控生长
1、纳米材料的物相、结构和形状的可控生长及机理
2、纳米超结构(核壳、异质、同质异性结构、有序阵列等)的设计与合成
3、金属材料结构纳米化的动力学过程
4、纳米氮化物和碳化物材料的可控制备和应用探索
5、与标准的半导体制备环境相兼容的纳米管/纳米线制备技术
（二）纳米材料和纳米结构中的结构－性能关系的新规律及其演化
本项目以上一个973项目“纳米材料与纳米结构”的五年研究成果、技术积累为基础，以国家的重大需求为牵引，集中研究有重要应用或重大科学价值的纳米材料与纳米结构。坚持实验和理论并举、基础研究和应用研究并重，针对纳米体系的无限周期结构的缺损、原子或分子数有限和电子态的量子涨落、电子间相互作用等特点，发展与纳米体系相应的实验方法和理论，发现纳米体系中新现象和新规律；阐明材料的结构参数与制备条件之间的在联系，实现纳米材料与纳米结构的可控制备；深入理解纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；在应用研究方面，探讨纳米材料用于器件的可能性，发展以纳米结构为工作单元的发光、平面显示和纳电子器件。发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。
（三）纳米材料和纳米结构优异性质的应用
1、一维纳米材料为基的原理型量子器件的探索
2、纳米材料在场发射器件中的应用和性能提高
3、高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构的应用探索
4、纳米复合磁性材料在磁致冷和磁传感领域中的可能应用
5、通过比表面的调控提升金属-空气电池容量、功率与寿命
本项目的主要研究容
2、开拓和发展一维纳米材料如碳纳米管可控生长的热力学和统计物理；发展多组元、多相一维半导体纳米材料可控生长的1-2种新技术，探索具有轴向超结构的一维半导体纳米材料新的制备方法。在一维纳米材料的结构、性能关系之间的尺度效应研究上，找到一些结构与物性的定量关系，提炼出普适的结构物性规律。
3、通过深入研究金属材料微观结构纳米化过程机理，发展一至两种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料。建立并完善纳米金属材料的微观结构与本征性能之间的关系，进一步深入理解纳米金属材料的结构稳定性及其控制规律，揭示纳米金属材料中的一些新规律、新现象和新性能。为纳米材料的实际应用和发展新一代性能、高稳定性金属材料奠定基础。
预计经过五年的研究，纳米材料与纳米结构的研究将为我国纳米器件和技术的发展提供关键材料和新知识，为建立纳米材料科学体系框架奠定基础。
5年发展一至二种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料；一维纳米材料可控生长的1-2种新技术；发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。
4、探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。
5、发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。
二、预期目标
1．本项目总体目标
发展出若干种具有实用价值的纳米材料与纳米结构;发展出与IT工艺相容的纳米材料的可控制合成与集成技术，为纳米材料的性能研究和纳米器件应用提供基础。以发现材料的优异特性和潜在应用为导向，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；把自下而上和自上而下两种制备纳米结构与器件的技术相结合，发展出基于纳米材料优异特性的新器件和高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构。获得一批国际水平的研究成果，使我国在纳米材料和纳米结构研究和应用总体水平保持国际先进水平。
5、研究纳米化电极的组成、结构与化学能-电能转变的关系，研究电极与电解质的兼容性及循环稳定性，提升金属-空气电池容量、功率和寿命，探索电极材料纳米化的电池中离子和电子传输的新规律。
（三）金属材料结构纳米化与综合性能研究
1、金属材料结构纳米化过程及稳定性。系统研究不同晶体结构金属材料(如FCC、BCC和HCP)在强烈塑性变形过程中微观结构纳米化动力学及结构演化过程和纳米晶粒形成机理。研究塑性变形导致最小极限尺寸晶粒的微观结构演变及变形行为。研究金属材料的晶体结构、层错能和变形条件的应变量、应变速率等参量与细化机理的相关性，揭示强烈塑性变形诱导的纳米晶粒形成机理。通过优化微观结构大幅度提高这些材料的综合力学性能和电学性能。
1、一维纳米材料中的电输运和热导行为及其器件设计、制备中的基本问题
2、纳米结构对磁熵变、居里温度及磁电阻的调控规律
3、金属及其合金纳米结构的综合力学和电学性能
4、纳米体系的热力学及纳米材料的结构演化规律及稳定性
5、纳米异质结构及阵列的表、界面结构和环境(气氛、外场)对性能的影响
6、研究电极材料与电极结构纳米化对离子、电子传输动力学的影响
项目名称：
纳米材料和纳米结构的性能与应用基础
首席科学家：
解思深 中国科学院物理研究所
起止年限：
2005.12至2010.11
依托部门：
中国科学院
一、研究容
本项目拟解决的关键科学问题是：
纳米材料和纳米结构的可控生长是纳米材料与纳米结构研究中的基本问题之一。本项目拟从研究可控生长的条件及生长动力学出发，总结基本实验规律及纳米尺度下物质和能量的输运的规律和理论模型，实现纳米材料生长中尺寸、形状、方向、位置及结构的控制。