绿色建筑与生态材料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•24
• (2)表面效应：指纳米粒子表面原子 数与总原子数之比，随粒径的变小而急剧 增大后所引起性质上的变化。 • 例如，5nm的粒子，表面原子占50% ；而2nm的粒子，表面原子占80%。
• 表面原子增加，使表面能增高，大 大增强了纳米粒子的化学活性，使其在催 化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的 优越性。
•6
•1 复合材料概论
• 复合材料(composite material)是有机高分 子、无机非金属或金属等几种不同材料，通过 复合工艺组合而成的新型材料。或者说是由两 种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料 组合而成的多相固体材料。
•7
• 复合材料由两部分组成：基体相(连续 相)和增强相(分散相)。 • 基体相是连续相材料，把改善性能的增 强相材料粘结在一起，起粘结剂的作用。 • 增强相大部分是高强物质，起提高强度 •或韧性的作用。
•Ti(iso-OC3H7)4+4H2O →Ti(OH)4
•
+ 4(CH3)2CHOH
•Ti(OC4H9)4 + 4H2O →Ti(OH)4 + 4C4H9OH
•34
• 固相法是通过从固相到固相的变化制 造粉体，又可分为两类： • 尺寸降低过程：将大块物质极细地分 割，物质无变化。包括机械粉碎、化学处 理(溶出法)等。 • 构筑过程：将最小单位(分子或原子) 进行组合，物质发生变化。包括热分解法 、固相反应法和火花放电法等。 •
•用原子组成图形
•44
• 纳米材料在其他方面也有广阔的应
•8
ห้องสมุดไป่ตู้ •
复
合
材
料
按
增
强
相
形
•9
• 按基体相材料类型可分为三类：
•
1 树脂基复合材料
•
2 金属基复合材料
•
3 陶瓷基复合材料
•10
•2 复合材料的技术性能
• 1. 比强度和比模量高
• 比强度（抗拉强度与密度之比）和比模 量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且 刚性大。
• 2. 良好的抗疲劳性能
•纳米金属铜的超延展性
•39
• 纳米陶瓷材料。纳米陶瓷的强度，韧 性和塑性都大大提高了，并降低了陶瓷的 烧结温度。 • 例如，纳米SiC陶瓷的断裂韧性比普 通SiC陶瓷提高了100倍；纳米ZrO2的烧结 温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了 400℃；德国萨德兰德大学制成的由纳米 TiO2和CaF2组成的纳米陶瓷材料能被 •弯曲，在80~180℃范围内，其 •塑性变形可达100%，脆性陶 •瓷变成了塑性陶瓷。
•31
• 液相法是以均相溶液为出发点，通 过各种途经使溶质和溶剂分离，溶质形 成一定形状和大小的颗粒，热解后得到 纳米微粒。 • 液相法包括沉淀法、水解法、喷雾 法、乳液法、溶胶—凝胶法、电解法、 溶剂蒸发法和熔融法等。 •
•32
• 水解法(金属醇盐法)：金属醇盐是金 属与醇类物质反应，生成含M-O-C键的金 属有机化合物，例如， • M + xROH → M(OR)x + x/2H2 • 金属醇盐能溶于有机溶剂，加水后 很容易分解成金属的氧化物、水氧化物和 水合物等沉淀，经过滤，干燥，焙烧等过 程就可得到纳米粒子。 •
•
•29
• 化学气相反应法中的等离子体化学 气相合成是目前最先进的一种方法，其制 备过程为： • 产生等离子体→原料蒸发→化学反 应→冷却凝聚→颗粒捕集→尾气处理 • 我国近来利用该法成功地合成出纳 米Si3N4粉体，平均粒度为20nm，纯度达 97%。
•30
• 化学气相沉淀法:在制备SiC-C纳米复 •合材料时,采用SiCl4-C3H8-H2系统,在Si/C 比为0~2.8的条件下,最佳温度为1600K时, 可获得SiC-C纳米级粉体.
新材料时代
•4
•从性能上可分为： • 结构材料:具有一定强度、韧性和塑性等 •力学性能的材料。 • 功能材料:具有电、磁、光、声和热等特 •殊效应和功能的材料。
•从组成上可分为：金属材料、无机非金属 •材料、有机高分子材料和复合材料等。
•5
•化学与复合材料
•1.复合材料概论 •2.复合材料的技术性能 •3.重要的复合材料 •4 纳米材料
•16
• •
•17
•2 . 层合增强复合材料
•(1) 双层金属复合材料
• 双层金属复合材料是将特性不同的两种金 属，用胶合或者熔合铸造、热压、焊接、喷涂 等方法复合在一起以满足某种性能要求的材料 。
•18
•(2) 夹层复合材料 • 夹层复合材料是性质完全不同的表面材 料与芯材复合而成的一种材料。
•22
• 纳米材料既不同于宏观物体，又不同于 微观粒子，正好处于中间地带。具有纳米尺度 的物质由于其结构的特殊 •性，使纳米材料具有许 •多特殊的性能。
•碳纳米管
•23
•1. 纳米材料的性能 • (1) 小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量 级时，一定条件下导致材料宏观物理、化学性 质发生变化。 • 由于比表面积大大增加，使纳米材料具有 极强的吸附能力。如光吸收显著增强；纳米陶 瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微 粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K ，而2nm的金微粒的熔点只有600K。
•19
•3.颗粒增强复合材料
• 颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均 匀分散在基体材料内所组成的材料。
•尼龙6/粘土纳米复合材料
•20
•5.4.4 纳米材料
• 根据人类的需要，逐个操纵原子来制造 产品，这是人类关于纳米技术最早的梦想。 • 1981年，扫描隧道显微镜 •(Scanning Tunneling Microscope) •的发明，向人类揭示了一个可见 •的原子世界，极大的促进和推动 •了纳米技术的快速发展。
•1 . 纤维增强复合材料
•(1) 玻璃纤维增强复合材料
• 以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料制 成 •的复合材料。 • 玻璃纤维是由熔 •融的玻璃经快速拉伸, •冷却所形成的纤维。 •玻璃纤维增强工程塑 •料即玻璃钢。
•13
• 由于玻璃钢比重小、强度高、耐腐蚀、 •耐燃且成型性能好，现已广泛用于汽车车身、 •氧气瓶、轻型船体及石油化工的管道、阀门等 。 • 缺点是刚性差，易变形，耐热性能差，
•21
• 1990年7月，第一届国际纳米科学技术 (Nano Science and Technology,简称NST)会议 在美国巴尔的摩召开，标志着纳米科学技术 的正式诞生。
• 最初纳米材料(Nano material)是指粒径 为1100nm的超细颗粒和由超细颗粒构成的薄 膜和固体。现在，广义地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或由它们 作为基本单元构成的材料。
•42
• 纳米材料还具有特殊的光学性能，如
•光学非线性、光吸收、光反射等。因此被
广泛用于光学纤维，
•红外反射材料，红外
•吸收和紫外吸收材料，
•在航天领域中用它作
•为隐身材料，可逃避
•雷达监视。
•纳米聚乙烯管材
•43
• 纳米复合材料。纳米复合材料可不考 虑组成成分是否互溶，只要按需要制成纳 米粒子，再成型为纳米复合材料。 • 如特殊配比的合金。同样可将金属与 陶瓷混合制成纳米复合材 •料等，这是一种全新概念 •的复合材料，其性能简直 •不可预测，其用途也不可 •估量。
•33
• 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的基本过程是: •一些易水解的金属化合物(无机盐或金属 醇盐)在某些溶剂中与水发生反应,经过水解 与缩聚过程,首先生成溶胶，再生成具有网
状结构的凝胶，然后经过干燥、烧结等后
处理工序，制成所需材料。例如，
•TiCl4 + 4NH3. H2O →Ti(OH)4 + 4NH4Cl
•
•易老化。
•14
•(2) 碳纤维增强复合材料 • 碳纤维增强材料与树脂基体组成的材料 称为碳纤维增强复合材料。 • 这类材料保持了玻璃钢的许多优点，而 且性能优于玻璃钢。因此 •可作宇宙飞行器的外层 •材料，人造卫星和火箭 •的机架、壳体等。
•15
•(3) 硼纤维增强复合材料 • 硼纤维是一种强度、刚度均比碳纤维高的 纤维。硼纤维增强复合材料是硼纤维增强材料 与树脂基体组成的复合材料。用作高温材料， 但因为价格昂贵，应用受到限制。主要用于航 •空工业。
•37
• 纳米催化材料。纳米材料比表面积大
，
•表面活性高，可用来作催化剂。
• 例如，粒径为30nm的镍可把有机化
学的加氢和脱氢反
•应速率提高15倍；
•用纳米铂催化乙
•烯的氧化反应，
•可使温度由原来 •的600℃降到室温。
•纳米尼龙帘子线
•38
• 纳米金属材料。强度高，熔点低。例 如，银熔点为900℃，而纳米银的熔点为 100℃；铜的熔点为1083℃,而20nm铜微粒 的熔点只有39℃。这一特点使低温下将纳 米金属烧结成合金产品成为现实，且为不 溶解的金属冶炼成合金创造了条件。
•3
• 材料(material)：经过某种加工后具有一 •定组成，结构和性能，适合于某种用途的物质。
• 人类使用材料的历史经历了七个年代：
• 公元前10万年
石器时代
• 公元前3000年
青铜器时代
• 公元前1000年
铁器时代
• 公元前0年
水泥时代
• 1800年
钢时代
• 1950年
硅时代
• 1990年
• 疲劳是材料在循环应力作用下的性质。 复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
•11
• 3. 减振性能好
• 在工作过程中振动问题十分突出，复合材 料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收 作用。且自振动频率高，不易产生共振。
• 4. 高温性能好
• 复合材料在高温下强度和模量基本不变。
•12
•3 重要的复合材料
绿色建筑与生态材料
2020年7月26日星期日
本节提纲
1、化学与材料 2、绿色建筑与发展历程 3、基于LCA 的绿色建筑设计概念 4、生命周期评价框架与实例 5、绿色建筑与相关新材料应用 6、视频、课堂报告模板、投稿模板
•2
• 1 化学与材料
•1.1 化学与金属材料 •1.2 化学与无机非金属材料 •1.3 化学与有机高分子材料 •1.4 化学与复合材料
•26
• (4)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。纳米粒子 的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等 也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏 观量子隧道效应。扫描隧道显微镜的基本 原理就是基于量子隧道效应. • 宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘 进行信息存储的时间极限。
•27
•2 纳米材料的制备
• 纳米微粒的制备方法有很多种，按 反应性质可分为物理法、化学法； • 按制备系统和 •状态又可分为气相 •法、液相法和固相 •法三大类。
•28
• 气相法是直接利用气体或通过各种手 •段将物质变成气体，使之在气体状态下发 生物理变化或化学变化，最后在冷却过程 中凝聚长大形成纳米微粒的方法。 • 气相法包括蒸发法、化学气相反应法 •、 •化学气相凝聚(沉淀)法和溅射法等。
•35
• 机械粉碎中的高能球磨法是近年来 制备纳米材料的重要方法之一，它能将纯 金属制成纳米晶体。并能制备出常规方法 难以获得的高熔点金属或合金纳米材料。
•36
•3. 纳米材料的应用
• 纳米材料的结构和性能,使纳米材料呈 现出不同于宏观物体的奇异现象:熔点降低, 活性增大,声、光、电、磁、热和力学等物 理性能出现异常。从而使纳米材料在化学 工业、电子工业、生物医疗、航天等领域 具有广阔的应用前景。
•25
• • (3)量子尺寸效应：随着粒子由宏观尺寸 进入纳米范围，准连续能带将分裂为分立的 能级，能级间的距离随粒子尺寸减小而增大 ，这种能级能隙变宽的现象称为量子尺寸效 应。 • 这种量子尺寸效应导致纳米粒子具有与 宏观物质截然不同的反常特性。 • 例如，粒径为20nm的银微粒在温度为 1K时出现由导体变为绝缘体的现象。
•40
• 纳米磁性材料。纳米磁性材料具有优 •秀的磁性质，用它制成的磁记录介质材料 ， •不仅音质、图像和信噪比都好，而且记录 密度比现在使用的γ-Fe2O3高10倍。
•41
• 纳米材料在生物和医疗上也有广泛的 •应用。纳米微粒一般比细胞、红血球小的 多，因而可以在血液中流动。将包裹有纳 米微粒的智能药物注入血液中，输送到病 变细胞，为药物传播开辟了一条崭新的途 径，也极大地增强了药物的疗效。 • 有些纳米材料如羟基磷灰石可直接杀 死肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。 •利用纳米微粒进行细胞分离技术实现癌症 的早期诊断和治疗。
• (2)表面效应：指纳米粒子表面原子 数与总原子数之比，随粒径的变小而急剧 增大后所引起性质上的变化。 • 例如，5nm的粒子，表面原子占50% ；而2nm的粒子，表面原子占80%。
• 表面原子增加，使表面能增高，大 大增强了纳米粒子的化学活性，使其在催 化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的 优越性。
•6
•1 复合材料概论
• 复合材料(composite material)是有机高分 子、无机非金属或金属等几种不同材料，通过 复合工艺组合而成的新型材料。或者说是由两 种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料 组合而成的多相固体材料。
•7
• 复合材料由两部分组成：基体相(连续 相)和增强相(分散相)。 • 基体相是连续相材料，把改善性能的增 强相材料粘结在一起，起粘结剂的作用。 • 增强相大部分是高强物质，起提高强度 •或韧性的作用。
•Ti(iso-OC3H7)4+4H2O →Ti(OH)4
•
+ 4(CH3)2CHOH
•Ti(OC4H9)4 + 4H2O →Ti(OH)4 + 4C4H9OH
•34
• 固相法是通过从固相到固相的变化制 造粉体，又可分为两类： • 尺寸降低过程：将大块物质极细地分 割，物质无变化。包括机械粉碎、化学处 理(溶出法)等。 • 构筑过程：将最小单位(分子或原子) 进行组合，物质发生变化。包括热分解法 、固相反应法和火花放电法等。 •
•用原子组成图形
•44
• 纳米材料在其他方面也有广阔的应
•8
ห้องสมุดไป่ตู้ •
复
合
材
料
按
增
强
相
形
•9
• 按基体相材料类型可分为三类：
•
1 树脂基复合材料
•
2 金属基复合材料
•
3 陶瓷基复合材料
•10
•2 复合材料的技术性能
• 1. 比强度和比模量高
• 比强度（抗拉强度与密度之比）和比模 量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且 刚性大。
• 2. 良好的抗疲劳性能
•纳米金属铜的超延展性
•39
• 纳米陶瓷材料。纳米陶瓷的强度，韧 性和塑性都大大提高了，并降低了陶瓷的 烧结温度。 • 例如，纳米SiC陶瓷的断裂韧性比普 通SiC陶瓷提高了100倍；纳米ZrO2的烧结 温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了 400℃；德国萨德兰德大学制成的由纳米 TiO2和CaF2组成的纳米陶瓷材料能被 •弯曲，在80~180℃范围内，其 •塑性变形可达100%，脆性陶 •瓷变成了塑性陶瓷。
•31
• 液相法是以均相溶液为出发点，通 过各种途经使溶质和溶剂分离，溶质形 成一定形状和大小的颗粒，热解后得到 纳米微粒。 • 液相法包括沉淀法、水解法、喷雾 法、乳液法、溶胶—凝胶法、电解法、 溶剂蒸发法和熔融法等。 •
•32
• 水解法(金属醇盐法)：金属醇盐是金 属与醇类物质反应，生成含M-O-C键的金 属有机化合物，例如， • M + xROH → M(OR)x + x/2H2 • 金属醇盐能溶于有机溶剂，加水后 很容易分解成金属的氧化物、水氧化物和 水合物等沉淀，经过滤，干燥，焙烧等过 程就可得到纳米粒子。 •
•
•29
• 化学气相反应法中的等离子体化学 气相合成是目前最先进的一种方法，其制 备过程为： • 产生等离子体→原料蒸发→化学反 应→冷却凝聚→颗粒捕集→尾气处理 • 我国近来利用该法成功地合成出纳 米Si3N4粉体，平均粒度为20nm，纯度达 97%。
•30
• 化学气相沉淀法:在制备SiC-C纳米复 •合材料时,采用SiCl4-C3H8-H2系统,在Si/C 比为0~2.8的条件下,最佳温度为1600K时, 可获得SiC-C纳米级粉体.
新材料时代
•4
•从性能上可分为： • 结构材料:具有一定强度、韧性和塑性等 •力学性能的材料。 • 功能材料:具有电、磁、光、声和热等特 •殊效应和功能的材料。
•从组成上可分为：金属材料、无机非金属 •材料、有机高分子材料和复合材料等。
•5
•化学与复合材料
•1.复合材料概论 •2.复合材料的技术性能 •3.重要的复合材料 •4 纳米材料
•16
• •
•17
•2 . 层合增强复合材料
•(1) 双层金属复合材料
• 双层金属复合材料是将特性不同的两种金 属，用胶合或者熔合铸造、热压、焊接、喷涂 等方法复合在一起以满足某种性能要求的材料 。
•18
•(2) 夹层复合材料 • 夹层复合材料是性质完全不同的表面材 料与芯材复合而成的一种材料。
•22
• 纳米材料既不同于宏观物体，又不同于 微观粒子，正好处于中间地带。具有纳米尺度 的物质由于其结构的特殊 •性，使纳米材料具有许 •多特殊的性能。
•碳纳米管
•23
•1. 纳米材料的性能 • (1) 小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量 级时，一定条件下导致材料宏观物理、化学性 质发生变化。 • 由于比表面积大大增加，使纳米材料具有 极强的吸附能力。如光吸收显著增强；纳米陶 瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微 粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K ，而2nm的金微粒的熔点只有600K。
•19
•3.颗粒增强复合材料
• 颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均 匀分散在基体材料内所组成的材料。
•尼龙6/粘土纳米复合材料
•20
•5.4.4 纳米材料
• 根据人类的需要，逐个操纵原子来制造 产品，这是人类关于纳米技术最早的梦想。 • 1981年，扫描隧道显微镜 •(Scanning Tunneling Microscope) •的发明，向人类揭示了一个可见 •的原子世界，极大的促进和推动 •了纳米技术的快速发展。
•1 . 纤维增强复合材料
•(1) 玻璃纤维增强复合材料
• 以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料制 成 •的复合材料。 • 玻璃纤维是由熔 •融的玻璃经快速拉伸, •冷却所形成的纤维。 •玻璃纤维增强工程塑 •料即玻璃钢。
•13
• 由于玻璃钢比重小、强度高、耐腐蚀、 •耐燃且成型性能好，现已广泛用于汽车车身、 •氧气瓶、轻型船体及石油化工的管道、阀门等 。 • 缺点是刚性差，易变形，耐热性能差，
•21
• 1990年7月，第一届国际纳米科学技术 (Nano Science and Technology,简称NST)会议 在美国巴尔的摩召开，标志着纳米科学技术 的正式诞生。
• 最初纳米材料(Nano material)是指粒径 为1100nm的超细颗粒和由超细颗粒构成的薄 膜和固体。现在，广义地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或由它们 作为基本单元构成的材料。
•42
• 纳米材料还具有特殊的光学性能，如
•光学非线性、光吸收、光反射等。因此被
广泛用于光学纤维，
•红外反射材料，红外
•吸收和紫外吸收材料，
•在航天领域中用它作
•为隐身材料，可逃避
•雷达监视。
•纳米聚乙烯管材
•43
• 纳米复合材料。纳米复合材料可不考 虑组成成分是否互溶，只要按需要制成纳 米粒子，再成型为纳米复合材料。 • 如特殊配比的合金。同样可将金属与 陶瓷混合制成纳米复合材 •料等，这是一种全新概念 •的复合材料，其性能简直 •不可预测，其用途也不可 •估量。
•33
• 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的基本过程是: •一些易水解的金属化合物(无机盐或金属 醇盐)在某些溶剂中与水发生反应,经过水解 与缩聚过程,首先生成溶胶，再生成具有网
状结构的凝胶，然后经过干燥、烧结等后
处理工序，制成所需材料。例如，
•TiCl4 + 4NH3. H2O →Ti(OH)4 + 4NH4Cl
•
•易老化。
•14
•(2) 碳纤维增强复合材料 • 碳纤维增强材料与树脂基体组成的材料 称为碳纤维增强复合材料。 • 这类材料保持了玻璃钢的许多优点，而 且性能优于玻璃钢。因此 •可作宇宙飞行器的外层 •材料，人造卫星和火箭 •的机架、壳体等。
•15
•(3) 硼纤维增强复合材料 • 硼纤维是一种强度、刚度均比碳纤维高的 纤维。硼纤维增强复合材料是硼纤维增强材料 与树脂基体组成的复合材料。用作高温材料， 但因为价格昂贵，应用受到限制。主要用于航 •空工业。
•37
• 纳米催化材料。纳米材料比表面积大
，
•表面活性高，可用来作催化剂。
• 例如，粒径为30nm的镍可把有机化
学的加氢和脱氢反
•应速率提高15倍；
•用纳米铂催化乙
•烯的氧化反应，
•可使温度由原来 •的600℃降到室温。
•纳米尼龙帘子线
•38
• 纳米金属材料。强度高，熔点低。例 如，银熔点为900℃，而纳米银的熔点为 100℃；铜的熔点为1083℃,而20nm铜微粒 的熔点只有39℃。这一特点使低温下将纳 米金属烧结成合金产品成为现实，且为不 溶解的金属冶炼成合金创造了条件。
•3
• 材料(material)：经过某种加工后具有一 •定组成，结构和性能，适合于某种用途的物质。
• 人类使用材料的历史经历了七个年代：
• 公元前10万年
石器时代
• 公元前3000年
青铜器时代
• 公元前1000年
铁器时代
• 公元前0年
水泥时代
• 1800年
钢时代
• 1950年
硅时代
• 1990年
• 疲劳是材料在循环应力作用下的性质。 复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
•11
• 3. 减振性能好
• 在工作过程中振动问题十分突出，复合材 料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收 作用。且自振动频率高，不易产生共振。
• 4. 高温性能好
• 复合材料在高温下强度和模量基本不变。
•12
•3 重要的复合材料
绿色建筑与生态材料
2020年7月26日星期日
本节提纲
1、化学与材料 2、绿色建筑与发展历程 3、基于LCA 的绿色建筑设计概念 4、生命周期评价框架与实例 5、绿色建筑与相关新材料应用 6、视频、课堂报告模板、投稿模板
•2
• 1 化学与材料
•1.1 化学与金属材料 •1.2 化学与无机非金属材料 •1.3 化学与有机高分子材料 •1.4 化学与复合材料
•26
• (4)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。纳米粒子 的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等 也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏 观量子隧道效应。扫描隧道显微镜的基本 原理就是基于量子隧道效应. • 宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘 进行信息存储的时间极限。
•27
•2 纳米材料的制备
• 纳米微粒的制备方法有很多种，按 反应性质可分为物理法、化学法； • 按制备系统和 •状态又可分为气相 •法、液相法和固相 •法三大类。
•28
• 气相法是直接利用气体或通过各种手 •段将物质变成气体，使之在气体状态下发 生物理变化或化学变化，最后在冷却过程 中凝聚长大形成纳米微粒的方法。 • 气相法包括蒸发法、化学气相反应法 •、 •化学气相凝聚(沉淀)法和溅射法等。
•35
• 机械粉碎中的高能球磨法是近年来 制备纳米材料的重要方法之一，它能将纯 金属制成纳米晶体。并能制备出常规方法 难以获得的高熔点金属或合金纳米材料。
•36
•3. 纳米材料的应用
• 纳米材料的结构和性能,使纳米材料呈 现出不同于宏观物体的奇异现象:熔点降低, 活性增大,声、光、电、磁、热和力学等物 理性能出现异常。从而使纳米材料在化学 工业、电子工业、生物医疗、航天等领域 具有广阔的应用前景。
•25
• • (3)量子尺寸效应：随着粒子由宏观尺寸 进入纳米范围，准连续能带将分裂为分立的 能级，能级间的距离随粒子尺寸减小而增大 ，这种能级能隙变宽的现象称为量子尺寸效 应。 • 这种量子尺寸效应导致纳米粒子具有与 宏观物质截然不同的反常特性。 • 例如，粒径为20nm的银微粒在温度为 1K时出现由导体变为绝缘体的现象。
•40
• 纳米磁性材料。纳米磁性材料具有优 •秀的磁性质，用它制成的磁记录介质材料 ， •不仅音质、图像和信噪比都好，而且记录 密度比现在使用的γ-Fe2O3高10倍。
•41
• 纳米材料在生物和医疗上也有广泛的 •应用。纳米微粒一般比细胞、红血球小的 多，因而可以在血液中流动。将包裹有纳 米微粒的智能药物注入血液中，输送到病 变细胞，为药物传播开辟了一条崭新的途 径，也极大地增强了药物的疗效。 • 有些纳米材料如羟基磷灰石可直接杀 死肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。 •利用纳米微粒进行细胞分离技术实现癌症 的早期诊断和治疗。