材料与人类文明选修课论文

材料与人类文明结课论文

—浅谈纳米材料

摘要：纳米是一种长度单位，现在这种长度尺寸的材料越来越广泛地运用在科学研究、新技术、新产品、以及日常生活中。所以作为21世纪的大学生，我们应该关注纳米材

料的研究新进展。本文简要的介绍了纳米材料的概念，特异性能，以及其发展现状和发展趋势。

关键字：纳米材料特异性质现状发展趋势，

一纳米材料及其特异性质

什么是纳米材料呢？从尺寸大小来说，通常产生物化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下，即１００纳米以下。因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米级的结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，从大学物理课程中我们得知，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，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米材料主要的特殊性能有以下几个方面：

1.特殊的热学性质

所有材料尺寸到纳米级后其性质都将发生变化，其中一项就是材料越小熔点越低。例如金的熔点本是1064度，但制成10纳米的粉末后，熔点就会降至940度，而2纳米的金粉末，熔点就和室温差不多，只有33度了。

2.特殊的光学性质

各种纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率将显著降低，一般低于1%。粒度越细，光的吸收越强烈，利用这一特性，纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料。

3.特殊的电磁学性质

电导率低，纳米固体中的量子隧道效应使电子运输表现出反常现象，纳米材料的电导率随颗粒尺寸的减小而下降。当晶粒尺寸减小到纳米级时,晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有重要影响，使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力，低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，而饱和磁矩是普通金属的1/ 2。

4.特殊的力学性能

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并不断裂。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。

二．纳米材料发展的现状

在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境和国防的高速发展必然对材料提出新的需求。新材料的创新、新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。

从纳米研究论文来说，美国以较大的优势领先于其他国家，日本、德国、中国和法国位居其后。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。在制造方法上，日本不断改进现有方法，同时还积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。

中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。

纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料取得了引人注目的成就。纳米的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。

三纳米材料的发展前景

对于纳米复合材料来说，由于纳米复合材料具有一系列的优异特性，系统地研究纳米粒子对聚合物的改性作用，发展纳米材料和纳米结构的新型产品，具有非常重要的实用价值，再者，无机纳米粒子改性的聚合物材料在非线性光学材料、光电转换材料、化学工程、感应、催化等方面具有许多重要用途，表现出高性能、多功能等特点，具有广阔的应用前景。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对于我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇，必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪经济腾飞奠定坚实的基础。整个人类社会将因为纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。

为了在这一领域继续迅速进步，我们必须提高在空前微细的尺寸进行视觉化和化学分析的表征能力，要在实际生产中得到推广，我们需要更多地了解纳米结构大小的控制、大小分布、组合与组装，同时，在应用中，必须要搞清与所需的材料或器件性能之间的关系，也需要重视由此制得的纳米结构材料和器件的热、化学和结构稳定性，要求这些纳米结构材料的功能不受环境温度与不断变化的化学条件的影响。

参考文献：[1]邵刚勤，魏明坤，等.超细晶粒WC硬质合金研制动态

[J].武汉理工业大学学报，1999，21（6）.

[2]卫英慧，纳米材料概论，化学工业出版社，2009.

[3]许并社，纳米材料及运用技术，化学工业出版社，2004