纳米技术及其应用PPT课件
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)。
纳米材料的尺寸小，位于表面的原子数所占总原子 数的比例很大，产生相当高的表面能。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加： 粒径10nm时，表面原子所占比例20%，包含原子数3 104 ； 粒径为2nm，所占比例增加到80%，包含2.5102原子 ； 粒径达到1nm时，所占比例竟有99%，但是所包含的总原子 数只有30。
密块体材料。 5、纳米复合材料：纳米材料分散于其它材料（有机与无机 ）中构成的纳米复合材料，分散相为纳米尺度。
2
纳米科学
1、纳米物理 2、纳米化学 3、纳米机械学 4、纳米电子学 5、纳米生物学 6、纳米测量学
3
纳米技术
– 1、纳米材料的制备 – 2、纳米结构的组装技术 – 3、纳米器件、电路与系统的设计、制造、
测试技术 – 4、纳米应用技术，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物、医疗、材料、
能源、环境、国防、航空航天等。
4
纳米尺度的意义
1、值得注意的是从蛋白质、病毒到细胞，都是 在1—100nm尺度范围。纳米结构也是生命现 象的基本结构。
2、凝聚态物理学中早已明确的特征长度，电子 波长与平均自由程，激子的半径，匀畴粒子的 临界尺寸，铁磁性向顺磁性转化的尺寸。
3、新的物理效应。量子尺寸效应，表面效应， 隧道效应。
5
我国的水平
科学领先行列：论文统计第三
– 、北大 刘忠范 吴全德 薛增泉 – 、清华 范守善 – 、西交大 CNT—FED 朱长纯 – 、中科院固体研究所 张立德 – 、中科院物理所 谢思深 – 、中科院化学所 江雷 – 、国家领导人非常重视，大投入，我国领先
16
B、巨大的应用价值 ——轻工领域纳米材料的应用
静电屏蔽涂料。需要树脂加碳黑来进行静电屏蔽。日 本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽作用的纳米 涂料，可以通过控制纳米微粒的种类来控制涂料的颜 色。 化纤防静电。金属纳米微粒为解决化纤制品静电问题 提供了一条新途径。日本和德国已开发出了相应的产 品。 纺织品添加纳米微粒可除味杀菌，银纳米微粒加入袜 子中，可清除脚臭味。 医用纱布中放入纳米Ag粒子有消毒杀菌作用。
9
A、神奇的介观世界 ——特性畸变
直到80年代，科学家才惊奇的发现，在宏 观与微观之间的纳米体系（介观）中，许多我 们认为理所应当的性质都完全变了模样。
10
A、神奇的介观世界 ——特性畸变
在介观状态时，金属竟会失去了典型金属特征, 常态下电阻较小的金属到纳米级电阻会增大，电阻温 度系数下降甚至出现负数。 原是绝缘体的氧化物到了纳米级，电阻却反而下降； 纳米二氧化硅比典型的粗晶二氧化硅的电阻下降了几 个数量级；
14
B、巨大的应用价值 ——分子设计原子组装（纳米组装）
59年，美国理查得范曼提出了一个设想：“如果有一 天可以按照人的意志安排一个个原子的话，将会产生 奇迹！” 89年，美国IBM公司实现了用单个原子排列IBM商标。 日本单个原子排列了汉字“原子”的字型。 这时，科学家们由探索纳米颗粒制备方法和特殊性能， 转向了如何利用它的奇特理、化和力性能，设计纳米 组装体系和纳米结构材料及其应用。
11
A、神奇的介观世界 ——特性畸变
10-25nm的铁磁金属微粒，其矫顽力比相同的宏观材料 大1000倍，而当颗粒尺寸小于10nm，矫顽力变为零， 表现为超顺磁性。 纳米金属粒子失去原有的光泽，都呈现黑色。纳米微
粒的吸收带普遍存在“蓝移”。
纳米粉体的熔点、烧结温度均比常规粉体低得多。
12
A、神奇的介观世界 ——表面效应
的领域、国家目标、国家安全、市场导引。
6
二、纳米材料及其应用
１、纳米技术——21世纪新产品诞生的源泉 ２、受到各国关注的新科技 ３、纳米二氧化钛在有机物废水处理中的应用 ４、纳米陶瓷极具市场潜力 ５、产品形成系列，应用前景看好
7
1、纳米技术—— 21世纪新产品诞生的源泉
A、神奇的介观世界 B、巨大的应用价值 C、产品创新的好思路
纳米技术及其应用
西安交大 王琪琨
一、什么是纳米、纳米材料、纳米科学、纳 米技术？ 二、纳米技术的应用
1
一、什么是纳米、纳米材料？
1纳米是10亿分之1 米。80年代材料科学界才以长度单位 为1—100nm（纳米）范围来命名“纳米材料”。具体说纳米 材料是指长宽高（三维）至少有一个方向（一维）处于纳米 量级的材料。 1、零维材料：纳米级质点或纳米微粒。 2、一维材料：纳米丝、纳米线、纳米管。 3、二维材料：纳米量级厚度的薄膜，与其多层膜， 4、块体纳米材料：基于上述低维材料所构成的致密或非致
8
A、神奇的介观世界
——尺寸效应
尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低， 宏观固体的准连续能带消失了，而表现为分裂 的能级，量子尺寸效应十分显著。 尺寸小，电子被局限在一个纳米空间，电子输 运受到限制，电子平均自由程缩短，电子的局 域性和相干性增强。 纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规 材料不同，出现许多新奇特性。
17
C、产品创新的好思路
纳米技术将是21世纪新产品诞生的 源泉，纳米技术会引起新一轮的产业革 命，必将推动生产力的发展，改善人类 生活环境。
18
C、产品创新的好思路
在陶瓷、塑料、玻璃等制造中运用纳米技术， 使其性能改善，并得到合理的性能/价格比。 (i) 英国重点制备纳米氧化铝+纳米氧化锆，纳 米氧化铝+纳米氧化硅，纳米氧化铝+纳米氮化 硅等新型纳米复合陶瓷。 (ii) 美、日将纳米材料添加到电子陶瓷研究方面。 (iii) 我国95年将纳米材料添加到传统材料中改 进其功能，总体研究水平处于国际前列。 (ix) 改性并不昂贵，价格略升，性能好得多， 有市场竞争力。
表面原子数增多导致庞大的比表面，原子配位不 足，键态严重失配，存在大量的悬键和不饱和键， 因而表面能极高，出现许多活性中心。
13
A、神奇的介观世界 ——表面效应
有极强的吸附能力。对物质腐败的(i)氧原子、 (ii)氧自由基，(iii)生异味的烷烃类分子等。 极强的抓俘能力，使其具有防腐抗菌功能； 纳米材料具有催化剂的良好性能。 储氢。
15
B、巨大的应用价值 ——轻工领域纳米材料的应用
把金属的纳米颗粒放入陶瓷中，可大大改善材料的力学性 质。 纳米Si2O3和SiO2粒子放入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐 磨性。 SiOx放入金属或合金中可以使晶粒细化，大大改善力学性 质，提高了高温冲击韧性。 美国成功地把纳米粒子用于磁制冷上。 纳米氧化铝的悬浮液被用于高级光学玻璃、石英晶体及各 种宝石的抛光。 纳米微粒加入油墨中可改善油墨的流动性，美国已出现了 纳米微粒生产颜料的专利。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加： 粒径10nm时，表面原子所占比例20%，包含原子数3 104 ； 粒径为2nm，所占比例增加到80%，包含2.5102原子 ； 粒径达到1nm时，所占比例竟有99%，但是所包含的总原子 数只有30。
密块体材料。 5、纳米复合材料：纳米材料分散于其它材料（有机与无机 ）中构成的纳米复合材料，分散相为纳米尺度。
2
纳米科学
1、纳米物理 2、纳米化学 3、纳米机械学 4、纳米电子学 5、纳米生物学 6、纳米测量学
3
纳米技术
– 1、纳米材料的制备 – 2、纳米结构的组装技术 – 3、纳米器件、电路与系统的设计、制造、
测试技术 – 4、纳米应用技术，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物、医疗、材料、
能源、环境、国防、航空航天等。
4
纳米尺度的意义
1、值得注意的是从蛋白质、病毒到细胞，都是 在1—100nm尺度范围。纳米结构也是生命现 象的基本结构。
2、凝聚态物理学中早已明确的特征长度，电子 波长与平均自由程，激子的半径，匀畴粒子的 临界尺寸，铁磁性向顺磁性转化的尺寸。
3、新的物理效应。量子尺寸效应，表面效应， 隧道效应。
5
我国的水平
科学领先行列：论文统计第三
– 、北大 刘忠范 吴全德 薛增泉 – 、清华 范守善 – 、西交大 CNT—FED 朱长纯 – 、中科院固体研究所 张立德 – 、中科院物理所 谢思深 – 、中科院化学所 江雷 – 、国家领导人非常重视，大投入，我国领先
16
B、巨大的应用价值 ——轻工领域纳米材料的应用
静电屏蔽涂料。需要树脂加碳黑来进行静电屏蔽。日 本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽作用的纳米 涂料，可以通过控制纳米微粒的种类来控制涂料的颜 色。 化纤防静电。金属纳米微粒为解决化纤制品静电问题 提供了一条新途径。日本和德国已开发出了相应的产 品。 纺织品添加纳米微粒可除味杀菌，银纳米微粒加入袜 子中，可清除脚臭味。 医用纱布中放入纳米Ag粒子有消毒杀菌作用。
9
A、神奇的介观世界 ——特性畸变
直到80年代，科学家才惊奇的发现，在宏 观与微观之间的纳米体系（介观）中，许多我 们认为理所应当的性质都完全变了模样。
10
A、神奇的介观世界 ——特性畸变
在介观状态时，金属竟会失去了典型金属特征, 常态下电阻较小的金属到纳米级电阻会增大，电阻温 度系数下降甚至出现负数。 原是绝缘体的氧化物到了纳米级，电阻却反而下降； 纳米二氧化硅比典型的粗晶二氧化硅的电阻下降了几 个数量级；
14
B、巨大的应用价值 ——分子设计原子组装（纳米组装）
59年，美国理查得范曼提出了一个设想：“如果有一 天可以按照人的意志安排一个个原子的话，将会产生 奇迹！” 89年，美国IBM公司实现了用单个原子排列IBM商标。 日本单个原子排列了汉字“原子”的字型。 这时，科学家们由探索纳米颗粒制备方法和特殊性能， 转向了如何利用它的奇特理、化和力性能，设计纳米 组装体系和纳米结构材料及其应用。
11
A、神奇的介观世界 ——特性畸变
10-25nm的铁磁金属微粒，其矫顽力比相同的宏观材料 大1000倍，而当颗粒尺寸小于10nm，矫顽力变为零， 表现为超顺磁性。 纳米金属粒子失去原有的光泽，都呈现黑色。纳米微
粒的吸收带普遍存在“蓝移”。
纳米粉体的熔点、烧结温度均比常规粉体低得多。
12
A、神奇的介观世界 ——表面效应
的领域、国家目标、国家安全、市场导引。
6
二、纳米材料及其应用
１、纳米技术——21世纪新产品诞生的源泉 ２、受到各国关注的新科技 ３、纳米二氧化钛在有机物废水处理中的应用 ４、纳米陶瓷极具市场潜力 ５、产品形成系列，应用前景看好
7
1、纳米技术—— 21世纪新产品诞生的源泉
A、神奇的介观世界 B、巨大的应用价值 C、产品创新的好思路
纳米技术及其应用
西安交大 王琪琨
一、什么是纳米、纳米材料、纳米科学、纳 米技术？ 二、纳米技术的应用
1
一、什么是纳米、纳米材料？
1纳米是10亿分之1 米。80年代材料科学界才以长度单位 为1—100nm（纳米）范围来命名“纳米材料”。具体说纳米 材料是指长宽高（三维）至少有一个方向（一维）处于纳米 量级的材料。 1、零维材料：纳米级质点或纳米微粒。 2、一维材料：纳米丝、纳米线、纳米管。 3、二维材料：纳米量级厚度的薄膜，与其多层膜， 4、块体纳米材料：基于上述低维材料所构成的致密或非致
8
A、神奇的介观世界
——尺寸效应
尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低， 宏观固体的准连续能带消失了，而表现为分裂 的能级，量子尺寸效应十分显著。 尺寸小，电子被局限在一个纳米空间，电子输 运受到限制，电子平均自由程缩短，电子的局 域性和相干性增强。 纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规 材料不同，出现许多新奇特性。
17
C、产品创新的好思路
纳米技术将是21世纪新产品诞生的 源泉，纳米技术会引起新一轮的产业革 命，必将推动生产力的发展，改善人类 生活环境。
18
C、产品创新的好思路
在陶瓷、塑料、玻璃等制造中运用纳米技术， 使其性能改善，并得到合理的性能/价格比。 (i) 英国重点制备纳米氧化铝+纳米氧化锆，纳 米氧化铝+纳米氧化硅，纳米氧化铝+纳米氮化 硅等新型纳米复合陶瓷。 (ii) 美、日将纳米材料添加到电子陶瓷研究方面。 (iii) 我国95年将纳米材料添加到传统材料中改 进其功能，总体研究水平处于国际前列。 (ix) 改性并不昂贵，价格略升，性能好得多， 有市场竞争力。
表面原子数增多导致庞大的比表面，原子配位不 足，键态严重失配，存在大量的悬键和不饱和键， 因而表面能极高，出现许多活性中心。
13
A、神奇的介观世界 ——表面效应
有极强的吸附能力。对物质腐败的(i)氧原子、 (ii)氧自由基，(iii)生异味的烷烃类分子等。 极强的抓俘能力，使其具有防腐抗菌功能； 纳米材料具有催化剂的良好性能。 储氢。
15
B、巨大的应用价值 ——轻工领域纳米材料的应用
把金属的纳米颗粒放入陶瓷中，可大大改善材料的力学性 质。 纳米Si2O3和SiO2粒子放入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐 磨性。 SiOx放入金属或合金中可以使晶粒细化，大大改善力学性 质，提高了高温冲击韧性。 美国成功地把纳米粒子用于磁制冷上。 纳米氧化铝的悬浮液被用于高级光学玻璃、石英晶体及各 种宝石的抛光。 纳米微粒加入油墨中可改善油墨的流动性，美国已出现了 纳米微粒生产颜料的专利。