纳米材料的发现发展及应用

目录

一纳米材料的发现 (1)

二纳米材料的基本概念 (2)

2.1纳米材料的定义 (2)

2.2纳米材料的分类 (3)

三纳米材料的发展 (3)

3.1国际发展 (3)

3.2国内发展 (4)

四纳米材料的应用 (6)

4.1.天然纳米材料的应用 (7)

4.2.纳米磁性材料的应用 (7)

4.3.纳米陶瓷材料的应用 (7)

4.4.纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用 (8)

4.5.纳米倾斜功能材料的应用 (8)

4.6.纳米半导体材料的应用 (9)

4.7.纳米催化材料的应用 (9)

4.8.纳米材料在医疗上的应用 (10)

4.9.纳米材料在计算机上的应用 (10)

4.10.纳米碳管的应用 (10)

4.11.纳米材料在涂料方面的应用 (11)

五纳米技术发展现状、缺陷及展望 (11)

5.1.纳米技术发展现状 (11)

5.2.纳米技术的缺陷 (12)

5.3纳米技术的前景及展望 (12)

总结语 (13)

参考文献 (13)

纳米材料的发现、发展及应用

摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要阐述了纳米材料的基本概念，介绍了纳米材料的发现，国内外的发展以及纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并指出了纳米材料发展过程中的缺陷,最后展望了纳米材料的应用前景。关键词：纳米；纳米材料；纳米技术

一纳米材料的发现

如果组成材料的物质颗粒变小了，“小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米材料的发现者德国物理学家格莱特的科学思路。

那是1980年的一天，格莱特到澳大利亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷、寂寞和孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解到晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响，晶粒越小，强度就越高。

格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入，如果组成材料的晶体的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！

格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验，经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末，包括多种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。

格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是银白色的。至于金属以外的材料，例如无机化合物和有机化合物，它们也可以带着不同的色彩，瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末时，它们的颜色便一律都是黑色的，瓷器上的釉、染料以及各种金属统统变成了一种颜色——黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发生了“翻天覆地"的变化。

为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来当材料的颗粒尺寸变到小于光波的波长（1×10-7 m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1％，既然超细粉末对光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。

“小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种纳米金属，居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。

格莱特的发现已经正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是21世纪备受瞩目的一种高新技术产品。

二纳米材料的基本概念

2.1纳米材料的定义

让我们看看科学家是如何解释的：“物理上，纳米（nm），又称毫微米，如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。具体地说，1纳米等于十亿分之一米的长度，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，比如，人的头发丝的直径一般为

7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级，1纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。

纳米材料全称为纳米级结构材料，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，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，加上其具有大的比表面积的特殊效应，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。

所以，一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在

1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

2.2纳米材料的分类

A、按维数或结构来分，纳米材料的基本单元可以分为四类：零维纳米材料；一维纳米材料；二维纳米材料；三维纳米材料。

B、按材料物性划分，纳米材料可分为：纳米半导体；纳米磁性材料；纳米非线性光学材料；纳米铁电体；纳米热电材料；纳米光电材料；纳米超导材料。

C、按应用划分，纳米材料又可分为：纳米电子材料；纳米光电子材料；纳米生物医药材料；纳米敏感材料；纳米储能材料。

D、按化学组分划分，纳米材料可划分为：纳米金属；纳米晶体；纳米陶瓷；纳米玻璃；纳米高分子；纳米复合材料。

三纳米材料的发展

3.1国际发展

1959年12月25日著名物理学家、诺贝尔获奖者理查德•费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为《在底部还有很大空间》的演讲。虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。1981年格尔德•宾宁（Gerd Binnig）和海因里希•罗雷尔（Heinrich Rohrer）发明了扫描隧道显微镜（STM），它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名未来学家多面网格球顶的发明人巴克明斯特•富勒（ R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使用最广泛的纳米材料之一。1986年在苏黎世的IBM没研究实验室中，卡尔文•夸特（Calvin Quate ）和克里斯托•格柏（Christoph Gerber）与德国物理学家宾尼（Binnig）协作，发明了原子力显微镜。它成为在纳米尺度成像，测量和操作的最重要的工具之一，这是纳米技术最核心的部分。1989年在加州圣何塞的IBM阿尔马登研究中心，公司的科学家唐艾•格勒（Don Eigler ）和埃哈德•施魏策尔（Erhard Schweizer）使用35 个氙原子拼出了IBM公司的标志，进一步表明了纳米颗粒的可操作性。1991年NEC 公司的饭岛澄男（Sumio Iijima）制造出了碳纳米管。1998 年