最新纳米材料讲综述
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(2)另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常 规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁 波的吸收率也比常规材料大得多，这就 使得红外探测器及雷达得到的反射信号 强度大大降低，因此很难发现被探测目 标，起到了隐身作用。
2010-12-3
美国F117隐形轰炸机机
21
2 优异的光吸收材料
a. 纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸 收带有蓝移现象。
单电子晶体管示意图
2010-12-3
纳米单电子晶体管示意图
17
2 纳米芯片
• Intel公司2000年12月公布，他们 用最新纳米技术研制成功30nm硅 晶体管芯片。新芯片运算速度达 10GHz ， 是 目 前 运 算 速 度 最 快 的 Pentium4芯片运算速度2.4GHz的 4倍。
• Intel公司2001年又宣布又研制成 功20 nm硅晶体管芯片，其中门的 绝缘体只有0.8nm厚(约三个原子 的厚度)，每秒开关变换次数极高 。
2010-1滚2-3动球磨
搅拌球磨
振动球磨 9
二．非晶晶化法
非晶晶化法: 液态金属在急剧降温获得非 晶条带,再将非晶条带经热处理使其晶化 获得纳米晶条带的方法。制备的纳米结构 材料的塑性对晶粒的粒径敏感，只有晶粒 直径很小时，塑性较好．否则材料变得很 脆。特点﹕工艺较简单, 化学成分准确。
液态金属 非晶条带
• 基于这种20 nm硅晶体管，可以制 造含10亿个晶体管的硅晶体管芯 片和计算机微处理器，其运行速 度可高达20GHz，比2000年研制 成功30 nm硅晶体管芯片，性能又 提高很多。
2010-12-3
放大一万三千倍的集成电路芯片,连 接导线的宽度已经达到纳米尺度
18
4.4 在环境保护方面的作用
2010-12-3
热处理
10
三．直接淬火法 原理：控制液体合金的淬火速度，
获得纳米晶材料。这种方法适用于制备 纳米合金大块材料。最近英国、法国、 印度和我国利川这种方法已成功地原子 Ni—Ti合金加Si的体系中获得了Ti2Ni纳 米晶材料。
2010-12-3
直接淬火法
11
✓ 4. 纳米材料的应用
2010-12-3
15
（3） 下一代源自文库脑芯片
纳米陶瓷材料由于具有超高纯度、好的热导性和长久的耐干扰性能， 可以使微处理器集成化程度更高，运算速度更快。
在未来的人类可能会拥有被嵌入到钢笔、衣服、眼睛甚至身体中的芯 片，与网络相连接的计算机。
（4）磁性应用
磁铁的强弱可以用矫顽磁力和饱和磁化强度衡量，这些参数随晶粒 的减小和表面积的增大而提高。由纳米陶瓷材料可制成超敏感分析仪器 和医学分析磁共振等装置上。
b. 纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象。 纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性。
通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分散到 树脂中制成膜，这种膜对紫外有吸收能力，主要由 纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分 来决定。
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4.6 在生物工程上的应用
1 纳米镊子
1 纳米TiO2与环境保护
由于纳米TiO2除了具 有纳米材料的特点外， 还具有光催化性使得它 在环境污染治理方面将 扮演极其重要的角色。
纳米二氧化钛的SEM图像
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2 自洁作用
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20
4.5 在光学方面的应用
1. 隐身材料
(1)由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波 波长，因此纳米微粒材料对这种波的透 过率比常规材料要强得多，这就大大减 少波的反射率，使得红外探测器和雷达 接收到的反射信号变得很微弱，从而达 到隐身的作用；
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12
2、防电磁辐射
电子产品的普及使得电磁 辐射对人体健康造成了巨大 威胁，一些纳米微粒如纳米 氧化铁，纳米氧化镍等能强 烈吸收电磁辐射从而对人体 起到防护作用。
2010-12-3
防辐射孕妇装
13
4.2 纳米在陶瓷方面的应用
纳米陶瓷
(1) 陶瓷增韧
陶瓷材料在通常呈脆性 ，由纳米粒子压制成的纳 米陶瓷材料有很好的韧性 。因为纳米材料具有较大 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 性与延展性。
纳米材料讲综述
Outline
1. 纳米技术的发展 2. 纳米材料的类型 3. 纳米材料制备 4. 纳米材料的应用
5. 结束语
2010-12-3
2
3.3 固相法制备纳米材料
一. 机械粉碎(高能球磨)法 高能球磨法是将粗粉体和硬球(钢球、陶瓷球、或玛瑙球)按
比例放进球磨机的密封容器内, 利用球磨机的转动或振动，使硬 球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉 碎为纳米级微粒的方法。
4.1 在日常生活中的应用
1、防紫外线
太阳能对人体有伤害的 紫 外 线 主 要 在 300— 400nm波段，纳米TiO2、 ZnO 、 Fe 2 O 3 和 纳 米 云 母 等都有在这个波段吸收紫 外线的特征，将少量纳米 微粒添加到化学纤维中， 就会产生紫外线吸收现象 ，从而可以有效保护人体 免受紫外线的损伤。
（5）高灵敏传感器
传感器本身的灵敏度依赖于制造传感器材料的化学、物理和机械性 能。由纳米陶瓷材料制成的传感器具有较高的敏感性，其典型应用有烟 雾检测器、飞机机翼上的冰层检测器和汽车发动机性能传感器等。
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4.3 在纳米电子器件方面的应用
1. 纳米单电子晶体管
在纳米尺度上单个电子运动会受到限制，并且可以控制其 流动，即所谓库仑阻塞效应，利用它可制成单电子晶体管。
• 如果有一种超微型镊子，能 够钳起分子或原子并对它们 随意组合，制造纳米机械就 容易多了。
• 英国《自然》杂志上报告说
，他们用DNA（脱氧核糖核
酸）制造出了一种纳米级的
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纳米陶瓷
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(2) 降低烧结温度
纳米颗粒表面能高，表面原子数多。这些 表面原子近邻配位不全，活性大，因此纳米颗 粒熔化时所需的内能较小，使其熔点急剧下降 ，一般为块体材料熔点的30-50%。
纳米微粒粒径小，比表面积大，并有高的 扩散速率，因而用纳米粉体进行烧结，致密化 速度快，还可以降低烧结温度。将纳米粉末作 为陶瓷的原料，只需不高的温度即可将其熔化 并烧结成耐高温的元件。
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2 优异的光吸收材料
a. 纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸 收带有蓝移现象。
单电子晶体管示意图
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纳米单电子晶体管示意图
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2 纳米芯片
• Intel公司2000年12月公布，他们 用最新纳米技术研制成功30nm硅 晶体管芯片。新芯片运算速度达 10GHz ， 是 目 前 运 算 速 度 最 快 的 Pentium4芯片运算速度2.4GHz的 4倍。
• Intel公司2001年又宣布又研制成 功20 nm硅晶体管芯片，其中门的 绝缘体只有0.8nm厚(约三个原子 的厚度)，每秒开关变换次数极高 。
2010-1滚2-3动球磨
搅拌球磨
振动球磨 9
二．非晶晶化法
非晶晶化法: 液态金属在急剧降温获得非 晶条带,再将非晶条带经热处理使其晶化 获得纳米晶条带的方法。制备的纳米结构 材料的塑性对晶粒的粒径敏感，只有晶粒 直径很小时，塑性较好．否则材料变得很 脆。特点﹕工艺较简单, 化学成分准确。
液态金属 非晶条带
• 基于这种20 nm硅晶体管，可以制 造含10亿个晶体管的硅晶体管芯 片和计算机微处理器，其运行速 度可高达20GHz，比2000年研制 成功30 nm硅晶体管芯片，性能又 提高很多。
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放大一万三千倍的集成电路芯片,连 接导线的宽度已经达到纳米尺度
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4.4 在环境保护方面的作用
2010-12-3
热处理
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三．直接淬火法 原理：控制液体合金的淬火速度，
获得纳米晶材料。这种方法适用于制备 纳米合金大块材料。最近英国、法国、 印度和我国利川这种方法已成功地原子 Ni—Ti合金加Si的体系中获得了Ti2Ni纳 米晶材料。
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直接淬火法
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✓ 4. 纳米材料的应用
2010-12-3
15
（3） 下一代源自文库脑芯片
纳米陶瓷材料由于具有超高纯度、好的热导性和长久的耐干扰性能， 可以使微处理器集成化程度更高，运算速度更快。
在未来的人类可能会拥有被嵌入到钢笔、衣服、眼睛甚至身体中的芯 片，与网络相连接的计算机。
（4）磁性应用
磁铁的强弱可以用矫顽磁力和饱和磁化强度衡量，这些参数随晶粒 的减小和表面积的增大而提高。由纳米陶瓷材料可制成超敏感分析仪器 和医学分析磁共振等装置上。
b. 纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象。 纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性。
通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分散到 树脂中制成膜，这种膜对紫外有吸收能力，主要由 纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分 来决定。
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4.6 在生物工程上的应用
1 纳米镊子
1 纳米TiO2与环境保护
由于纳米TiO2除了具 有纳米材料的特点外， 还具有光催化性使得它 在环境污染治理方面将 扮演极其重要的角色。
纳米二氧化钛的SEM图像
2010-12-3
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2 自洁作用
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4.5 在光学方面的应用
1. 隐身材料
(1)由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波 波长，因此纳米微粒材料对这种波的透 过率比常规材料要强得多，这就大大减 少波的反射率，使得红外探测器和雷达 接收到的反射信号变得很微弱，从而达 到隐身的作用；
2010-12-3
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2、防电磁辐射
电子产品的普及使得电磁 辐射对人体健康造成了巨大 威胁，一些纳米微粒如纳米 氧化铁，纳米氧化镍等能强 烈吸收电磁辐射从而对人体 起到防护作用。
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防辐射孕妇装
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4.2 纳米在陶瓷方面的应用
纳米陶瓷
(1) 陶瓷增韧
陶瓷材料在通常呈脆性 ，由纳米粒子压制成的纳 米陶瓷材料有很好的韧性 。因为纳米材料具有较大 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 性与延展性。
纳米材料讲综述
Outline
1. 纳米技术的发展 2. 纳米材料的类型 3. 纳米材料制备 4. 纳米材料的应用
5. 结束语
2010-12-3
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3.3 固相法制备纳米材料
一. 机械粉碎(高能球磨)法 高能球磨法是将粗粉体和硬球(钢球、陶瓷球、或玛瑙球)按
比例放进球磨机的密封容器内, 利用球磨机的转动或振动，使硬 球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉 碎为纳米级微粒的方法。
4.1 在日常生活中的应用
1、防紫外线
太阳能对人体有伤害的 紫 外 线 主 要 在 300— 400nm波段，纳米TiO2、 ZnO 、 Fe 2 O 3 和 纳 米 云 母 等都有在这个波段吸收紫 外线的特征，将少量纳米 微粒添加到化学纤维中， 就会产生紫外线吸收现象 ，从而可以有效保护人体 免受紫外线的损伤。
（5）高灵敏传感器
传感器本身的灵敏度依赖于制造传感器材料的化学、物理和机械性 能。由纳米陶瓷材料制成的传感器具有较高的敏感性，其典型应用有烟 雾检测器、飞机机翼上的冰层检测器和汽车发动机性能传感器等。
2010-12-3
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4.3 在纳米电子器件方面的应用
1. 纳米单电子晶体管
在纳米尺度上单个电子运动会受到限制，并且可以控制其 流动，即所谓库仑阻塞效应，利用它可制成单电子晶体管。
• 如果有一种超微型镊子，能 够钳起分子或原子并对它们 随意组合，制造纳米机械就 容易多了。
• 英国《自然》杂志上报告说
，他们用DNA（脱氧核糖核
酸）制造出了一种纳米级的
2010-12-3
纳米陶瓷
14
(2) 降低烧结温度
纳米颗粒表面能高，表面原子数多。这些 表面原子近邻配位不全，活性大，因此纳米颗 粒熔化时所需的内能较小，使其熔点急剧下降 ，一般为块体材料熔点的30-50%。
纳米微粒粒径小，比表面积大，并有高的 扩散速率，因而用纳米粉体进行烧结，致密化 速度快，还可以降低烧结温度。将纳米粉末作 为陶瓷的原料，只需不高的温度即可将其熔化 并烧结成耐高温的元件。