纳米技术及其应用

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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。
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。
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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。
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
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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
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
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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。
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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。
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A、神奇的介观世界 ——表面效应
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。
的领域、国家目标、国家安全、市场导引。
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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
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1、纳米技术—— 21世纪新产品诞生的源泉
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。
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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。
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。
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பைடு நூலகம்
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。
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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。
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。
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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
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纳米技术
– 1、纳米材料的制备
– 2、纳米结构的组装技术
3、新的物理效应。量子尺寸效应，表面效应， 隧道效应。
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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
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。
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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。
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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；
– 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，生物、医疗、材料、 能源、环境、国防、航空航天等。
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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。