纳米科学与现代生活的认识和感想

纳米科学与现代生活的认识和感想

学院：机械工程学院班级：09机械三班学号2009500531 姓名李远

这个学期选修了关于纳米技术的课程。在这期间了解了很多关于纳米技术的知识，也些许了解了纳米技术为何物，在经济生活、乃至其他领域的用处。

纳米科技英文名称是nanotechnology定义能操作细小到0.1100nm物件的一类新发展的高技术。生物芯片和生物传感器等都可归于纳米技术范畴。纳米是长度单位1纳米是十亿分之一米对宏观物质来说纳米是一个很小的单位不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。纳米科技是一门交叉性很强的综合学科研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。

第一种概念是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

纳米材料是纳米科技的一个应用方面它与人们的生活息息相关。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。其应用包括：天然纳米材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米传感器、纳米倾斜功能材料、纳米半导体材料、纳米催化材料、医疗上的应用、纳米计算机、纳米碳管、家电、环境保护、纺织工业、机械工业。下面分别介绍纳米的一些作用影响等。

一、陶瓷增韧

纳米微粒颗粒小，比表面大并有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧结，致密化的速度快，还可以降低烧结温度。

二、磁性材料

1、巨磁电阻材料。磁性金属和合金一般都有磁电阻现象，所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻改变的现象，人们把这种现象称为磁电阻。所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍。

2．新型的磁性液体和磁记录材料。油酸为表面活性剂，把它包覆在超细的Fe3O4微颗粒上(直径约为l0m)，并高度弥散于煤油(基液)中，从而形成一种稳定的胶体体系。

3．纳米微晶软磁材料纳米微晶软磁材料目前沿着高频、多功能方向发展，其应用领域将遍及软磁材料应用的各方面，如功率变压器、脉冲变压器、高频高压器、可饱和电抗器、互感器、磁屏蔽、磁头、磁开关、传感器等，它将成为铁氧体的有力竞争者。

4、纳米微晶稀土永磁材料由于稀土永磁材料的问世，使永磁材料的性能突飞猛进。

5．纳米磁致冷工质磁致冷发展的趋势是由低温向高温发展，20世纪30年代利用顺磁盐作为磁致冷工质，采用绝热去磁方式成功地获得mk量级的低温，20世纪80年代采用

Gd3Ga5012(GGG)型的顺磁性石榴石化合物成功地应用于1.5~15K的磁致冷，20世纪90年代用磁性Fe离子取代部分非磁性Gd离子，由于Fe离子与Cd离子间存在超交换作用，使局域磁矩有序化，构成磁性的纳米团簇，当温度大于15K时其磁梢变高于GGG，从而成为15~30K温区最佳的磁致冷工质。

6．纳米巨磁阻抗材料。巨磁阻抗效应是磁性材料交流阻抗随外磁场发生急剧变化物特性，这种现象在轶磁衍料很容易出现，利用纳米材料巨磁阻抗效应制成的磁传感器已在实验室问世。

三、纳米微粒的活性及其在催化方面的应用

1．金属纳米粒子的催化作用。贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应用到高分子高聚物的氢化反应上，例如纳米粒子姥在经氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。

2．带有衬底的金属纳米粒子催化剂。这种类型催化剂用途比较广泛，一般采取化学制备法，概括起来有以下几种：浸入法。离子交换法。吸附法。蒸发法。醇盐法。这里还应指出的是，有的纳米粒子合金的活性远远高于常规催化剂的活性，它们对高分子的氢化还原和聚合反应有良好的催化作用。例如：n-Co-Mn／SiO2，对乙烯的氢化反应显示出高活性；n-Pt-Mo／沸石在丁烷氢化分解反应中其催化作用远远高于传统催化剂。金属纳米粒子催化剂还有一个使用寿命问题，特别是在工业生产上要求催化剂能重复使用，因此催化剂的稳定性尤为重要。在这方面金属纳米粒子催化剂目前还不能满足上述要求，如何避免金属纳米粒子在反应过程中由于温度的升高，颗粒长大还有待进行研究。

3、半导体纳米粒子的光催化。半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。

4．纳米金属、半导体粒子的热催化。金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。也可以掺杂到高能密度的材料，目前，纳米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃剂。

四、光学应用

1．红外反射材料。纳米微粒用于红外反射材料上主要制成薄膜和多层膜。

2．优异的光吸收材料。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。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。

3、隐身材料。“隐身”这个名词，顾名思义就是隐蔽的意思。“聊斋”故事中就有“隐身术”的提法，它是指把人体伪装起来，让别人看不见。近年来，随着科学技术的发展，各种探测手段越来越先进。

五、在其他方面的应用。纳米材料在其他方面也有广阔的应用前景。常规的抛光液是将不同粒径的无机小颗粒放入基液制成抛光剂，广泛用于金相抛光、高级照像镜头抛光、．高级晶体抛光以及岩石抛光等。纳米静电屏蔽材料用于家用电器和其他电器的静电屏蔽具有良好的作用。我国科技工作者在制备Al合金时加入了A12O3纳米粒子，结果晶粒大大细化，强度和韧性都有所提高。无机纳米颗粒有很好的流动性，利用这种特性可以制备固体润滑剂。

六、结语

纳米技术带动纳米经济的发展已经昭示着十分美好的前景，因此，世界抢占纳米技术的热潮一浪高过一浪。现在世纪纳米技术和纳米材料，正向新材料、微电子、计算机、医学、航天、航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，世界各国正你追我赶，抢占制高点，其发展速度越来越快，正对世界和各国产业结构产生前所未有的冲击。通过这门课的学习我对纳米科技与纳米材料有了更多的了解。我有充足的理由来相信纳米材料的未来会更加美好给人类带来更多的福音。