高分子纳米复合材料综述

2020/11/25
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传感器
传感器是纳米技术应用的一个重要领域。随着纳米技术的 进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的 各个方面。比如，包装箱内跟踪监督；智能轮胎；发动机汽缸内监 视；酒Biblioteka Baidu盖判断酒的状况等。
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用纳米材料制成的纳 米材料多功能塑料，具 有抗菌、除味、防腐、 抗老化、抗紫外线等作 用，可用作电冰箱、空 调外壳里的抗菌除味塑 料。
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21世纪的科技新星
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10.1纳米的基本知识
1 .纳米的概念
“纳米”是英文nanometer的译名，是一 种度量单位，1纳米为百万分之一毫米， 即1毫微米，也就是十亿分之一米，约相 当于45个原子串起来那么长。纳米结构通 常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。
量子阱激光器和量子干涉部件等。与电子器件相 比，量子器件具有高速(速度可提高1000倍)、低 耗(能耗降低1000倍)、高效、高集成度、经济可 靠等优点。为制造具有特定功能的纳米产品，其 技术路线可分为“自上而下”(top down)和“自下 而上”(bottom up)两种方式。
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纳米技术在现代科技和工业领
域有着广泛的应用前景。比如，在 信息技术领域，据估计，再有10年 左右的时间，现在普遍使用的数据
处理和存储技术将达到最终极限。
为获得更强大的信息处理能力，人 们正在开发DNA计算机和量子计算 机，而制造这两种计算机都需要有
控制单个分子和原子的技术能力。
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“自上而下”是指通过微加工或固态技术， 7 不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型
化；而“自下而上，是指以原子、分子为基 本单元，根据人们的意愿进行设计和组装， 从而构筑成具有特定功能的产品。这种技 术路线将减少对原材料的需求，降低环境 污染。
科学家希望通过纳米生物学的研究， 进一步掌握在纳米尺度上应用生物学原理 制造生物分子器件，目前，在纳米化工、 生物传感器、生物分子计算机、纳米分子 马达等方面，科学家都做了重要的尝试。
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光电信息
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纳米技术的发展，使微电子和
光电子的结合更加紧密，在光电信息
传输、存贮、处理、运算和显示等方
面，使光电器件的性能大大提高，将
而且因在“挑战者”
号航天飞机事故调
查中的决定性作用
而名闻遐迩。他还
是一个撬开原子能
工程保险柜的人，
一个会敲巴西邦戈 高分子纳米复合材料综述
鼓的“科学顽童”。
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10.2纳米科技的研究领域
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1．纳米材料
纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度，并且具 有特殊性能的材料。其主要类型为：纳米颗粒与粉体、纳米 碳管和一维纳米材料、纳米薄膜、纳米块材。
目前纳米材料应用的关键技术问题是在大规模制备的质
量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化 。
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2 .纳米器件
纳米科技的最终目的是以 原子、分子为起点，去制造具 有特殊功能的产品。因此，纳 米器件的研制和应用水平是进 入纳米时代的重要标志。如前 所述，纳米技术发展的一个主 要推动力来自于信息产业。
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纳米电子学的目标是将集成电路的几何结构
进一步减小，超越目前发展中遇到的极限，因而
使得功能密度和数据通过量达到新的水平。
在纳米尺度下，现有的电子器件把电子视为 粒子的前提不复存在，因而会出现种种新的现象，
产生新的效应，如量子效应。利用量子效应而工
作的电子器件称为量子器件，像共振隧道二级管、
研究的重要仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜 (AFM)等微观表征和操纵技术，它们对纳米科技的发展起到了
积极的促进作用。与此同时，纳米尺度上的多学科交叉展现了
当代最受爱戴的科 巨大的生命力，迅速形成为一个有广泛学科内容和潜在应用前
学家之一。他不但 景的研究领域。
以其科学上的巨大
贡献而名留青史，
纳米材料结构的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效 应(小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应)]决 定了纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，进一步
优化了材料的电学、热学及光学性能。
研究方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和 谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律， 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型 纳米材料。
纳米研究的范围是1到100纳米，0.1 纳米是单个氢原子的尺寸，因此所谓0.1 纳米层面的“纳米技术”是不存在的。
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2．纳米科技概念的提出与发展
最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、
诺贝尔奖获得者理查德·费恩曼。纳米科技的迅速发展是在80 年代末、90年代初。80年代初发明了费恩曼所期望的纳米科技
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3．纳米结构的检测与表征
为在纳米尺度上研究材料和器件的结构及性 能，发现新现象，发展新方法，创造新技术，必 须建立纳米尺度的检测与表征手段。这包括在纳 米尺度上原位研究各种纳米结构的电、力、磁、 光学特性，纳米空间的化学反应过程，物理传输 过程，以及研究原子、分子的排列、组装与奇异 物性的关系。
构造纳米结构，同时为科学家提供在纳
米尺度下研究新现象、提出新理论的微
小实验室。
同时，与纳米材料和结构制备过程
相结合，以及与纳米器件性能检测相结
合的多种新型纳米检测技术的研究和开
发也受到广泛重视。如激光镊子技术可
用于操纵单个生物大分子。 高分子纳米复合材料综述
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10.3 纳米科技前景的展望
扫描探针显微镜(SPM)的出现，标志着人类 在对微观尺度的探索方面进入到一个全新的领域。 作为纳米科技重要研究手段的SPM也被形象地称 为纳米科技的“眼”和“手”。
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9 所谓“眼睛”，即可利用SPM直接观察原
子、分子以及纳米粒子的相互作用与特
性。
所谓“手”，是指SPM可用于移动原子、