纳米材料讲义PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.6 超导材料 5.6.3 高Tc材料
1986年人们终于发现了临界温度在液氦沸点以上的高温超导体 （HTS），这大大的推动了高温超导材料的研究。
高Tc材料主要是氧化物超导体。其研究发展迅速，到目 前为止，已可以实现室温大约14 ℃左右的超导现象。
高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的 温度从液氦提高到了液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮 是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应 用带来了极大的方便。
超导材料研究进展
5.6 超导材料
5.6.4 MxC60超导体
众所周知，碳元素有两种同素异形体－金刚石、 石墨。1970年，日本科学家小泽预言，自然界中 碳元素还应该有第三种同素异形体存在。经过世 界上各国科学家15年的不懈努力和艰苦探索终于 在1985年由美国Rice大学的Kroto等人在激光汽 化石墨实验中首次发现含有60个碳原子的原子簇 命名为C60及含有70个碳原子的原子簇命名为C70， C60及C70均具有笼形结构，在物理及化学性质上 可看作三维的芳香化合物，
5.6 超导材料
5.6.3 高Tc材料
高Tc材料研究大致进展如右。
从超导技术发展的历程来看，新的更高 Tc材料的发现和制造工艺技术突破都有可 能。目前高温超导材料正从研究阶段向应 用发展阶段转变，未来的十年可能会是市 场发展和高Tc材料产业化的十年。
目前世界上已形成每年约20亿美元的 超导产业市场，主要是低温超导材料。据 近几年国际超导工业高峰会议预测，到 2000年及2010年世界超导工业市场将分 别达到76亿美元及370亿美元/年。人们有 理由相信，再过15年，即超导体发现100 年的时候，将会在高温超导机制，更高Tc 超导体探索以及高温超导应用等方面取得 重大进展。
一、纳米科技ຫໍສະໝຸດ Baidu生
❖ 2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运 用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该 手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞，并将细 胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析 判断。
❖ 2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维. 沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药 丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。
《材料化学导论》---第六章
第
纳米材料 －A
十
一
Nonometer Materials －A
讲
纳米存储器
存储密度可达每平方厘米 10万亿字节
DNA开关
❖ 利用DNA自 我组合原理， 制造出分子 大小的电子 电路，使未 来的计算机 体积更小、 运算速度更 快
纳米雕刻
纳米陶瓷
❖ 中国北京大学科学家利用AFM 探针， 在Au-Pd薄膜上雕刻出唐朝孟浩然的诗 句，每字大小约为1.5 μm
超导电缆
5.6 超导材料 5.6.5 应用
超导电缆
热绝缘结构电缆基本结构示意图
冷绝缘结构电缆基本结构示意图
2003年4月23日－耐克森获得了美国电力部价值3千万美元的高温超导电缆 （HTS）和低温绝缘系统的合同。这根610米的高温超导电缆将安装在长岛 电力局的输电网中，这是世界上在现用的输电网中安装的首根高温超导电缆。
C60的分子结构
Hawkins等人通过实验证实了C60是由12个五元环和20 个 六元环围成的中空笼状的碳原子簇，是最对称的分子。
5.6 超导材料 5.6.4 MxC60超导体
C60分子本身是不导电的绝缘体，但当碱金属嵌人C60分子之间的空 隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体，如K3C60即为超 导体，且具有很高的超导临界温度。与氧化物超导体比较，C60系列 超导体具有完美的三维超导性，电流密度大、稳定性高、易于展成 线材，是一类极具价值的新型超导材料。
一、纳米科技诞生
1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦 福大学英文名字、 1990年美国国际商用机器公司在镍表面用 36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验 室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始 在国际纳米科技领域占有一席之地。
一、纳米科技诞生
1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子， 利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容 量比现在提高成千上万倍的量子计算机；
1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发 明了世界上最小的 “秤”，它能够称量十亿分之一 克的物体，即相当于—个病毒的重量；
此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤， 打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
主要内容：
6.1 纳米材料概述 6.2 纳米材料的制备 6.3 纳米材料的应用
6.1 概 述
一、纳米科技的诞生 二、纳米材料相关概念 三、纳米材料的特性 四、几种典型的纳米材料
一、纳米科技诞生
❖ 当科学探索由宏观领域延伸到超视界的微观领域时, 知性的科学思维遭遇了前所未有的挑战。纳米科技 就是在这一科学思维过程中产生的。
❖ 这些研究表明纳米技术应用于医学的进展是 十分迅速的。
一、纳米科技诞生
到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米 产品的营业额达到500亿美元。
研究较多的是K3C60。 MxC60其超导转变温度先随x由0增 加而上升，当x＝3时达到 最大值，尔后却随x的继续增加 而下降，至x＝6时变为绝缘体。
C60可以形成面心立方结构，也可以形成六方结构。 X射线衍射分析表明，掺入到面心立方结构C60中的 金属元素位于其四面体和八面体两种间隙位上。
5.6 超导材料 5.6.5 应用
❖ 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖 获得者理查德·费曼预言，人类可以 用小的机器制作更小的机器，最后 将变成根据人类意愿，逐个地排列 原子，制造“产品”，这是关于纳 米技术最早的梦想。 七十年代，科
学家开始从不同角度提出有关纳米 科技的构想。
原子排成的 “原子”字 样
一、纳米科技诞生
❖ 1991年，碳纳米管被人 类发现，它的质量是相 同体积钢的六分之一， 强度却是钢的10成为纳 米技术研究的热点。诺 贝尔化学奖得主斯莫利 教授认为，纳米碳管将 是未来最佳纤维的首选 材料，也将被广泛用于 超微导线、超微开关以 及纳米级电子线路等。
1986年人们终于发现了临界温度在液氦沸点以上的高温超导体 （HTS），这大大的推动了高温超导材料的研究。
高Tc材料主要是氧化物超导体。其研究发展迅速，到目 前为止，已可以实现室温大约14 ℃左右的超导现象。
高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的 温度从液氦提高到了液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮 是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应 用带来了极大的方便。
超导材料研究进展
5.6 超导材料
5.6.4 MxC60超导体
众所周知，碳元素有两种同素异形体－金刚石、 石墨。1970年，日本科学家小泽预言，自然界中 碳元素还应该有第三种同素异形体存在。经过世 界上各国科学家15年的不懈努力和艰苦探索终于 在1985年由美国Rice大学的Kroto等人在激光汽 化石墨实验中首次发现含有60个碳原子的原子簇 命名为C60及含有70个碳原子的原子簇命名为C70， C60及C70均具有笼形结构，在物理及化学性质上 可看作三维的芳香化合物，
5.6 超导材料
5.6.3 高Tc材料
高Tc材料研究大致进展如右。
从超导技术发展的历程来看，新的更高 Tc材料的发现和制造工艺技术突破都有可 能。目前高温超导材料正从研究阶段向应 用发展阶段转变，未来的十年可能会是市 场发展和高Tc材料产业化的十年。
目前世界上已形成每年约20亿美元的 超导产业市场，主要是低温超导材料。据 近几年国际超导工业高峰会议预测，到 2000年及2010年世界超导工业市场将分 别达到76亿美元及370亿美元/年。人们有 理由相信，再过15年，即超导体发现100 年的时候，将会在高温超导机制，更高Tc 超导体探索以及高温超导应用等方面取得 重大进展。
一、纳米科技ຫໍສະໝຸດ Baidu生
❖ 2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运 用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该 手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞，并将细 胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析 判断。
❖ 2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维. 沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药 丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。
《材料化学导论》---第六章
第
纳米材料 －A
十
一
Nonometer Materials －A
讲
纳米存储器
存储密度可达每平方厘米 10万亿字节
DNA开关
❖ 利用DNA自 我组合原理， 制造出分子 大小的电子 电路，使未 来的计算机 体积更小、 运算速度更 快
纳米雕刻
纳米陶瓷
❖ 中国北京大学科学家利用AFM 探针， 在Au-Pd薄膜上雕刻出唐朝孟浩然的诗 句，每字大小约为1.5 μm
超导电缆
5.6 超导材料 5.6.5 应用
超导电缆
热绝缘结构电缆基本结构示意图
冷绝缘结构电缆基本结构示意图
2003年4月23日－耐克森获得了美国电力部价值3千万美元的高温超导电缆 （HTS）和低温绝缘系统的合同。这根610米的高温超导电缆将安装在长岛 电力局的输电网中，这是世界上在现用的输电网中安装的首根高温超导电缆。
C60的分子结构
Hawkins等人通过实验证实了C60是由12个五元环和20 个 六元环围成的中空笼状的碳原子簇，是最对称的分子。
5.6 超导材料 5.6.4 MxC60超导体
C60分子本身是不导电的绝缘体，但当碱金属嵌人C60分子之间的空 隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体，如K3C60即为超 导体，且具有很高的超导临界温度。与氧化物超导体比较，C60系列 超导体具有完美的三维超导性，电流密度大、稳定性高、易于展成 线材，是一类极具价值的新型超导材料。
一、纳米科技诞生
1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦 福大学英文名字、 1990年美国国际商用机器公司在镍表面用 36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验 室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始 在国际纳米科技领域占有一席之地。
一、纳米科技诞生
1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子， 利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容 量比现在提高成千上万倍的量子计算机；
1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发 明了世界上最小的 “秤”，它能够称量十亿分之一 克的物体，即相当于—个病毒的重量；
此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤， 打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
主要内容：
6.1 纳米材料概述 6.2 纳米材料的制备 6.3 纳米材料的应用
6.1 概 述
一、纳米科技的诞生 二、纳米材料相关概念 三、纳米材料的特性 四、几种典型的纳米材料
一、纳米科技诞生
❖ 当科学探索由宏观领域延伸到超视界的微观领域时, 知性的科学思维遭遇了前所未有的挑战。纳米科技 就是在这一科学思维过程中产生的。
❖ 这些研究表明纳米技术应用于医学的进展是 十分迅速的。
一、纳米科技诞生
到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米 产品的营业额达到500亿美元。
研究较多的是K3C60。 MxC60其超导转变温度先随x由0增 加而上升，当x＝3时达到 最大值，尔后却随x的继续增加 而下降，至x＝6时变为绝缘体。
C60可以形成面心立方结构，也可以形成六方结构。 X射线衍射分析表明，掺入到面心立方结构C60中的 金属元素位于其四面体和八面体两种间隙位上。
5.6 超导材料 5.6.5 应用
❖ 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖 获得者理查德·费曼预言，人类可以 用小的机器制作更小的机器，最后 将变成根据人类意愿，逐个地排列 原子，制造“产品”，这是关于纳 米技术最早的梦想。 七十年代，科
学家开始从不同角度提出有关纳米 科技的构想。
原子排成的 “原子”字 样
一、纳米科技诞生
❖ 1991年，碳纳米管被人 类发现，它的质量是相 同体积钢的六分之一， 强度却是钢的10成为纳 米技术研究的热点。诺 贝尔化学奖得主斯莫利 教授认为，纳米碳管将 是未来最佳纤维的首选 材料，也将被广泛用于 超微导线、超微开关以 及纳米级电子线路等。