纳米材料简介(baishan)

1998年IBM公司用原子排成的世界上最小的广告-----IBM
• 日本科学家已成功地将硅原子堆成一个“金字 塔”，首次实现了原子三维空间立体搬迁．1991 年IBM的科学家还制造了超快的氙原子开关．专 家们预计，这一突破性的纳米新科技研究工作将 可能使美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直 径仅为0.3cm的硅片上．据英国《科学与共同政策》 杂志报道，科学家们最近制造出一种尺寸只有 4nm的复杂分子，具有“开”和“关”的特性， 可由激光计算机提供可能的技术保证． • 1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原 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。
在化妆品中应用
纳米微粒与树脂结合用于紫外线吸收，如 防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。如 纳米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的锐钛 矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且 质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中， 可使化妆品的性能得到提高。
在环境保护方面的应用
治理有害气体 纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率 极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％。 因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮 助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气 体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有 极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一 氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。
微型纳米医学机器
• 这种微型纳米医学机器人 是世界上第一种可以杀死 癌症细胞的机器人 • 【搜狐科学消息】据探 索发现网站报道，近日来 自美国加州大学的科学家 发明了一种新式的具有强 大灭杀能力的纳米微型医 学机器人“纳米推进器”， 这种机器人可以在活细胞 内快速的杀死癌细胞从而 达到治愈癌症的目的。
• 纳米材料的基本单元分成零维纳米材料、一 维纳米材料和二维纳米材料三种。零维纳米 材料通常指纳米颗粒和纳米粉体材料；一维 纳米材料，通常是指纳米线、纳米棒、纳米 管和纳米带等；二维纳米材料，通常是指纳 米薄膜和纳米多层膜等，例如ZnO纳米薄膜 可以改善物质的表面性能、延长寿命，在光 电子领域可以作为功能涂层。
4、纳米棒
应用低温水溶液 法，在p-Si衬底 上生长n-ZnO纳 米棒。并可以用 它制成异质结发 光二级管。
5、纳米线
6、锯齿纳米结构
•纳米材料应用
的美 纳国 米用 机于 器军 人事 的而 手研 臂制
世界上最小的汽车——仅4纳米
手术刀上的纳米黑钻石
纳 米 抗 菌 袜
生物波纳米水杯
纳米毛巾
• 有人预言，处于2l世纪高新技术前沿和核心 地位的纳米科技所引起的世界性技术革命和 产业革命对社会经济、政治、国防等所产生 的冲击，将比以往的技术革命时代带来的影 响更为巨大。纳米科技将会掀起新一轮的技 术浪潮，领导下一场工业革命。人类将进入 一个新的时代-----纳米科技时代。
纳米新科技诞生才几十年，就在几个重要的方面有 了如下的重要进展： 1）美国商用机器公司(IBM)两名科学家利用扫描隧 道电子显微镜(STM)直接操作原子，成功地在Ni(镍)基 板上，按自己的意志安排原子组合成“IBM”字样;
超微细颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属 超微颗粒会迅速氧化而燃烧；
具有特殊的光学性质。金属超微颗粒对光的反射率 很低，通常可低于1%；
具有特殊的热学性质。固体物质在其形态为大尺寸 时，其熔点是固定的，超微化后却发现其熔点将显 著降低，当颗粒下雨10纳米量级时尤为显著。例如， 银的常规熔为670摄氏度，而超微银颗粒的熔点可低 于100摄氏度；
在医药中的应用
• 1.医学 • 使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并 在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布 制造具有特定功能的药品。将药物储存在碳纳米 管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则 可控药剂有希望变为现实。纳米材料粒子将使药 物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包 裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细 胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪 器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和 DNA诊断出各种疾病。
纳米材料的特点
• 纳米材料集中了小尺寸、结构复杂和相互 作用强等特点，用纳米材料做成的物质， 可能会产生我们想象不到的新的物理和化 学现象。
• 在纳米级尺寸下，物质所具有的性质与它们在通常 状态下的性质大部一样。 超微颗粒的表面与大块物体表面不同。这些颗粒没 有固定的相态，随着时间的变化会自动形成各种形 状（如里放八面体、十面体、二十面体结晶等）， 因此这是物质既部同于一般固体，又不同于液体， 是一种准固体；
1nm约比人的头发的直径要小8万倍。 形象地讲， 一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球 上一般。
纳米材料简介
纳米材料（nano material）是指结构单元的尺寸 在1—100nm，介于宏观物体和原子簇之间的粒子。 它是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围或以它们为基本单元而构成的材料。由于它的 尺寸已经接近电子的相干长度，并且其尺度已接 近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因 此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导 热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状 态时所表现的性质。
具有特殊的磁学性质。人们发现各自、海豚、蝴蝶、 蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超 微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方 向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个 生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营 养丰富的水底；
具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下 呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制呈的纳米陶 瓷却具有良好的韧性。因为纳米材料既有大的 界面，界面的原子排雷是相当混乱的，原子在 外力变形的条件下的延展性，使陶瓷材料具有 新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以 具有很高的强度，是因为它是磷酸钙等纳米材 料所构成的； 纳米材料还具有超导性等特殊性能。
• 纳米虽然微乎其微，但是纳米材料构建的世界却 是神奇而宏大的。
碳纳米管
• 应用： 1.储氢容器； 2.内部填金属、氧化物等做模具，制最细的纳 米尺度导线； 3.制造性能优异的复合材料； 4.制成了“纳米秤”；
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 100倍，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。
Nokia Morph 纳米概念手机
• Nokia和剑桥大学联合推 出了这款具有纳米技术的 概念手机Morph（中文直 译变种）。Morph极具柔 韧性，可以任意弯曲变形， 还具有表面自动清洁以及 完全透明的电路设计，采 用全屏幕显示，可以折叠， 也可以弯曲成为一个手镯 当饰品佩戴，同时无线耳 机佩戴在衣服上便于行动 中接听电话。Nokia Morph 纳米概念机探索的 是未来纳米技术（材料特 性）给个人移动终端带来 的潜在创新。
纳米材料简介
报告提纲
概述
纳米材料简介
纳米材料结构
纳米材料应用
概述
纳米不是我们吃的大米;
它和米、分米、厘米、毫米一样是一种长度单 位；
这个长度单位可不能在日常生活中拿来计算尺 寸和举例，它是物理学上用来度量物质微观结 构的特殊长度单位；
概述
• 1纳米是十亿分之一米。 1nm = 10-3μm = 10-6 mm =10-9m 。 10个氢原子一个接一个排列起来的长度； 人体血红细胞的直径是3000-5000nm; 头发的直径7000-8000nm;
纳米材料大部分都是用人工制备的，属于人工材料，但是 自然界中早就存在纳米微粒和纳米团体。 自然界的纳米材料 ������ 人体和兽类的牙齿 ������ 海洋中的生命粒子 ������ 蜜蜂的“罗盘”—腹部的磁性纳米粒子 ������ 螃蟹的横行—磁性粒子“指南针”定位作用的紊乱 ������ 海龟在大西洋的巡航—头部磁性粒子的导航 天体的陨石碎片
如：纳米改性涂料用于北京首都体育馆、 “鸟巢”、“水立方”、网球中心、奥运 村公寓、国家大剧院等。
现实生活中，纳米技术的应用已经初露端倪。
例如：“鸟巢”顶棚铺上了一层特殊的纳米防护 涂层，这个涂层可耐700摄氏度高温，从而解决了 烟花燃放时焰火掉落灼穿顶棚膜的顾虑。而北京 奥运会中使用的上百万平方米奥运锦旗和国旗也 使用纺织品专用纳米防护液进行了相应处理。这 种防护液能有效阻止污染液体的渗透，不仅能延 长锦旗和国旗的使用寿命，还能有效的保持锦旗 和国旗的清洁度和鲜艳色泽。
星系团 粒子 微观 原子核 原子 介观 W++ 10-20 10-15 10-10 10-5
1025 1020 1015
10பைடு நூலகம்0
5 1m 10
星系 宇观 太阳系
地球 山
DNA
人
宏观
古文《核舟记》里描述了一艘用橄榄核雕刻的舟，窗子可以开合，上 面还写着“山高月小，水落石出”八个字。这艘船的最小部件只有 0.1mm（毫米），即100μm（微米）。
如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球 挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳 索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯，人 们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖 极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘 米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发 展方向。
纳米科技
• 21世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料 代表了高新技术发展的方向。在信息产业如火如 荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各 国政府和科技界的高度关注，这就是纳米科技。 • 处于新材料科技前沿的纳米科技，它的应用领域 非常广泛。应用于制造业，现在已经造出只有米 粒大小且能开动的汽车、只有蜜蜂大小的直升机。 应用于生物医学，可以制出只有几毫米的人造手， 帮助医生实施虚拟的现实手术。
美国F117隐形轰炸机
在电子计算机和电子工业中的应用
可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目 前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已 投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后， 可以缩小成为“掌上电脑”。
在纺织工业中应用
在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、 纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可 制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的 内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、日用 品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线 辐射的功能纤维。
用扫描隧道显微镜的针尖排列的汉字“原子”的大小只 有0.001μm
纳米结构
1、纳米带
单个的纳米带可以用于制备纳米尺度的传感器。
2、纳米环
纳米环形成可能是由纳米带自发形成的，其产生的原因 可能是由于减小了极化电荷引起的能量和弹性形变所引 起的。
3、纳米螺旋
螺旋状的纳米结构是由 于带状结构的突变引起 的，其转变起源是遵循 能量最低，首先，通过 减少极化面积可以大大 降低静电表面能，促进 结构的稳定性;其次，为 了平衡超晶格晶界旋转 扭曲造成的应变能，周 期性的螺旋形结构就成 为了最稳定的结构。
纳米结构是生命现象中基本的东西
• 光合作用在“纳米车间” 进行 • 细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳 米机械”（巨噬细胞） • 莲花荷叶出污泥而不染: “荷叶效应” （自清洁）
最早的纳米材料：
我国古代墨的原料以及着色的染料：燃烧 蜡烛的烟雾制成碳黑 我国古代铜镜的防锈层：氧化锡（SnO2） 纳米颗粒构成的薄膜
未来生活中，纳米材料的用途
• 到纳米技术成熟的时候，我们生活中的衣物、化 妆品、涂料、食品……都可能是纳米技术的产物。 纳米服装 纳米药品 纳米涂料 纳米化妆品 纳米洗洁净
我国在纳米材料应用研究领域，如用纳米 材料技术改性塑料、橡胶、胶粘剂、密封 剂、涂料、陶瓷等方面处于领先地位。
在军事方面的应用
• 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；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