纳米材料简介PPT课件

光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体
时相比将会有显著的不同。
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C 3 hapter
纳米材料的纳米效应
1、量子尺寸效应
2、小尺寸效应 3、表面效应 4、宏观量子隧道效应 5、库仑阻塞和量子隧穿 6、介电陷域效应
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表面效应
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布朗运动
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单壁碳纳米管弯曲
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聚合物纳米管
纳米粒子表面积大、表面活性中心多，为催化剂提供了必要条件。 目前纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等广泛用于高分子聚合 物氧化、还原及合成反应的催化剂。如用纳米镍粉作为火箭固体燃 料反应催化剂，燃烧效率提高100倍；以粒度小于100nm的镍和铜锌合金的纳米材料为主要成分制成加氢催化剂，可使有机物的氢化 率达到传统镍催化剂的10倍；用纳米TiO2制成光催化剂具有很强的 氧化还原能力，可分解废水中的卤代烃、有机酸、酚、硝基芳烃、 取代苯胺及空气中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。
纳米材料简介
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CONTENTS
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什么是纳米
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什么是纳米材料
3 纳米材料的纳米效应
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纳米材料的分类
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纳米材料的应用
6 纳米材料与未来社会
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1 什么是纳米
纳米（nanometer）：长度单位，即10-9m。 纳米有多大？
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2 什么是纳米材料
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结
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大事件
959年 ， 著 名 物 理 学 家Fra bibliotek、 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；
70年 代 ， 科 学 家 开 始 从 不 同 角 度提出有关纳米科技的构 想 ， 1974年 ， 科 学 家 唐 尼 古 奇
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4 在医药卫生行业的应用 药品颗粒小容易被人体吸收，使用纳米技术能使药品生产过程越
来越精细，在纳米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，可对人体进行全身健康检查和治疗，吞噬病毒、杀死癌 细胞、疏通脑血管中的血栓、清除心脏动脉脂肪沉积物、修复损坏器 官、进行人体肢体再生、人体整容等；
5、纳米半导体材料 将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优 异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半 导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也 随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在 大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。
现，它的质量是相同体积钢的 六 分 之 一 ， 强 度 却 是 钢 的 10
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C 4 hapter 纳米材料的分类
纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳 米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为 成熟，是生产其他三类产品的基础。
按材质 纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米 高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可 分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米
材料。 按纳米的尺度在空间的表达特征 纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳 米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米 材料（如纳米膜、纳米盘、超晶格等）、纳米结构材料
即纳米空间材料（如介孔材料等）。
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C 4 hapter 纳米材料的分类
按形态 纳米材料可分为纳米粉末材料、纳米纤维材料、纳米 膜材料、纳米块体材料、，以及纳米液体材料（如磁 性液体纳米材料和纳米溶胶等）。 按功能 纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米 药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波 材料、纳米热敏材料、纳米环保材料等。
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2 在磁性材料中的应用 纳米磁性材料包括纳米磁粉材料、纳米磁膜材料和纳米磁性液体。
在铁磁质纳米磁性材料中，存在磁单畴结构，具有超顺磁性，即纳 米结构的尺寸小于磁单畴的临界尺寸时，纳米结构中的原子磁矩有 序化，具有顺磁质的特性，而在无外场时，对任何一个方向都不显 磁性。加外磁场后，形成磁矩有序化，形成过程不是瞬时的，而有 一个驰豫时间。超顺磁性材料，矫顽力远比普通材料大，对高密度 磁记录元件十分重要。 3 在催化剂领域应用
构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经
接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得
性质发生很大变化。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。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组
最早使用纳米技术一词描述精 密机械加工； 1981年 ， 科 学 家 发 明 研 究 纳 米
的重要工具——扫描隧道显微 镜，为我们揭示一个可见的原 子、分子世界，对纳米科技发
展产生了积极促进作用； 1990年 7月 ， 第 一 届 国 际 纳 米 科 学技术会议在美国巴尔的摩举
办，标志着纳米科学技术的正 式诞生； 1991年 ， 碳 纳 米 管 被 人 类 发
成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，
是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和
宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观
系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和
宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）
后，它将显示出许多奇异的特性，即它的稀土纳米材料
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C 5 hapter 纳米材料的应用
1、在半导体中的应用
当前微处理器已达到550万个晶体管的集成度、600MHZ的频率和 0.18的线宽，仍满足不了技术发展的需要。根据Intel公司预测，到 2011年微处理器将达到10亿个晶体管的集成度、10GHz 的频率和0.07的线宽，这使以硅为主要材料的超大规模集成电路(VLSI) 的工艺和原理达到极限要继续发展必须寻求工艺和技术突破。“光电 集成”就是其中一个途径，在硅电路中用光连接取 代电连接。然而大块的硅或锗的发光效率很低，且发光波段在近红外， 不适合“光电集成”。寻求一种有效产生光发射的硅基材料已成为材 料科学的一个热点。半导体纳米材料在可见光区具有较高的发光效， 发光波段与发光效率可由纳米材料的尺寸得以控制。此，多孔硅中的 量子点结构、二元半导体化合物中的嵌埋结构及半导体超晶格材料， 在光纤通讯和光探测器方面有广泛的应用。