納米材料的物理性能及應(yīng)用

1、納米技術(shù)的相關(guān)概念納米技術(shù)的相關(guān)概念對(duì)人類文明的貢獻(xiàn)納米科技可以與20世紀(jì)的抗生素、集成電路、人造聚合物等的作用之總和相媲美人類探索世界的兩個(gè)方向原子結(jié)構(gòu)宇 宙微觀宏觀納米技術(shù)微米技術(shù) 納米技術(shù)納米技術(shù)是指在是指在0.l100nm（nanometer,簡(jiǎn)稱納米簡(jiǎn)稱納米) 尺度上操縱和研究原子、分子，尺度上操縱和研究原子、分子，對(duì)材料進(jìn)行加工、制造具有特定功能的對(duì)材料進(jìn)行加工、制造具有特定功能的產(chǎn)品、或?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行研究、掌握其原子產(chǎn)品、或?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行研究、掌握其原子和分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特征的高新技術(shù)。和分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特征的高新技術(shù)。它是基礎(chǔ)科學(xué)（現(xiàn)代物理、化學(xué)、分子它是基礎(chǔ)科學(xué)（現(xiàn)代物理、化學(xué)、分子

2、生物學(xué)）和先進(jìn)工程技術(shù)（計(jì)算機(jī)、微生物學(xué)）和先進(jìn)工程技術(shù)（計(jì)算機(jī)、微電子等）相結(jié)合的產(chǎn)物。納米原本是長(zhǎng)電子等）相結(jié)合的產(chǎn)物。納米原本是長(zhǎng)度單位，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻完全具度單位，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻完全具有更深層次的涵義，它不僅意味著空間有更深層次的涵義，它不僅意味著空間尺度，而且提供了嶄新的思維方式：尺度，而且提供了嶄新的思維方式： 即人類將利用越來(lái)越小、越來(lái)越精即人類將利用越來(lái)越小、越來(lái)越精確的物質(zhì)和越來(lái)越精細(xì)的技術(shù)生產(chǎn)確的物質(zhì)和越來(lái)越精細(xì)的技術(shù)生產(chǎn)成品來(lái)滿足更高層次的要求。納米成品來(lái)滿足更高層次的要求。納米技術(shù)將極大地改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生技術(shù)將極大地改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活模式?；钅Ｊ?。 納米

3、技術(shù)包括納米電子學(xué)、納米光學(xué)、納米技術(shù)包括納米電子學(xué)、納米光學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米工程、納米醫(yī)學(xué)等技術(shù)。納米工程、納米醫(yī)學(xué)等技術(shù)。PVSPVS技術(shù)原理技術(shù)原理PVSPVS（等離子氣相合成）技術(shù)原理（等離子氣相合成）技術(shù)原理nano358+SEM image of a Fe0.13Co50Ni500.87 powder(dm = 166 nm ; s = 13 nm).化學(xué)沉淀：化學(xué)沉淀：Monodisperse Ferromagnetic Particles forMicrowave Applications納米鐵粉形貌納米鐵粉形貌TEM

4、micrograph of Si nanowires;S.T. Lee et al./Materials Science and Engineering A 286 (2000) 1623甲烷甲烷- -空氣擴(kuò)散空氣擴(kuò)散燃燒法制備碳燃燒法制備碳納米管納米管 Methane-air diffusion flamenano449Typical SEM image of bulk GaN nanowires.nano125Schematic diagrams of the preparation of macroporous metals or semiconductor films by: a) e

5、lectrodeposition, b) ionic spraying, c) laser spraying.nano36三維結(jié)構(gòu)制備三維結(jié)構(gòu)制備Schematic outline of the experimental procedure. Aqueous dispersions of polystyrene beads are injected into the cell through the rubber tubeusing a syringe. The rate of packing of polymer beads increases as the pressure of nitr

6、ogen increases.nano357SEMs of a crystalline assembly of 0.48 mm polystyrene beads that was formed in a 12 mm-thick cellnano357Carbon nanotube arrays grown on n + -type porous siliconsubstrate.S. Fan et al. / Physica E 8 (2000) 179183納米技術(shù)的核心是納米材料技術(shù)納米技術(shù)的核心是納米材料技術(shù) 納米材料的性能異乎宏觀物質(zhì)的變化是納米材料的性能異乎宏觀物質(zhì)的變化是其具備超

7、常的應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵，其中物其具備超常的應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵，其中物理性能很重要理性能很重要電腦軟盤(pán)電腦軟盤(pán)工作中的電腦工作中的電腦Fe高性能磁記錄材料高性能磁記錄材料軸承附磁力線的軸承Ni Co Fe磁流體磁流體納米磁性載體納米磁性載體免疫磁珠分離骨髓中癌細(xì)胞的原理示意圖 高性能納米磁珠與細(xì)胞分離技術(shù)簡(jiǎn)介高性能納米磁珠與細(xì)胞分離技術(shù)簡(jiǎn)介 磁性納米磁珠是磁性納米磁珠是具有高分子微球的一般具有高分子微球的一般性質(zhì)性質(zhì)，表面可以結(jié)合多種功能分子滿足表面可以結(jié)合多種功能分子滿足不同要求不同要求，在磁場(chǎng)作用下可定向運(yùn)動(dòng)到在磁場(chǎng)作用下可定向運(yùn)動(dòng)到特定部位特定部位，或迅速?gòu)闹車橘|(zhì)中分離出或迅速?gòu)闹車橘|(zhì)中分離出

8、來(lái)。這些性能使其在固定化酶、免疫測(cè)來(lái)。這些性能使其在固定化酶、免疫測(cè)定、細(xì)胞的分離與分類和親和色譜中顯定、細(xì)胞的分離與分類和親和色譜中顯示出巨大的應(yīng)用前景。在腫瘤、癌癥等示出巨大的應(yīng)用前景。在腫瘤、癌癥等一些疾病的治療中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。一些疾病的治療中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。腫瘤早期診斷試劑盒 納米磁性微球與單抗結(jié)合的高靈敏度細(xì)胞分離技術(shù)高空飛行的高空飛行的F117F117雷達(dá)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)FeCo吸波材料吸波材料Ceramic NanoparticlesNet shape forming via consolidated nanoparticles (courtesy of Nanop

9、haseTechnologies Corporation).CONSOLIDATED NANOSTRUCTURESNanostructured Hard MaterialsUses for consolidated nanostructured hard materials: nanocomposite microtwist drill bit (top)compared to conventional product after wear for the same use time (courtesy Nanodyne Inc.).It has become possible during

10、the past decade to create cemented carbide nanocomposites, such as WC/Co and TiC/Fe, that have considerably enhanced hardness, fracture toughness, and wear resistance compared to their conventional grain size counterparts that are widelyused in the manufacture of machine tools, drill bits, and wear

11、parts.CONSOLIDATED NANOSTRUCTURES絕緣散熱材料：納米氧化鋁與高分子材料絕緣散熱材料：納米氧化鋁與高分子材料 的復(fù)合，用于電子元器件的散熱的復(fù)合，用于電子元器件的散熱超薄絕熱涂層：納米氧化鋯，用于航超薄絕熱涂層：納米氧化鋯，用于航天、航空等天、航空等手機(jī)手機(jī)手機(jī)電池手機(jī)電池Fe高性能電極材料高性能電極材料電致流變電致流變航空航天、汽車的無(wú)摩擦、高響應(yīng)離合航空航天、汽車的無(wú)摩擦、高響應(yīng)離合納米碳包鎳、納米氧化物粉體納米碳包鎳、納米氧化物粉體敏感元件、陣列與元件封裝敏感元件、陣列與元件封裝氣敏元件的氣敏元件的應(yīng)用應(yīng)用 環(huán)境保護(hù)（空氣、土地、水污染的檢測(cè)） 質(zhì)量控制（飲

12、料、食品、煙草質(zhì)量監(jiān)控） 消防（煤礦、油田、油庫(kù)、建筑物報(bào)警） 航空航天（發(fā)動(dòng)機(jī)控制、機(jī)艙環(huán)境監(jiān)測(cè)） 汽車（發(fā)動(dòng)機(jī)控制、排氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)） 安全（公安、海關(guān)檢測(cè)） 臨床診斷（人體呼吸及排泄物氣味檢測(cè)） 化工控制（藥品、化肥、化工材料的生產(chǎn)） 等。 氣體傳感器類型的研究傳感器類型檢測(cè)原理代表性材料金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電阻式氣體吸附、電阻變化SnO2 、 ZnO 、 Fe2O3 、 WO3非電阻式二極管型、MOSFETPd、Pt柵極有機(jī)半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻、介電常數(shù)變化酞氰類聚合物、聚吡咯、聚苯胺固體電解質(zhì)離子傳導(dǎo)ZrO2、Nafion接觸燃燒式燃燒/氧化燃燒Pt光學(xué)式光譜吸收、熒光、光纖化學(xué)材

13、料石英諧振式（QCM)諧振頻率酞氰類聚合物、聚乙烯亞胺聲表面波式（SAW)聲波傳播速度和頻率聚異丁烯、氟聚多元醇150200250300350400450500051015202530354045(a)SensitivityTemperature(oC) benzene acetone xylene toluene alcohol200250300350400450500246810121416(c)SensitivityTemperature(oC) benzene acetone xylene toluene alcoholZnOZnO粉末制備的厚膜對(duì)粉末制備的厚膜對(duì)蒸氣的敏感度與工作蒸氣

14、的敏感度與工作溫度的關(guān)系溫度的關(guān)系 (a(a）針狀納米）針狀納米ZnOZnO；(c(c）市售）市售ZnOZnO 采用納米材料與技術(shù)采用納米材料與技術(shù)大幅度提高敏感元件大幅度提高敏感元件的敏感度、降低工作的敏感度、降低工作溫度。溫度。 太陽(yáng)光紫外線分析圖紫外線屏蔽紫外線屏蔽Two concepts for solar energy conversion: nanomaterials leading to direct conversionor chemical production: (a) light-emitting nanocrystal CdSe diode in a conductin

15、gorganic matrix; (b) photochemical Gratzel cell of optically excited charged dyes.納米光催化技術(shù)納米光催化技術(shù)我們的技術(shù)我們的技術(shù) 納米光催化涂層技術(shù)（光觸媒）納米光催化涂層技術(shù)（光觸媒） 納米光催化空氣凈化機(jī)納米光催化空氣凈化機(jī) 低成本：四氯化鈦低溫沉淀法低成本：四氯化鈦低溫沉淀法 高效率：納米粒子平均粒度高效率：納米粒子平均粒度2nm 液相捕集技術(shù)液相捕集技術(shù) 安安 全：中性、水基、純無(wú)機(jī)組分全：中性、水基、純無(wú)機(jī)組分納米光觸媒微觀照片納米光觸媒微觀照片液相捕集型納米光催化消毒機(jī)液相捕集型納米光催化消毒機(jī)關(guān)于納米產(chǎn)業(yè)關(guān)于納米產(chǎn)業(yè) 納米納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段出現(xiàn)的問(wèn)題擾亂了政府、科技界、投資界和公眾對(duì)一個(gè)偉大的、足以影響我們民族命運(yùn)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)作出正確的認(rèn)識(shí)和判斷，神化論、懷疑論、未來(lái)時(shí)論以跳躍的方式出現(xiàn)在我們眼前、影響我們的思維。其實(shí)，納米技術(shù)是一個(gè)龐大的、多層次的戰(zhàn)略性技術(shù)領(lǐng)域，絕不能簡(jiǎn)單的視作一項(xiàng)單一技術(shù)，納米產(chǎn)業(yè)也是如此，它是一個(gè)多層次的體系，發(fā)展要有一個(gè)逐層推進(jìn)的歷程，我們應(yīng)對(duì)此有著科學(xué)、客觀的認(rèn)識(shí)。 學(xué)科層次產(chǎn)業(yè)層次跨度產(chǎn)業(yè)化時(shí)間與狀況任意形態(tài)納米材料提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和附加值1部分技術(shù)已產(chǎn)業(yè)化，5年內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)特殊形態(tài)納米材料同上2部分技術(shù)已產(chǎn)業(yè)化，5