納米材料3要點

1、納米材料課程論文中文論文題目（二號黑體）英文論文題目(16pt Time New Roman, Bold)學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級：復(fù)合材料3456學(xué)生姓名：不知道學(xué) 號： 3110700987指導(dǎo)教師：打狗棍2014年4月納米材料和納米技術(shù)1前言納米(nm)是一個長度單位，1nm=109 m。納米材料又稱為超微顆粒 材料，由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1 100 nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，是一種 典型的介觀系統(tǒng)。納米材料是指結(jié)晶粒度(或多層膜的調(diào)制波長 入)為納米級(nm)的 多晶材料。它自本世紀(jì)80年代中期以來，研究開發(fā)日新月異。

2、納米材 料在結(jié)構(gòu)上屬于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，是由數(shù)目很少的原子或分子組成的原子或分子的聚集體。粒子具有殼層結(jié)構(gòu)，其表面層原子占很大的比例并且是無序的類氣體狀結(jié)構(gòu)(gas-like),在粒子內(nèi)部存在有序-無序結(jié)構(gòu)(order -disorder)。與晶體體相基層的完全 長程有序結(jié)構(gòu)不同，納米粒子的結(jié)構(gòu)的特殊性使它們具有與傳統(tǒng)固體 材料不同的許多特殊性質(zhì)，成為材料科學(xué)領(lǐng)域中跨世紀(jì)的材料科學(xué)研 究的熱門課題?？茖W(xué)家們把納米材料譽為“21世紀(jì)最有前途的材料”。 2納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀 2.1國際發(fā)展現(xiàn)狀 納米材料(NsM)的概念最初是在80年代初期由德國學(xué)者 Gleiter教授 提出并首次獲得

3、人工制備的納米晶體。納米材料又稱超微細材料，是由微小顆粒絕大多數(shù)是晶體，其特征尺度至少在一個方向上為納 米量級組成的固體，其典型的晶粒尺度為1100nm納米材料的 出現(xiàn)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，并相繼開展了對這種新材料的研究 工作。近十幾年來，隨著高尖端技術(shù)的快速發(fā)展，關(guān)于高性能新型納米 材料的開發(fā)促使人們對固體微粒的制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用前景進行 了廣泛深入的研究。21世紀(jì)前20年，是發(fā)展納米技術(shù)的關(guān)鍵時期。由于納米材料特殊 的性能，將納米科技和納米材料應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都能帶來 產(chǎn)品性能上的改變，或在性能上有較大程度的提高。利用納米科技對 傳統(tǒng)工業(yè),特別是重工業(yè)進行改造，將會帶來新的

4、機遇，其中存在很大 的拓展空間，這已是國外大企業(yè)的技術(shù)秘密。英特爾、BIM、SONY、夏普、東芝、豐田、三菱、日立、富士、NEC等具有國際影響的大型企業(yè)集團紛紛投入巨資開發(fā)自己的納米技術(shù)，并得到了令世人矚目的 研究成果。納米技術(shù)在經(jīng)歷了從無到有的發(fā)展之后，已經(jīng)初步形成了 規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)。世界各國對納米技術(shù)的發(fā)展都非常重視。2004年度納米科技研發(fā) 預(yù)算近8.5億美元,2005年預(yù)算已達到10億美元,而且在美國該年度 預(yù)算的優(yōu)先選擇領(lǐng)域中，納米技術(shù)名列第二位?，F(xiàn)在美國對納米技術(shù) 的投資約占世界水平的二分之一。在納米技術(shù)領(lǐng)域投資較大的國家還有；歐盟 （約15%）、日本（約 20%）俄羅斯、澳大利亞、

5、加拿大、中國、韓國、以色列、新加坡等 國。日本國會提出要把發(fā)展納米技術(shù)作為今后 20年日本的立國之本， 政府機構(gòu)和大公司是其研究資金的主要來源，中小企業(yè)的作用很小。日本研究的目的是在產(chǎn)品中注人納米技術(shù)，增強國際競爭力。日本在 超細微加工、納米設(shè)備、強化納米結(jié)構(gòu)及檢測相關(guān)領(lǐng)域擁有全球優(yōu)勢。歐盟2002-2006年的第六個框架研究計劃關(guān)于納米技術(shù)的總投資將 達到13億歐元,項目分散在各個不同的領(lǐng)域，但是專門的納米科技領(lǐng) 域,它明確的優(yōu)先發(fā)展方向是多功能材料、新的生產(chǎn)工藝和設(shè)備。韓 國政府把全國各大學(xué)研究納米技術(shù)的優(yōu)秀人才都集中到漢城大學(xué)，成立了一個納米技術(shù)學(xué)院，由國家調(diào)配人才，各大公司也都以市場為

6、目 標(biāo)部署了專業(yè)研究領(lǐng)域。目前納米材料及技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛 ，在專業(yè)電子信息產(chǎn)業(yè)， 納米技術(shù)的應(yīng)用將為電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展克服以強場效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)等為代表的物理限制，以功耗、互聯(lián)延遲、光刻等為代表的技術(shù) 限制和制造成本昂貴、用戶難以承受的經(jīng)濟限制，制造出新型納米器 件。具有量子效應(yīng)的納米信息材料將提供不同于傳統(tǒng)器件的全新功能 從而產(chǎn)生出新的經(jīng)濟增長點。這將是對信息產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一 場深刻的革命，它所帶來的經(jīng)濟價值是難以估量的。正如美國新技 術(shù)周刊指出，納米技術(shù)在電子信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，將成為21世紀(jì)經(jīng) 濟增長的一個主要發(fā)動機，其作用可使微電子學(xué)在 20世紀(jì)后半葉對 世界的影響相形見絀

7、。隨著物質(zhì)的超微化，納米材料表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的四大效應(yīng)；小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面 效應(yīng)和界面效應(yīng)，使得其具有傳統(tǒng)材料所不具備的一系列優(yōu)異的力、 磁、電、光學(xué)和化學(xué)等宏觀特性，從而使其作為一種新型材料在宇航、 電子、冶金、化工、生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，因而使 得納米材料的研究成為當(dāng)今世界材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理、化學(xué)等領(lǐng)域中的一個熱門課題。為了適應(yīng)對納米材料研究發(fā)展的需要，美國的Acta Metallurgica Incorporation 從 1992年起專門創(chuàng)刊Nnaostuctured Materials雜志，并向全世界發(fā)行。美國還建立專門的

8、機構(gòu) Nnaophase Tehc nologies Corporatio n研究開發(fā)、生產(chǎn)和制造廣泛工業(yè)應(yīng)用的納米 材料。兩年一屆的納米材料的國際會議至今已召開了五屆（第五屆已于2000年8月在日本仙臺舉行）。2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國納米材料研究始于20世紀(jì)80年代末，“八五”期間，“納米材 料科學(xué)”列人國家攀登項目。此后，國家自然科學(xué)基金委員會、中國 科學(xué)院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，國家863計劃、973計劃新材料領(lǐng)域也對納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進行立項研 究。其中,863計劃納米材料與微機電系統(tǒng)重大專項于2002年正式啟動。2002年重大專項以市場、應(yīng)用和國家重大戰(zhàn)略需求

9、為導(dǎo)向，面向 和促進產(chǎn)業(yè)化為重點，針對國際納米材料技術(shù)發(fā)展趨勢，并結(jié)合我國 國情,在有相對優(yōu)勢和戰(zhàn)略必爭的關(guān)鍵領(lǐng)域，如納米信息材料及器件 的集成技術(shù)、納米生物醫(yī)用材料、納米環(huán)境材料、納米能源材料、納 米結(jié)構(gòu)材料、納米特種功能材料等進行了布局，批準(zhǔn)實施課題63項； 2003年則在納米光電子和電子材料體系、器件構(gòu)造及集成技術(shù)，生物醫(yī)用器件、系統(tǒng)的納米材料及相關(guān)技術(shù)，原創(chuàng)性的并具有產(chǎn)業(yè)化前景 的特種納米材料及技術(shù)，納米電子、納米生物醫(yī)學(xué)器件研發(fā)及規(guī)?；?應(yīng)用所必需的加工、檢測設(shè)備進行了布局，批準(zhǔn)實施課題39項；2004 年在納米信息、生物醫(yī)學(xué)材料及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)等幾個方面重點支持 力爭實現(xiàn)技術(shù)的跨越發(fā)

10、展，使我國在納米技術(shù)領(lǐng)域的國際競爭中占據(jù) 有利的戰(zhàn)略地位。通過國家攻關(guān)計劃、863計劃、973計劃的實施，我國在納米技術(shù)研 究方面己投人了大量的人力和物力。自2001年到2002年間,共資助項目545項,其中50萬以上的項目102項。在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方 面,500萬以上的項目26項，資助的總經(jīng)費大約3.6億元，加上社會資 金對納米材料產(chǎn)業(yè)化的投人，總投人約12億元。在國家各項科技計劃的支持下，我國納米材料及納米科學(xué)技術(shù)已經(jīng) 取得了比較突出的成果，例如，在納米電子方面，成功地研制出波導(dǎo)型 單電子器件晶體管和對電荷超敏感的庫侖計；實現(xiàn)6納米寬的半導(dǎo)體量子線臺面和6納米寬的線條金屬柵，制備出間隔

11、僅為10納米的多種“納米電極對”；用CMB效應(yīng)進行高靈敏度傳感器和硬盤磁頭原理的 研制工作。2001年我國開始了第一個“納米標(biāo)準(zhǔn)”的制定工作，這是納米產(chǎn)業(yè) 發(fā)展加速的一個顯著標(biāo)志，而支撐納米標(biāo)準(zhǔn)建立的是我國已經(jīng)具備的 納米基礎(chǔ)科學(xué)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化的實力。2004年5月20日,中國實驗室國家認(rèn)可委員會納米技術(shù)委員成立，又使我國納米科技發(fā)展走上規(guī)范化管理的道路。目前，中國的納米材料專利（包括三資企業(yè)在中國的納米專利中請） 占全世界該領(lǐng)域?qū)＠暾埧倲?shù)的20%以上 ,但我國專利質(zhì)量和國外相 比有一定的差距，尤其是納米技術(shù)在電子信息與生物這些技術(shù)含量高 的領(lǐng)域嚴(yán)重不足。10年來,我國研究人員在

12、國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表有關(guān)納米材料和 納米結(jié)構(gòu)的論文2400篇,其中發(fā)表在自然和科學(xué)等世界頂級 學(xué)術(shù)雜志上的論文共6篇,被SCI和EI收錄的文章占整個發(fā)表論文的 59%根據(jù)2003年APEC統(tǒng)計，我國近幾年在CIA上發(fā)表的論文僅次于 美國和日本，超過德國，位于第三位。如果把2001年和2004年初的論 文包括在內(nèi)，中國超過日本排在第二位，占全世界發(fā)表論文總數(shù)的巧 15.2%。經(jīng)過幾年來國家的政策引導(dǎo)、各部門的配合、科學(xué)界和企業(yè)界的努 力，我國不但發(fā)展了納米的基礎(chǔ)研究，部分納米技術(shù)已開始邁人產(chǎn)業(yè) 化的階段。據(jù)統(tǒng)計，我國有300多家公司在從事納米材料和技術(shù)的研 究及產(chǎn)業(yè)化，在納米復(fù)合材料改造傳統(tǒng)材

13、料和產(chǎn)品方面，部分成果已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，國家納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地于 2000年12月在天津經(jīng)濟 技術(shù)開發(fā)區(qū)落成，促進了我國納米產(chǎn)業(yè)化的迅速發(fā)展；上海在涂料、 光催化材料、生物材料、電子材料和測試儀器、傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域納米應(yīng) 用等方面的產(chǎn)業(yè)化也取得突破，累計新增產(chǎn)值5億元；“十五”期間北 京對納米產(chǎn)業(yè)化專項將投人2億元。3納米材料的特性一般在宏觀領(lǐng)域中，某種物質(zhì)固體的理化特性與該固體的尺度大小 無關(guān)。當(dāng)物質(zhì)顆粒小于100nm時，物質(zhì)本身的許多固有特性均發(fā)生質(zhì)的變化。這種現(xiàn)象稱為“納米效應(yīng)”。納米材料具有三大效應(yīng)：表面 效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。3.1表面效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面

14、原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。隨著粒徑變 小，表面原子所占百分?jǐn)?shù)將會顯著增加。當(dāng)粒徑降到1 nm時，表面原子數(shù)比例達到約90%以上，原子幾乎全部集中到納米粒子表面。由于納米粒子表面原子數(shù)增多，表面原子配位數(shù)不足和高的表面能， 使 這些原子易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性。3.2小尺寸效應(yīng)由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，比表面積增加，從而產(chǎn)生一系列新 奇的性質(zhì)。3.2.1特殊的光學(xué)性質(zhì)納米金屬的光吸收性顯著增強。粒度越小，光反射率越低。所有的 金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈

15、黑。金屬超微 顆粒對光的反射率通常可低于I %，約幾微米的厚度就能完全消光。 相反，一些非金屬材料在接近納米尺度時，出現(xiàn)反光現(xiàn)象。納米TiO2、 納米SiO2、納米Al 2O等對大氣中紫外光很強的吸收性。3.2.2熱學(xué)性質(zhì)的改變固態(tài)物質(zhì)超細微化后其熔點顯著降低。當(dāng)顆粒小于10nm量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064CC，當(dāng)顆粒尺寸減小到2nm尺寸時的熔點僅為327 C左右，銀的常規(guī)熔點為670C，而超微銀顆粒的熔點可低于100C。3.2.3特殊的磁學(xué)性質(zhì)小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同， 大塊的純鐵矯頑力 約為80Qm而當(dāng)顆粒尺寸減小到20nm以下時，其矯頑力可增加1 千倍，當(dāng)

16、顆粒尺寸約小于6nm時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超 順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性， 已做成高貯存密度 的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡等。利用超順磁性，人 們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。3.2.4特殊的力學(xué)性質(zhì)納米材料的強度、硬度和韌性明顯提高。納米銅的強度比常態(tài)提高 5倍；納米金屬比常態(tài)金屬硬 35倍。納米陶瓷材料具有良好的韌 性，因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列相當(dāng)混亂，原子在 外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展 性。氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。3.3宏觀量子隧道效應(yīng)對超微顆粒而言，大塊材料中連續(xù)的能

17、帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。 當(dāng)熱能、電場能或者磁場能比平 均的能級間距還小時，就會呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特 性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時可以變成 絕緣體，比熱亦會反常變化，光譜線會產(chǎn)生向短波長方向的移動，這 就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。 一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強 度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)， 它們可以穿越宏 觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。這一效應(yīng)與量 子尺寸效應(yīng)，確立了現(xiàn)存微電子器件進一步微型化的極限， 當(dāng)微電子 器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應(yīng)。4. 納米材料的制備技術(shù)4.

18、1固相法固相法包括固相物質(zhì)熱分解法和物理粉碎法。固相物質(zhì)熱分解法通 常是利用金屬化合物的熱分解來制備超微粒。物理粉碎法采用超細磨 制備超微粒。4.2氣相法氣相法在納米材料制備技術(shù)中占有重要的地位，主要包括以下幾種 方法：421熱等離子體法該法是用等離子體將金屬等粉末熔融、蒸發(fā)和冷凝以制成納米微粒。422激光加熱蒸發(fā)法其原理是以激光為快速加熱源，使氣相反應(yīng)物分子內(nèi)部很快地吸收 和傳遞能量，在瞬間完成氣相反應(yīng)的成核和長大。4.2.3真空蒸發(fā)一冷凝法該法的原理是在高純惰性氣氛下（Ar或He）,對蒸發(fā)物質(zhì)進行真空 加熱蒸發(fā),蒸氣在氣體介質(zhì)中冷凝形成超細微粒。4.2.4高壓氣體霧化法該法的原理是利用高壓

19、氣體霧化器將-20 °C -40 C的氮氣和氫氣以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流內(nèi)，熔體被破碎成極細顆粒的 射流,然后急劇驟冷得到超微粒。425高頻感應(yīng)加熱法以高頻感應(yīng)線圈作熱源，使增禍內(nèi)的物質(zhì)在低壓（1-10kPa）的He N2等氣體中蒸發(fā)，蒸發(fā)后的金屬原子與惰性氣體原子相碰撞冷卻凝 聚成顆粒。此外，氣相法還有濺射法、氣體還原法、物理沉積法、化 學(xué)沉積法和離子沉積法等。4.3液相法依據(jù)化學(xué)手段在不需要復(fù)雜儀器的條件下，通過簡單的溶液過程就 可對材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能進行“剪裁”。液相法主要包括下列幾種 方法。4.3.1沉淀法該法包括直接沉淀法、均勻沉淀法和共沉淀法。直接沉淀法是僅

20、用 沉淀操作從溶液中制備氧化物納米材料的方法，通過控制生成沉淀 物的速度，減少晶粒凝聚。均勻沉淀法可制得純度高的納米材料。共 沉淀法是把沉淀劑加入到混合后的金屬鹽溶液中，促使各組分均勻混 合沉淀,然后加熱分解以獲得超微粒。432金屬醉鹽水解法金屬醇鹽在不同pH值條件下經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶 膠,然后使溶質(zhì)聚合成凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分，最 后得到無機微粉。433膠體化學(xué)法該法的特點是首先采用離子交換法、 化學(xué)絮凝法、溶膠法制得透明 的陽性金屬氧化物的水凝膠，以陰離子表面活性劑進行處理，然后用 有機溶劑沖洗制得有機膠體，經(jīng)脫水和減壓蒸餾在低于所有表面活性 劑熱分解溫度的條

21、件下，制得無定型球狀納米微粒。4.3.4溶液蒸發(fā)和熱分解法該法包括噴霧干燥、焙燒和燃燒等方法，它用于鹽溶液快速蒸發(fā)、 升華、冷凝和脫水過程，避免了分凝作用，能得到均勻鹽類粉末。4.3.5電解法用電化學(xué)的方法形成納米材料，可分為水溶液電解法和熔鹽電解法 該法具有粉末純度高、粒徑小、成本低等優(yōu)點，尤其適用于電負(fù)性大 的金屬微粉的制備。5. 納米材料的應(yīng)用5.1 在工業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用納米材料的運用在工業(yè)生產(chǎn)中顯示了獨特的魅力。如在橡膠中加入納米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。塑料中添加 一定的納米材料，可以提高塑料的強度、韌性、致密性和防水性。在 有機玻璃中加入經(jīng)過表面修飾處理的納

22、米 SiO2,可使有機玻璃抗紫外 線輻射而達到抗老化的目的。最近又開發(fā)了用于食品包裝的 TiO2及高 檔汽車面漆用的珠光鈦白。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域 ，利用納米材料作為催化 劑及過濾系統(tǒng)，從而消除污染。涂料加入納米材料，可進一步提高其防 護能力，實現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等。納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機 物制備方面。光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型 ，如醇與烴的氧化、氨 基酸合成、水凈化處理等，其中有些是多相催化難以實現(xiàn)的。半導(dǎo)體 多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2,既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩(wěn)定，無毒，便宜易得，是制 備負(fù)

23、載型光催化劑的最佳選擇。用納米微粒作催化劑可大大提高反應(yīng) 效率,控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進行的反應(yīng)也能進行，是未來 催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶 來革命性的變革。5.2 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用使用納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，而且能發(fā)揮控制 藥物釋放、減少副作用、提高藥效并定向治療的功效；用數(shù)層納米粒 子包裹的智能藥物進入人體，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組 織；使用納米技術(shù)的新型診斷儀器，只需檢測少量的血液就能通過其 中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。納米粒子的尺寸小，可以在血管 中自由流動，因此可以用來檢查和治療身體各部位的病變。微粒和納 粒作為

24、給藥系統(tǒng)，其制備材料的基本性質(zhì)是無毒、穩(wěn)定、有良好的生 物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。5.3 在生活中的應(yīng)用抹布、瓷磚、磁卡，化纖制品、紡織品、冰箱、洗衣機、餐具中添 加納米微粒，可以除味殺菌；用摻入納米微粒的水泥、混凝土建成樓 房，可以吸收、降解汽車尾氣；化纖布料加入少量的金屬納米微粒就可以擺脫因摩擦而引起的靜電現(xiàn)象； 食品制造采用納米技術(shù)，可以幫 助我們提高腸胃吸收能力；使用納米微粒的燈泡，可以提高發(fā)光效率； 納米管元件組裝的計算機將替代現(xiàn)今的“巨型”計算機。5.4 納米熒光材料的應(yīng)用21世紀(jì)是生命與信息科學(xué)的世紀(jì)，而生物芯片無疑是這一世紀(jì)迅 速發(fā)展最熱點的前沿領(lǐng)域之一。生物芯片是在多種固

25、定化載體上刻蝕 具有多種性能的生物反應(yīng)器。大多數(shù)特異性生物芯片都要使用標(biāo)記 物。目前使用最多的是發(fā)光標(biāo)記物，其中納米粒子發(fā)光標(biāo)記物具有更 高的量子產(chǎn)率，更長的發(fā)光壽命，而且性能穩(wěn)定。在標(biāo)記生物大分子， 生物芯片研究中納米發(fā)光材料的使用已取得了顯著成效。另外，TiO 2納米粉在光催化分解污水中的有機毒物、 YO、Eu3+納米發(fā)光粉末在熒 光燈，等離子體顯示平板等眾多方面，納米發(fā)光材料使產(chǎn)品的性能獲 得更為顯著的改進。特別是半導(dǎo)體硫化物納米發(fā)光粒子在發(fā)光材料、 非線性光學(xué)材料、光敏感傳感器材料、光催化材料等方面均具有更為 廣闊的應(yīng)用前景。清華大學(xué)朱永法及張新榮教授預(yù)見納米材料作為催化劑的無損耗 特

26、點將為自動在線連續(xù)分析和化學(xué)發(fā)光傳感器敏感系統(tǒng)的長壽命響 應(yīng)提供進一步發(fā)展的空間。同時，免疫標(biāo)記技術(shù)與傳統(tǒng)的酶標(biāo)和熒光 技術(shù)相比，不僅有極高的靈敏度而且該標(biāo)記技術(shù)簡單，光譜信息豐富， 在免疫分析中有廣闊的應(yīng)用前景。我們實驗室采用液相離子交換法合成了 ZnS; Ag+（Cu+等）、CdS數(shù) 十種納米熒光材料。所制成的產(chǎn)品通過透射電鏡觀察粒子形貌，如ZnSCf粒子(500 C下煅燒)為球形結(jié)構(gòu)且粒徑在100 nm以內(nèi)。但也 有不理想的地方，如納米微粒的晶型不夠理想有一定的團聚現(xiàn)象。導(dǎo) 致此結(jié)果的原因可能是煅燒的溫度不夠高。通過熒光分析顯示，大多數(shù)樣品為熒光材料，如ZnSAg+粒子(500 C灼燒獲

27、得)在最大激發(fā)波 長為480nm下掃描，獲得的最大發(fā)射波長為670nm且具有較強的熒光 強度。6. 納米材料的展望納米材料作為一種新型的材料，已經(jīng)展示了良好的應(yīng)用前景，引起 了人們的高度重視。隨著對納米材料研究的日趨深入，必將對科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深遠的影響。但納米材料是一個比較新的研究領(lǐng)域，研究涉及到物理、化學(xué)、化工、材料等眾多學(xué)科，到目前還未形成完整的理論 體系。雖然對納米材料的研究取得了重大進展，但也有許多問題期待解決.為了進一步推動納米材料的應(yīng)用和開發(fā) ，尚須在以下幾個方面 展開進一步的研究：(1) 納米材料的人工制備與合成技術(shù)納米材料中的微孔隙和微缺陷對材料性能有顯著作用，因此制備出均勻的無

28、微孔隙納米材料樣品對納米材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究 是至關(guān)重要的。因此，如何運用適當(dāng)工藝制備，以便能制出成本低廉、 無微空隙、無雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)致密、晶粒尺寸均勻的大尺寸納米材料成為 納米材料的制備及合成技術(shù)研究的熱點。(2) 納米材料的宏觀性質(zhì)研究如何提高和改善對納米材料的性能，如力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性 能的測試技術(shù)，以便能準(zhǔn)確地掌握納米材料性能的本質(zhì)特征，為納米 材料在高技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，是當(dāng)前期待解決的一個很重要 的課題。(3) 納米材料的微觀結(jié)構(gòu)的研究不僅納米材料的晶粒尺寸變化和界面結(jié)構(gòu)對其性能有重大影響，而且納米材料晶粒內(nèi)部的變化(如晶格畸變)對它的性能也有一定的影 響，因此尚須

29、對納米材料的微觀結(jié)構(gòu)作進一步深入的研究。(4) 納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)之間關(guān)系的研究納米材料的奇異性質(zhì)是如何依賴于微觀結(jié)構(gòu)的。反之 ，如何利用微 觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計與控制，發(fā)展具有新穎性能的納米材料，以拓寬納米材 料的應(yīng)用領(lǐng)域。(5) 納米材料應(yīng)用研究雖然納米材料已在航空航天、信息、能源及生物醫(yī)學(xué)上得到了應(yīng)用， 但它的廣泛應(yīng)用還依賴于制備和合成技術(shù)的發(fā)展和完善，以及人們對其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的進一步的認(rèn)識和理解。參考文獻1 嚴(yán)東生.納米材料的合成與制備無機材料學(xué)報，1995,10(1): 162 李新勇，李樹本.納米半導(dǎo)體研究進展.化學(xué)進展 1996,8(3): 2312393 趙曉明.納米材料的特性