納米材料與納米科技暑期學(xué)校

納米材料與納米科技2021暑期班報(bào)告人吳莉莉材料物理化學(xué)研究所E-mail:wulili@Tel:(883)92724———美麗的小世界提綱認(rèn)識(shí)納米

納米材料概念與分類納米材料的應(yīng)用納米材料的制備方法

國(guó)內(nèi)外納米技術(shù)進(jìn)展1納米(nm):1米的十億分之一是一個(gè)物理學(xué)上的長(zhǎng)度單位，是一個(gè)尺度概念相當(dāng)于45個(gè)原子排列起來的長(zhǎng)度頭發(fā)的直徑：相當(dāng)于萬(wàn)分之一頭發(fā)絲粗細(xì)氫原子的直徑：0.08nm

非金屬原子直徑一般為0.1~0.2nm

金屬原子的直徑為0.3~0.4nm一、認(rèn)識(shí)納米nanometer

納米是什么東東？中國(guó)古代字畫之所以歷經(jīng)千年而不褪色，是因?yàn)樗玫哪怯杉{米級(jí)的碳黑組成。中國(guó)古代銅鏡外表的防銹層也被證明是由納米氧化錫顆粒構(gòu)成的薄膜。蛋白質(zhì)、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范圍細(xì)胞中的一些結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機(jī)械〞，細(xì)胞象一個(gè)“納米工廠〞納米結(jié)構(gòu)是生命現(xiàn)象中根本的東西蓮花荷葉出污泥而不染:“荷葉效應(yīng)〞進(jìn)一步認(rèn)識(shí)納米軍事居家航天醫(yī)學(xué)能源環(huán)保信息納米科技進(jìn)一步認(rèn)識(shí)納米汽車尾氣含鉛汽油中的鉛很容易通過血液長(zhǎng)期蓄積于人的肝、腎、脾、肺和大腦中，從而導(dǎo)致人的智能發(fā)育障礙和血色素制造障礙等后果。汽車尾氣的處理：參加納米級(jí)的復(fù)合稀土氧化物后，對(duì)尾氣的凈化特別明顯，尾氣中的CO、NOx幾乎完全轉(zhuǎn)化。拯救水資源特種半導(dǎo)體納米材料使海水淡化；納米TiO2可以用來降解有機(jī)磷，降解毛紡染整廢水，降解石油……納米碳管

碳納米管尺寸盡管只有頭發(fā)絲的十萬(wàn)分之一，但它的導(dǎo)電率是銅的1萬(wàn)倍，它的強(qiáng)度是鋼的100倍而重量只有鋼的七分之一。它像金剛石那樣硬，卻有柔韌性，可以拉伸。它的熔點(diǎn)是材料中最高的。如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球外表，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們?cè)谠虑蚨ň泳秃苋菀琢恕?0—100億美元納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的開展方向。把碳納米管用作轉(zhuǎn)子的納米馬達(dá)圖像

納米清潔工科學(xué)家設(shè)想制造出負(fù)責(zé)清掃血管的納米機(jī)器人〔清潔工〕，專門負(fù)責(zé)清掃血管壁上的膽固醇、凝血等沉積物，以預(yù)防腦血栓等心血管病；同時(shí)也可以制作出清掃體內(nèi)癌細(xì)胞的機(jī)器人。具有易潔納米涂層的陶瓷摔不碎的納米陶瓷納米陶瓷強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅納米銅走進(jìn)你家里納米TiO2：在光照條件下，會(huì)產(chǎn)生具有非常強(qiáng)的氧化能力的空穴，從而將附在外表上的有機(jī)物、細(xì)菌及其它灰塵分解掉，直至生成CO2和H2O。殺菌、除味：由于納米ZnO具有大的比外表積，可以很快地吸收并分解臭氣，同時(shí)還能有效地殺菌。對(duì)黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率高達(dá)95%以上。走進(jìn)你家里納米服裝

二個(gè)月不用洗——信不信由你2002年，一批高科技服裝面料從實(shí)驗(yàn)室走上了展臺(tái)：不用洗滌劑也能清潔的衣物、可用做防水地圖的仿真絲面料等令人耳目一新防彈衣因納米碳管既輕又強(qiáng)度極高，是鋼的10—100倍，用它來作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來疊去，又能抵御強(qiáng)大的子彈的沖擊力。二、納米材料和納米科技概述

1.納米科技的概念納米科技是面向尺寸在1~100nm之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用以及在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)特有功能和智能作用的技術(shù)問題。納米技術(shù)是在納米尺度上對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行研究和處理的技術(shù)納米技術(shù)概念的提出40年前，諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、量子物理學(xué)家費(fèi)曼所作的題為?底部還有很大空間?的演講，被公認(rèn)為是納米技術(shù)思想的來源提出納米技術(shù)

概念的科學(xué)家

費(fèi)曼

〔1918~1988〕

納米科技分為四個(gè)學(xué)科：納米物理學(xué)納米化學(xué)納米材料學(xué)納米生物學(xué)三個(gè)研究領(lǐng)域納米材料納米器件納米尺度的檢測(cè)與表征納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的根底。掃描隧道顯微鏡(STM)等檢測(cè)設(shè)備在納米科技中占有重要的地位，它貫穿到各個(gè)分支領(lǐng)域中，以其為分析和加工手段所做的工作占一半以上。2.納米材料的概念

納米材料是指納米微粒(nanoparticles)和由它們組成的納米固體(nanostructuredmaterials)。

從廣義講，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1~100nm)或由它們作為根本單元構(gòu)成的材料。納米微粒(又稱為團(tuán)簇、納米粒子和量子點(diǎn)等)是指顆粒尺寸為納米量級(jí)的超細(xì)微粒，是研究納米材料的基礎(chǔ)。隨著研究的不斷深入，納米材料的概念不斷拓寬，內(nèi)涵不斷擴(kuò)大。組成無機(jī)納米材料有機(jī)納米材料無機(jī)復(fù)合納米材料有機(jī)/無機(jī)復(fù)合納米材料生物納米材料物理性質(zhì)半導(dǎo)體納米材料磁性納米材料導(dǎo)體納米材料超硬納米材料3.納米材料的分類

4.納米材料的微觀結(jié)構(gòu)納米顆粒與量子點(diǎn)納米空心球納米棒與納米線、納米帶

納米材料與常規(guī)材料相比具有迥異的光、熱、電、磁、聲等特性，使得納米材料在光學(xué)材料、催化材料、磁性材料、電子材料、以及高強(qiáng)、高密度材料的燒結(jié)、催化傳感等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。納米材料為什么這么神奇？4.納米材料的根本效應(yīng)

體積效應(yīng)(小尺寸效應(yīng))外表效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)體積效應(yīng)由于納米粒子體積極小，所包含的原子數(shù)很少，相應(yīng)的質(zhì)量極小。因此，許多現(xiàn)象就不能用通常有無限個(gè)原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說明，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)。當(dāng)納米粒子的尺寸與光波的波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)體的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞；納米微粒的外表層附近原子密度減小，導(dǎo)致磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，即呈現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。例如，隨著納米粒子尺寸的減小，光吸收顯著增加，產(chǎn)生吸收峰等離子共振頻移，利用這種性質(zhì)通過改變顆粒尺寸來控制吸收邊位移，可以制造具有一定頻寬的微波吸收材料，用于電磁屏蔽和制造隱形飛機(jī)等；又如，納米粒子的熔點(diǎn)可以遠(yuǎn)低于相應(yīng)的體相材料，因此可以為陶瓷制造和粉末冶金工業(yè)降低反應(yīng)溫度和能耗。熔點(diǎn)降低:Au 1064℃2nmAu 327℃Cu 1083℃20nmCu 39℃Ag 900℃納米Ag 100℃外表效應(yīng)納米材料的外表效應(yīng)是指納米粒子的外表原子數(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。

納米微粒處在1~100nm的小尺寸區(qū)域，必然使外表原子所占的比例增大，外表能增高。當(dāng)外表原子增加到一定程度，粒子性能更多的由外表原子而不是晶格原子決定。外表原子數(shù)增多，不飽和的原子配位和高外表能使外表原子帶有許多懸空鍵，導(dǎo)致納米微粒外表存在許多缺陷，從而使外表有很高的活性，極不穩(wěn)定，易與其它原子結(jié)合。對(duì)納米微粒的光學(xué)、光化學(xué)、電學(xué)及非線性光學(xué)性質(zhì)等具有重要影響表1-1納米粒子尺寸與外表原子數(shù)的關(guān)系Table1-1therelationshipofthesizeandsurfaceatomicnumberofnanoparticles粒徑(nm)包含原子總數(shù)(個(gè))表面原子所占比例(%)202.5×10510103.0×1042054.0×1034022.5×1028013099外表積增大，外表能增大:例如Cu粒徑 外表積(m2/g) 外表能(J/mol)100nm 6.6 59010nm 66 59001nm 660 59000

當(dāng)金屬或半導(dǎo)體從三維減少到零維時(shí)，載流子(電子、空穴)在各個(gè)方向上均受限。量子尺寸效應(yīng)就是指當(dāng)粒子尺寸下降到接近或小于某一值(激子波爾半徑)時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象。金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)一般是連續(xù)的，對(duì)于只有有限導(dǎo)電電子的納米微粒而言，低溫下能級(jí)是離散的，這就使能量子尺寸效應(yīng)級(jí)間有一定值，即能級(jí)發(fā)生分裂。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、光子能量或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，必然因量子效應(yīng)導(dǎo)致納米材料與常規(guī)材料相比具有迥異的光、熱、電、磁、聲等特性。同時(shí)納米微粒也由于能級(jí)改變產(chǎn)生一系列特殊性質(zhì)，如高的光學(xué)非線性、奇異的催化和光催化性質(zhì)等。不同催化劑對(duì)丙烯酸降解率的影響a市售TiO2b普通化學(xué)法制備的TiO2/Fe2O3(0.03%)cSCFD制備的TiO2dSCFD制備的TiO2/Fe2O3(0.03%)量子物理中把粒子能夠穿過比它動(dòng)能更高勢(shì)壘的物理現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)(MicroQuantumTunnelingEffect).是未來微電子器件的根底，考慮微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，微電子器件進(jìn)一步細(xì)微化，必須要考慮上述量子效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)二、納米材料的應(yīng)用納米材料可以干嘛用？1、陶瓷增韌陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。納米陶瓷●磁流體〔磁性液體材料〕強(qiáng)磁性納米微粒外包覆一層長(zhǎng)鏈的外表活性劑，并穩(wěn)定地分散在基液中形成膠體，具有強(qiáng)磁性，又具有液體的流動(dòng)性。2、磁性材料典型材料：納米Fe3O4〔10nm〕分散到含有油酸的水中，再經(jīng)脫水分散在基液中。應(yīng)用：在旋轉(zhuǎn)軸防塵動(dòng)態(tài)密封，例如計(jì)算機(jī)硬盤軸處防塵密封?！翊庞涗洸牧?1世紀(jì)信息記錄材料，1cm2面積需記錄1000萬(wàn)條以上的信息.粒子不能小于超磁性的臨界尺寸(約10nm)，而且對(duì)形貌有要求，針狀磁性粒子，一般選用Fe2O3包Co或CrO2Fe及Ba鐵氧體?！窦{米微晶軟磁材料

Fe-Si-B是非晶態(tài)的軟磁材料，參加Cu、Nb有利于鐵微晶的成核及細(xì)化，廣泛應(yīng)用于各種變壓器(脈沖、高頻)、傳感器、磁開關(guān)。2、納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用納米粒子外表活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反響效率，控制反響速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反響也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反響速度提高10～15倍。金屬納米粒子的催化作用貴金屬納米粒子作為催化劑已成功地應(yīng)用到高分子高聚物的氫化反響上，例如納米粒子銠在氫化反響中顯示了極高的活性和良好的選擇性。烯烴雙鍵上往往連有尺寸較大的基團(tuán)，致使雙鍵很難翻開，假設(shè)加上粒徑為lnm的銠微粒，可使翻開雙鍵變得容易，使氫化反響順利進(jìn)行。半導(dǎo)體納米粒子的光催化

半導(dǎo)體的光催化效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來，一直引起人們的重視，原因在于這種效應(yīng)在環(huán)保、水質(zhì)處理、有機(jī)物降解、失效農(nóng)藥降解等方面有重要的應(yīng)用。常用的光催化半導(dǎo)體納米粒子有TiO2(銳鐵礦相)、Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等。

納米金屬、半導(dǎo)體粒子的熱催化

金屬納米粒子十分活潑，可以作為助燃劑在燃料中使用。也可以摻雜到高能密度的材料，如炸藥，增加爆炸效率；也可以作為引爆劑進(jìn)行使用。為了提高熱燃燒效率，將金屬納米粒子和半導(dǎo)體納米粒子摻雜到燃料中，以提高燃燒的效率，因此這類材料在火箭助推器和煤中作助燃劑。目前，納米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃劑。3納米材料在光學(xué)方面的應(yīng)用

納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性，如光學(xué)非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等，都與納米微粒的尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。研究說明，利用納米微粒的特殊的光學(xué)特性制成的各種光學(xué)材料將在日常生活和高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前關(guān)于這方面研究還處在實(shí)驗(yàn)室階段，有的得到了推廣應(yīng)用。紅外反射材料高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就說明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少局部轉(zhuǎn)化為光能來照明。同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個(gè)問題提供了一個(gè)新的途徑。20世紀(jì)80年代以來，人們用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干預(yù)膜，總厚度為微米級(jí)，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。有人估計(jì)這種燈泡亮度與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝嗤瑫r(shí)，可節(jié)省約15％的電能。優(yōu)異的光吸收材料納米微粒的量子尺寸效應(yīng)等使它對(duì)某種波長(zhǎng)的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象。納米微粒粉體對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收帶有寬化現(xiàn)象。納米微粒的紫外吸收材料就是利用這兩個(gè)特性。目前，對(duì)紫外吸收好的幾種材料有：30～40nm的TiO2納米粒子的樹脂膜；Fe2O3納米微粒的聚酯樹脂膜。前者對(duì)400nm波長(zhǎng)以下的紫外光有極強(qiáng)的吸收能力，后者對(duì)600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半導(dǎo)體器件的紫外線過濾器。隱身材料由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而到達(dá)隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比外表積比常規(guī)粗粉大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。美國(guó)F117隱形轟炸機(jī)機(jī)美國(guó)B2隱形轟炸機(jī)治理有害氣體方面的應(yīng)用4.納米材料在環(huán)境保護(hù)方面的作用

對(duì)室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲笨等的研究結(jié)果說明，光催化劑可以很好地降解這些物質(zhì)，其中納米TiO2的降解效率最好，將近到達(dá)100％。其降解機(jī)理是在光照條件下將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機(jī)酸。納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢氣處理，改善廠區(qū)周圍空氣質(zhì)量。污水處理污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細(xì)菌病毒等。污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、本錢高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。新的一種納米技術(shù)可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級(jí)凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10~20倍。高效的殺菌劑

一般常用的殺菌劑Ag、Cu等能使細(xì)胞失去活性，但細(xì)菌被殺死后，可釋放出致熱和有毒的組分如內(nèi)毒素。內(nèi)毒素是致命物質(zhì)，可引起傷寒、霍亂等疾病。利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細(xì)菌，而且能同時(shí)降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物。在醫(yī)院的病房、手術(shù)室及生活空間細(xì)菌密集場(chǎng)所安放納米TiO2光催化劑還具有除臭作用。自潔作用納米TiO2由于其外表具有超親水性和超親油性，因此其外表具有自清潔效應(yīng)，即其外表具有防污、防霧、易洗、易干等特點(diǎn)。我國(guó)新近研制成功一種具備自動(dòng)清潔功能，可以自動(dòng)消除異味、殺菌消毒的“納米自潔凈玻璃〞?！凹{米自潔凈玻璃〞是應(yīng)用高科技納米技術(shù)在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜，薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物，氧化室內(nèi)有害氣體，殺滅空氣中的各種細(xì)菌和病毒。這種玻璃與普通玻璃的價(jià)格比預(yù)計(jì)為1.5：1。粘合劑和密封膠

國(guó)外已將納米材料如納米SiO2作為添加劑參加到粘合劑和密封膠中，使粘合劑的粘結(jié)效果和密封膠的密封性都大大提高。其作用機(jī)理是在納米SiO2的外表包覆一層有機(jī)材料，使之具有親水性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，提高粘接效果，由于顆粒尺寸小，更增加了膠的密封性。5納米材料在精細(xì)化工方面的應(yīng)用涂料在各類涂料中添加納米SiO2可使其抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地提高，涂料的質(zhì)量和檔次自然升級(jí)。因納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料〔即抗老化〕，加之其極微小顆粒的比外表積大，能在涂料枯燥時(shí)很快形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加涂料的強(qiáng)度和光潔度。6納米材料在其它方面的應(yīng)用醫(yī)學(xué)將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中，并通過一定的機(jī)制來激發(fā)藥劑的釋放，那么可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測(cè)少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。納米機(jī)器人采用納米大分子：“生物部件〞與小分子無機(jī)物晶體結(jié)構(gòu)組合，采用納米電子學(xué)控制裝配成納米機(jī)器人，將會(huì)給人類醫(yī)學(xué)科技帶來深刻的革命，使現(xiàn)在許多的疑難病癥得到解決。這些分子機(jī)器人以光感應(yīng)器作開關(guān)，從溶解在血液中的葡萄糖和氧氣中獲得能量，并按編制好的程序探體內(nèi)物體，以醫(yī)師預(yù)先編制的程序進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，去除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，吞噬病毒和組織破碎細(xì)胞，殺死癌細(xì)胞，監(jiān)視體內(nèi)的病變等。納米機(jī)器人還可以用來進(jìn)行人體器官修復(fù)工作，如修復(fù)損壞的器官和組織，做整容手術(shù)，進(jìn)行基因裝配工作，從基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安裝在基因中，使機(jī)體恢復(fù)正常功能。將由納米硅晶片制成的存儲(chǔ)器〔ROM〕微型設(shè)備植入大腦中，與神經(jīng)通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經(jīng)性疾病。家電用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用作電冰除霜、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。

電子計(jì)算機(jī)和電子工業(yè)存儲(chǔ)容量為目前芯片上千倍，計(jì)算機(jī)在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦〞。

紡織工業(yè)在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可制得滿足國(guó)防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。

機(jī)械工業(yè)采用納米材料技術(shù)對(duì)機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬外表納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。

三、納米材料的制備方法簡(jiǎn)介

自上而下〔top-down〕體相材料分裂而制得所需納米尺寸的納米材料；自下而上〔bottom-up〕從小的原子、分子組件組裝成納米材料或器件。表1納米材料制備方法分類Table1theclassificationofnano-materialpreparationmethods方法方法舉例氣相法激光誘導(dǎo)氣相沉積法(LICVD)，化學(xué)氣相凝聚法(CVC)，濺射法，流動(dòng)液面上的真空蒸鍍法，混合等離子法，加熱蒸發(fā)爆炸絲法等液相法溶膠—凝膠法，沉淀法，水熱法，溶劑熱法，噴霧法，輻射化學(xué)合成法，微乳液法等固相法非晶晶化法，高能球磨法等方法舉例：名稱制備方法特點(diǎn)機(jī)械粉碎法(高能球磨法和超聲粉碎法)利用球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)使硬球?qū)υ线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌，把金屬或合金粉末粉碎為納米級(jí)微粒，還可通過顆粒間的固相反應(yīng)直接合成化合物優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量高、易放大缺點(diǎn)：制得晶粒尺寸不均勻，易引入某些雜質(zhì)真空冷凝法

用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。優(yōu)點(diǎn)：純度高、結(jié)晶組織好、粒度可控缺點(diǎn)：對(duì)技術(shù)設(shè)備要求較高濺射法用兩塊金屬板分別作為陽(yáng)極和陰極(蒸發(fā)用材料)。在兩極間充入Ar氣，并施加電壓，通過兩極間的輝光放電電離出Ar離子轟擊陰極靶材，從而使靶材原子從其表面蒸發(fā)出來形成超微粒子沉積下來優(yōu)點(diǎn)：可制備低熔點(diǎn)和高熔點(diǎn)的納米金屬溶膠—凝膠法將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化、干燥、焙燒最后得到無機(jī)納米材料用于制備氧化物和陶瓷粉體，燒結(jié)活性較高水熱合成法

高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。其特點(diǎn)純度高，分散性好、粒度易控制。模板合成法硬模板法軟模板法通過合成適宜尺寸和結(jié)構(gòu)的模板作為主體，在其中生成作為客體的納米微粒，通過選定的組裝模板與納米顆粒之間的識(shí)別作用，可獲得預(yù)期的尺寸和形狀的納米材料，組裝過程中模板具有指導(dǎo)作用。優(yōu)點(diǎn)：粒徑尺寸及形態(tài)可控缺點(diǎn)：需要除去模板硬模板：主要包括碳納米管、多孔氧化鋁軟模板：一般指沒有固定的組織結(jié)構(gòu)而在一定空間范圍內(nèi)具有限閾能力的分子體系，主要包括高分子模板、液相反響體系中的外表活性劑分子形成的膠束模板、單分子層模板、液晶模板以及其他與模板法相關(guān)的溶液控制體系。四、國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展1990年，IBM公司用原子排出“IBM〞美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司的科學(xué)家利用隧道掃描顯微鏡上的探針，在鎳外表用36個(gè)氙原子排出“IBM〞三個(gè)字母。科學(xué)家們從這種能操縱單個(gè)原子的納米技術(shù)中,看到了設(shè)計(jì)和制造分子大小的器件的希望。1991年，NEC實(shí)驗(yàn)室觀察到碳納米管合成了其它納米管材料2000年10月，美國(guó)賓州大學(xué)研究人員在Science上發(fā)表文章稱納米碳管的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，卻具有超過鋼100倍的強(qiáng)度。不僅具有良好的導(dǎo)電性能,還是目前最好的導(dǎo)熱材料。納米碳管優(yōu)異的導(dǎo)熱性能將使它成為今后計(jì)算機(jī)芯片的熱沉，也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等的各種高溫部件的防護(hù)材料。最新的研究說明，碳納米管當(dāng)中的空腔不僅可以充當(dāng)微型試管、模具或模板，而且將第二種物質(zhì)封存在這個(gè)約束空間還會(huì)誘導(dǎo)其具備在宏觀材料中看不到的結(jié)構(gòu)和行為。朗訊公司和牛津大學(xué):納米鑷子碳納米管“秤〞，稱量一個(gè)病毒的重量稱量單個(gè)原子重量的“納米秤〞納米發(fā)電機(jī)圖片說明：王中林手中拿著的是納米發(fā)電機(jī)的原型。它由一系列氧化鋅納米線構(gòu)成。2006，當(dāng)原子力顯微鏡探針掃過納米線陣列時(shí)，壓電電荷釋放的三維電壓/電流信號(hào)圖2021，通過在彈性纖維上生長(zhǎng)氧化鋅納米線，他們成功地將纖維的低頻震動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能，納米技術(shù)在美國(guó)2021年:80萬(wàn)納米科技人才,GDP1萬(wàn)億美元,200萬(wàn)個(gè)就業(yè)時(shí)機(jī)能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一制定了“國(guó)家納米技術(shù)建議〞(NNI):納米材料納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué)軍工:隱形飛機(jī)外表涂料、艦船外表納米涂料美國(guó)總統(tǒng)布什日簽署了?21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案?，批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開發(fā)納米技術(shù)在日本1962年,久保(Kubo):久保理論國(guó)會(huì):21世紀(jì)前20年的立國(guó)之本著名大企業(yè):納米實(shí)用化技術(shù)的方案三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣納米技術(shù)在其它國(guó)家韓國(guó)：全國(guó)納米技術(shù)研究院、納米顯示技術(shù)印度：像抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣抓納米科技德國(guó)：把開展納米技術(shù)定位在新能源、新環(huán)境，全面帶動(dòng)納米技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的開展法國(guó)：國(guó)家納米科技中心、納米產(chǎn)業(yè)基金世界都在迎接納米時(shí)代的到來納米技術(shù)在中國(guó)1993年，中科院操縱原子寫字中科院物理所制備出大面積碳納米管陣列;合成了當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的纖維級(jí)碳納米管中國(guó)科技大學(xué):氮化鎵粉體清華大學(xué):氮化鎵納米棒范守善教授制備出直徑為3-50納米、長(zhǎng)度達(dá)微米量級(jí)的氮化鎵納米棒，首次把氮化鎵制備成一維納米晶體，提出碳納米管限制反響的概念。中國(guó)科技大學(xué):從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽(yù)為“稻草變黃金〞中科院化冶所“七五攻關(guān)〞:納米碳化硅“八五863〞:納米阻燃劑中科院化學(xué)所納米領(lǐng)帶超雙疏性界面材料防水、防油、防污、防褪色納米聚丙烯管材高強(qiáng)度、抑菌功能由上可見，在納米根底研究領(lǐng)域，中國(guó)并不落后自90年代初，科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院等單位就啟動(dòng)了有關(guān)納米材料的攀登方案、國(guó)家重點(diǎn)根底研究工程等，投入數(shù)千萬(wàn)元資金支持納米根底研究小結(jié)中國(guó)的納米科學(xué)家，在國(guó)際上取得了一系列令人矚目的成果，相繼在?Science?、?Nature?等權(quán)威雜志上發(fā)表了高水平的論文，使中國(guó)在納米材料根底研究方面，尤其是納米結(jié)構(gòu)的控制合成方面，走在比較前沿的位置，繼美、日、德之后，位居世界第四但是，在納米器件上總體來說研究層次還不是很高，手段離國(guó)外還有很大的差距。21世紀(jì)將是納米技術(shù)的時(shí)代，納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。納米材料是近幾年來最受關(guān)注的新材料之一，其重要意義越來越為人所認(rèn)識(shí)。已有人預(yù)言“本世紀(jì)五十年代重視微米技術(shù)的國(guó)家，現(xiàn)在都取得了很大的開展，同樣，現(xiàn)在重視納米科技的國(guó)家，將在二十一世紀(jì)獲得高速開展。〞IBM的首席科學(xué)家Amotrong也曾十分肯定的指出：“正像七十年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，納米科學(xué)技術(shù)將成為下世紀(jì)信息時(shí)代的核心。〞21世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，設(shè)計(jì)出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學(xué)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及開展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的根底。納米材料將成為材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)大放異彩的明星展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術(shù)的不斷開展，納米材料在精細(xì)化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會(huì)得到日益廣泛的應(yīng)用。納米科技開展到今天，距離納米時(shí)代的到來還有多遠(yuǎn)呢？白春禮說，“人類進(jìn)入納米科技時(shí)代的重要標(biāo)志是納米器件的研制水平和應(yīng)用程度。〞“納米研究目前還有許多根底研究在進(jìn)行中，在納米尺度上還有大量原理性問題尚待研究，納米科技現(xiàn)在的開展水平大概相當(dāng)于計(jì)算機(jī)技術(shù)在20世紀(jì)50年代的開展水平，人類最終進(jìn)入納米時(shí)代還需要30到50年的時(shí)間，50年后納米科技有可能像今天計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣普及。〞謝謝欣賞！四納米材料的研究進(jìn)展

及我國(guó)的研究狀況1993年，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室操縱原子成功寫出“中國(guó)〞二字，標(biāo)志著我國(guó)開始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地。九十年代以來，準(zhǔn)一維納米材料的研制一直是納米科技的前沿領(lǐng)域。1991年1月，日本筑波NEC實(shí)驗(yàn)室的飯島澄男(S.Iijima)首次用高分辨分析電鏡觀察到碳納米管，這些碳納米管為多層同軸管，也叫巴基管(Buckytube)。2000年10月，美國(guó)賓州大學(xué)研究人員在Science上發(fā)表文章稱，納米碳管的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，卻具有超過鋼100倍的強(qiáng)度。不僅具有良好的導(dǎo)電性能,還是目前最好的導(dǎo)熱材料。納米碳管優(yōu)異的導(dǎo)熱性能將使它成為今后計(jì)算機(jī)芯片的熱沉，也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等的各種高溫部件的防護(hù)材料。最新的研究說明，碳納米管當(dāng)中的空腔不僅可以充當(dāng)微型試管、模具或模板，而且將第二種物質(zhì)封存在這個(gè)約束空間還會(huì)誘導(dǎo)其具備在宏觀材料中看不到的結(jié)構(gòu)和行為。計(jì)算機(jī)模擬顯示，封存在碳納米管中的水能夠以新的冰相存在，在適宜的條件下，碳納米管中液相和固相的明顯界線將會(huì)消失，液體物質(zhì)將會(huì)連續(xù)地轉(zhuǎn)變成固體，而不發(fā)生明顯的凝固過程。1996年中科院物理所解思深研究員的研究組用化學(xué)氣相法制備出面積達(dá)3mm×3mm的大面積碳納米管陣列，它可用作極好的場(chǎng)發(fā)射平面顯示器件。他們還于1998年合成了當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的2毫米長(zhǎng)度的纖維級(jí)碳納米管。除了碳納米管外，科研人員還合成了其他的納米管材料，準(zhǔn)一維納米材料中除了空心的納米管以外還有實(shí)心的納米棒、納米線、量子線。1996年，中國(guó)科技大學(xué)謝毅博士利用苯熱合成法制備出產(chǎn)率很高、平均粒度為30nm的氮化鎵粉體。1997年，清華大學(xué)范守善教授制備出直徑為3-50納米、長(zhǎng)度達(dá)微米量級(jí)的氮化鎵納米棒，首次把氮化鎵制備成一維納米晶體，提出碳納米管限制反響的概念。1999年，他與美國(guó)斯坦福大學(xué)戴宏杰教授合作，實(shí)現(xiàn)硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長(zhǎng)。1997年，美國(guó)紐約大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，DNA〔脫氧核糖核酸〕可用于建造納米層次上的機(jī)械裝置。2000年，美國(guó)朗訊公司和英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家用DNA的堿基配對(duì)機(jī)制制造出了一種每條臂長(zhǎng)只有７納米的納米級(jí)鑷子。1999年，北京大學(xué)電子系薛增泉教授的研究組在將單壁