纳米材料的初步了解与其应用.doc

纳米科技的初步了解与其应用学号：20120511447 姓名：张倒红 摘要：主要介绍了对纳米材料的初步认识，对纳米材料的特殊性能以及特点做以讲解和分析；并介绍纳米技术在科技领域以及医学领域的广泛应用。关键词：纳米材料；纳米技术； 应用。在我们广袤的自然界无处不体现着纳米科学的内涵，在我国古代的一些古铜器以及古瓷器表面均有纳米级的晶粒。在1959年，著名的物理学家、诺贝尔奖获得者费曼（Feynman)首次提出了按人类意愿任意的操作单个原子与分子的假想，也预言了纳米科技的出现。到了21世纪的今天，纳米科技的发展对我们的科技做了极大的贡献，很多科学家认为，纳米技术和信息技术将成为现代高科技和新型学科发展的基础和关键。1 纳米科技的背景纳米是一个长度单位，如同我们经常使用的厘米、微米、毫米等 ；在自然界我们都知道物质存在宏观领域和单个原子、分子这样的微观领域，然而，存在于宏观领域和微观领域的这部分叫作“介观领域”，这个领域中包括了从微米、亚微米、纳米到团簇尺寸的范围。从广义上来说凡事出现量子相干输运的体系都称为介观体系，但是由于目前通常把亚微米级体系有关现象的研究称为 介观领域，这样纳米体系和团簇就从这种“狭义”的介观范围内独立出来，专门性的称为了“纳米体系”。1.1 纳米材料然而纳米材料是我们纳米科技发展的一个重要基础，也是进行纳米科技研究的主要对象。我们刚开始将直径在1100nm的粒子进行了研究，但是我们在20世纪60年代时才开始真正有意识地把纳米粒子作为了研究对象。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或者由它们作为一个基本单元构成的材料；包括纳米超微粒、纳米块体材料和纳米复合材料等等。比较典型的纳米材料的分类，比如纳米颗粒，纳米颗粒的研究开发的时间最长，技术也是最为成熟，是我们制备很多其他纳米材料的基础。纳米颗粒的指粒度一般在1100nm的颗粒或者是粉末。纳米颗粒在催化、滤波、光吸收、医药、磁介质以及新型材料等方面有着广阔的应用前景。哈有典型的纳米材料分类，诸如纳米管，它的典型代表是纳米碳管；纳米碳管的管壁是一种类似于石墨片的碳六边形网状结构。也就是说纳米碳管是由碳六边形环构成 ，每个碳与周围的三个碳原子相邻，碳-碳之间通过sp2杂化键结合，展开在平面上 ，实际上就是石墨片的结构，所以简单的说，碳纳米管可以看成是石墨片卷成圆筒状而生成的。当纳米材料的结构进入纳米尺度调制的范围时，就会出现小尺寸效应，表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米效应。纳米的表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后又引起的性质上的变化。随着粒径的减小，纳米粒子的表面的原子数、比表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。表面原子 处于裸露状态周围缺少相邻的原子，有许多的剩余的键力，很容易和其它原子结合而最后处于稳定状态，具有较高的化学活性。所以利用纳米材料的这一效应下所表现出来的特性，我们可以在火箭固体燃料中掺杂Al纳米晶，可以提高其燃烧效率，它起了一定的催化作用。1.2 纳米科技纳米科技和纳米材料的出现时间并不长，但是它的发展速度却十分之快。目前我们的纳米科技与生物技术、信息技术成为推动人类未来发展的三大主流科技。在信息技术。生物与农业技术。环境能源、生命医学以及航空航天等各个方面有着广泛的应用。我们可以利用纳米科技可以从原子和分子开始制造材料 和产品。通过这种从小到大的制造方式，我们需要的制造材料就会减少，所消耗的能源也会减少，从而对我们的空气等造成的污染就会减少。除此之外通过精确的控制尺寸和组成来合成纳米结构单元，然后再将其组合成具有独特性质和功能的较大结构，制备 更轻，更强的材料。这些想法在我们现在逐步发展的纳米技术下是可以实现的，在纳米科技的发展下，人类未来的社会科技发展会越来越高效，越来越科学。2 纳米科技的应用随着人们对纳米材料的发现和研究，纳米科技在各个领域都有所贡献大到对航空航天领域的贡献，小到在人们日常生活的处处应用。纳米技术也成为人类未来发展的主流科技。2.1 纳米技术在材料制造方面的应用科学家们期望能够在材料中加进像生命一样 复杂的功能，创造出具有像生命一样行为的合成物，使材料变得聪明；比如混凝土能在内部检测到强度下降的征兆，或者能够对外来的腐蚀作出一定的响应，并且释放一定的化学物质来抵抗外界腐蚀。当然人们还可能制造出能在任何地点、任何时间改变形状和颜色以便与环境相适应的似“变色龙”的伪装材料，还可以制造出具有自我修复功能的合金，会自动的填充。所以，在不就的将来人们可以期望借助纳米科技开发出许许多多你目前在自然界还没有出现的材料，为人们的生活和科技带来一大进步。2.2 纳米技术在化学工艺领域的应用纳米材料在化工领域的应用是在最近几年才发展起来的，当然纳米技术在化工领域展现了它的独特魅力。催化剂是在化工领域重要的化学反应所需物质。传统的催化剂效率过低，从而造成了资源和材料的极大浪费，而且对环境也造成了很大的污染。纳米微粒由于尺寸较小，表面所占的体积百分数较大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置加强，所以就使它具备了催化剂的基本条件。在纳米材料在催化这一方面的应用中主要有纳米粒子的化学催化、半导体纳米粒子的光催化、纳米金属、半导体粒子的热催化。还有化工艺的涂料方面有着极为广泛的应用。2.3纳米技术在环保以及能源领域方面的应用随着我们利用纳米材料和纳米技术对环境保护和治理方面的深入研究，我们在此项工作上已经取得了良好的前景。大气污染一直是我们各国所面临的问题，也是所以需要解决的难题，空气中有害气体的超标对人类的健康造成了巨大的威胁。然而，纳米材料和纳米技术的应用可以解决产生这些气体的污染源的问题。最新的研究成果表明，复合稀土化物的纳米级粉体有非常强的氧化还原性能，它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳和氮氢化合物的污染问题。以活性炭作为载体，纳米粉体作为催化活性体的汽车尾气净化催化剂，可在氧化一氧化碳时还原氮氧化物，使它们转化为对人体和环境无害的气体；还纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氧化二铝的1020倍。2.4 纳米技术在生物工程中的应用纳米科技和生物技术是21世纪的前沿科学技术，纳米工程是纳米技术和生物工程相结合的产物，因此，两者的交叉形成了新的科技前沿，有希望得到广泛的应用。比如纳米技术在生物医学生的应用有细胞的移植，美国俄亥俄州大学生物医学中心研制出一种微小的中心硅颗粒，可把正常的细胞放入其中，植入患者体内代替那些丧失功能的细胞。3 结论纳米材料和纳米技术是21世纪较为前沿的科技，我们只有通过对纳米材料的不断深入研究，研究纳米材料的新型的性质功能和特性，通过对其这些功能特性的认识和分析研究过后，利用纳米技术使其发挥更大的作用，让纳米技术更多的应用到人类社会、科技发展中去，为人类的科技进步做出更大的贡献。知识是无止境的，需要的是人们不停的追求和探索，科学也一样，需要我们不断的探索，才可以有大的突破和贡献。4 参考文献1 杨志尹，纳米科技M.北京：机械工业出版社，2007.2 张立德，纳米材料M北京：化学工业出版社，2000.3 许并社，纳米材料及应用技术M.北京：化学工业出版社，2004.4 施利毅，纳米材料M，上海：华东理工大学出版社，2007.5 刘登明，纳米技术在节能以及环保方面的应用J，内江科技，2003（2）：23