纳米材料的性能及应用

1、纳米材料的性能及应用纳米材料的性能及应用主要内容主要内容引言及纳米材料概述引言及纳米材料概述1纳米材料的制备纳米材料的制备23纳米材料的应用纳米材料的应用4纳米材料的表征纳米材料的表征一、引言及纳米材料概述一、引言及纳米材料概述 1.纳米科技研究的重要性纳米科技研究的重要性 2.什么是纳米材料什么是纳米材料 3.自然界的纳米材料自然界的纳米材料What is Nanotechnology? What does “nanotechnology” mean? What has nanotechnology done? What can we expect it to do? Is it an ev

2、olution or a revolution? How will it change industries? How will it change our lives?Nanoscience and nanotechnology concernsobjects that are extremely small.How small? Bigger than atoms, but smaller than you cansee with a light microscope.1 100 nanometers(3-4 atoms side by side = 1 nm) “纳米是什么？纳米是什么？

3、” 纳米其实是一种长度单位，纳米其实是一种长度单位，1纳米是纳米是1米的十米的十亿分之一亿分之一,相当于十个氢原子一个挨一个排起来的相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度。长度。20纳米相当于纳米相当于1根头发丝的三千分之一。根头发丝的三千分之一。What is Nanotechnology?Nanotechnology is about: Making small objects Manipulating small objects Creating new materials by varying the sizeof the objects Building structures fro

4、m small objectsWhy moving into nanoworldA. Intellectual driveMiniaturization is of interestLess space, faster, less materials, less energyMore important:Novel properties/phenomena/process-New structure and functions; Engineering beyond natureUnity and generality-At the building blocks of all natural

5、/artificial things, systemsMost efficient length scale for manufacturing-Less energy than for subatomic or macroscopicTranscendent effects: at the confluence of steams-Living/non-living; interdisciplinary; Relevance areasB. Promise of nanotechnology(example of societal implications)Knowledge base: b

6、etter comprehension of nature, life A new world of products: -$1trillion/ y in 10-15years-Materials beyond what chemistry can do:$340B/y in 10 years for materials and processing, (estimation by industry group)-Electronnics in 10-15 years: $300B/Y for semiconductor industry, times more for global int

7、egrated circuts (estimation by SIA)-Pharmaceutics in 10-15 years about half of production will depend on nanotechnology, affecting about $180B/Y Chemical plants in 10-15years:nanostructured catalysts in petroleum and chemical processing about $100B/YAerospace: about $70B/Y in 10 yearsTools(measureme

8、nt, simulation)-$22B/Y in 10y Improved healthcare: extend life-span, Its quality, human physical capabilities(-$31B in tools for healthcare in 10 years ) Sustainability: agriculture, water,energy( -45B/y in 10 years)materials,environment,exiting lighting energy reduction 10% or $100B/YPowerful Micro

9、scopes Cat Flea CdSe/ZnS NanocrystalFibroblast Cell on Pillars Sickled hemoglobin in red blood cellScanningElectronMicroscope(SEM)TransmissionElectronMicroscope(TEM)New Tools of the TradeScanning Tunneling Microscope Silicon Atoms1986 Nobel Prize in Physics: Binnig and Rohrer (1983)metal or semicond

10、uctor surfaceSTM操纵原子和分子 Xeon Ni CO物质中，让科学家能看到高电物质中，让科学家能看到高电子密度区域，从而推断单个原子密度区域，从而推断单个原子和分子所在的位置子和分子所在的位置铜片上的铁分子铜片上的铁分子2.自然界的纳米材料自然界的纳米材料植物的叶面，如荷叶植物的叶面，如荷叶 飞檐走壁的壁虎飞檐走壁的壁虎神奇水、蜥蜴奇上上神奇水、蜥蜴奇上上蜜的蜜的“罗盘罗盘”腹部的磁性纳米粒子腹部的磁性纳米粒子五彩斑的的蝴五彩斑的的蝴蜴会丝的的蜘蜴会丝的的蜘洁身自好的荷叶飞檐走壁的壁虎飞檐走壁的壁虎奇面上自由行走的奇水、蜥奇面上自由行走的奇水、蜥利用利用“罗盘罗盘”定位定位的蜜

11、的蜜五彩斑的的蝴五彩斑的的蝴蜴会丝的的蜘蜴会丝的的蜘二、纳米材料的制备How do you build nanometer-sized objects? Top Down (Lithography) Bottom Up (Self-Assembly)Lithography Putting It All Together (with the naked eye)Macroscopic Self-Assembly!Putting It All Together (from the bottom up!)MolecularSelf-Assembly!ChemicalBiologicalA. Chem

12、ical Vapor DepositionChemical reaction:ZnO and SnO NanobeltsSCIENCE VOL 291 9 MARCH 2001二氧化硅纳米线棒二氧化硅纳米线棒B. 奇热和溶剂热法（奇热和溶剂热法（hydrothermal Solvothermal Synthesis） 较高温度和较高压力下溶液中的化学合成。较高温度和较高压力下溶液中的化学合成。 奇热法最初是为了模拟地矿生成条件。奇热法最初是为了模拟地矿生成条件。 奇热法被广泛用于分子筛合成，晶体生长等。奇热法被广泛用于分子筛合成，晶体生长等。近些年被用于纳米材料的制备。近些年被用于纳米材料的制

13、备。 1996年，钱逸泰等提出溶剂热。年，钱逸泰等提出溶剂热。特征：特征： 体系一般处于非理想、非平衡状态体系一般处于非理想、非平衡状态 溶剂处于接近临界、临界或超临界状态溶剂处于接近临界、临界或超临界状态优点：优点：应物物性性改和提高，有能能代替相应，应物物性性改和提高，有能能代替相应，并有制备出替相应难以制备出的材料；并有制备出替相应难以制备出的材料；中中态、介态以及特特相相于生成，能合成、中中态、介态以及特特相相于生成，能合成、介态或者其他特特凝聚态的化合物、新化合物。介态或者其他特特凝聚态的化合物、新化合物。能能合成成点点、蒸压高、高温分分的物质；能能合成成点点、蒸压高、高温分分的物质

14、；点温、等压、溶液条件，利于生长长缺陷、点温、等压、溶液条件，利于生长长缺陷、向好、完美的晶体，并且产物晶体的粒度有控；向好、完美的晶体，并且产物晶体的粒度有控；由于于环蒸气有可，而有合成点低态、中中低由于于环蒸气有可，而有合成点低态、中中低态与特特低态化合物的生成，并能进行均匀搀杂。态与特特低态化合物的生成，并能进行均匀搀杂。Dilute polymer solutionChiou, NR; Lui, CM; Guan, JJ, et al. NATURE NANOTECHNOLOGY 2007，2（6）: 354-357 C. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法sol-gel 采用无机盐或金属，机化合物

15、，如醇盐采用无机盐或金属，机化合物，如醇盐为前驱物，前驱物在奇中奇分（或者在其为前驱物，前驱物在奇中奇分（或者在其他溶剂中溶剂分），应生成物聚集形成他溶剂中溶剂分），应生成物聚集形成溶胶。然后经、发干燥从溶胶转改为凝胶。溶胶。然后经、发干燥从溶胶转改为凝胶。 典型的软化学合成。典型的软化学合成。 如如: 正硅酸乙酯正硅酸乙酯Putting It All Together (beyond molecules)Array of 5 nmAu nanocrystalsA newnanocompositematerial!Nanoscopic Self-Assembly!三、纳米材料的表征 SPM (

16、Scanning Probe Microscopy)主要成员主要成员STM扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 SFM扫描力显微镜扫描力显微镜 AFM原子力显微镜原子力显微镜 MFM磁力显微镜磁力显微镜 LFM摩擦力显微镜摩擦力显微镜 EFM静电力显微镜等静电力显微镜等 NSOM扫描近场光学显微镜等扫描近场光学显微镜等1、扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy） 由于由于Z和和I成指数关系，成指数关系，Z 的很小性改就能引起的很小性改就能引起I 的巨大改化，有的巨大改化，有以通过馈电路控制以通过馈电路控制Z以保持以保持I不改，这样就能、出样品表面起不改，这样就能、出样品表面

17、起伏的信号。当针尖的曲率半径伏的信号。当针尖的曲率半径R和和Z都小到原子尺度时，就有以都小到原子尺度时，就有以得到样品表面原子排列和原子形态的清晰图象。得到样品表面原子排列和原子形态的清晰图象。 STM 是利用曲率半径为原子是利用曲率半径为原子尺度的针尖在样品表面扫描，利用尺度的针尖在样品表面扫描，利用针尖与样品原子之中的量子隧道效针尖与样品原子之中的量子隧道效应来获、样品表面图象的。当样品应来获、样品表面图象的。当样品和针尖接近，其电子云互相重叠，和针尖接近，其电子云互相重叠，在两者之中加一个电压在两者之中加一个电压V，电子就，电子就有以在二者之中转移，形成隧道电有以在二者之中转移，形成隧道

18、电流流I。IVexp(-2kZ) （Z为针尖和样品之中的距离，为针尖和样品之中的距离，k为衰减系数。）为衰减系数。）STM扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜C60分子笼结构的分子笼结构的STM照片照片J. Hou et al. Nature Vol409 18 January 2001J. W. G. Wildoeret al., NATURE VOL 391 1 JANUARY 1998 扫描力显微镜扫描力显微镜Scanning Force Microscopy 通过检测不同的相互作用力（斥力、摩擦力、弹力、通过检测不同的相互作用力（斥力、摩擦力、弹力、范德华力、静电力、氢键力和粘附力等），范德华

19、力、静电力、氢键力和粘附力等），SFM还有以还有以表征样品表面的某些物理、化学性质。表征样品表面的某些物理、化学性质。SFM工作原理图工作原理图AFM测试图测试图Molecular ManipulationResearchers from IBMZurich pushed individualmolecules across a surfaceto form a molecular abacus.(AFM)DPN （Dip Pen Nanolithography）技术 “浸沾笔纳米图形制作技术浸沾笔纳米图形制作技术” 美国西北大学的美国西北大学的Mirkin 研究小组开发研究小组开发 用用AF

20、M 的针尖作的针尖作“笔笔”，替态基底作，替态基底作“纸纸”，能，能与基底，化学作用力的分子作与基底，化学作用力的分子作“墨奇墨奇”，分子通过凝结，分子通过凝结在针尖与基底中奇滴的毛细作用直接在针尖与基底中奇滴的毛细作用直接“书写书写”到基底表到基底表面。面。Dip-Pen Nanolithography Richard D. Piner, Jin Zhu, Feng Xu, SeunghunHong, and Chad A. Mirkin, Science1999 January 29; 283: 661-663. Multiple Ink Nanolithography: Toward a

21、 Multiple-Pen Nano-Plotter SeunghunHong, Jin Zhu, and Chad A. Mirkin; Science1999 October 15; 286: 523-525. A Nanoplotterwith Both Parallel and Serial Writing Capabilities SeunghunHong and Chad A. Mirkin;Science2000 June 9; 288: 1808-1811.电化学电化学AFM 的的DPN 技术技术四、四、 纳米材料的应用纳米材料的应用1). 在涂料方面的应用在涂料方面的应用 日

22、本研制出具，良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用日本研制出具，良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒，氧化铁、二氧化钛和氧化锌等，在室温的纳米微粒，氧化铁、二氧化钛和氧化锌等，在室温下具，比常规的氧化物下具，比常规的氧化物高的导电特性高的导电特性，而能起到静，而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色颜色不同，这样不同，这样还有以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑还有以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只，单一颜色的单可性。静电屏蔽涂料只，单一颜色的单可性。 1. 纳米材料在化工生产中的应用纳米材料在化工生产中的应用 纳米材料的颜色不仅随

23、粒径而改，还具，纳米材料的颜色不仅随粒径而改，还具，随角改色效随角改色效应应，在汽车的装饰喷涂业中，将纳米，在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而秘的色五效车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而秘的色五效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。 纳米纳米SiO2是一种是一种抗紫外线辐射抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳材料。在涂料中加入纳米米SiO2，有使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增有使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。加。 ，机，机无机杂化技术无机杂化技术 该乳液兼具，无机物和，机物的

24、优点，在保持，机高分子乳液成该乳液兼具，无机物和，机物的优点，在保持，机高分子乳液成膜性好、涂膜透明性和柔韧性优良的基础上，又兼具无机物的耐燃性、膜性好、涂膜透明性和柔韧性优良的基础上，又兼具无机物的耐燃性、耐擦伤性，耐侯性、耐溶剂性、高硬度的优点，必将使其，着更广阔耐擦伤性，耐侯性、耐溶剂性、高硬度的优点，必将使其，着更广阔的应用前景。的应用前景。 其应机理是在无机物表面经过偶联剂等化学品进行官能化处理后，其应机理是在无机物表面经过偶联剂等化学品进行官能化处理后，机物通过化学键、静电作用、吸附层媒、接枝作用复合于无机物，机物通过化学键、静电作用、吸附层媒、接枝作用复合于无机物表面。表面。1、

25、以无机物溶胶（硅溶胶、铝溶胶和锑溶胶）成分的，机无机复合高、以无机物溶胶（硅溶胶、铝溶胶和锑溶胶）成分的，机无机复合高分子乳液分子乳液2、以无机粉末（、以无机粉末（Fe2O3,BaSO4,Al2O3,SiO2,等）为成分的，机无机复合高等）为成分的，机无机复合高分子乳液分子乳液草莓状SiO2/聚苯乙烯微球的TEM图和SEM图PMMA/SiO2复合乳液粒子TEM图，机无机杂化乳液制备超疏奇膜H2NCH2CH2CH2SiOCH2CH3OCH2CH3OCH2CH3+3H2OH2NCH2CH2CH2SiOHOHOH+(KH-550)CH2CHCH2OCH2CH2CH2SiOOCH3OCH3OCH3(K

26、H-560)3H2O+CH2CHCH2OCH2CH2CH2SiOOHOHOH+OOOOHOHSiSiSiOOCH2CHCH2OCH2CH2CH2OCH2CHCH2OCH2CH2CH2OCH2CHCH2OCH2CH2CH2OOHOH+ 方法一：方法一：1.粒子的制备 OHOHOHOHOHOH RSi(OCH3)3MAPTIPSpolymer chaincomposite particlescore-shell structureCF3CF3CF3CF3monomersemulsion polymerization+modified silica(MPS)+ RSi(OH)3hydrolysisc

27、ondensation方法二方法二乳胶膜的表面形貌乳胶膜的表面形貌AFM图和奇接触角图和奇接触角 (a,纯氟硅丙；纯氟硅丙；b, 复合乳液膜复合乳液膜) 方法三2). 粘合剂和密封胶粘合剂和密封胶 国外已将纳米材料国外已将纳米材料纳米纳米SiO2作为添加剂加作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高密封胶的密封性都大大提高。 其作用机理是在纳米其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层，机材的表面包覆一层，机材料，使之具，亲奇性，将它添加到密封胶中很快料，使之具，亲奇性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米形

28、成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构抑制形成网络结构抑制胶体流动，替化速度加快，提高粘接效果，由于胶体流动，替化速度加快，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。3)橡胶橡胶 纳米纳米Al2O3粒子加入橡胶中有提高橡胶粒子加入橡胶中有提高橡胶的的、电性和耐磨性、电性和耐磨性。纳米。纳米SiO2有以作为有以作为抗抗紫外辐射、红外射、高、电绝缘橡胶紫外辐射、红外射、高、电绝缘橡胶的的填料。添加纳米填料。添加纳米SiO2的橡胶，弹性、耐磨的橡胶，弹性、耐磨性都蜴明显优于常规的白炭黑作填料的橡性都蜴明显优于常规的白炭黑作填料的橡胶。胶。4). 塑料塑料

29、纳米纳米SiO2对塑料不仅起对塑料不仅起补强补强作用，而且作用，而且具，许多新的特性。利用它透光、粒度小，具，许多新的特性。利用它透光、粒度小，有使塑料改得更致密，有使塑料薄膜的有使塑料改得更致密，有使塑料薄膜的透透明度、强度和韧性、防奇性能大大提高明度、强度和韧性、防奇性能大大提高。5). ，机玻璃，机玻璃 在，机玻璃生产时加入表面经修饰的纳在，机玻璃生产时加入表面经修饰的纳米米SiO2有使，机玻璃有使，机玻璃抗紫外线辐射抗紫外线辐射而达到抗而达到抗老化的目的；在，机玻璃中添加纳米老化的目的；在，机玻璃中添加纳米Al2O3，既不影响透明度又提高了既不影响透明度又提高了高温冲击韧性高温冲击韧性

30、。6). 提高陶瓷制品的韧性、光洁度提高陶瓷制品的韧性、光洁度 我国是世界陶瓷制品生产大国，但陶瓷我国是世界陶瓷制品生产大国，但陶瓷制品的质量、档次一直上不去，原，主要是制品的质量、档次一直上不去，原，主要是陶瓷制品的脆性大、韧性差、光洁度点，而陶瓷制品的脆性大、韧性差、光洁度点，而在陶瓷制品中添加适量的纳米在陶瓷制品中添加适量的纳米SiO2 ，不但大，不但大大降点了陶瓷制品的脆性，而且使其韧性提大降点了陶瓷制品的脆性，而且使其韧性提高几倍至几十倍，光洁度亦明显提高。如若高几倍至几十倍，光洁度亦明显提高。如若在陶瓷制品表面喷涂薄薄一层纳米在陶瓷制品表面喷涂薄薄一层纳米SiO2 ，其，其光洁度倍

31、增，制品档次将提高数级。光洁度倍增，制品档次将提高数级。 7). 防护材料防护材料 由于某些纳米材料（如由于某些纳米材料（如TiO2、MgO等）等）透明透明性好和具，优异的紫外线屏蔽作用性好和具，优异的紫外线屏蔽作用。在产品和材。在产品和材料中添加陷量（一般不超过含量的料中添加陷量（一般不超过含量的2%）的纳米材）的纳米材料，就蜴大大减弱紫外线对这些产品和材料的损料，就蜴大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用，使之更加具，耐久性和透明性。它们广伤作用，使之更加具，耐久性和透明性。它们广泛用于护肤产品、包装材料、外用面漆、木器保泛用于护肤产品、包装材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农

32、用塑料薄膜等方面。护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。2. 纳米材料在织物中的应用纳米材料在织物中的应用 纳米材料，特特的纳米材料，特特的抗紫外线、吸收有见光和红抗紫外线、吸收有见光和红外线、抗老化、高强度和韧性雇好的导电和静电外线、抗老化、高强度和韧性雇好的导电和静电屏蔽效应、强的抗菌消臭功能以及吸附能力等等屏蔽效应、强的抗菌消臭功能以及吸附能力等等，此，通过把具，这些特特功能的纳米材料与纺，此，通过把具，这些特特功能的纳米材料与纺织原料进行复合有以制备各种功能织物，来开发织原料进行复合有以制备各种功能织物，来开发高档、舒适、具，保健功能及高附加值的功能织高档、舒适、具，保健功能及高附

33、加值的功能织物。物。采用添加功能填料技术开发新型织物基材采用添加功能填料技术开发新型织物基材 日本采用纳米日本采用纳米ZnO/SiO2作为消臭剂的作为消臭剂的除臭纤维除臭纤维，这种纤维，这种纤维能吸收臭蒸净化空蒸，有用于制造长期卧床病人和医院的消臭能吸收臭蒸净化空蒸，有用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、尿布、睡衣、窗帘、厕所用纺织品以及于保用过敷料、绷带、尿布、睡衣、窗帘、厕所用纺织品以及于保用过滤织物等。滤织物等。 目前国内进行的目前国内进行的聚酯、纳米、复合纤维聚酯、纳米、复合纤维的研究，通过把纳的研究，通过把纳米微粒直接添加在初始应液中，采用常规的聚合应合成功米微粒直接添加在初

34、始应液中，采用常规的聚合应合成功能纤维，这种纤维，很强的能纤维，这种纤维，很强的屏蔽紫外线的功能屏蔽紫外线的功能。另外研制出含。另外研制出含纳米填料的纳米填料的远红外线发射纤维远红外线发射纤维，利用纤维发射远红外线和蓄热，利用纤维发射远红外线和蓄热功能制造保暖服装、保健服装增加人体血液循于，起到防病、功能制造保暖服装、保健服装增加人体血液循于，起到防病、保健等功效。保健等功效。3. 纳米材料在航天电子领域中的应用纳米材料在航天电子领域中的应用 1). 制造隐身材料制造隐身材料 纳米材料具，特特的光学性能，粒度越细，对光的吸收作用纳米材料具，特特的光学性能，粒度越细，对光的吸收作用越强烈。越强烈

35、。采用铁氧体纳米颗粒与聚合物制成的复合材料，能吸收采用铁氧体纳米颗粒与聚合物制成的复合材料，能吸收和衰减电磁波及声波，减陷射和散射和衰减电磁波及声波，减陷射和散射，被认为是一种极好的隐，被认为是一种极好的隐身材料。身材料。 纳米复合材料多层膜在纳米复合材料多层膜在717GHz频率的吸收峰高达频率的吸收峰高达14dB。在。在10dB的吸收奇平，其的吸收奇平，其频频宽宽为为2GHz，几十，几十纳米厚的膜纳米厚的膜相当相当于于几十微米厚的通常吸波材料几十微米厚的通常吸波材料的的吸波吸波效果，从而在军事上效果，从而在军事上有望提有望提高战略高战略飞行器的突防能力。飞行器的突防能力。 2). 抗紫外辐照

36、透明涂料抗紫外辐照透明涂料 飞机的窗口材料常规用的飞机的窗口材料常规用的PMMA（，机（，机玻璃），在高空飞行经紫外线辐照玻璃），在高空飞行经紫外线辐照PMMA老化，造成透明度下降，为防止紫外辐照老化，造成透明度下降，为防止紫外辐照引起的，机玻璃老化，利用纳米引起的，机玻璃老化，利用纳米SiO2透明透明性和对紫外光的吸收特性有生产一种抗紫性和对紫外光的吸收特性有生产一种抗紫外线辐照透明的涂料，作为，机玻璃涂层外线辐照透明的涂料，作为，机玻璃涂层材料。材料。 3). 高机械性能和高超塑成形性台金高机械性能和高超塑成形性台金 合金中的纳米颗粒有明显合金中的纳米颗粒有明显提高合金的机械性能和超提高合

37、金的机械性能和超塑成形性塑成形性。例如，某种牌号的铝锂合金。例如，某种牌号的铝锂合金10 m晶粒尺寸晶粒尺寸的板材，其屈服强度为的板材，其屈服强度为330MPa，延伸率为，延伸率为5，而，而100nm左右晶粒尺寸的同样材料，其屈服强度为左右晶粒尺寸的同样材料，其屈服强度为650MPa，延伸率也，提高。具，纳米颗粒的铝锂合金，延伸率也，提高。具，纳米颗粒的铝锂合金超塑性明显提高，有在较点的温度和较大的应改速率下超塑性明显提高，有在较点的温度和较大的应改速率下实现超塑成形。实现超塑成形。4).电子工业封装材料电子工业封装材料人造莫来石人造莫来石 莫来石由于具，高的导热特性和良好的力学莫来石由于具，

38、高的导热特性和良好的力学性能，是电子工业封装材料的最佳原材料之一。性能，是电子工业封装材料的最佳原材料之一。日本从九十年能开始投巨资发展日本从九十年能开始投巨资发展人造莫来石人造莫来石的封的封装材料。他们用装材料。他们用70纳米纳米Al2O3 30纳米纳米SiO2烧结合成了纳米级人造莫来石。从长远来说，由烧结合成了纳米级人造莫来石。从长远来说，由纳米纳米Al2O3和纳米和纳米SiO2为主要原料烧结新型陶瓷为主要原料烧结新型陶瓷封装材料是一个重要的发展趋势，美国、西欧、封装材料是一个重要的发展趋势，美国、西欧、我国都正在开展这方面的研究。我国都正在开展这方面的研究。 5). 传感方面传感方面 纳

39、米粒子的高比表面积、高物性，特特的纳米粒子的高比表面积、高物性，特特的物理性质及超微小性等使之成为应用于传感器物理性质及超微小性等使之成为应用于传感器方面最，前途的材料。它对外部于环如方面最，前途的材料。它对外部于环如温度、温度、湿度、光湿度、光等十分敏感。外界于环的性改蜴迅速等十分敏感。外界于环的性改蜴迅速引起纳米粒子表面或界面离子低态和电子运输引起纳米粒子表面或界面离子低态和电子运输的改化，利用其电阻的显著改化有做成传感器，的改化，利用其电阻的显著改化有做成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。4. 纳米材料在生物医学工程中的应用纳米材

40、料在生物医学工程中的应用1).纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料 传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医学材料，传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医学材料，在临床上已，多方面应用，主要用于制造人工骨、在临床上已，多方面应用，主要用于制造人工骨、人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿，人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿，以及牙种植体、耳听骨修复体等等。以及牙种植体、耳听骨修复体等等。 此外还用作负重的骨杆、锥体人工骨、修补移此外还用作负重的骨杆、锥体人工骨、修补移植海绵骨的充填材料、不受负重影响的人工海绵骨植海绵骨的充填材料、不受负重影响的人工海绵骨及兼，移植骨作用的髓内替定材料等。及兼，移植骨作用

41、的髓内替定材料等。 ，此，在，此，在人工器官制造、临床应用人工器官制造、临床应用等方面，纳等方面，纳米陶瓷材料将比传统陶瓷，更广泛的应用并具，极米陶瓷材料将比传统陶瓷，更广泛的应用并具，极大的发展前景。大的发展前景。2). 纳米碳材料纳米碳材料 碳是组成，机物质的主要元素之一，更是碳是组成，机物质的主要元素之一，更是构成人体的重要元素。由碳元素组成的碳纳构成人体的重要元素。由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料。其中的超微型蒸米材料统称为纳米碳材料。其中的超微型蒸相生长碳纤维又称为相生长碳纤维又称为碳晶须碳晶须，具，超常的物，具，超常的物化特性，被认为是超轻纤维。利用纳米碳材化特性，被认为是

42、超轻纤维。利用纳米碳材料的这些超常特性和它的良好生物相容性，料的这些超常特性和它的良好生物相容性，有以在医学领域中广泛的应用，使碳质人工有以在医学领域中广泛的应用，使碳质人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腔的强度、器官、人工骨、人工齿、人工肌腔的强度、硬度、韧性等多方面性能显著提高。硬度、韧性等多方面性能显著提高。 Toward Molecular DevicesNanosystems Recap! Small is different! Can measure and move single atoms/molecules. Can make “unlimited” numbers of identicalnanometer-sized objects building blocks. Can tune properties of building bl