纳米材料的相关研究应用要点

1、二.纳米材料的研究和发展过程一.相关概念/多米(nm):纳米是长度单位，lnm=109m/液当于万分之一实触粗细.纳米技术:在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术.纳米材料：在纳米量级(l100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的材料.1959年，诺贝尔奖获得者、被认为继爱因斯坦之后最为睿智的理论物理学家一理查得费因曼教授在加州理工大学发表了题为在底部还有很大空间的演讲。在费因曼看来，人类社会目前的生产方式，总是“从上而下”的，他提出：为什么我们不可以从单个分子、甚至原子开始出发，进行组装,达到我们的要求？物理学的规律不排除一个原子一个原子制造物品的可能。”纳米材料的研

2、究和发展过程1990年美国商业机器公司借助扫描隧道显微镜，在一小片银晶体上用35个氤原子写出了该公司名称的缩写字母“IBM”，轰动全球。从此开创了一个崭新的纳米世界。在日俗遁屈。1下串家轿。个的I卷一个再出色在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。1991年元旦前夕，日本日立电子公司向公众展示了一个原子大小的新年祝词/“peace91”（和平91）。每个字母的高度均小于1.5纳米，它是把硫原子一个一个地从二硫化铝晶体上轰击出来写成的。美国商业机器公司的“IBM”是在263C下拼出的，而日立公司的祝词则是在室温下完成的。该成就表明，纳米技术从此步入了实用阶段。1

3、993年后，我国科学家先后操纵原子写出“中国”、“原子”、绘出中国轮廓图。纳米轴承纳米齿轮左为5"樽*乔0塞IK耳口一4H。方亿-B命IBiTamtN崎5»A开美.可以物&出分子大小的孑电用厦食仙讨,帆依更小laflieitBft.三.纳米材料的特留f四大特点:宜寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大./:四大效应:小尺寸效最量仅尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应纳米材料特性取决于制备方法四.纳米材料的制备1.物理方法制备 纳米粉体（固体）的惰性气体冷凝法制备 纳米粉体的高能机械球磨法制备 纳米晶体非晶晶化方法制备 深度塑性变形法制备纳米晶体 纳米薄膜的低能团

4、簇束沉积方法制备 纳米薄膜物理气相沉积技术（3）纳米复相材料的制备球磨法热压烧结2.纳米材料的化学方法制备“）纳米粉体,削备,6化学法制备 纳米粉体的化学气相法制备 激光蒸发/凝聚技术 气溶胶法 金属丝爆炸形成纳米粉体等四.纳米材料的制备/（2）纳米薄膜的化学左电/学法化学气相沉积法在纳米的世界里，物质发生了质的飞跃。比如硅晶体是不发光的，但纳米硅却蜃发光；陶瓷在通常情况卜3很硬、很脆的，如果采用纳米粉体制成纳米陶瓷，它也可.以具有韧性；纳米材料还具有超塑性，室温下的纳米铜丝经过轧制，其长度可以从1cm延伸到1(X)cm，其厚度可以从1mm减小到O.Olmma五.纳米技术的应用1 .纳米技术在

5、陶瓷领域的应用2 .纳米技术在微电子学上的应用上3 .纳米技术在生物工程上的应用4 .纳米技术在医学上的应用吃沙5 .纳米技术在分子组装方面的应用*6 .纳米技术在其它方面的应用小陶瓷是中国的特产，但脆性大、易破碎，经过纳米技术处理后，可以用来代替优。做发动机零件。纳米级微电子兀件日本日立中心实验室利用半导体材料碑化银，率先开发新一代微电子元件。这些电子元件呈细长的鬃状结晶形，粗仅20纳米,可使计算机的计算速度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。随着微电子技术的不断发展，集成度越来越高,计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个美国国会图书馆的图

6、书都能存储在一个糖块大小的芯片中。纳米存储器1994年，IBM公司研制成新型巨磁电阻效应读出磁头，将磁盘的记录密度提高了17倍。目前，在硬盘的驱动器上已经开始使用这项技术，产值已超过100亿美元/年。Spin Valve Read Head磁头不仅在厚度上，而且在 长度上都在100纳米以内:在一定磁场下材料电阻改变的现象称磁电阻.巨磁电阻效应是指在一定磁场下电阻急剧减小的现象.超微型电动机1994年世界最小的电动机在美国6家科研单位的通力协作下完成，体积只有一个红血球那么大。超微型环状逖光器在制导与反导弹防卫系统上，美国西北大学工程学院开发的超微激光器，形状似指环,不仅具有大型激光器的功能，而

7、且携带方便,效果更佳。纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。除了能提高效率以外，无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。由于只需要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关，适合用于光纤通信.运用和k技大新811马达5*电爰动机等11机电国M应一美只有H大小的1升机柒国也有Mt就已Jt为建实升机融虽然分子计算机目前

8、只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用。丝1随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭露头脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体，其线度在1520nm之间，并且生物体内的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由流动。如果将纳米粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环

9、，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。这样，在不久的将来，被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解，从而将使医学研究发生一次革命。/如果用纳米技术来做这件事，就变得非常容易;比如说中药的有效成分中有很多是能够治疗心脑血管疾病的，像亚麻酸、亚油酸。如果我们把这种东西纳米化之后，来清理我们的血管、就有可能做到。因为它的物理活性也就是它的表面积，尺度下降了三个数量级.它的物理活性表面积就提高了六个数量级，六个数量级就是一百万倍，也就是说它的物理活性提高了这么多，其疗效就会提高一百万倍。本来要吃进去一吨

10、的中药汤，这时候只需要把中药汤提炼成一克,注射到血液当中去,就可以了。这不是神话。可/乱I/这种高科技殉勿一纳米人工骨，2001年1那8日已由四111大学生物医学工程学科博士生导师李玉宝教授研制成功.并顺利通过国家863项目组验/收。纳米人工骨作为八乎与人骨特性相当的“类人骨”，具有广泛的应用前景。李教授纳米人工骨/丁的研制成功，目前在国际上尚属首例，其成果已可进入产业化实施阶段。*超微型机械零件纳米齿轮美国华盛顿大学制成纳 米金属齿轮，两个齿轮咬合 在一起还不足一根人发的宽 度。它可以用于微型机械、 微型机器人、微型汽车、微 型飞机的制造。用微型部件 组装的汽车可以只有一粒米 大小；用微型部

11、件组装的飞 机可以只有一粒花生米大小1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球状的C60分子构成美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳案碳管制成J'一种崭新的”纳米秤;4能够称出一个打墨微粒的重屈,预言该秤可以用海取病毒的瞋。*?/纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是粒径小，比表面积大，光催化效率将金属纳米粒子掺杂到化纤制或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩，用于电池电极、化学成分探测器及作为高效率的热交换隔板材料等。纳米微粒还可用作导电涂料，用作

12、印刷油墨,制作固体润滑剂等。纳砂妆品/化妆品很难让皮肤吸收，因为它的吸收要通丽腺或者通过皮肤的一些淋巴组织来完成,而奠正能够渗透进皮肤里的有效成分受到实际涂抹的万分之飞口果我们把有效成分，比如说中药的有效成分变成纳米的水颗粒，那么就简单了。这样的水颗粒可以直接进入皮肤去治疗。同样是擦护肤用品，现在要擦上一两个月才开始见效了，到那个时候就有可能擦上10分钟，就会有明显的感觉。 利用先进的纳米技术，在不久的将来，可制成含有纳米电脑的可人-机对话并具有自我复制能力的纳米装置，它能在几秒钟唬成数十亿个操作动作。在军事方面，利用昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报，使q标

13、丧失功能。 利用纳米技术还可制成各种4子席感器和探测器。将药物储存在碳纳米管中，并通过定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。' 另外，还可利用碳纳米管来制作储氢材料，用作燃料汽车的燃料“储备箱”。利用具有强红外吸收能力的纳米复合体系来制备红外隐身材料，都是很具有应用前景的技术开发领域。目前，在纳米领域，美国、日本、德国的技术处于领宪地位。我国紧跟其后，及寸W阶梯的前列。其中，纳米碳管技术处A世界一流水，平，比如大而积定向碳管的合成、超长纳米碳密的制备等。/ttm的来林木的或意和瑞看当今世界各国的科学家以及产业界都认识到纳米技术将会成为高新技术，因此很多国家均投入r大成的资金和研究人员。美国在1999年投入2.55亿美元，2000年投入了4.95亿美元，是投入资金最多的国家，日本其次。我国在国家重点基础研究项目国73计划”中