纳米技术及其应用

1、西安交通大学，1，纳米技术及其应用，1，纳米材料，纳米科学，纳米技术是什么？ 二、纳米技术的应用，西安交大王瑛，西安交通大学，二、一、纳米材料是什么？ 1纳米是十亿分之一米。 在80年代的材料科学界，长度单位在1100nm (纳米)范围内被命名为“纳米材料”。 具体而言，纳米材料是指纵横比高(三维)的至少一个方向(一维)为纳米级的材料。 1、零维材料：纳米级质点或纳米微粒。 2、一维材料：纳米线、纳米线、纳米管。 3、二维材料：纳米级厚度的薄膜及其多层膜，4、体纳米材料：基于上述低维材料构成的致密或非致密体材料。 5、纳米复合材料：纳米材料是由其他材料(有机和无机)分散构成的纳米复合材料，分散

2、相是纳米尺度。 西安交通大学，3，纳米科学，1，纳米物理2，纳米化学3，纳米机械学4，纳米电子学5，纳米生物学6，纳米测量学，西安交通大学，4，纳米技术，1，纳米材料制造2，纳米结构组装技术3，纳米器件，电路和系统的设计，制造，测试技术4，纳米响应西安交通大学，5，纳米级的意思，1，值得注意的是蛋白质，从病毒到细胞，都在1100nm范围内。 纳米结构也是生命现象的基本结构。 2、凝聚态物理学已经表明的特征长度、电子波长和平均自由程、激子的半径、均匀畴粒子的临界尺寸、强磁性转变为顺磁性的尺寸。 3 .新的物理效应。 量子尺寸效应、表面效应、隧道效应。 西安交通大学，6，我国水平，科学领先队伍：论

3、文统计第三，北大刘忠范吴全德雪增泉，清华范守善，西交大CNTFED朱长纯，中国科学院固体研究所张立德，中国科学院物理所谢思深，中国科学院化学所江雷，国家领导人非常重视和投入，我国领先的领域，国家目标，国家安全， 西安交通大学，7，2，纳米材料及其应用，1，纳米技术2121世纪新产品诞生的源泉2，各国关注的新技术3，纳米氧化钛在有机物废水处理中的应用4，纳米陶瓷的市场潜力5，产品形成系列，应用前景明亮，西安交通大学，8，1， 纳米技术世纪新产品诞生的源泉a，魔法的介观世界b，巨大的应用价值c，产品创新的好构想，西安交通大学，9，a，魔法的介观世界的尺寸效果，尺度的降低使纳米系统中包含的原子数大幅

4、度减少，宏观固体的准连续带消失，分裂的能量水平和尺寸小，电子被封闭在一个纳米空间中，限制了电子输送，缩短了电子的平均自由行程，增强了电子的局部性和相干性。 纳米系统的光、热、电、磁等物理性质与普通材料不同，出现了许多罕见的特性。 西安交通大学，10，a，魔法介观世界的特性歪曲，直到80年代科学家才发现，在宏观和微观之间的纳米系统(介观)中，很多我们认为自然的性质完全改变了。 西安交通大学，11，a，魔法介观世界的特性失真，在介观状态时，金属失去了典型的金属特征，常态下由电阻小的金属形成纳米级电阻增大，电阻温度系数下降负。 本来绝缘体的氧化物变成纳米级，电阻反而下降的纳米二氧化硅比典型的粗结晶二

5、氧化硅下降了几位数电阻，西安交通大学，12，a，魔法的介观世界的特性变形，10-25nm的强磁性金属微粒，比相同的宏观材料矫顽力大1000倍纳米金属粒子失去原来的光泽，呈黑色。纳米微粒的吸收带普遍存在着“蓝移”。 纳米粉体的熔点、烧结温度都比普通粉体低得多。 西安交通大学，13，a，奇迹地看到世界的表面效应，纳米材料尺寸小，表面原子数占总原子数的比例大，并产生相当高的表面能。 表面原子数随着粒径的变小而迅速增加：粒径10nm时，表面原子所占的比例为20%，原子数包含3 104； 粒径为2nm，所占的比例增加到80%，含有2.5102原子的粒径达到1nm时，所占的比例竟然是99%，但所含的总原子

6、数只有30。 表面原子数增多时，巨大的比表面、原子配位不足、键状态变得非常不匹配，由于存在很多悬浮键和不饱和键，表面能极高，出现很多活性中心。 西安交通大学，14，a，奇迹般地看到了世界的表面效应，有很强的吸附能力。 被物质腐烂的(I )氧原子、(ii )氧自由基、(iii )有异味的链烷系分子等。 纳米材料具有极强的捕获能力，防腐抗菌功能，催化剂具有良好的性能。 贮氢。 西安交通大学，15，b，巨大的应用价值分子设计原子的组装(纳米组装)，59年，美国的理查德粉丝提出了“什么时候能按照人的意志配置原子就能产生奇迹”的构想。 89年，美国IBM公司实现了用单一原子排列IBM商标。 日本的单一原

7、子排列着汉字“原子”字。 此时，科学家们从探讨纳米粒子的制备方法和特殊性能转向如何利用其奇异的理论、化和力性能，设计了纳米组件体系和纳米结构材料及其应用。 西安交通大学，16，b，纳米材料在巨大应用价值轻工领域的应用，可以将金属纳米粒子加入陶瓷中，大幅度改善材料力学性质。 如果把纳米Si2O3和SiO2粒子放入橡胶中，橡胶的介电性和耐磨性就会提高。 SiOx放入金属和合金中使晶粒微细化，大大改善了力学性质，提高了高温冲击韧性。 美国成功地将纳米粒子用于磁冷冻。 纳米氧化铝的悬浊液用于高级光学玻璃、石英结晶及各种宝石的研磨。 如果向墨水中加入纳米微粒，则墨水的流动性得到改善，在美国，纳米微粒已公

8、开了生产颜料的专利。 西安交通大学，17，b，巨大应用价值轻工领域纳米材料的应用，静电屏蔽涂料。 静电屏蔽需要在树脂上加上碳黑。 松下开发出具有良好静电屏蔽作用的纳米涂料，通过控制纳米微粒的种类可以控制涂料的颜色。 化学纤维防止静电。 金属纳米微粒为解决化学纤维制品的静电问题提供了一条新路。 日本和德国已经开发了相应的产品。 向织物中添加纳米微粒子可以消除味道，将银纳米微粒子放入袜子中去除脚的臭味。 在医用纱布中加入纳米Ag粒子具有消毒杀菌作用。 西安交通大学，18，c，产品创新的好构想，纳米技术是21世纪新产品诞生的源泉，纳米技术会引起新的产业革命，促进生产力发展，改善人类的生活环境。 西安

9、交通大学，19，c，产品创新的好构想是在陶瓷、塑料、玻璃等的制造中应用纳米技术，改善性能，获得合理的性能/价格比。 (I )英国重点制造纳米氧化铝纳米氧化锆、纳米氧化铝纳米二氧化硅、纳米氧化铝纳米硅等新的纳米复合陶瓷。 (ii )美、日向电子陶瓷研究中添加纳米材料。 (iii )中国于95年向传统材料中添加纳米材料来改善其功能，整体研究水平居国际前列。 (ix )改性不贵，价格稍涨一点，性能一直很好，有市场竞争力。西安交通大学，20，c，产品创新的好构想，许多国产无菌冰箱使用纳米材料制成的无菌塑料的深圳一家公司发表了包括无菌餐具、无菌扑克在内的一系列纳米材料制成的产品，合肥纳米保健食品公司生产

10、的纳米硒产品通过了鉴定纳米技术开创了新产品创新革命西安交通大学，21，2，各国都关注的新技术，是日本74年底最早使用“纳米”这个术语的。 与纳米相关的材料出现在80年代，作为材料的定义，将纳米粒子限制在1100纳米的范围内。 西安交通大学，22，2，受到各国关注的新技术，人工纳米粒子是60年代初日本最先制造的。 稍晚一点，在德国也得到了纳米粒子。 80年代，人们意识到自然界中存在着纳米粒子。 由数千个原子构成的纳米微粒，与宏观的大物体不同，与单一的原子和分子不同，具有很多新的特性，是人类从来没有探索过的非宏观的非微观的中间区域(介观)。 80年代初，德国格雷泰尔教授和美国西格尔相继以纳米微粒为

11、结构单元成功合成了纳米块状材料。 他们得到的纳米氟化钙离子结晶和纳米二氧化钛陶瓷材料在室温下显示出良好的韧性，即使弯曲也不产生裂纹。 这个划时代的进展，使为强化陶瓷奋斗了近一个世纪的材料科学家们看到了希望。 西安交通大学，23，2，各国都关注的新技术，89年提出了纳米结构材料的新概念，其中包括零维、一维、二维材料。 这个时期，国际上以1-100纳米的技术加工为纳米技术的标准。 90年在巴尔的摩召开的第一次纳米技术会议上统一了概念。 正式提出纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学和纳米机械学概念，决定出版纳米刊物。 从此，这些术语得到广泛应用，纳米技术研究成为国际科学技术的一大特征。 根据西安交通大

12、学，24，2，各国关注的新技术，欧盟委员会95年的报告，国际纳米技术市场价值预计在10年内达到900亿美元。 美、日、德、英等发达国家和地区，为了在国际竞争中处于主导地位，会不惜大量资金。 我国2000年十大科技新闻：吕科、金属铜超塑性延展性。 西安交通大学、25、2、受到各国关注的新科技、纳米技术也引起了中国政府、科学界和社会各界的重视和关注。 我国从90年代初开始申请纳米材料的专利，在90年代中期形成了高潮。 目前，关于纳米材料的专利有几十个，大部分集中在研究所和高中。 1997年以来，我国纳米材料的应用出现了可喜的势头，大型集团公司已经开始介入纳米材料和纳米技术的开发。 据不完全统计，全

13、国已投入或正在开发7条纳米材料生产线。 目前纳米材料已进入S-863计划范围，纳米材料的研究和应用领域的开发正在积极进行。 西安交通大学，26、纳米材料的应用，幻想科学是科学的太阳，现实是科学的土壤。 1、癌症、心血管疾病的检查和治疗2、信息记忆(cm3美国国会图书馆) 3、计算机变小4、隐藏材料5、机械昆虫6、分子秤7、碳纳米管梯子、西安交通大学、27、3、纳米氧化钛在有机物废水处理中的应用意义重大：现在， 国内常用的有机物废水处理技术难以有效管理：物理吸附法、絮凝法等非破坏性处理技术，只需把有机物从液相转移到固相，如何解决二次污染问题，使吸附剂、絮凝剂再生是一个难题。 化学、生物等处理技术

14、具有破坏性，但净化度低，废水中有机物含量仍然远远超过国家废水排放标准。西安交通大学，28，3，纳米二氧化钛在有机物废水处理中的应用，纳米材料的优点： a，因为具有较大的比表面积，能更充分地接触废水中的有机物，能最大限度地吸附有机物的b .因为具有更强的紫外光吸收能力，所以具有更强的光催化剂分解能力， 可以迅速分解吸附在其表面的有机物的c .采用这种表面活性强的纳米二氧化钛作为光催化剂，可以期待利用更经济的太阳辐射源代替紫外线水银灯光源。 该技术以其特有的广泛适应性、强的分解效率越来越受到关注。 西安交通大学，29，3，纳米氧化钛在有机物废水处理中的应用，日本首次利用氧化钛的光催化剂作用开发新的

15、废水处理系统，以减少废水中的COD (化学需氧量)和BOD (生物需氧量)。 浙江农大等机构利用纳米二氧化钛的光催化活性分解长期有效的磷农药废水。 中国科学院一研究所采用纳米二氧化钛粉末，利用太阳光成功地进行了光催化剂分解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液的实验，在阴天的条件下，光12小时，浓度为0.5mmol/l的苯酚分解为零，浓度为1mmol/l的十二烷基苯这是极有前途的水处理技术。 西安交通大学，30，4，纳米陶瓷有市场潜力，a，国际陶瓷市场繁荣b，信息功能陶瓷c，基板和厚膜材料d，陶瓷壁地板砖，西安交通大学，31，4，纳米陶瓷市场潜力A，国际陶瓷市场繁荣国际陶瓷市场需求最大的建筑陶瓷年

16、贸易额达到50亿美元，以每年12-15%的速度增长。 但是，中国无论是信息功能陶瓷、电路板和厚膜材料这样的高科技陶瓷，还是建筑卫生陶瓷和日用陶瓷，都还停留在较低的发展水平，无法满足越来越发展的市场需要。 专家表示，将纳米材料应用于陶瓷工艺生产纳米复合材料和纳米改性的高科技陶瓷，将改变这一现状。 西安交通大学，32，4，纳米陶瓷为市场潜力B，信息功能陶瓷，95年世界信息功能陶瓷材料及其产品销售额约为210亿美元，预计每年的增长率为15-20%。 我国传统电子陶瓷材料相对落后，不能参加国际竞争。 目前，高性能电子陶瓷材料的重要发展趋势之一是以纳米粉体为原材料，生产陶瓷电容器、压电陶瓷、高性能PTC

17、陶瓷和铁氧体等电子产品和导电性绝缘陶瓷。 西安交通大学，33，4，纳米陶瓷市场潜力C，是基板和厚膜材料，厚膜电路是电子部件集成的重要基础，其中基板和集成电路封装材料质量的提高是目前国内厚膜电路亟待解决的问题。 氧化铝基板主要用于厚膜电路和家电产品，前者是中国电子产品的主要出口创汇产品，每年消耗基板10万平方米。 国内基板多次烧结，变形大，容易热分解，基板材料的热稳定性差，出口厚膜电路多采用日本(京都陶瓷厂)的产品。 纳米氧化铝的添加不仅可以改善基板的烧结性能，还可以大幅度提高氧化铝的热稳定性。 研究表明，上述方法能把热稳定性提高23倍，平坦度提高1.5倍，但每片基板材料的成本只能提高0.2元。 西安交通大学，34，4，纳米陶瓷市场潜力D，陶瓷墙砖，近十年来，中国陶瓷墙砖的产量已成为世界大国。 但是，许多功能特性的品种、高级墙瓷砖彩色釉需要进口的卫生陶瓷在结构、功能、造型、色调、釉质等方面差异更大，高级卫生陶瓷大量采用进口品。 纳米复合功能建筑卫生陶瓷的开发，发展了功能性建筑卫生陶瓷，如荧光瓷砖，具有氧敏化变