纳米材料技术概述new0.ppt

1、纳米材料与生物技术，本课程不仅讲述了纳米技术的一些基础知识，还主要介绍了纳米材料在生物检测中的应用、磁性纳米材料及其在生物医学中的应用、纳米药物的控释系统、纳米药物及其制剂、纳米材料在生物技术中的应用前景等。安排上述内容的教学是为了让学生了解纳米材料的基本原理和常识以及纳米材料在生物医学领域的应用。第一章是纳米材料技术概述。纳米材料是指粒径为1-100纳米的超细材料。它已经成为全世界研究和开发的热点和焦点。第一节：纳米材料技术的发展历史1.1纳米材料技术的发展历史1.2纳米材料技术研究方法的转变1.3纳米材料技术在20世纪末21世纪初的发展第二节：纳米材料和结构的奇异性2.1尺寸效应3360(

2、一)(二)特殊的热性质；特殊磁性；特殊机械性能；特殊电气特性。2.2表面和界面效果。2.3宏观量子隧道效应。2.4胶体分散系统。胶体和胶体的基本特征；(ii)溶胶的动态特性；(三)溶胶的光学性质第3节：纳米技术发展的特征和社会影响第4节：纳米技术发展的趋势第5节：生物应用第1节：纳米材料技术的发展历史1.1纳米材料技术的发展历程，(1)孵化和萌芽阶段，胶体化学诞生于1860年。(2)探索和研究阶段，1984年。成功合成了6纳米铁粒子。(3)自1993年以来，应用开发阶段蓬勃发展。1.2纳米材料技术研究方法的变化(1)自上而下的方法(2)自下而上的方法(2)1.3 20世纪末21世纪初纳米技术发

3、展概况100纳米芯片、磁性纳米棒、分子马达、纳米机器人、第2节：纳米材料和结构的奇异特性2.1尺寸效应随着颗粒尺寸的减小，颗粒性质在一定条件下会发生变化。由颗粒尺寸减小引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应。对于纳米粒子，尺寸减小，而比表面积显著增加。表面原子的电子能级被分散，能隙被加宽，晶格改变，表面原子的密度降低，导致一系列新的性质。当尺寸等于或小于光波波长、导电电子德布罗意波长、超导态相干长度或传输深度等特征尺寸时，周期边界条件将被破坏，声、光、电、磁和热力学性质将表现出新的小尺寸效应或量子尺寸效应。(一)特殊光学性质：当纳米粒子的尺寸小到一定程度时，它们具有很强的光吸收性。所有金属都是黑

4、色的超细颗粒。纳米材料可用作光热、光电等高效转换材料，并能高效地将太阳能转化为热能和电能。(二)特殊的热性质：大尺寸固体物质的熔点是固定的，并且在微粉化后会显著降低，特别是当颗粒尺寸小于10纳米时。黄金：1064-1037(10纳米)-327(2纳米)。银牌：670-100分。少量掺杂可以大大降低烧结温度(三)特殊磁性：磁性纳米粒子具有高的可玩性和/或超顺磁性。鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂和水中的趋磁细菌都有超微磁性粒子。趋磁细菌通常含有约20纳米的Fe3O4粒子，因此这些生物可以在地磁场的引导下识别方向。并且具有回归的能力。(四)特殊的力学性能：纳米颗粒细化后大大增加了晶界的数量，可以大大提高纳米

5、材料的强度、韧性和超塑性，对机械应力的响应完全不同，因此表现出比类似块体材料更好的力学性能。(五)特殊电学性质：库博理论：是针对金属纳米粒子费米表面附件中的电子能级分布而提出的。人们认为相邻电子之间的能级间距与金属粒子的直径有关。随着粒子尺寸的减小，能级间距增大，电子运动困难，电阻率增大，从而拓宽了能级，使金属导体成为绝缘体。由于表面原子数量的增加、表面原子配位数的不足和高表面能，这些原子容易与其他原子结合并稳定，从而具有高化学活性。在实际应用中，经常需要对其表面进行改性或涂覆。2.2表面和界面效应表1.1纳米粒子尺寸和表面原子序数之间的关系2.3宏观量子隧穿效应微观粒子穿透势垒的能力称为隧穿

6、效应。一些宏观物理量，如微观粒子的磁化强度和量子相干器件中的磁通量，也有隧穿效应，称为宏观量子隧穿效应。量子尺寸效应和隧穿效应是未来微电子器件的基础，它们确定了现有微电子器件进一步小型化的极限(必须考虑量子效应)。2.4胶体分散体系(一)胶体和胶体分散体系的基本特征：一种将一种或几种物质(分散相)分散在另一种物质(分散介质)中形成的体系。胶体分散系统：分散相的尺寸在10-910-7米之间。水溶胶：一种胶体分散系统，其中分散介质为液体。固体溶胶，气溶胶。1861年，格雷厄姆提出了“胶体”的概念。基本特征：特殊的分散程度、不均匀性(多相)和聚结不稳定性。例：碘化银胶束结构图(KI作为稳定剂)胶束：

7、(agi) m ni-，(n-x) k x k胶束：(agi) m nI-，(n-x)K x-核心：(AgI)m，(ii)溶胶的动力学性质主要指溶胶中粒子的不规则性布朗运动：扩散和渗透压：沉降和沉降平衡：(iii)溶胶光学性质的廷德尔效应。当光被注入色散系统时，可能发生两种情况：(1)当分散相的粒子大于入射光的波长时，将发生光反射或折射。(2)当分散相的颗粒小于入射光的波长时，发生光散射。这时，光波绕过粒子向四面八方散射，散射光称为乳状光或散射光。第三节：纳米技术发展的特点和社会影响特点：由于其领域广泛，很难垄断；引领纳米材料和结构的发展；多学科合作和交叉；基础和战略；投资偏好；选择优势，规避

8、风险。社会影响：纳米技术将在科学、技术和社会发展中发挥重要作用，并将在未来1020年给工业生产、医疗保健和环境管理带来明显变化，影响经济发展，改变人类生存、社会和环境条件。第四部分：纳米科学技术的发展趋势在纳米尺度上研究和发展电子与原子的相互作用，在不改变化学组成的情况下控制化学、电容和催化性能；纳米尺度的生物系统；化学催化剂和吸收剂；纳米材料用于人体的能量传输和药物输入；高强度复合材料；高效能源材料。重点是在纳米尺度上改善、控制和应用材料的物理和化学性质，这是发展的关键第五部分：生物应用5.1纳米材料在生物检测中的应用生物标记技术；免疫金纳米颗粒细胞染色；金属纳米晶在核酸检测中的应用：荧光量子电标记5.2磁性纳米材料及其在生物医学中的应用磁性纳米材料的制备；磁性纳米粒子的表面修饰：磁性纳米粒子在生物分离中的应用：磁性纳米粒子在临床诊断和治疗中的应用5.3