纳米材料简介课件.ppt

什么是纳米 什么是纳米材料 纳米材料的纳米效应 纳米材料的分类 纳米材料的应用 纳米材料与未来社会 2 3 4 5 6 1 CONTENTS 纳米（nanometer）：长度单位，即10-9m。 纳米有多大？ 什么是纳米 Chapter 1 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的稀土纳米材料 光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 什么是纳米材料 2 纳米材料的纳米效应 3 Chapter 1、量子尺寸效应 2、小尺寸效应3、表面效应4、宏观量子隧道效应5、库仑阻塞和量子隧穿6、介电陷域效应 表面效应 布朗运动 单壁碳纳米管弯曲 聚合物纳米管 大事件 纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。 按材质 纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。 按纳米的尺度在空间的表达特征 纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘、超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料等）。 纳米材料的分类 4 Chapter 按形态 纳米材料可分为纳米粉末材料、纳米纤维材料、纳米膜材料、纳米块体材料、，以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。? 按功能 纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料、纳米环保材料等。 纳米材料的分类 4 Chapter 1、在半导体中的应用 当前微处理器已达到550万个晶体管的集成度、600MHZ的频率和0.18的线宽，仍满足不了技术发展的需要。根据Intel公司预测，到2011年微处理器将达到10亿个晶体管的集成度、10GHz 的频率和0.07的线宽，这使以硅为主要材料的超大规模集成电路(VLSI)的工艺和原理达到极限要继续发展必须寻求工艺和技术突破。“光电集成”就是其中一个途径，在硅电路中用光连接取 代电连接。然而大块的硅或锗的发光效率很低，且发光波段在近红外，不适合“光电集成”。寻求一种有效产生光发射的硅基材料已成为材料科学的一个热点。半导体纳米材料在可见光区具有较高的发光效，发光波段与发光效率可由纳米材料的尺寸得以控制。此，多孔硅中的量子点结构、二元半导体化合物中的嵌埋结构及半导体超晶格材料，在光纤通讯和光探测器方面有广泛的应用。 纳米材料的应用 5 Chapter 2 在磁性材料中的应用 纳米磁性材料包括纳米磁粉材料、纳米磁膜材料和纳米磁性液体。在铁磁质纳米磁性材料中，存在磁单畴结构，具有超顺磁性，即纳米结构的尺寸小于磁单畴的临界尺寸时，纳米结构中的原子磁矩有序化，具有顺磁质的特性，而在无外场时，对任何一个方向都不显磁性。加外磁场后，形成磁矩有序化，形成过程不是瞬时的，而有一个驰豫时间。超顺磁性材料，矫顽力远比普通材料大，对高密度磁记录元件十分重要。 3 在催化剂领域应用 纳米粒子表面积大、表面活性中心多，为催化剂提供了必要条件。目前纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等广泛用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂。如用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率提高100倍；以粒度小于100nm的镍和铜-锌合金的纳米材料为主要成分制成加氢催化剂，可使有机物的氢化率达到传统镍催化剂的10倍；用纳米TiO2制成光催化剂具有很强的氧化还原能力，可分解废水中的卤代烃、有机酸、酚、硝基芳烃、取代苯胺及空气中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。 4 在医药卫生行业的应用 药品颗粒小容易被人体吸收，使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，在纳米的尺度上直接利用原子、