纳米课件.ppt

新材料新工艺 范 广 新 材料科学与工程学院 E-mail: fangx@ 公共邮箱 邮箱: xinxincailiao@163.com 密码： xincailiao 第六讲 纳米材料和纳米科技 1.1 什么是纳米 namometer 1纳米(nm)是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。纳米,是一个物理学上的度量单位。 如果将1m与1nm相比，就相当于地球与一个玻璃弹球大小相比。人的一根头发直径约为80μm（微米），即80000nm，如果一个汉字写入尺寸为10nm，那么在一根头发丝的直径上就可写入8000字， 纳米尺度大于原子和分子，而小于通常的块体材料，是处于微观体系与宏观体系之间的中间领域，属于介观范畴。 1.2 纳米材料 纳米材料是指在一维、二维或三维的空间中始终处于1nm－100nm范围内的晶体或非晶体材料。 其性质不同于常规材料，而具有特殊性。 临界尺寸 当颗粒大小减小到某一尺寸时，材料的性能发生突变，与同样组分构成的常规材料性质不同，这个尺寸就是临界尺寸。 值得注意的是，同一种纳米材料具有的不同性质所发生突变的临界尺寸不同，而同一种性能的不同纳米材料其临界尺寸也有很大差别。 1.2.1纳米材料的基本性质 1，小尺寸效应 熔点：大块金、银的熔点为 1064℃和960℃；而直径为2nm的 金、银的纳米颗粒熔点分别为300和100 ℃ 颜色变化，纳米金可以表现出橘黄色、紫色、红色或绿色 导电：铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧 化硅颗粒在20 nm时却开始导电。 力学性能：高分子材料加纳米材料(制成的刀具)比金钢石制品还要坚硬。 2，表面效应 表面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随着 纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增 加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。  3，量子效应 当颗粒粒子尺寸下降到一定尺寸时，纳米微粒就会呈现一 系列与大块材料截然不同的反常特性，即量子尺寸效应。 从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。 如，吸收光线能力非常强的金属纳米粒子，向水里放入1/1000这种粒子，水就会变得完全不透明。 4，宏观量子隧道效应 1.2.2 纳米材料的分类 材料的形态分类：纳米点、纳米线、纳米带、纳米块。 根据化学成分：纳米金属、纳米陶瓷、纳米玻璃，纳米高分子 根据物理性质： 纳米半导体、纳米磁性材料、纳米光学材 料、纳米铁磁材料、纳米超导体材料、纳米热电材料、 根据应用：纳米电致材料、纳米光电子材料、纳米生物医用 材料、纳米敏感材料、纳米储能材料 1.2.2 纳米材料的分类 1 纳米颗粒 把纳米颗粒归属于零维纳米材料，是因为纳米颗粒从三维 上都限制在纳米尺度范围内。 纳米颗粒研究开发时间最长，技术最为成熟，是制备很多 其他纳米材料的基础。 2 纳米纤维 纳米纤维是直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，归属于 一维纳米材料，用于微导线、微光纤材料以及新型激光或发 光二极管材料等。 碳纳米管、纳米线等是典型的一维纳米材料。 3 纳米膜 纳米膜归属于二维纳米材料 主要用于催化材料（如汽车尾气处理）、过滤器材、高密度 磁计量材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。 4 纳米固体 纳米固体材料通常指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压压制 成型，或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。 各种形状的纳米材料 各种形状的纳米材料 1.3 纳米材料的制备方法 1 固相法 2 液相法 3 气相法 1.4 纳米科学技术 1 纳米科学 关于纳米物质世界的基本知识的认识和理解，关于纳米物质世界变化规律的掌握和利用。 纳米物质世界的神奇性质是纳米科学发展的驱动力。 纳米科学的发展就是人门利用崭新的科学工具作用于纳米物质世界，获取全新的科学信息的能动创造过程。这是一个艰巨的、漫长的认识过程，也是一个丰富的、多彩的、浪漫的过程，更是一个前所未有的、对人类社会进步产生巨大影响的过程。 2 纳米技术 是在纳米物质世界的认识过程中出现的各种工具、手段 以及产生的具体方法、技能； 以纳米科学为基础制造新材料、新器件、研究新工艺的方 法和手段。 3 纳米科学技术 纳米科技是以1~100nm尺度的物质或结构为研究对象的一门新兴学科，就是指通过一定的微细加工方式，按人的意志直接操纵原子、分子或原子团、分子团，使其重新排列组合，形成新的具有纳米尺度的物质或结构，研究其特性，并由此制造新功能的器件、机器以及其它各方面应用的科学与技术。 1.5 纳米科学技术