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纳米材料综述 报告人:张李锋 2004.12纳米科技纳米科技Outline1.纳米材料的概念及特点纳米材料的概念及特点2.对纳米材料的要求对纳米材料的要求3.纳米结构单元纳米结构单元4.纳米晶界结构理论纳米晶界结构理论5.纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法6.纳米材料的分类纳米材料的分类7.纳米材料的应用纳米材料的应用8.纳米材料的另一面纳米材料的另一面9.结束语结束语1.纳米材料的概念及特点纳米材料的概念及特点纳米材料纳米材料:在纳米量级在纳米量级(1100nm)内调控物质内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料结构制成的具有特异性能的新材料四大特点四大特点:尺寸小、比表面积大、表面能高、尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大表面原子比例大四大效应四大效应:小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应量子隧道效应、表面效应 尺寸可控尺寸可控(小于小于100nm)成分可控成分可控形貌可控形貌可控晶型可控晶型可控表面物理和化学特性可控表面物理和化学特性可控(表面改性和表面包覆表面改性和表面包覆)2.对纳米材料的要求对纳米材料的要求3.纳米结构单元纳米结构单元团簇团簇(cluster)：几个乃至上千个原子、分子或几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚集体（粒径小于或等于集体（粒径小于或等于1nm）eg:C60buckyball,Fen,CnHm纳米微粒：颗粒尺寸为纳米量级的超细颗粒，纳米微粒：颗粒尺寸为纳米量级的超细颗粒，尺度介于团簇和微粉间尺度介于团簇和微粉间eg:colloid（胶体）胶体）用透射电子显微镜能看到用透射电子显微镜能看到的颗粒的颗粒人造原子：人造原子：artificialatomsorquantumdot纳米管、棒、丝等纳米管、棒、丝等4.纳米晶界结构理论纳米晶界结构理论Gleiter的完全无序说。这种假说认为纳米晶粒间的完全无序说。这种假说认为纳米晶粒间界具有较为开放的结构，原子排列具有随机性，界具有较为开放的结构，原子排列具有随机性，原子间距较大，原子密度低，既无长程有序，又原子间距较大，原子密度低，既无长程有序，又无短程有序。无短程有序。Seagel2的有序说。有序说认为晶粒间界处的有序说。有序说认为晶粒间界处含有短程有序的结构单元，晶粒间界处原子保持含有短程有序的结构单元，晶粒间界处原子保持一定的有序度，通过阶梯式移动实现局部能量的一定的有序度，通过阶梯式移动实现局部能量的最低状态最低状态.叶恒强、吴希俊叶恒强、吴希俊3的有序无序说。该理论认为纳的有序无序说。该理论认为纳米材料晶界结构受晶粒取向和外场作用等一些因米材料晶界结构受晶粒取向和外场作用等一些因素的限制素的限制,在有序和无序之间变化在有序和无序之间变化5.物理方法制备物理方法制备纳米材料纳米材料气相法气相法真空冷凝法真空冷凝法惰性气体凝聚法惰性气体凝聚法固相法高能球磨法高能球磨法搅拌磨法搅拌磨法震动磨法震动磨法强变形法强变形法 (severe plastic deformation)(severe plastic deformation)-气相法气相法-激光法激光法-等离子法等离子法-裂解法裂解法-氧化法氧化法-水解法水解法-燃烧法燃烧法化学方法制备纳米材料化学方法制备纳米材料液相法液相法 -化学沉淀法化学沉淀法(均匀沉淀法均匀沉淀法,共沉淀共沉淀法法)-水解法水解法(醇盐醇盐,卤化物卤化物)-溶胶溶胶-凝胶法凝胶法-水热合成法水热合成法-气溶胶法气溶胶法-微乳液法微乳液法6.纳米材料的分类纳米材料的分类 纳米材料是纳米科技研究的重点，主要包括：纳米材料是纳米科技研究的重点，主要包括：纳米材料物理、纳米材料制备技术（纳米粉体、纳米材料物理、纳米材料制备技术（纳米粉体、纳米薄膜、纳米非晶晶化材料）、纳米材料的测纳米薄膜、纳米非晶晶化材料）、纳米材料的测试与纳米新材料研制及其应用。根据各种形式分试与纳米新材料研制及其应用。根据各种形式分类：类：1从材料的结构分：纳米超微粉末、纳米多层从材料的结构分：纳米超微粉末、纳米多层薄膜、纳米结构薄膜、纳米结构2从材料的性质分：纳米金属材料、纳米陶瓷从材料的性质分：纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米复合高分子材料（纳米塑料、纳米橡材料、纳米复合高分子材料（纳米塑料、纳米橡胶、纳米胶粘剂、纳米涂料、纳米纤维）胶、纳米胶粘剂、纳米涂料、纳米纤维）3从力学性能来分：纳米增强陶瓷材料、纳米改从力学性能来分：纳米增强陶瓷材料、纳米改性高分子材料、纳米耐磨及润滑材料、超精细研磨性高分子材料、纳米耐磨及润滑材料、超精细研磨材料等材料等4从表面活性来分：纳米催化材料、吸附材料、从表面活性来分：纳米催化材料、吸附材料、防污环境材料防污环境材料5以光学性能来分：纳米吸波（隐身）材料、光以光学性能来分：纳米吸波（隐身）材料、光过滤材料、光导电材料、感光或发光材料、纳米改过滤材料、光导电材料、感光或发光材料、纳米改性颜料、抗紫外线材料等。性颜料、抗紫外线材料等。6以电子性能来分：纳米半导体传感器材料、纳以电子性能来分：纳米半导体传感器材料、纳米超纯电子浆料米超纯电子浆料7以性能来分：高密度磁记录介质材料、磁流体、以性能来分：高密度磁记录介质材料、磁流体、纳米磁性吸波材料、纳米磁性药物、纳米微晶永磁纳米磁性吸波材料、纳米磁性药物、纳米微晶永磁或软磁材料、室温磁制冷材料等。或软磁材料、室温磁制冷材料等。8以热学性能来分：纳米热交换材料、低温烧结以热学性能来分：纳米热交换材料、低温烧结材料、低温焊料、特种非平衡合金等材料、低温焊料、特种非平衡合金等9以生物和医用性能来分：纳米药物、纳米骨和以生物和医用性能来分：纳米药物、纳米骨和齿修复材料、纳米抗菌材料齿修复材料、纳米抗菌材料7.纳米材料的应用纳米材料的应用1.在陶瓷领域的应用在陶瓷领域的应用2.在微电子学上的应用在微电子学上的应用3.在生物工程上的应用在生物工程上的应用4.在光电领域的应用在光电领域的应用5.在化工领域的应用在化工领域的应用6.在医学上的应用在医学上的应用7.在分子组装方面的应用在分子组装方面的应用碳纳米管的分类碳纳米管的分类纳米电子机械纳米电子机械生物分子发动机生物分子发动机用于光学纤维的纳米管用于光学纤维的纳米管纳米结构的聚合物纳米结构的聚合物分子电路自组装分子电路自组装8.纳米材料的另一面纳米材料的另一面纳米材料可通过三种途径进入人体。人们接触纳纳米材料可通过三种途径进入人体。人们接触纳米材料污染一般通过下面途径：一、通过呼吸系米材料污染一般通过下面途径：一、通过呼吸系统；二、通过皮肤接触；三、其他方式，如食用、统；二、通过皮肤接触；三、其他方式，如食用、注射之类。纳米材料污染物通过上述途径进入人注射之类。纳米材料污染物通过上述途径进入人体，与体内细胞起反应，会引起发炎、病变等；体，与体内细胞起反应，会引起发炎、病变等；污染物在人体组织内停留也可能引起病变，如停污染物在人体组织内停留也可能引起病变，如停留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。纳米材料比普通的污染物对人体的影响更大。纳米材料比普通的污染物对人体的影响更大。这是因为纳米材料体积非常小，同样质量下纳米这是因为纳米材料体积非常小，同样质量下纳米颗粒将比微米颗粒的数量多得多，与细胞发生反颗粒将比微米颗粒的数量多得多，与细胞发生反应的机会更大，更易引起病变。应的机会更大，更易引起病变。纳米材料很小，可以几乎不受阻碍地进入细胞，从纳米材料很小，可以几乎不受阻碍地进入细胞，从而有可能进入人的神经系统，影响人的大脑，导致而有可能进入人的神经系统，影响人的大脑，导致一些更严重的疾病和后果。一些更严重的疾病和后果。目前，研究人员还不知道如何将纳米材料从人体中目前，研究人员还不知道如何将纳米材料从人体中清除，也不知道它们会不会在人体中降解清除，也不知道它们会不会在人体中降解纳米材料还有一个潜在的危险纳米材料还有一个潜在的危险易爆炸。纳米材易爆炸。纳米材料具有反常特性，原本物质不具有的性能，小颗粒料具有反常特性，原本物质不具有的性能，小颗粒会具有。原本不导电的物质，在颗粒变小后有可能会具有。原本不导电的物质，在颗粒变小后有可能导电，有些原来不易燃的物质在纳米尺度下也可能导电，有些原来不易燃的物质在纳米尺度下也可能导致爆炸。导致爆炸。9.结束语结束语 纳米材料是国际材料界当前研究的热点，它使人纳米材料是国际材料界当前研究的热点，它使人类在改造自然方面进人了一个新层次，即从微米类在改造自然方面进人了一个新层次，即从微米级层次深入到纳米级层次。级层次深入到纳米级层次。鉴于纳米科技是节能、低耗和技术密集型的新科鉴于纳米科技是节能、低耗和技术密集型的新科技，发展纳米科技的投人产出比可能高于其它高技，发展纳米科技的投人产出比可能高于其它高科技项目。因此应在政策、财力、物力和人力上科技项目。因此应在政策、财力、物力和人力上给于大力支持，让纳米技术尽快实现产业化给于大力支持，让纳米技术尽快实现产业化纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域星展现在新材料、能源、信息等各个领域,发挥举发挥举足轻重的作用。足轻重的作用。