文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 纳米材料

纳米材料

纳米材料
纳米材料

纳米材料简介以及应用现状综述

(xxxxxxxxxxxxxxxxxxx)

【摘要】本文综述了纳米材料的种类、结构特性、讲解了纳米材料的特殊性能。目前应用状况和相关的应用前景,并对我国和国际目前的研究水平和投入做了简单地对比分析。【关键词】纳米、纳米技术、纳米材料、纳米结构

【Abstract】This paper reported the type of them and the characteristic of structure, explaining the nanometer material the special performance. the foresight development and applications are illustrate.Finally, we make a comparative analysis between our research and international’s in level and the input in brief. 【Key Words】nanometer, nanotechnology,nano-materials, nanostructure.

一.纳米的引入以及定义

纳米(Nanometer),是一种长度单位,即1米的十亿分之一,单位符号为 nm。纳术概念是1959年木,诺贝尔奖获得着理查德.费曼在一次讲演中提出的。20世纪80年代末、90年代初,出现了表征纳米尺度的重要工具一扫描隧道显微镜(STM),原子力显微镜(AFM)一认识纳米尺度和纳米世界物质的直接的工具,极大地促进了在纳米尺度上认识物质的结构以及结构与性质的关系,出现了纳米技术术语,形成了纳米技术。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料,纳米尺度一般是指1~100nm。欧盟采用国际标准化组织(ISO)“纳米材料”术语作为定义的基础,为了保证其在监管语境下的实用性,对该术语做了一定修改。另外,与ISO 术语不同,欧盟的“纳米材料”定义仅限于包含粒子的材料并且不包括内部或表面结构在1~100nm范围的诸如计算机芯片之类的纳米结构材料(如固体产品、部件或构件)。为了避免术语混淆和不同法律条文之间的矛盾,推荐定义提供了对“纳米材料”术语的一种共同理解。

二.纳米材料分类

纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。

1.按纳米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、纳米盘和超晶格等)、纳米结构材料即纳米空间材料(如介孔材料)。

2.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细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。

3.按形态:纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料(也称纳米块体材料)、纳米膜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)。

4.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、纳米热敏材料以及纳米环保材料等)。

三.纳米材料的特性

1)小尺寸效应

由于纳米级别很小,而且当超微粒子的尺寸和光波波长和德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小的时候,声、光、磁、电、热等特性会呈现新的尺寸效应。

2)表面效应

纳米微粒粒度小,表面积大,位于表面的原子数迅速增加。随着粒径减小,比表面积大大增加。纳米粒子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加。

3)量子尺寸效应

纳米微粒对某种波长的光的吸收带有蓝移(发光带或吸收带由长波移向短波长)现象,对各种波长光的吸收带有宽化现象,纳米微粒利用此特性吸收紫外光。通常把随着颗粒尺寸减少,能隙加大而发生蓝移的现象称为量子尺寸效应。

四.纳米微粒制备方法

1.物理制备方法 1)蒸发冷凝法2)机械合金化

2.湿化学制备方法 1)微乳液法(反相胶束法) 2)溶胶一凝胶法(胶体化学法) 3)化学气相沉积法4)水热法5)喷雾热分解法

五.纳米材料的研究与应用

随着科技的发展,人们越来越意识到纳米材料的重要性,纳米材料的研究也越来越热门,各种新型纳米产业伴随而生,各种各样尖端新型纳米材料不断的被研制出来,满足不同行业的需求,下面就简单介绍一些目前比较前沿的纳米材料的几大类研究与具体材料研究的应用。

A.比较热门的领域举例介绍:

有机无机杂化纳米材料

有机无机杂化纳米材料光电器件近年来受到越来越多的关注。这是因为有机无机杂化纳米材料既具有无机半导体材料比较高的电子迁移率和宽带吸收的特点又结合了有机小分子或聚合物材料容易形成大面积器件,成本低,质量轻和分子结构可以调控的优点。

仿生光子纳米材料

在自然界中,一些生物却非常巧妙地在利用光子纳米材料来完成各种生物功能。生物体中这些通过几亿年进化而来的纳米结构为人工光子纳米材料的设计提供了不可多得的原型。此外,一些生物微结构十分复杂并具有精妙的调制能力,使人难以仿制。仿生光子纳米材料就是要通过物理、化学、材料、生物、电子等多学科的交叉,构建生物材料和人工材料之间的桥梁,探索并确立光子纳米材料新的设计策略和制造途径。

一维碳纳米材料

一维碳纳米材料主要包括碳纳米纤维、碳纳米管、线形碳、碳纳米卷、碳纳米棒、碳纳米带、石墨烯纳米带、金刚石纳米棒、石墨烯纳米带、金刚石纳米棒、类金刚石纳米棒、

C60 纳米管及C60 纳米棒等。一维碳纳米材料的制备方法包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光蒸发法、离子溅射法、模板法、溶剂热法、球磨法、插层法和流化床法等。一维碳纳米材料具有优异的电学、机械和光学性质,在生物医药、环境保护、电子器件、场发射、储氢材料等领域有着广阔的应用前景。

手性纳米材料

分子手性材料由于在生物医药中的广泛应用而备受科学家的关注。纳米尺度的手性,由于其在本质上不同于分子尺度的手性,为生物应用提供了新机遇。主要包括:(1)无机纳米材料和手性生物分子之间的光学耦合;(2)手性纳米材料的光学活性在生物分析中的应用;(3)手性无机纳米粒子与细胞和生物体的相互作用。

磁性纳米材料

磁性纳米材料因其具有独特的性质,被广泛应用于研制和发展具有高灵敏度、高选择性的化学磁传感器和生物探针.在化学磁传感和生物探针应用方面,磁性纳米材料主要起到以下几种作用: ( 1) 在外界磁场下利用磁分离技术分离一些生物分子或生物体; ( 2) 探测一些细菌、DNA 以及其他生物分子; ( 3) 磁性纳米材料自组装; ( 4) 其他生物应用。

碳荧光纳米材料

碳荧光纳米材料具有非常特殊的性质,其发射光谱可以随着激发光谱的红移而红移,而且还具有上转换荧光的特性。与半导体荧光量子点相比,碳荧光纳米材料具有良好的生物相容性、毒性低等特点;与有机染料相比,碳荧光纳米材料具有较高光稳定性和抗光漂白性,

可经受多次激发而不发生荧光淬灭、水溶性好。碳荧光纳米材料在生物分子标记、纳米光催化、发光器件、生物传感器等方面具有巨大的潜在应用价值。

新型稀土双功能纳米材料

双功能纳米探针材料在近年成为研究的热点,尤其是具备光学成像和核磁共振成像的纳米颗粒。我们采用简单的反向微乳法合成了水溶性、单分散的二氧化硅包覆的碳酸钆掺杂铽的超细纳米颗粒,该纳米颗粒可以在短时间内使gastric cancer SGC7901 成像,同时在高达500 μg/ml 的浓度下正常肾细胞成活率仍然可以达到90%,该纳米探针同时显示了显著的T1-weighted effect ,以此可以作为T1 阳性显影剂用于核磁共振成像。由于碳酸稀土已经作为药物在美国和欧洲使用,因此该纳米颗粒将可能作为新的双功能成像探针用于生物医学等领域。

B.比较热门前沿的纳米材料举例介绍:

卟啉/石墨烯/铂纳米簇复合材

采用卟啉(TMPyP)功能化的石墨烯(GO)作为载体,制备铂纳米簇均匀分散Pt-TMPyP-GO 电催化剂。电化学检测表明,Pt-TMPyP-GO 电催化剂能明显提高对甲醇的电催化性能以及增强对CO 的抗毒化能力。研究发现Pt-TMPyP-GO 纳米复合材料中的TMPyP 在酸性溶液中发生双质子化,形成GO-H2TMPyP2+-Pt 结构,H2TMPyP2+能结合水中的溶解氧形成HTMPyP2+??O2H。甲醇在催化的过程中产生的CO 可以与HTMPyP2+??O2H 反应将CO 氧化为CO2, 从而减少了CO 在Pt 表面的堆积,使Pt 的催化活性位点不被CO 占据,因此增加了材料的抗毒化能力。

镁微纳米材料

金属镁作为一种新兴的电池负极材料具有理论比容量高(2205 mA h g1)、电势较负(2.37 V vs NHE)、安全性好、环境友好以及地壳中含量丰富等优点。为了改善镁负极的可逆沉积和动力学、提高电极利用率,我们系统研究了镁微纳米材料的制备及其电极性能。通过气相沉积法和溶液化学还原法可控合成了镁超细纳米颗粒、微纳米球、微纳米片、纳米棒、纳米线和纳米海胆等,这些微纳米材料在镁空气、镁二氧化锰和镁二次电池中获得了较好的性能。

纳米硫化锌材料

硫化锌(ZnS)是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,其室温下带隙宽度为3.66 eV,激子结合能(38meV)高于室温下的热能(25 meV)。因此,在室温下有较强的激子发射。纳米硫化锌具有独特的光电效应,在电学、磁学、光学、力学以及催化等领域呈现出许多优异的性能。

六.国际纳米材料发展投入和国内水平的对比

首先,发达国家自上世纪90年代以来,一直把纳米科技作为发展的长远战略目标,不断强化基础和应用技术开发,积极推动科技成果产业化,抢占战略制高点,企图垄断知识产权和国际市场。

其次,我国纳米技术研究目前主要集中在部分高等院校和中科院的一些研究所,覆盖领域狭窄,多学科交叉融合程度不够,技术创新主体——企业参与力度低,缺乏统筹规划与协调。

第三,纳米材料与技术,是一个典型的新兴高技术领域,需要大批高技术人才和先进、昂贵的实验装备。

七.结束语

纳米材料相当于一次技术革新,它在人类生活中起到了重要的作用,它带动了人类社会的进步,引领了科学技术的发展,同时它也是最有前途的新型材料。

现在纳米材料已经悄然进入我们的生活,开始朝大众化的目标而来。相信,在不久的将

来,纳米材料会运用地更加广泛,便利,纳米材料在新材料,化工,能源,信息等领域将会发挥更大的作用。

参考文献

[1]刘红.2006年世界前沿技术发展态势[J]国际技术经济研究,2007,02

[2]陈小明,廖运文,王怀平,等.锂掺杂B N K T无铅压电陶瓷的制备与电学性能[J].压电与声光,2011,33(1):

[3]卞志昕.小尺寸的大机遇——从美国纳米科技现状看未来[J]新材料产业,2005,10

[4]于辉,翟庆洲,蔡建岩.纳米材料近年来的研发与应用进展[J]湿法冶金,2005,02

[5]陈怡.谈谈纳米材料的发展前景与应用[J]科技信息,2007,10

[6]黄德欢,纳米技术与应用,上海中国纺织大学出版社,2001张立德,牟季美。纳米材料和纳米结构,北京科学出版社,2001

[7] D. F. Liu, W. Wu, S. H. Yang, Langmuir, 2008, 24, 5052.

[8] Y. Y. Lin, T. H. Chu, C. W. Chen, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 3644.

[9] ZHAO M,JOSEPHSON L,TANG Y,et al. Magnetic sensors for protease assa[J]. Angew Chem Int Ed,2003,42( 12) :1375 - 1378.

[10] PEREZ J M,JOSEPHSON L,O'LOUGHLIN T,et al. Magnetic relaxation switches capable of sensingmolecular interactions[J]. Nat Biotechnol,2002,20: 816 - 820.208

[11] Xia, Y.; Zhou, Y.; Tang, Z. Nanoscale 2011, 3, 1374. (Invited review)

[12] Zhou, Y.; Zhu, Z.; Huang, W.; Liu, W.; Wu, S.; Liu, X.; Zhang, W.; Tang, Z. Angewandte Chemie InternationalEdition 2011, 50,11456.

[13] Li, Z.; Zhu, Z.; Liu, W.; Zhou, Y.; Han, B.; Gao, Y.; Tang, Z. Journal of the American Chemical Society 2012,ja-2011-09981n, In press.

[14]Li, Y.; Zhou, Y.; Wang, H.; Perrett, S.; Zhao, Y.; Tang, Z.; Nie, G. Angewandte Chemie International Edition2011, 50,5860.

[15] Khosravi, M.; Amini, M.K. Carbon 2010, 48(11): 3131.

[16] Ghavanini, F.A.; Poche, H.L.; Berg, J., et al. Nano Lett. 2008, 8(8): 2437.

[17] Hatay, I.; Su, B.; Samec, Z.; Girault, H. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13733. [18] Wang, S.; Jiang, S. P.; White, T. J.; Guo, J.; Wang, X. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18935. [19] Zhao, Y. J.; Xie, Z. Y.; Gu, Z. Z. Chem. Soc. Rev. 2012, DOI:10.1039/C2CS15267C. [20] Scientific Committee on Emerging and Newly IdentifiedHealth Risks. EUROPEAN COMMISSION health & consumer protection Directorate-General, 21-22 June 2007.

[21]Definition of a nanomaterial

http://ec.europa.eu/environment/chemicals/nanotech/index.htm#definition.

[22]D.R. Reyes, G.I. Mijares, B. Nablo, K.A.Briggman and M. Gaitan. Trapping and release of citrate -capped gold nanoparticles. Applied Surface Science. 2011 (257), 8373-8377. [23] Zhong Lin Wang,Jinhui Song. Piezolectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays[J]. Science, 2006, 312(5771): 242-246.

[24]Xudong Wang, Jinhui Song, Jin Liu, Zhong Lin Wang. Direct-Current Nanogenerator Driven by Ultrasonic Waves, Science, 2007, 316(5821): 102-105.

[25]Tan W, Krishnaraj R , Desai TA. Evaluation of nanostructured composite collagen chitosan matrices for tissue engineering. Tissue Engineering, 2001, 7(2): 203-210.

热门-《纳米技术就在我们身边》教学设计

《纳米技术就在我们身边》教学设计 教学目标 1.自主学习字词,会认“兵、乓”等12个生字,会写“纳、拥”等15个生字,理解字义,识记字形。正确读写“纳米拥有冰箱除臭隐形健康预防病灶疾病细胞”等词语。 2.抓住关键语句,有目的地筛选信息,了解纳米有关知识。 3.自主、合作探究“新奇”的具体体现。 4.领会纳米的神奇所在,培养爱科学、学科学的精神。 教学重点 1.抓住关键语句,有目的地筛选信息,了解纳米有关知识。 2.自主、合作探究“神奇”的具体体现。 教学难点 1.培养学生通过各种渠道收集信息的能力。 2.有科学依据的大胆想象,培养学生的科学精神和创造能力。 第一课时 教学目标

1.自主学习字词,会认“兵、乓”等12个生字,会写“纳、拥”等15个生字,理解字义,识记字形。正确读写 “纳米拥有冰箱除臭隐形健康预防病灶疾病细胞”等词语。 2.正确朗读课文,理清文章结构。 教学过程 一、图片导入,激发兴趣。 1.导语:大家还记得在科幻世界里那些随意消失变化的 人吗?还记得在神话世界里,孙悟空的七十二变吗?现在所有这一切都不是在疯狂的科幻世界里,不是在神奇的神话里,而是在离我们也许只有几年之遥的纳米时代!那么什么是纳米?什么是纳米技术?大家想不想了解有关这方面的知识? 2.展示图片:【课件出示2】 图1.纳米机器人(描述的是一个纳米机器人在清理血管 中的有害堆积物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由地游动,对于像脑血栓、动脉硬化等病灶,纳米和纳米技术,对学生来说很陌生、很抽象。教师出示关于纳米和纳米技术的图片,可以增加直观感,能较好地激发学生的学习兴趣。 图2.纳米技术制作的中国地图(这是中国科学院化学 所的科技人员,利用纳米加工技术在石墨表面,通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。这幅地图到底有多小呢?打个比方吧,如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸,就相当于把该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。)

纳米材料的研究进展及其应用全解

纳米材料的研究进展及其应用 姓名:李若木 学号:115104000462 学院:电光院

1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。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,是一种典型人介观系统,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不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段: 第一阶段(1990年以前):主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体,研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能;研究对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1990~1994年):人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性,设计纳米复合材料,复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段(1994年至今):纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

2、纳米材料:石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体(monocrystalline silicon)高,而电阻率只约10-6 Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

纳米材料的特性及相关应用

纳米材料的研究属于一种微观上的研究,纳米是一个十分小的尺度,而一些物质在纳米级别这个尺度,往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么,关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢?下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级,将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说:被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉,其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理,可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉,这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的,微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的,但通过控制制备条件,可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说,通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积,每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡,这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂,在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料,我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术,我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件,减小器件的体

积,使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等),对纳米陶瓷来说,纳米化可望解决陶瓷的脆性问题,并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质,纳米粒子尺寸小,具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性,用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好,而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体,用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动,材料质脆,烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小,晶粒容易在其他晶粒上运动,因此,纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性,这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形,然后做表面退火处理,就可以使

涂料中添加了纳米材料的好处

涂料中添加了纳米材料的好处 现在的油漆涂料中含有一些有害的物质,可以说是脱离了低碳环保的要求,而纳米涂料作为目前唯一的一种新型环保涂料其通过纳米粒子之间的熔融、烧结复合,弥补了这一缺点同时使涂料性能得到明显进步或有新功能。现纳米涂料已引起世界各国的高度重视,并将领导建筑涂料行业新潮流,成为装饰行业新时尚。现新研发的几款新的纳米涂料,因组成的纳米粒子不同其性能各不相同。 1.UGC纳米涂料由纳米氧化钛VK-T30, 纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化锆VK-R30等全无机纳米氧化物材料组成不含有机成分,所以高耐候。不故意破坏涂层漆膜,漆膜可以几乎永久不老化、不粉化。由于是全纳米材料,涂层具有极高的渗透性,纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛等会渗透到金属、陶瓷、水泥等纳米尺寸孔径内,渗透到各个细孔,继而固化封闭这些空隙。所以会起到很强防腐作用,防腐防酸防碱作用比一般防锈漆强10倍。且为水性体系,所以以不燃烧、不冒烟,可以作为优异的防火涂料;涂层低温固化成陶瓷般坚硬物质表面,硬度高,可以达到7-9H,远非一般的涂料科比。涂层更加耐磨、耐刮擦,耐划伤。由于纳米氧化钛VK-T30, 纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化锆VK-R30和基材可以有原子力的结合,所以UGC比一般涂料有更强的结合力。如岩石板结实。附着力远强于一般涂料。 2.UGT纳米涂料由是由纳米氧化钛VK-T30, 纳米氧化铝VK-L30, 纳米氧化锆VK-R20 等组成的一种多功能涂层材料,具有优异的耐酸、耐碱、抗腐蚀、耐候性和摩擦系数小、憎水、憎油、抗粘、抗污染等优异性能。室温固化,具有较好的耐老化性能和盐雾性能,已通过国家石油和化学工业局的技术鉴定。 3.UGL纳米涂料由是纳米氧化钛VK-T30, 纳米氧化铝VK-L30, 纳米氧化锆VK-R20, 纳米氧化硅SPM30 等组成的一种多功能涂层材料,具有优异的耐盐酸、耐硫酸、耐硝酸、耐氢氧化钠、耐碱、耐腐蚀、耐热能力。由于纳米材料的加入,使附着力、致密度、强度等性能大幅度提高。其主要特点是:耐高温(T<450℃)、防腐蚀、不燃烧、耐酸碱、耐盐雾、防水。用于酸碱、腐蚀物多的场所。 由于纳米涂料采用纳米级单体浆料及纳米乳液、纳米色浆、纳米杀菌剂、纳米多功能助剂等系列纳米材料生产,与现有乳胶漆所用原料相比有无可比拟的超细性和独特性,其产品综合性能和质量大大优于其同类产品,且成本低于传统产品。将纳米技术应用于传统涂料产业目前全球化工业努力的方向之一。优锆纳米漆除了比一般的乳胶漆耐擦洗,也比一般的乳胶漆抗污抗碱。综合一下纳米漆的特点就是无毒无害,防霉耐擦洗,施工方便,耐化学侵蚀。可见纳米技术的厉害,可以说是涂料行业的佼佼者,是非常好的。

纳米教学设计2

11、《新奇的纳米技术》导学案 教学目标: 1.能正确、流利地朗读课文。了解什么是“纳米技术”,以及纳米科技的广泛应用。 2.理解文章结构,能利用规律概括段落大意。 3.能收集相关资料,并根据文章内容提出自己的疑问。 4.会用关联词来介绍一样物品。 5.激发学生爱科学、学科学的热情。 教学时间 2课时 导学单: 1、这篇课文我已经读了()遍,自己认为读得(A.正确流利B.基本流利C.不太流利) 组内伙伴评价:(A.正确流利B.基本流利C.不太流利) 2、我已经会认读这些新词: 除臭技术微观对象纳米缓释技术长度度量单位这种大小的物质纳米自清洁技术碳纳米管纳米管储氢气纳米吸波材料探测雷达波 3、我要提醒大家容易读错的词语有 4、读了课题《新奇的纳米技术》,你知道了什么?有哪些问题要与大家交流?导学学过程 基础部分 (学习程序:课前通过自己独立学习,完成基础部分及要点部分会做的内容,课内小组交流基础部分,后展示、点评。时间约10分钟) 一、谈话引入,激发兴趣 1.今天我们来学习一篇新课文《新奇的纳米技术》(板书课题)。 2.以前听说过“纳米技术”吗?“新奇”的意思?说说生活中你有没有遇到过新奇的事物。 二、通读课文,了解大意 1.检查课文朗读。 出示课文中的科技术语和句子。先组内相互听读纠正,然后全班交流。 词语:除臭技术微观对象纳米缓释技术长度度量单位这种大小的物质

纳米自清洁技术碳纳米管纳米管储氢气纳米吸波材料探测雷达波 句子:纳米技术就是与纳米尺度的微观对象打交道的先进技术。 纳米技术就是研究并利用这些特性造福于人类的一门新学问。 2.自由交流:读了课文,你知道了什么? 3.自学了课文后你有什么问题想问? 重点部分 (学习程序:先独立学习要点部分,再组内群学要点部分,时间约8分钟。然后根据各组疑问情况,安排小组大展示,点评,教师及时追问、点拨,时间约17分钟。) 三、细读课文,深入理解 (一)学习第一自然段。 1.齐读第一段,读了这一段你有什么问题吗?(微米、纳米是什么?)(二)学习第二自然段。 1.自读第二自然段,想想:课文这一段主要讲了什么呢?(纳米是一种很小的长度计量单位和什么是纳米技术。) 2.品读句子,感受说明方法。 纳米是非常非常小的长度度量单位,非常非常小。 纳米是非常非常小的长度度量单位,1纳米等于十亿分之一米。 你觉得哪句话写得更明白形象些?为什么?(用了列数字的方法) 文章中还有哪些句子也是生动地向我们介绍了纳米是很小的长度度量单位? 3、理解“顾名思义”的意思。(智能手机、平板电脑、混合动力汽车) 4、理解:纳米技术就是与纳米尺度的微观对象打交道的先进技术。 你理解这句话吗?来说说哪些词语不懂?(纳米尺度、微观对象) 缩句练习。 5.你觉得这句话是围绕着哪句话来写的?从文中用——划出。分析总分段式的特点。根据规律,找到3、4、5的总起句,说出主要内容。 (三)学习第三自然段。 1、自读这本段,从文中找一找,作者举了哪些例子来说明纳米技术就在我们身边。(冰箱的涂层、纳米领带、纳米彩旗) 2、细读这些例子,说说运用了纳米技术后,有哪些神奇的效果。

纳米复合材料最新研究进展与发展趋势

智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化,通过自我判断得出结论,并自主执行相应指令的材料,仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴,通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素:感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ,集合了传感、控制和驱动功能,能适时感知和响应外界环境变化,作出判断,发出指令,并执行和完成动作,使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力,是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域,智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性,来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域,智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域,智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果,航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物(FRP)与光纤光栅(OFBG)复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中,可以有效地检测混凝土的裂纹和强度,而且它可以根据需要加工成任意尺寸,十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状,同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物(Shape-Memory Polymer)智能复合材料的研究 形状记忆聚合物(SMP)是通过对聚合物进行分子组合和改性,使它们在一定条件下,被赋予一定的形状(起始态),当外部条件发生变化时,它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化,它们能可逆地恢复至起始态。至此,完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环,聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200%,是可变形飞行器

纳米材料在现实生活中的应用

纳米材料属于纳米技术中的一种,是一种很特殊的材料。物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。纳米材料指的就是这种尺度达到纳米单位的、具备特殊性能的材料。它在现实生活中的应用广泛,包含以下几点: 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质,纳米粒子尺寸小,具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性,用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好,而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体,用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动,材料质脆,烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小,晶粒容易在其他晶粒上运动,因此,纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性,这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形,然后做表面退火处理,就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性,而内部仍具有纳

米材料的延展性的高性能陶瓷。 3、纳米传感器 纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此,可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪,检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 4、纳米倾斜功能材料 在航天用的氢氧发动机中,燃烧室的内表面需要耐高温,其外表面要与冷却剂接触。因此,内表面要用陶瓷制作,外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化,让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”,便能结合在一起形成倾斜功能材料,它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时,就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 5、纳米半导体材料 将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料,具有许多优异性能。例如,纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低,电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降,甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。 利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力,因而它能氧化有毒的无机物,降解大多数有机物,然后生成无毒、无味的二氧化碳、水等,所以,可以借助半导体纳米粒子利用太阳能

人教版部编本四年级下册《纳米技术就在我们身边》第一课时教学设计

人教版部编本四年级下册《纳米技术就在我们身边》第一课时教 学设计 教学目标 1.自主学习字词,会认“兵、乓”等12个生字,会写“纳、拥”等15个生字,理解字义,识记字形。正确读写“纳米拥有冰箱除臭隐形健康预防病灶疾病细胞”等词语。 2.正确朗读课文,理清文章结构。 教具准备 课件: 教学设计 一、图片导入,激发兴趣。 1.导语:大家还记得在科幻世界里那些随意消失变化的人吗?还记得在神话世界里,孙悟空的七十二变吗?现在所有这一切都不是在疯狂的科幻世界里,不是在神奇的神话里,而是在离我们也许只有几年之遥的纳米时代!那么什么是纳米?什么是纳米技术?大家想不想了解有关这方面的知识? 2.展示图片:【课件出示2】 图1.纳米机器人(描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由地游动,对于像脑血栓、动脉硬化等病灶,它们可以非常容易地予以清理,而不再用进行危险的开颅、开胸手术。)图2.纳米技术制作的中国地图(这是中国科学院化学所的科技人员,利用纳米加工技术在石墨表面,通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。这幅地图到底有多小呢?打个比方吧,如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸,就相当于把该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。)

3.板书课题: 简述:这篇科学小品文向我们简单而准确地介绍了纳米、纳米技术等科学知识,展示了纳米技术美妙的前景。(板书:纳米技术就在我们身边) 4.出示目标。 二、初读课文,解决字词。 1.学生自读课文,要求:【出示课件3】 (1)正确、流利地读课文,读准字音,读通句子。 (2)遇到自己喜欢的语句,多读几遍。 2.自学课文生字词,可以用笔在文中圈出来,然后用合适的方法来解决生字词。 3.检查学习效果,相机指导。 (1)检查并指正读音 【出示课件4:本课生字新词】 乒乓球拥有杀菌防臭蔬菜癌症死亡率疾病病灶 纳米冰箱钢铁隐形健康细胞预防需要 自由读,指名读,齐读。 注意读准平舌音“灶”,翘舌音“杀臭疏”等。 (2)指导书写【出示课件5、6】 重点指导“臭蔬健康”。 “臭”上下结构,上面是个“自”下面是个“犬”,不要少写“自”里的一横和“犬”上的一点。 “蔬”上窄下宽,下面是“疏”,不要多写横撇下的一撇,也不要少写了撇折右边的一点。 “健”左窄右宽,注意中间是“廴”不是“辶”。 “康”半包围结构,注意里面的部分,最后四笔分别是:点、提、撇、捺。 (3)检查词语理解。 【出示课件7、8、9】 (1)微米:微米是长度单位。1微米相当于1米的一百万分之一。

纳米材料学教案

《纳米材料》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号:2 中文名称:纳米材料 英文名称:Nano-materials 适用专业:化学工程与工艺 课程类别:专业选修课 开课时间:第5学期 总学时:32 总学分:2 二、课程简介(字数控制在250以内) 《纳米材料》是化学工程与工艺专业的一门专业选修课,本课程系统地讲授各类纳米材料的概念、制备方法、结构和性能特征以及表征技术和方法,在此基础上,对其发展前景进行了展望。通过本课程的学习,引导大学生对纳米科学和技术进行认知与了解,帮助他们掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状以及未来发展前景,从而启迪大学生的创新思维,拓宽其科学视野,培养他们对纳米科技的学习兴趣。 三、相关课程的衔接 与相关课程的前后续关系。 预修课程(编号):高等数学B1(210102000913)、高等数学B2(210102000713)、物理化学A1(2)、物理化学A2(2),无机化学(A1)(2)、无机化学(A2)(2)。 并修课程(编号):无特别要求 四、教学的目的、要求与方法 (一)教学目的 通过本课程的学习,引导大学生对纳米科学和技术进行认知与了解,帮助他们掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状以及未来发展前景,从而启迪大学生的创新思维,拓宽其科学视野,培养他们对纳米科技的学习兴趣。 (二)教学要求 掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状,对未来发展前景有一定的认识。

(三)教学方法 本课程遵循科学性、系统性、循序渐进、少而精和理论联系实际的教学原则,结合最新的研究成果着重讲述有关纳米材料的基本理论、理论知识的应用。本课程以课堂讲授教学为主,教学环节还包括学生课前预习、课后复习,习题,答疑、期末考试等。 五、教学内容(实验内容)及学时分配 (1学时) 第一章绪论(2学时) 1、教学内容 1.1纳米科技的基本内涵 1.2纳米科技的研究意义 1.3纳米材料的研究历史 1.4纳米材料的研究范畴 1.5纳米化的机遇与挑战 2、本章的重点和难点 本章重点是纳米科技与纳米材料的基本概念。 第二章纳米材料的基本效应(2学时) 1、教学内容 2.1 小尺寸效应 2.2 表面效应 2.3 量子尺寸效应 2.4宏观量子隧道效应 2.5 库仑堵塞与量子隧穿效应 2.6 介电限域效应 2.7 量子限域效应 2.8 应用实例 2、本章的重点和难点 重点:纳米材料的表面效应、小尺寸效应及量子尺寸效应。难点:宏观量子隧道效应。 第三章零维纳米结构单元(4学时) 1、教学内容 3.1 原子团簇

(完整版)纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性[ 1 ] ,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切[ 2 ] [ 3 ] 。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶化和蒸发,蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。 2 化学制备方法 化学法是指通过适当的化学反应, 从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法[5][6]、化学气相冷凝法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。

常州纳米材料项目规划方案

常州纳米材料项目规划方案 xxx有限公司

摘要说明— 上世纪80年代末,我国政府开始重视纳米材料和技术的研究,90年代中期之后,从事纳米材料生产开发的公司不断增多,社会资金投入也不断增加,纳米材料应用产业兴起。进入二十一世纪,我国纳米材料产业进入稳定、健康的发展阶段,各种包括纳米材料在内的新材料产业法规、标准也陆续出台,纳米行业从业者的外部环境逐渐变好,竞争更加有序。 该纳米材料项目计划总投资16668.32万元,其中:固定资产投资12328.67万元,占项目总投资的73.96%;流动资金4339.65万元,占项目总投资的26.04%。 达产年营业收入34676.00万元,总成本费用27159.02万元,税金及附加309.23万元,利润总额7516.98万元,利税总额8863.03万元,税后净利润5637.73万元,达产年纳税总额3225.29万元;达产年投资利润率45.10%,投资利税率53.17%,投资回报率33.82%,全部投资回收期4.46年,提供就业职位770个。 纳米材料及其相应的制取、组合技术已成为21世纪世界科技发展中的主流方向,也是世界各国最主要的研究热点之一。当前,我国在纳米领域发表的SCI论文累计已经跃居全球第一,同时相关专利的申请量累计达20.9万件,占全球总量的45%。然而,在美国专利及商标局的专利统计数

据中,即使不计美国自身,我国大陆地区的专利数量也居于韩国、日本、 中国台湾地区之后,说明我国相关产业参与国际化竞争的程度仍然不够深。 报告内容:概述、背景、必要性分析、市场调研预测、建设规划方案、项目选址、土建工程、工艺可行性分析、环境影响分析、项目职业保护、 项目风险评估、节能概况、实施安排方案、项目投资方案、项目盈利能力 分析、项目结论等。 规划设计/投资分析/产业运营

纳米材料综述要点

纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位,1纳米=1×10-9米,即1米的十亿分之一,单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术,是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用,并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子,制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段: 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段,合成纳米块体(包括薄膜,研究评估表征的方法,探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年~1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料: ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合, ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合, ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同,它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。

图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成,也正因为这样,纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如:其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等,这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题,可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史,由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时,其韧性、强度、硬度大幅提高,使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用,从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管,表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性,成

纳米材料的发展及研究现状

纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来,纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如,存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘,成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器,价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件,用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世,充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次,是知识创新的源泉。由于纳米结构单

元的尺度(1~100urn)与物质中的许多特征长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当,从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子,也不同于宏观物体,从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象,认识新规律,提出新概念,建立新理论,为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础,也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题;纳米结构设计,异质、异相和不同性质的纳米基元(零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝)的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点,人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术,带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究,在千年交替的关键时刻,迎接新的挑战,抓紧纳米材料和柏米结构的立项,迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代,纳米材料研究的内涵不断扩大,领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密,实验室成果的转化速度之快出乎人们预料,基

纳米材料

绪论 1、纳米科技的提出:源自于费曼大师1959年在美国物理学会年会上的一次演讲。Richard Feynman:世界上首位提出纳米科技构想的科学家。 2、纳米材料 (1)纳米材料的定义:物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度,或由纳米结构单元组成且具有特殊性质的材料(也是以维数划分纳米材料的原因) (2)纳米尺度:1-100 nm范围的几何尺; 纳米的单位:1 nm = 10^-9 m,即千分之一微米(μm)。 (3)纳米结构单元:具有纳米尺度结构特征的物质单元,包括纳米团簇、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片等 (4)纳米材料的维度: ○1零维:纳米团簇、纳米颗粒、量子点(三维尺度均为纳米级,没有明显的取向性,近等轴状) ○2一维:纳米线、纳米棒、纳米管(单向延伸、二维尺度为纳米级、第三维尺度不限,、直径大于100 nm,具有纳米结构) ○3二维:纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜(一维尺度为纳米级,面状分布,,厚度大于100 nm,具有纳米结构) ○4三维:纳米花、四脚针等(包含纳米结构单元,三维尺寸均超过纳米尺度,由不同型低维纳米结构单元复合形成) (5)纳米材料的分类○1具有纳米尺度外形的材料 ○2以纳米结构单元作为主要结构组分所构成的材料 3、久保理论:即金属的超微粒子将出现量子限域效应,显示出与块体金属显著不同的性能;金属纳米粒子,量子限域效应。 4、扫描隧道电子显微镜(STM):将探针靠近导电材料表面进行扫描,获得表面图像。分辨率达0.1~0.2 nm,可以直接观察和移动原子。 5、原子力显微镜(AFM):利用针尖和材料原子间的相互微弱作用力来获得材料表面的形貌图像。可用于研究半导体、导体和绝缘体。 AFM三大特点:原子级高分辨率、观察活生命样品和加工样品的力行为成就。6、纳米科技的研究内容:纳米科学、纳米技术与纳米工程 分支学科:纳米力学:研究物体在纳米尺度的力学性质 纳米物理学:研究物质在纳米尺度上的物理现象及表征 纳米化学:研究纳米尺度范围的化学过程及反应 纳米生物学:利用纳米的手段解决生物学问题,在分子水平揭示细胞内外的物质、能量与信息交换机制; 纳米医学:利用纳米科技解决医学问题的边缘交叉学科 纳米材料学:包括纳米材料的成分、结构、性能与使用效能四个方面。 成分:是影响性能的基础 结构:决定材料性能的关键材料 性能:各种物理或化学性质 效能:材料在使用条件下的表现

纳米材料研究进展

2011年第4期甘肃石油和化工2011年12月 纳米材料研究进展 李彦菊1,高飞2 (1.河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018; 2.中核第四研究设计工程有限公司,河北石家庄050000) 摘要:纳米材料具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。综述了纳米材料 的分类、特性以及应用领域。 关键词:纳米材料;功能材料;复合材料 1前言 纳米(nm)是一个极小的长度单位,1nm=10-9m。当物质到纳米尺度以后,大约是在1~100nm 这个范围空间,物质的性能就会发生突变,呈现出特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。纳米技术正是利用纳米粒子这些特性实现其在各行各业中的特殊应用[1,2]。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐步被人们所认识,纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。目前世界各国都对纳米材料和纳米科技高度重视,纷纷在基础研究和应用研究领域对其进行前瞻性的部署,旨在占领战略制高点,提升未来10~20年在国际上的竞争地位。我国政府对纳米科技十分重视,先进的纳米产业正在蓬勃发展[3,4]。 2纳米材料的分类 以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代,它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1~100nm[5]。在纳米材料发展初期,纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义而言,纳米材料是指在3维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数[6],纳米材料的基本单元可以分为3类:①0维,指在空间3维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒,原子团簇等;②1维,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等; ③2维,指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料[7,8]。按材料物性可分为:纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的,属于人工材料,但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片,人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的[9,10]。 3纳米材料的特性[11,12] 3.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面体 收稿日期:2011-07-05 作者简介:李彦菊(1981-),女,河北廊坊人,硕士,已发表论文10余篇,其中SCI2篇。主要从事纳米材料的研究工作。8

纳米材料的一种制备方法

固液界面反应一水热晶化法制备二氧化锡纳米颗粒 一、简介 水热晶化法: 水热晶化法是合成无机纳米材料广泛采用的一种方法,装置简单,只需衬有聚四氟乙烯内胆的高压釜和加热设备(例如鼓风烘箱、油浴锅等)即可。在高温与溶剂自生高压的条件下,体系能够模拟自然界的成矿过程。水热晶化法的特点是适用范围广,可以用来制备各种金属氧化物、硫化物、磷酸盐等无机纳米材料。生产成本低,合成的材料纯度高,结晶度好。可以通过调节溶剂、物料配比、体系的pH值、有机添加剂等参数达到对粒径、形貌、结构的控制。 二氧化锡纳米材料的制备也常常运用水热晶化法。Chiu等人使用2-propanol 与蒸馏水作为混合溶剂,SnCl4?5H2O为锡源,在碱性条件下(pH=12)水热合成了3nm的SnO2纳米颗粒。Guo等人使用水热晶化法,通过调节SnCl4和NaOH的摩尔比,即体系的pH值,控制合成出空心微球、中空核-壳微球和纳米颗粒三种形态的二氧化锡。水热过程中,不同的结构导向剂也能控制二氧化锡的形貌结构。例如,Guo等人同样使用SnCl4玩为锡源,在CTAB模板剂的作用下,水热获得了棒状纳米二氧化锡。而Han等人换用环六亚甲基四胺作为结构导向剂,依旧使用SnCl4作为锡源,水热合成了核-壳结构的二氧化锡微球。Sun等人使用PVP(MW=30000)作为结构导向剂,并换用SnC12?2H2O作为锡源,双氧水预处理后,水热获得了蒲公英状二氧化锡。 在各种结构导向剂中,油酸分子由于能在颗粒表面选择性吸附,从而可以有效地引导各种结构的形成,并对纳米微粒起到稳定保护作用。 固液界面反应: 在纳米材料的制备过程中,通常会发生氧化、水解、沉淀等各种化学反应。利用在两相界面发生的化学反应来控制材料的合成引起了一定的关注。Kang等人利用水相与油相界面Sn2+的氧化反应制备出了不同粒径大小的二氧化锡纳米材料。由于水-油界面的存在,产物的结晶度比较高,尺寸分布也较窄。Deng等人使用PVP(MW=30000)作为保护试剂,乙二胺作为催化剂,过氧化氢作为氧化剂,室温下,利用单质锡块与水的界面发生的氧化反应,获得了由约3.8nm的纳米晶自组装形成的纳米球。纳米球的直径约为30nm,且具有良好的分散性。Wang 等人基于liquid-solid-solution(LSS)相转移原理合成了一系列纳米材料,其实也利用了界面间的化学反应。在这些利用界面反应控制纳米材料合成的文献中,有些纳米材料的制备其实也运用了水热晶化过程,综合利用了界面反应与水热晶化两者在材料控制合成方面的优势。 金属油酸盐是一种合成无机纳米材料比较理想的有机前驱物,它不能溶解于水或一些低碳醇(如乙醇)中,而会形成固液界面相。对于油酸锡而言,它又易发生水解反应。所以在本章中使用油酸锡作为锡源,利用固液界面反应-水热晶化过程来制备二氧化锡纳米材料。并且在油酸锡的水解过程中,可生成目前较受关注的油酸表面修饰结构导向剂。 二、实验步骤 所有原料均未作任何纯化处理,直接使用。首先,10mL去离子水中溶解

相关文档
相关文档 最新文档