納米材料的初步了解與其應(yīng)用.doc

納米科技的初步了解與其應(yīng)用學(xué)號(hào)：20120511447 姓名：張倒紅 摘要：主要介紹了對(duì)納米材料的初步認(rèn)識(shí)，對(duì)納米材料的特殊性能以及特點(diǎn)做以講解和分析；并介紹納米技術(shù)在科技領(lǐng)域以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：納米材料；納米技術(shù)； 應(yīng)用。在我們廣袤的自然界無(wú)處不體現(xiàn)著納米科學(xué)的內(nèi)涵，在我國(guó)古代的一些古銅器以及古瓷器表面均有納米級(jí)的晶粒。在1959年，著名的物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼（Feynman)首次提出了按人類(lèi)意愿任意的操作單個(gè)原子與分子的假想，也預(yù)言了納米科技的出現(xiàn)。到了21世紀(jì)的今天，納米科技的發(fā)展對(duì)我們的科技做了極大的貢獻(xiàn)，很多科學(xué)家認(rèn)為，納米技術(shù)和信息技術(shù)將成為現(xiàn)代高科技和新型學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。1 納米科技的背景納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，如同我們經(jīng)常使用的厘米、微米、毫米等 ；在自然界我們都知道物質(zhì)存在宏觀領(lǐng)域和單個(gè)原子、分子這樣的微觀領(lǐng)域，然而，存在于宏觀領(lǐng)域和微觀領(lǐng)域的這部分叫作“介觀領(lǐng)域”，這個(gè)領(lǐng)域中包括了從微米、亞微米、納米到團(tuán)簇尺寸的范圍。從廣義上來(lái)說(shuō)凡事出現(xiàn)量子相干輸運(yùn)的體系都稱(chēng)為介觀體系，但是由于目前通常把亞微米級(jí)體系有關(guān)現(xiàn)象的研究稱(chēng)為 介觀領(lǐng)域，這樣納米體系和團(tuán)簇就從這種“狹義”的介觀范圍內(nèi)獨(dú)立出來(lái)，專(zhuān)門(mén)性的稱(chēng)為了“納米體系”。1.1 納米材料然而納米材料是我們納米科技發(fā)展的一個(gè)重要基礎(chǔ)，也是進(jìn)行納米科技研究的主要對(duì)象。我們剛開(kāi)始將直徑在1100nm的粒子進(jìn)行了研究，但是我們?cè)?0世紀(jì)60年代時(shí)才開(kāi)始真正有意識(shí)地把納米粒子作為了研究對(duì)象。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或者由它們作為一個(gè)基本單元構(gòu)成的材料；包括納米超微粒、納米塊體材料和納米復(fù)合材料等等。比較典型的納米材料的分類(lèi)，比如納米顆粒，納米顆粒的研究開(kāi)發(fā)的時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)也是最為成熟，是我們制備很多其他納米材料的基礎(chǔ)。納米顆粒的指粒度一般在1100nm的顆?；蛘呤欠勰＜{米顆粒在催化、濾波、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)以及新型材料等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。哈有典型的納米材料分類(lèi)，諸如納米管，它的典型代表是納米碳管；納米碳管的管壁是一種類(lèi)似于石墨片的碳六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)納米碳管是由碳六邊形環(huán)構(gòu)成 ，每個(gè)碳與周?chē)娜齻€(gè)碳原子相鄰，碳-碳之間通過(guò)sp2雜化鍵結(jié)合，展開(kāi)在平面上 ，實(shí)際上就是石墨片的結(jié)構(gòu)，所以簡(jiǎn)單的說(shuō)，碳納米管可以看成是石墨片卷成圓筒狀而生成的。當(dāng)納米材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)入納米尺度調(diào)制的范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)小尺寸效應(yīng)，表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等納米效應(yīng)。納米的表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后又引起的性質(zhì)上的變化。隨著粒徑的減小，納米粒子的表面的原子數(shù)、比表面積、表面能及表面結(jié)合能都迅速增大。表面原子 處于裸露狀態(tài)周?chē)鄙傧噜彽脑?，有許多的剩余的鍵力，很容易和其它原子結(jié)合而最后處于穩(wěn)定狀態(tài)，具有較高的化學(xué)活性。所以利用納米材料的這一效應(yīng)下所表現(xiàn)出來(lái)的特性，我們可以在火箭固體燃料中摻雜Al納米晶，可以提高其燃燒效率，它起了一定的催化作用。1.2 納米科技納米科技和納米材料的出現(xiàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，但是它的發(fā)展速度卻十分之快。目前我們的納米科技與生物技術(shù)、信息技術(shù)成為推動(dòng)人類(lèi)未來(lái)發(fā)展的三大主流科技。在信息技術(shù)。生物與農(nóng)業(yè)技術(shù)。環(huán)境能源、生命醫(yī)學(xué)以及航空航天等各個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用。我們可以利用納米科技可以從原子和分子開(kāi)始制造材料 和產(chǎn)品。通過(guò)這種從小到大的制造方式，我們需要的制造材料就會(huì)減少，所消耗的能源也會(huì)減少，從而對(duì)我們的空氣等造成的污染就會(huì)減少。除此之外通過(guò)精確的控制尺寸和組成來(lái)合成納米結(jié)構(gòu)單元，然后再將其組合成具有獨(dú)特性質(zhì)和功能的較大結(jié)構(gòu)，制備 更輕，更強(qiáng)的材料。這些想法在我們現(xiàn)在逐步發(fā)展的納米技術(shù)下是可以實(shí)現(xiàn)的，在納米科技的發(fā)展下，人類(lèi)未來(lái)的社會(huì)科技發(fā)展會(huì)越來(lái)越高效，越來(lái)越科學(xué)。2 納米科技的應(yīng)用隨著人們對(duì)納米材料的發(fā)現(xiàn)和研究，納米科技在各個(gè)領(lǐng)域都有所貢獻(xiàn)大到對(duì)航空航天領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，小到在人們?nèi)粘Ｉ畹奶幪帒?yīng)用。納米技術(shù)也成為人類(lèi)未來(lái)發(fā)展的主流科技。2.1 納米技術(shù)在材料制造方面的應(yīng)用科學(xué)家們期望能夠在材料中加進(jìn)像生命一樣 復(fù)雜的功能，創(chuàng)造出具有像生命一樣行為的合成物，使材料變得聰明；比如混凝土能在內(nèi)部檢測(cè)到強(qiáng)度下降的征兆，或者能夠?qū)ν鈦?lái)的腐蝕作出一定的響應(yīng)，并且釋放一定的化學(xué)物質(zhì)來(lái)抵抗外界腐蝕。當(dāng)然人們還可能制造出能在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間改變形狀和顏色以便與環(huán)境相適應(yīng)的似“變色龍”的偽裝材料，還可以制造出具有自我修復(fù)功能的合金，會(huì)自動(dòng)的填充。所以，在不就的將來(lái)人們可以期望借助納米科技開(kāi)發(fā)出許許多多你目前在自然界還沒(méi)有出現(xiàn)的材料，為人們的生活和科技帶來(lái)一大進(jìn)步。2.2 納米技術(shù)在化學(xué)工藝領(lǐng)域的應(yīng)用納米材料在化工領(lǐng)域的應(yīng)用是在最近幾年才發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)然納米技術(shù)在化工領(lǐng)域展現(xiàn)了它的獨(dú)特魅力。催化劑是在化工領(lǐng)域重要的化學(xué)反應(yīng)所需物質(zhì)。傳統(tǒng)的催化劑效率過(guò)低，從而造成了資源和材料的極大浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也造成了很大的污染。納米微粒由于尺寸較小，表面所占的體積百分?jǐn)?shù)較大，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全等導(dǎo)致表面的活性位置加強(qiáng)，所以就使它具備了催化劑的基本條件。在納米材料在催化這一方面的應(yīng)用中主要有納米粒子的化學(xué)催化、半導(dǎo)體納米粒子的光催化、納米金屬、半導(dǎo)體粒子的熱催化。還有化工藝的涂料方面有著極為廣泛的應(yīng)用。2.3納米技術(shù)在環(huán)保以及能源領(lǐng)域方面的應(yīng)用隨著我們利用納米材料和納米技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)和治理方面的深入研究，我們?cè)诖隧?xiàng)工作上已經(jīng)取得了良好的前景。大氣污染一直是我們各國(guó)所面臨的問(wèn)題，也是所以需要解決的難題，空氣中有害氣體的超標(biāo)對(duì)人類(lèi)的健康造成了巨大的威脅。然而，納米材料和納米技術(shù)的應(yīng)用可以解決產(chǎn)生這些氣體的污染源的問(wèn)題。最新的研究成果表明，復(fù)合稀土化物的納米級(jí)粉體有非常強(qiáng)的氧化還原性能，它的應(yīng)用可以徹底解決汽車(chē)尾氣中一氧化碳和氮?dú)浠衔锏奈廴締?wèn)題。以活性炭作為載體，納米粉體作為催化活性體的汽車(chē)尾氣凈化催化劑，可在氧化一氧化碳時(shí)還原氮氧化物，使它們轉(zhuǎn)化為對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害的氣體；還納米級(jí)凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氧化二鋁的1020倍。2.4 納米技術(shù)在生物工程中的應(yīng)用納米科技和生物技術(shù)是21世紀(jì)的前沿科學(xué)技術(shù)，納米工程是納米技術(shù)和生物工程相結(jié)合的產(chǎn)物，因此，兩者的交叉形成了新的科技前沿，有希望得到廣泛的應(yīng)用。比如納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)生的應(yīng)用有細(xì)胞的移植，美國(guó)俄亥俄州大學(xué)生物醫(yī)學(xué)中心研制出一種微小的中心硅顆粒，可把正常的細(xì)胞放入其中，植入患者體內(nèi)代替那些喪失功能的細(xì)胞。3 結(jié)論納米材料和納米技術(shù)是21世紀(jì)較為前沿的科技，我們只有通過(guò)對(duì)納米材料的不斷深入研究，研究納米材料的新型的性質(zhì)功能和特性，通過(guò)對(duì)其這些功能特性的認(rèn)識(shí)和分析研究過(guò)后，利用納米技術(shù)使其發(fā)揮更大的作用，讓納米技術(shù)更多的應(yīng)用到人類(lèi)社會(huì)、科技發(fā)展中去，為人類(lèi)的科技進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。知識(shí)是無(wú)止境的，需要的是人們不停的追求和探索，科學(xué)也一樣，需要我們不斷的探索，才可以有大的突破和貢獻(xiàn)。4 參考文獻(xiàn)1 楊志尹，納米科技M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2 張立德，納米材料M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.3 許并社，納米材料及應(yīng)用技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.4 施利毅，納米材料M，上海：華東理工大學(xué)出版社，2007.5 劉登明，納米技術(shù)在節(jié)能以及環(huán)保方面的應(yīng)用J，內(nèi)江科技，2003（2）：23