納米術(shù)與應(yīng)用

1、納米技術(shù)與應(yīng)用 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與環(huán)境工程系應(yīng)用化學(xué)專業(yè)2004.3.4多倫多大學(xué)化學(xué)工程與應(yīng)用化學(xué)系 內(nèi)容提要納米技術(shù)簡介納米技術(shù)在世界各國納米技術(shù)與經(jīng)濟(jì)納米技術(shù)與當(dāng)代中國本研究小組的工作與展望1.1 空間尺度的劃分宇觀(cosmoscopic)遙觀(remote sensoscopic)宏觀(macroscopic)顯微觀(optico-microscopic)介觀(mesoscopic) 或納米觀(nanoscopic): 1100nm1.2 空間尺度的劃分微觀(microscopic)皮米觀(picosopic)飛米觀(fentoscopic)亞飛米觀(subfentoscopic

2、)1.3 納米？ 1納米(nm): 1毫米(mm)的百萬分之一頭發(fā)的直徑1.4 納米技術(shù)在納米尺度上對物質(zhì)和材料進(jìn)行研究和處理的技術(shù)被稱為納米技術(shù)1.5 納米材料納米材料: 在納米量級(1100nm)內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的具有特異性能的新材料四大特點(diǎn): 尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大四大效應(yīng): 小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)納米材料特性取決于制備方法1.6 進(jìn)一步認(rèn)識納米蛋白質(zhì)、dna、rna、病毒，都在1100nm的范圍光合作用在“納米車間” 進(jìn)行細(xì)胞中的一些結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機(jī)械”，細(xì)胞象一個(gè)“納米工廠”蓮花荷葉出污泥而不染:“荷葉效應(yīng)”納米

3、結(jié)構(gòu)是生命現(xiàn)象中基本的東西1.7 媒體中的納米怪象納米冰箱納米洗衣機(jī)1.8 納米技術(shù)前景展望 錢學(xué)森(1991)：“我認(rèn)為，納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的重點(diǎn)，會是一次技術(shù)革命，從而將在21世紀(jì)又是一次產(chǎn)業(yè)革命?！奔{米技術(shù)將改變生產(chǎn)方式，導(dǎo)致生活方式變革，帶領(lǐng)我們進(jìn)入嶄新的21世紀(jì)。2.1 2.1 國外納米技術(shù)進(jìn)展國外納米技術(shù)進(jìn)展1990年，ibm公司用原子排出“ibm”1991年，nec實(shí)驗(yàn)室觀察到碳納米管合成了其它納米管材料2.1 2.1 國外納米技術(shù)進(jìn)展國外納米技術(shù)進(jìn)展實(shí)心的納米棒、納米線、量子線2.1 2.1 國外納米技術(shù)進(jìn)展國外納米技術(shù)進(jìn)展朗訊公司和牛津大學(xué): 納米鑷子

4、碳納米管“秤”，稱量一個(gè)病毒的重量稱量單個(gè)原子重量的“納米秤”2.1 2.1 國外納米技術(shù)進(jìn)展國外納米技術(shù)進(jìn)展dna開關(guān)2.2 2.2 納米技術(shù)在美國納米技術(shù)在美國2010年: 80萬納米科技人才,gdp1萬億美元, 200萬個(gè)就業(yè)機(jī)會能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一制定了“國家納米技術(shù)倡議”(nni):納米材料納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué) 2.2 2.2 納米技術(shù)在美國納米技術(shù)在美國軍工: 隱形飛機(jī)表面涂料、艦船表面納米涂料美國總統(tǒng)布什2003.12.3日簽署了21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案，批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開始的4年中共投入

5、約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開發(fā)2.3 2.3 納米技術(shù)在日本納米技術(shù)在日本1962年, 久保(kubo): 久保理論國會: 21世紀(jì)前20年的立國之本著名大企業(yè): 納米實(shí)用化技術(shù)的計(jì)劃 三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線 自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣2.4 2.4 納米技術(shù)在其它國家納米技術(shù)在其它國家韓國：全國納米技術(shù)研究院、納米顯示技術(shù)印度：像抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣抓納米科技德國：把發(fā)展納米技術(shù)定位在新能源、新環(huán)境，全面帶動納米技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展法國：國家納米科技中心、納米產(chǎn)業(yè)基金世界都在迎接納米時(shí)代的到來2.5 2.5 納米技術(shù)在中國納米技術(shù)在中國1993年，中科院操縱原子寫字2

6、.5 2.5 中國納米技術(shù)進(jìn)展中國納米技術(shù)進(jìn)展中科院物理所制備出大面積碳納米管陣列;合成了當(dāng)時(shí)最長的纖維級碳納米管中國科技大學(xué):氮化鎵粉體清華大學(xué):氮化鎵納米棒中國科技大學(xué):從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽(yù)為“稻草變黃金”2.5 2.5 中國納米技術(shù)應(yīng)用中國納米技術(shù)應(yīng)用中科院化冶所 “七五攻關(guān)”: 納米碳化硅 “八五863”: 納米阻燃劑中科院化學(xué)所納米領(lǐng)帶超雙疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 納米聚丙烯管材高強(qiáng)度、抑菌功能2.5 2.5 納米技術(shù)應(yīng)用納米技術(shù)應(yīng)用全國范圍 三百多家納米企業(yè)以“納米”注冊的企業(yè)近百家數(shù)十條納米材料生產(chǎn)線資金約百億元3.1 3.1 納米技術(shù)與經(jīng)濟(jì)納米技術(shù)與

7、經(jīng)濟(jì)材料人類文明的四大技術(shù)支柱之一材料是人類物質(zhì)文明的基礎(chǔ)材料支撐著其它新技術(shù)的前進(jìn)納米材料是納米技術(shù)的基礎(chǔ)納米材料是材料家族中的重要新成員3.2 3.2 納米技術(shù)與經(jīng)濟(jì)納米技術(shù)與經(jīng)濟(jì)科學(xué) 發(fā)現(xiàn)新材料、提出新方法 知識創(chuàng)新 將“錢”轉(zhuǎn)化為“知識”技術(shù) 工業(yè)化制備納米材料 清潔生產(chǎn)工藝 商品化技術(shù) 將“知識”轉(zhuǎn)化為“錢”3.3 納米材料制備綜述納米材料制備綜述對納米材料的要求尺寸可控(小于 100 nm)成分可控形貌可控晶型可控表面物理和化學(xué)特性可控(表面改性和表面包覆)3.4 3.4 納米材料制備綜述納米材料制備綜述化學(xué)法物理法3.4.1 化學(xué)方法制備納米材料納米材料氣相法氣溶膠法激光法等離子

8、法裂解法氧化法水解法燃燒法3.4.1 化學(xué)方法制備納米材料納米材料液相法化學(xué)沉淀法(均勻沉淀法, 共沉淀法)水解法(醇鹽,鹵化物)溶膠-凝膠法水熱法3.4.2 物理方法制備納米材料納米材料氣相法惰性氣體冷凝法固相法高能球磨法攪拌磨法震動磨法3.5 某納米顆粒的制備3.6 納米粉體表面改性納米材料實(shí)用化的關(guān)鍵表面物理控制化學(xué)特性控制粉體松散、不團(tuán)聚表面改性和表面包覆化學(xué)法為主3.6.1 表面包覆 3.6.2 表面改性 3.6.3 表面改性 4 納米科技與當(dāng)代中國 近代中國的機(jī)遇與挑戰(zhàn)二百年回顧蒸汽機(jī)技術(shù)、電氣化技術(shù)、微電子技術(shù)的高潮都錯過it產(chǎn)業(yè)、網(wǎng)絡(luò)通訊與西方差距不大納米技術(shù)使大家都面臨著重新

9、變革，相當(dāng)于5千米賽跑，都才跑出500米，我們落后得不是很多，有的還不落后4.1 4.1 納米技術(shù)技術(shù)對競爭力的提升能源領(lǐng)域 石油、煤等不可再生資源環(huán)保領(lǐng)域 解決水污染的問題 解決空氣污染的問題微電子 納米電子器件、納米線、納米傳感器信息領(lǐng)域 光纖、發(fā)光器件4.2 4.2 納米技術(shù)技術(shù)對競爭力的提升功能性涂料、薄膜 防靜電涂料 特殊視覺涂料 紫外線吸收涂層 耐磨、防腐、耐高溫、耐沖刷涂層機(jī)械納米結(jié)構(gòu)單元和納米機(jī)械結(jié)構(gòu)陶瓷增強(qiáng)、增韌、助燒結(jié)4.3 4.3 納米技術(shù)技術(shù)對競爭力的提升化學(xué)化工 催化劑、助催化劑、阻燃劑 鎳催化氧化丙醛，當(dāng)鎳的粒徑在5nm以下，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，生成酒精的轉(zhuǎn)化率迅速增大塑料和橡膠 制品成型劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗老化劑oa領(lǐng)域 復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的墨粉 噴墨打印機(jī)墨水、高級墨水4.4 4.4 納米技術(shù)技術(shù)對競爭力的提升納米藥物 磁性納米粒子藥物衛(wèi)生保健品 防曬霜紡織品 反射紅外線型化纖殺菌滅菌除臭型化纖4.5 4.5 提升國防科技國防科技納米探測系統(tǒng)納米材料提高武器打擊納米材料提高防護(hù)能力納米機(jī)械系統(tǒng)制造的小型機(jī)器人雷達(dá)隱身技術(shù)美國:“超黑粉”,對雷達(dá)波的吸收率達(dá)99法國:co-ni納米顆粒包覆絕緣層5.1 本研究小組的工作研究方向 化學(xué)化工中與納米相關(guān)的課題研究目的 創(chuàng)新：論文發(fā)表 應(yīng)用：經(jīng)濟(jì)效益研究手段