納米科技和納米材料新進展

1、納米科技和納米材料新進展n中國著名科學家錢學森：納米科技是二十一世紀科技發(fā)展的重點，會是一次技術革命，而且還會是“一次產(chǎn)業(yè)革命”。納米粒子與納米材料n納米粒子：通常指粒徑在0.1nm100nm之間的粒子。在電子顯微鏡觀察到。n納米技術：在納米尺度內(nèi)操縱原子、分子，對材料進行加工、組裝制造出特定功能產(chǎn)品的技術。從下到上的加法方式。n納米材料：利用納米技術制備的納米粒子和納米相材料。居于產(chǎn)業(yè)價值鏈的最高端。納米科技簡史n1959年諾貝爾獎金獲得者、著名物理學家Feyman：如果有一天能按人的意志安排一個個原子、分子，將會產(chǎn)生什么樣的奇跡。n60年代：1962年Kubo發(fā)現(xiàn)了庫博效應，1963年Uy

2、eda制備并研究金屬納米粒子n70年代：1977年Daricsler研究生物分子，在斯坦福大學成立了NST小組n80年代：1980初，Binning和Rohter發(fā)明了STM，1986年獲諾貝爾獎，后研究AFM，1984年Grat研究金屬納米塊，1987年Xiger研究納米陶瓷（TiO2），1989年斯坦福大學搬動了原子團寫下英文校名n1990年7月，在美國巴爾的摩召開第一屆國際NST會議，標志納米科學技術正式誕生。n1991年，C納米管被發(fā)現(xiàn)，1996年該成果發(fā)明者獲諾貝爾獎金。n1993年，中國科學院操縱原子拼出“中國”兩字，后也制造出C納米管。n1997年，美國用單電子移動單電子，將用于

3、量子計算機。n1999年，美國、巴西發(fā)明了稱十億分之一的“稱”，后德國研制出稱單個電子的“稱”。納米學科群的形成n納米物理學：開發(fā)物質潛在信息，研究納米固體的重要物理問題。n納米化學：組合的藝術。研究納米結構與合成的科學。n納米材料學：奇異性探索。研究納米材料制備與性能。n納米生物學：納米機器人。研究納米生物學原理、生命信息、機器人。n納米電子學：控制單個電子。研究新一代電子器件原理、特性及工藝。納米粒子的結構與特性n結構：殼層結構；心部為結晶體；表面層很大，非晶，接近氣態(tài)。n量子尺寸效應（庫博效應）：電子能級由連續(xù)態(tài)分裂為分立能級。能級間距大時影響磁、光、電、熱、超導特性等；波動性影響光催化

4、等。n宏觀量子隧道效應：磁化強度、磁通量由于微粒子而處于更低的能量 狀態(tài)，影響磁性，確定存貯時間等。n表面效應（莊子效應）：表面原子多，表面積大。影響化學反應性、催化、吸附、熔點等。n體積效應：周期性邊界破壞。影響光吸收、催化、磁、熱、熔點等。n界面效應：納米固體有巨大的界面。影響機械性能如韌性，燒結等。 化學反應性：反應性增強，燃燒反應加劇， 高阻燃效率，大的化學吸附。 催化性質： 高催化活性，提高反應選擇性 光催化： 催化效率高，促使多電子反 應活化，活化中心數(shù)目多。納米材料的應用n磁性材料：磁記錄材料、永磁材料、磁流體。n高效催化劑：火箭燃料、有機合成、無機催化。n納米傳感器：溫度、光、

5、濕、化學成份。n機械工程：耐高溫、高強度、高耐磨、高韌性。納米粒子的物理化學性質 n光學性質：吸光能力強，窄的吸收，紅外、紫外、微波。n熱學性質：熔點下降，蒸氣壓上升，燒結溫度下降，比熱異常。n磁學性質：矯頑力上升，磁化率、超順磁性。n電學性質：超導Tc下降，原子擴散率提高，電導下降，通道電阻效應。 冶金工業(yè)： 粉末冶金、冷凍機等。 生物與醫(yī)學：診斷、定向醫(yī)療、細胞 分離、控制生化反應。 光學材料：電子顯微鏡、核磁共振、太 陽能、吸波材料。 電子材料：高效電子元件、高密度信 息貯存 、 超導、壓電、壓阻 薄膜。納米粉體的制備方法n濕化學法：沉淀法、醇鹽法、膠體法、水熱法、還原法等。n氣相法：噴

6、霧法、惰氣冷凝法、化學氣相合成法、蒸發(fā)凝聚法等。n等離子體法：高壓放電法、高溫等離子體法等。n其它方法：高能機械球磨法、激光蒸發(fā)/凝聚法、氣溶膠法等。納米薄膜的制備方法n氣相沉積法：真空濺射法、等離子體輔助化學氣相沉積法、有機金屬氣相沉積法等。n電化學沉積法：直流電鍍、脈沖電鍍、無極電鍍、共沉積等。n其它方法：低能團簇束沉積法、Sol-gel法、噴霧熱分解法等。納米相材料的制備法n加壓成型法：熱等靜壓法、燒結法、熱壓法等。n復相材料制備法：熱裂解法。n其它方法：非晶晶化法、深度塑性變形法等。納米材料產(chǎn)業(yè)化思考n納米材料的基礎研究和實驗室研究并不等于產(chǎn)業(yè)化。n納米材料的產(chǎn)業(yè)化要全方位配合，聯(lián)合攻關（科學發(fā)現(xiàn)、小試、中試、工程放大、應用研究、市場開拓、工業(yè)化生產(chǎn)）。n納米材料產(chǎn)業(yè)化存在的主要問題：科技轉化接口不暢，科研投入嚴重不足，科學道德約束乏力。納米科技的發(fā)展趨勢n納米科技向基礎理論研究和應用基礎研究加強力度，為產(chǎn)業(yè)化革命奠定堅實基礎。n納米技術向產(chǎn)品精細化、微型化的方向