納米技術(shù)資料

納米技術(shù)資料納米技術(shù)資料納米技術(shù)資料xxx公司納米技術(shù)資料文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度納米材料從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學性質(zhì)顯著變化的細小微粒的尺寸在微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。納米金屬材料是20世紀80年代中期研制成功的，后來相繼問世的有納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學材料等。納米材料：納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nanomaterial)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因為強相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質(zhì)。納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nanoparticle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。納米材料具有一定的獨特性，當物質(zhì)尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統(tǒng)力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結(jié)，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。就熔點來說，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點下降，同時納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進材料。一般常見的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優(yōu)異的磁性材料。納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長，因此將與入射光產(chǎn)生復雜的交互作用。金屬在適當?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測器材料。納米技術(shù)在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。[1]納米材料的發(fā)現(xiàn)組成材料的物質(zhì)顆粒變小了，“小不點”會不會與“大個子”的性質(zhì)很不相同呢？這便是納米材料的發(fā)現(xiàn)者德國物理學家格萊特（Grant）的科學思路。那是1980年的一天，格萊特到澳大利亞旅游，當他獨自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時，空曠、寂寞和孤獨的環(huán)境反而使他的思維特別活躍和敏銳。他長期從事晶體材料的研究，了解晶體的晶粒大小對材料的性能有很大的影響：晶粒越小，強度就越高。格萊特上面的設(shè)想只是材料的一般規(guī)律，他的想法一步一步地深入：如果組成材料的晶體的晶粒細到只有幾個納米大小，材料會是個什么樣子呢？或許會發(fā)生“翻天覆地”的變化吧！格萊特帶著這些想法回國后，立即開始試驗。經(jīng)過將近4年的努力，終于在1984年制得了只有幾個納米大小的超細粉末，包括各種金屬、無機化合物和有機化合物的超細粉末。格萊特在研究這些超細粉末時發(fā)現(xiàn)了一個十分有趣的現(xiàn)象。眾所周知，金屬具有各種不同的顏色，如金子是金黃色的，銀子是銀白色的，鐵是灰黑色的。至于金屬以外的材料如無機化合物和有機化合物，它們也可以帶著不同的色彩：瓷器上面的釉歷來都是多彩的，由各種有機化合物組成的染料更是鮮艷無比?？墒?，一旦所有這些材料都被制成超細粉末時，它們的顏色便一律都是黑色的：瓷器上的釉、染料以及各種金屬統(tǒng)統(tǒng)變成了一種顏色──黑色。正像格萊特想像的那樣，“小不點”與“大個子”相比，性能上發(fā)生了“翻天覆地”的變化。為什么無論什么材料，一旦制成納米“小不點”，就都成了黑色的呢？原來，當材料的顆粒尺寸變小到小于光波的波長（1×10m左右）時，它對光的反射能力變得非常低，大約低到小于1%。既然超細粉末對光的反射能力很小，我們見到的納米材料便都是黑色的了?！靶〔稽c”性質(zhì)上的變化確實是令人難以置信的。著名的美國阿貢國家實驗室制備出了一種納米金屬，居然使金屬從導電體變成了絕緣體；用納米大小的陶瓷粉末燒結(jié)成的陶瓷制品再也不會一摔就破了。格萊特的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)和正在改變科學技術(shù)中的一些傳統(tǒng)概念。因此，納米材料將是21世紀備受矚目的一種高新技術(shù)產(chǎn)品。納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)按一定規(guī)律構(gòu)筑或營造的一種新體系。它包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。目前對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微?；虬雽w納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，也使其成為了研究熱點，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機介孔復合體和高分子介孔復合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復合體和無序介孔復合體。在薄膜嵌鑲體系中，對納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學特性和磁學特性而展開的。美國科學家利用自組裝技術(shù)將幾百只單壁納米碳管組成晶體索“Ropes”，這種索具有金屬特性，室溫下電阻率小于Ω/m;將納米三碘化鉛組裝到尼龍-11上，在X射線照射下具有光電導性能,利用這種性能為發(fā)展數(shù)字射線照相奠定了基礎(chǔ)。技術(shù)指標納米氧化鋁外觀白色粉末。納米氧化鋁晶相γ相。納米氧化鋁平均粒度(nm)20±5.納米氧化鋁含量%大于%。熔點：2010℃-2050℃沸點：2980℃相對密度（水=1）】：應(yīng)用范圍①天然納米材料海龜在美國佛羅里達州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產(chǎn)卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內(nèi)的納米磁性材料，為它們準確無誤地導航。生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料為它們導航。②納米磁性材料在實際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。③納米陶瓷材料傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。④納米傳感器納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。⑤納米傾斜功能材料在航天用的氫氧發(fā)動機中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內(nèi)表面要用陶瓷制作，外表面則要用導熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結(jié)合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結(jié)合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結(jié)成形時，就能達到燃燒室內(nèi)側(cè)耐高溫、外側(cè)有良好導熱性的要求。⑥納米半導體材料將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。利用半導體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產(chǎn)生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數(shù)有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。⑦納米催化材料納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分數(shù)較大、表面的化學鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600℃降低到室溫。⑧醫(yī)療上的應(yīng)用血液中紅血球的大小為6000～9000nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。⑨納米計算機世界上第一臺電子計算機誕生于1945年，它是由美國的大學和陸軍部共同研制成功的，一共用了18000個電子管，總重量30t，占地面積約170m，可以算得上一個龐然大物了，可是，它在1s內(nèi)只能完成5000次運算。經(jīng)過了半個世紀，由于集成電路技術(shù)、微電子學、信息存儲技術(shù)、計算機語言和編程技術(shù)的發(fā)展，使計算機技術(shù)有了飛速的發(fā)展。今天的計算機小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬分之一，但運算速度卻遠遠超過了第一代電子計算機。如果采用納米技術(shù)來構(gòu)筑電子計算機的器件，那么這種未來的計算機將是一種“分子計算機”，其袖珍的程度又遠非今天的計算機可比，而且在節(jié)約材料和能源上也將給社會帶來十分可觀的效益。⑩納米碳管1991年，日本電氣公司的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖所示。這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強度比鋼高出100倍，導電率比銅還要高。在空氣中將納米碳管加熱到700℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內(nèi)形成的金屬絲也特別細，被稱為納米絲，它產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是具有超導性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導體。納米技術(shù)在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。納米材料分類納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。納米粉末又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料?？捎糜冢焊呙芏却庞涗洸牧?；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶硅和精密光學器件拋光材料；微芯片導熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷發(fā)動機等）；人體修復材料；抗癌制劑等。納米纖維指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料?？捎糜冢何Ь€、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型激光或發(fā)光二極管材料等。納米膜納米膜分為顆粒膜與致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級的薄膜?？捎糜冢簹怏w催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。納米塊體納米塊體是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結(jié)晶而得到的納米晶粒材料。主要用途為：超高強度材料；智能金屬材料等。納米材料的用途很廣，主要用途有：醫(yī)藥使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。家電用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰霜、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。電子計算機和電子工業(yè)可以從閱讀硬盤上讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。環(huán)境保護環(huán)境科學領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)功能獨特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能夠?qū)@些制劑進行過濾，從而消除污染。紡織工業(yè)在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。機械工業(yè)采用納米材料技術(shù)對機械關(guān)鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。制備方法：（1）惰性氣體下蒸發(fā)凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1-100nm的微粒經(jīng)高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結(jié)。國外用上述惰性氣體蒸發(fā)和真空原位加壓方法已研制成功多種納米固體材料，包括金屬和合金，陶瓷、離子晶體、非晶態(tài)和半導體等納米固體材料。我國也成功的利用此方法制成金屬、半導體、陶瓷等納米材料。（2）化學方法：1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和結(jié)晶法，適宜制備納米氧化物；2水解法，包括溶膠-凝膠法、溶劑揮發(fā)分解法、乳膠法和蒸發(fā)分離法等。（3）綜合方法。結(jié)合物理氣相法和化學沉積法所形成的制備方法。其他一般還有球磨粉加工、噴射加工等方法。國內(nèi)的研究情況及取得的成果納米技術(shù)作為一種最具有市場應(yīng)用潛力的新興科學技術(shù)，其潛在的重要性毋庸置疑，一些發(fā)達國家都投入大量的資金進行研究工作。如美國最早成立了納米研究中心，日本文教科部把納米技術(shù)，列為材料科學的四大重點研究開發(fā)項目之一。在德國，以漢堡大學和美因茨大學為納米技術(shù)研究中心，政府每年