納米材料的特異性質(zhì)

納米材料的特異性質(zhì)第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo1.納米材料的發(fā)展，定義2.納米材料的各種特異性能3.納米材料的應(yīng)用4.總結(jié)大綱第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

1984年德國薩爾蘭大學(xué)的Gleiter以及美國阿貢試驗(yàn)室的Siegel相繼成功地制得了純物質(zhì)的納米細(xì)粉。Gleiter在高真空的條件下將粒徑為6nm的Fe粒子原位加壓成形，燒結(jié)得到納米微晶塊體，從而使納米材料進(jìn)入了一個(gè)新的階段。1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個(gè)新分支。納米材料的發(fā)展第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo納米材料的定義

納米材料（又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉未）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo超聲波納米粉電氣石納米粉返回第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

納米材料研究是目前材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其相應(yīng)發(fā)展起來的納米技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具有前途的科研領(lǐng)域表面效應(yīng)體積效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)小尺寸效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)納米材料的特性

第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。粒徑在10nm以下，將迅速增加表面原子的比例。當(dāng)粒徑降到1nm時(shí)，表面原子數(shù)比例達(dá)到約90%以上，原子幾乎全部集中到納米粒子的表面。由于納米粒子表面原子數(shù)增多，表面原子配位數(shù)不足和高的表面能，使這些原子易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性。返回

表面效應(yīng)第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

由于納米粒子體積極小，所包含的原子數(shù)很少，相應(yīng)的質(zhì)量極小。因此，許多現(xiàn)象就不能用通常有無限個(gè)原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說明，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)。其中有名的久保理論就是體積效應(yīng)的典型例子。久保理論是針對金屬納米粒子費(fèi)米面附近電子能級狀態(tài)分布而提出的。

返回體積效應(yīng)

第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

當(dāng)納米粒子的尺寸下降到某一值時(shí)，金屬粒子費(fèi)米面附近電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級；并且納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)的分子軌道能級和最低未被占據(jù)的分子軌道能級，使得能隙變寬的現(xiàn)象，被稱為納米材料的量子尺寸效應(yīng)。

返回量子尺寸效應(yīng)第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

當(dāng)顆粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米粒子的顆粒表面層附近的原子密度減少，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。

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小尺寸效應(yīng)第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo宏觀量子隧道效應(yīng)

宏觀量子隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時(shí)，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。返回第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo納米材料的應(yīng)用力學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用磁學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用熱學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用光學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用納米催化劑的應(yīng)用生物醫(yī)藥材料的應(yīng)用第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。

力學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用

返回第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。磁學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

返回磁性納米材料磁性原理磁性粉體相關(guān)產(chǎn)品第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

返回?zé)釋W(xué)性質(zhì)的應(yīng)用第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測器材料。光學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用返回T5稀土納米節(jié)能燈第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

納米顆粒的比表面積大、表面反應(yīng)活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力強(qiáng)的優(yōu)異性質(zhì)使其在化工催化方面有著重要的應(yīng)用。納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等已直接用作高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)的催化劑，大大提高了反應(yīng)效率。使用納米鎳粉作為反應(yīng)催化劑的火箭固體燃料，燃燒效率可提高100倍，用硅載體鎳催化丙醛的氧化反應(yīng)，當(dāng)鎳的粒徑在5nm以下，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，醛分解反應(yīng)得到有效控制，生成酒精的轉(zhuǎn)化率迅速增大。

納米催化劑的應(yīng)用第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo納米二氧化鈦

納米二氧化鈦是金紅石型白色疏松粉末，屏蔽紫外線作用強(qiáng)，有良好的分散性和耐候性?？捎糜诨瘖y品、功能纖維、塑料、涂料、油漆等領(lǐng)域，作為紫外線屏蔽劑，防止紫外線的侵害。也可用于高檔汽車面漆，具有隨角異色效應(yīng)。返回第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)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，美國麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向?qū)棥?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中通過磁場導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動(dòng)，因此可以用來檢查和治療身體各部位的病變。生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用

第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo未來可用于診斷疾病

返回納米機(jī)器人清除血液垃圾第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo

納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類