纳米技术及材料复习资料-2012 (1)
一、填空题
1、扫描探针显微镜（SPM）两大主体技术包括____________和ATM。
2、磁带中的磁记录粉利用了磁性纳米颗粒的____________特性。
3、1997年，美国科学家利用量子隧穿效应和____________首次成功地实现了单电子移动单电子。
4、界面原子的扩散速率____________应变速率时，利于陶瓷材料超塑性的产生。
5、冷冻干燥法、喷雾干燥法都属于纳米材料液相制备法中的___________。
6、显微镜法可以对纳米材料的粒度和____________进行评估。
7、纳米粉末在较低温度下就能实现高致密性烧结，主要源于其压制成块体材料后具有高的____________。
8、体系内富有油，水相以均匀的小珠滴形式分散于连续相中，形成____________微乳液。
9、Zeta电位法不适用基于____________稳定机制的分散体系。
10、引起纳米固体材料红外吸收带宽化的因素有尺寸分布效应和____________。
11、古代铜镜的防锈层采用的是____________。
12、扫描隧道显微镜隧道电流的产生是基于____________效应。
13、居里温度是铁磁体转变为____________时的温度。
14、纳米Fe微粒的高矫顽力可以采用____________模式解释。
15、在粒径分析法中，____________的测试结果为一次颗粒的粒径，且具有代表性。
16、随热处理温度的升高，纳米材料红外吸收带出现蓝移现象主要归结于____________的影响。
17、物理气相沉积法中的基本制膜技术包括蒸镀和____________。
18、____________具有比MR更高的信号变化灵敏度，将其应用在硬磁盘中可实现更高的存储密度。
19.纳米颗粒表面吸附一层可电离的聚合物以提高其在液体介质中的分散稳定性是基于____________机制。
20、超临界流体具有密度与____________接近液体、粘度和扩散速度接近气体的特性。
22、在固相法中，可以制得亚稳纳米材料的方法为____________。
23、物理气相沉积法中的基本制膜技术包括蒸镀和____________。
24、引起纳米固体材料红外吸收带宽化的因素有尺寸分布效应和____________。
25、调节pH值来提高体系分散稳定性是通过改变纳米颗粒表面____________实现的。
26、纳米紫外吸收材料利用了纳米材料光吸收带的蓝移现象和____________ 现象。
一、填空题(每小题2分)
1、扫描隧道显微镜（STM）；
2、高矫顽力；
3、库仑堵塞效应；
4、
大于；5、溶剂蒸发法；6、形貌；7、界面能；8、W/O型or反相；9、
空间位阻；10、界面效应。11、SnO2薄膜；12、量子隧道效应；13、
顺磁体；14、一致转动；15、X射线小角散射法；16、晶场增强；17、
溅射；18、GMR（巨磁电阻效应）；19、静电位阻。20、溶解能力；
22、机械合金化法；23、溅射；24、界面效应；25、zeta电位；26、
宽化。
三、判断题（对打“√”，错的打“×”，）
1、高的晶界能有利于陶瓷材料超塑性的提高。（）
2、如果某单壁碳纳米管指数为（5,5)，则该碳纳米管为金属型的。（）
3、拉曼光谱源自分子在振动跃迁过程中偶极矩的改变。（）
4、蒸镀技术只适用于镀制对结合强度要求不高的某些功能膜。（）
5、石墨电弧法制备碳纳米管中，阳极被蒸发消耗。（）
6、对纳米微晶材料进行退火处理可以降低其比热。（）
7、表面效应不属于导致纳米微粒的光吸收带发生红移的因素。（）
8、C60团簇由32面体构成，是高不稳定性的新奇结构。（）
9、齿型碳纳米管和螺旋型碳纳米管都是半导体型的。（）
10、石墨电弧法制备碳纳米管中，阳极被蒸发消耗。（）
11、对纳米微晶材料进行退火处理可以降低其比热。（）
12、采用反应溅射法镀制化合物膜时，可以直接用金属靶作为靶材。（）
13、在超临界反溶剂技术中，溶质不溶于超临界流体，而溶剂能与之互溶。（）
14、界面数越多越有利于陶瓷材料超塑性的提高。（）
15、超顺磁体表现出高的矫顽力和高的饱和磁化强度。（）
16、纳米材料中界面对电子的强散射能力使材料的电导随温度的升高而下降。
（）
17、石墨电弧法制备碳纳米管中，阳极被蒸发消耗。（）
18、Hall-Petch关系是建立在纳米微晶材料的位错塞积理论基础上的。（）
19、空间电荷极化表现为极化强度随温度的增加而上升。（）
20、累积分布表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量。（）
1、×；
2、√；
3、×；
4、√；
5、√；
6、√；
7、×。
8、×；
9、×；10、√；11、√；12、√；13、√。14、×；15、×；16、√；
17、√；18、×；19、×；20、×。
名词解释
1、纳米技术
纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术(2分)，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术(2分)，其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品(2分)。
2、超顺磁性
磁性微粒的粒径小到一定临界尺寸，其各向异性能减少到可与热运动能相比拟(2分)，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化(2分)，使得微粒只有在磁场中才表现出磁性，一旦撤去磁场，没有剩磁，表现为没有磁性，即出现超顺磁性(2分)。
3、凝胶网络共沉淀法
凝胶网络共沉淀法是一种先将金属离子固定在三维结构的凝胶网络中,然后再进行共沉淀的制备方法(2分)。凝胶网格类似于微乳液中的“纳米反应器”,可以防止沉淀物在沉淀过程中的相互聚集和团聚(2分), 最终形成粒子的大小取决于凝胶网格的大小。因此，可以通过改变凝胶网格的大小,实现控制产物粒径大小的目的(2分)。
4、纳米材料工程
纳米材料与技术思考题2016
纳米材料导论复习题(2016) 一、填空： 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束，仅能在个方向自由运动，即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的，又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面，包括、等 9.根据原料的不同，溶胶-凝胶法可分为： 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成：、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动，即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为 14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题：（每题5分，总共45分） 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象
7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响？画简图说明 1. 纳米科学技术 (Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术 2、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：纳米材料：把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料，即三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料，大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类；纳米材料有两层含义： 其一，至少在某一维方向，尺度小于100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm，如纳米晶合金中的晶粒;其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系 3、什么是纳米科技？ 答：纳米科技是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 4、什么是纳米技术的科学意义？ 答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望 5、纳米材料有哪4种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维：纳米块体 6、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应 答：小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应 量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料
纳米材料的制备技术及其特点
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
纳米技术发展史
纳米技术发展史 【摘要】纳米技术是21世纪科技发展的制高点，是新工业革命的主导技术，它将引起一场各个领域生产方式的变革，也将改变未来人们的生活方式和工作方式，使得我们有必要认识一下纳米技术的发展史。纳米技术的发展史是一个很长的过程，同时也是一个广泛应用的过程。 【关键词】发展纳米技术纳米材料 纳米技术基本概念 纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺度在0.1～100nm范围内材料的性质及其应用，制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手 段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为 基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手 段，是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物 理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域，各传统学科之间的界限变得模糊，各学科高度交叉和融合。 纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于 自然界，只是以前没有认识到这个尺度 范围的性能。第一个真正认识到它的性 能并引用纳米概念的是日本科学家，他 们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。2、纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。3、纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，
纳米材料综述要点
纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段： 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合， ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合， ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。
图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成
什么是纳米技术
什么是纳米技术? “纳米”是英文namometer的译名，是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一门以0 1至100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
1980年的一天，在澳大利亚的茫茫沙漠中有一辆汽车在高速奔驰，驾车人是一位德国物理学家H 格兰特(Gleiter)教授。他正驾驶租用的汽车独自横穿澳大利亚大沙漠。空旷、寂寞、孤独，使他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理研究的科学家。此时此刻，一个长期思考的问题在他的脑海中跳动：如何研制具有异乎寻常特性的新型材料? 在长期的晶体材料研究中，人们视具有完整空间点阵结构的实体为晶体，是晶体材料的主体；而把空间点阵中的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作晶体材料中的缺陷。此时，他想到，如果从逆方向思考问题，把“缺陷”作为主体，研制出一种晶界占有相当大体积比的材料，那么世界将会是怎样? 格兰特教授在沙漠中的构想很快变成了现实，经过4年的不懈努力，他领导的研究组终于在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明，任何金属颗粒，当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。纳米固体材料(nanometer sized materials)就这样诞生了。 纳米材料一诞生，即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍等；纳
纳米技术的应用与前景
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
纳米技术复习资料
纳米技术就是一门交叉性很强得综合学科,研究得内容涉及现代科技得广阔领域。纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透得学科与纳米材料、纳米器件、纳米尺度得检测与表征这三个研究领域。纳米材料得制备与研究就是整个纳米科技得基础。其中,纳米物理学与纳米化学就是纳米技术得理论基础,而纳米电子学就是纳米技术最重要得 内容。 从迄今为止得研究来瞧,关于纳米技术分为三种概念: 第一种,就是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造得机器》一书中提出得分子纳米技术。根据这一概念,可以使组合分子得机器实用化,从而可以任意组合所有种类得分子,可以制造出任何种类得分子结构。这种概念得纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术得极限。也就就是通过纳米精度得"加工"来人工形成纳米大小得结构得技术。这种纳米级得加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这就是因为,如果把电路得线幅逐渐变小,将使构成电路得绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热与晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型得纳米技术。 第三种概念就是从生物得角度出发而提出得。本来,生物在细胞与生物膜内就存在纳米级得结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机得开发,成为纳米生物技术得重要内容。2、纳米技术得发展史 1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术与纳米计量学,促进了纳米技术得发展。由于该技术得特殊性,神奇性与广泛性,吸引了世界各国得许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0、1一100nm)得材料、设计、制造,测量、控制与产品得技术。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能得检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子得制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。 灵感来源 纳米技术得灵感,来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作得一次题为《在底部还有很大空间》得演讲。这位当时在加州理工大学任教得教授向同事们提出了一个新得想法。从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片得所有技术,都与一次性地削去或者融合数以 亿计得原子以便把物质做成有用得形态有关。费曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角
纳米材料及其应用前景
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米技术知识材料
纳米技术知识材料 一、纳米（nano meter,nm）： 一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度。 二、纳米科学技术（nanotechnology）： 纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学等。纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。 三、纳米材料（nano material）与纳米粒子（nano particle）： 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 四、几种典型的纳米材料： a) 纳米颗粒型材料： 应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒材料。被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂，利用甚高的比表面与活性可以显著得提高催化效率，例如，以微径小于微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。 录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性粒子作为磁记录介质。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20）纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达4’106～4’107位/厘米（107～108位/英寸），即每厘米可记录4百万至4千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密度、低噪音和高信噪比等优点。
最新纳米技术复习资料
1 1.纳米技术内容 2 3 许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力 5 6 技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技8 术和纳米计量学等。 9 100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。 11 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领 12 米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗 14 米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是16 纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。 17 从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念： 18 第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出19 的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任20 意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技21 术还未取得重大进展。 22 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加23 工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微24 型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这25 是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样26 将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人27 员正在研究新型的纳米技术。
28 29 30 31 32 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6 33 大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和34 纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，35 吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级36 (0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要37 包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技38 术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。 39 灵感来源 40 纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为41 《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事42 们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有43 技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态44 有关。费曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚45 至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的46 规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。” 47 关键突破 48 1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重49 排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把50 35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二51 个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而52 且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极53 薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写54 头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，55 人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列56 原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。
纳米材料和纳米技术
纳米材料和纳米技术 纳米材料的使用古已有之。据研究认为中国古代字画之所以历经千年而不褪色，是因为所用的墨是由纳米级的碳黑组成。中国古代铜镜表面的防锈层也被证明是由纳米氧化锡颗粒构成的薄膜。只是当时的人们没有清楚的了解而已。纳米材料在近十几年的研究中，领域迅速拓宽，内涵不断扩展。目前，普遍接受的定义为基本单元的颗粒或晶粒尺寸至少在一维上小于100nm，且必须具有与常规材料截然不同的光、电、热、化学或力学性能的一类材料体系。纳米材料的奇异性是由于其构成基本单元的尺寸及其特殊的界面、表面结构所决定的。 纳米技术的灵感，来自于诺贝尔奖获得者Richard Feyneman于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲。他以“由下而上的方法” 出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大得扩充我们获得物性的范围。” 纳米技术是面向尺寸在1~100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及在应用中实现特有功能和智能作用的技术问题，发展纳米尺度的探测和操纵。它从思维方式的概念表明生产和科研的对象将向更小的尺寸、更深的层次发展，将从微米层次深入至纳米层次。纳米技术未来的目标是按照需要，操纵原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等，这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。扫描隧道显微镜(STM)在纳米科技中占有重要的地位，它贯穿到七个分支领域中，以其为分析和加工手段所做的工作占一半以上。 纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究，二十世纪六十年代后，研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。2001年初，中国科技大学朱清时院士的研究组首次直接拍摄到能够分辨出化学键的C60单分子图像[2]，这种单分子直接成像技术为解析分子内部结构提供了有效的手段，使科学家可以人工“切割”和重新“组装”化学键，为设计和制备单分子级的纳米器件奠定了基础。3月，美国佐治亚理工学院留美中国学者王中林教授的研究组利用高温固体气相法，在世界上首次合成了独特形态且无缺陷的半导体氧化物纳米带状结构[3]。这是继纳米管、纳米线之后纳米家族增加的新的成员。它有望解决纳米管在大规模生产时稳定性的问题，并在纳米物理研究和纳米器件应用上有重要的作用。6月，香港科技大学沈平教授的研究组在单根纯碳纳米碳管中观察到超导特性[4]。这一观察表明，当纳米碳管细到一定程度时，其材料性质将发生突变。从应用上来讲，纳米碳管超导性的发现，将有助解决电子在集成半导体器件中传输时的发热问题。 由上可见，在纳米基础研究领域，中国并不落后。自90年代初，科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等单位就启动了有关纳米材料的攀登计划、国家重点基础研究项目等，投入数千万元资金支持纳米基础研究；中国的纳米科学家，在国际上取得了一系列令人瞩目的成果，相继在《Science》、《Nature》等权威杂志上发表了高水平的论文，使中国在纳米材料基础研究方面，尤其是纳米结构的控制合成方面，走在比较前沿的位置，继美、日、德之后，位居世界第四。
四川大学纳米材料与纳米技术期末提纲及问题
第一章纳米技术的基本概念 1 什么是纳米？什么是纳米技术？ 纳米=10^-9米，大约等于十个氢原子并列一直线的长度。纳米科学技术（Nano-ST）是20世纪80年代末期诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸（0.1nm∽100nm）范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。纳米科技是研究由尺寸0.1∽100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米技术：是20世纪80年代末期兴起的新技术，其基本含意是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而获得新结构和新材料的技术。 2 按照材料维度分，纳米材料可以分成几维？ 三维空间中,至少有一维处于纳米尺度（介于1～100 nm之间）范围内的材料，都可归属于纳米材料范畴。按维数的不同，纳米材料可分类为： 零维— 一维—(直线运动) 二维—(平面运动) 三维—纳米晶体(纳米分子筛)度中的三维中自由活动 3 纳米技术涉及的研究领域有哪些？ 纳米材料、纳米器件和纳米尺度的检测与表征 其中纳米材料是纳米科技的基础；纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志；纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。 4 纳米材料涉及哪些基本效应？产生的原因是什么？ 小尺寸效应：当微粒分割到达一定程度时，其性质将会发生根本性的变化。 量子效应：电子能级由准连续变为离散能级的现象。 界面效应：纳米材料由于大量的原子存在于晶界和局部的原子结构不同于大块晶体材料，使纳米材料的自由能增加，纳米材料处于不稳定状态。 表面效应：纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子或分子所占的比例非常大。 四个特点：尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大 5 为什么金属纳米粉呈现黑色？ 这是小尺寸效应的表现，当金属粒径小到光波波长以下，金属的反射率极低，故呈现黑色。 6 STM、AFM工作原理是什么？ STM扫描隧道显微镜就是根据量子力学中的隧道效应与原理，通过探测固体表面原子中的电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。 AFM原子力显微镜中，样品放置在扫描器上方，扫描器中的压电陶瓷管在外加电压的作用下，可以在X、Y和Z方向上独立运动。SPM探头中的激光器发出激光，照射在探针的尖端背面，经反射后，落在光斑位置检测器上。光斑位置检测器上下部分的光强差产生了上下部分的电压差，通过测量这个压差，就可以得到光斑位置的变化量。 7 纳米粉体为什么容易出现团聚现象？ 书P15第五段 8 请举例说明纳米技术的“自上而下”和“自下而上”方法。 “自上而下”是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化；“针尖书写”是“自上而下”的主要技术之一。 “自下而上”最典型的例子是3维打印、基因药物。纳米科技研究的技术路线“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特
纳米技术知识材料
纳米技术知识材料 一、纳米(nano meter,nm): 一种长度单位,一纳米等于十亿分之一米,千分之一微米。大约就是三、四个原子的宽度。 二、纳米科学技术(nanotechnology): 纳米科学技术就是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术就是以许多现代科学技术为基础的科学技术,它就是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)与现代技术(计算机技术、微电子与扫描隧道显微技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学等。纳米科学技术被认为就是世纪之交出现的一项高科技。 三、纳米材料(nano material)与纳米粒子(nano particle): 纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒,一般就是指尺寸在1～100nm间的粒子,就是处在原子簇与宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观与宏观的观点瞧,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,它具有表面效应、小尺寸效应与宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比将会有显著的不同。 四、几种典型的纳米材料: a) 纳米颗粒型材料: 应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒材料。被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂,利用甚高的比表面与活性可以显著得提高催化效率,例如,以微径小于0、3微米的镍与钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍;超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳与水,超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用,从而生成碳纤维。 录音带、录像带与磁盘等都就是采用磁性粒子作为磁记录介质。随着社会的信息化,要求信息储存量大、信息处理速度高,推动着磁记录密度日益提高,促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉(20)纳米左右的超微磁性颗粒)制成的金属磁带、磁盘,国外已经商品化,其记录密度可达4’106～4’107位/厘米(107～108位/英寸),即每厘米可记录4百万至4千万的信息单元,与普通磁带相比,它具有高密度、低噪音与高信噪比等优点。
纳米技术与纳米材料简介
纳米技术与纳米材料简介
纳米技术与纳米材料简介 摘要：简单介绍了纳米、纳米结构的基本概念和涵义,阐述了纳米技术的内涵及其产生、发展和前景。并介绍了纳米材料与常规块体材料迥异的独特性能及其应用潜力。 Introduction of nanotechnology and nano-materials （Class mining 08-2 ，Resources and Environmental Sciences, Shandong University of Science and Technology） Summary：A brief introduction of the nano, nano-structure of the basic concepts and meanings, explained the meaning of nanotechnology and the production, development and prospects. And introduces the nano-materials with conventional bulk materials and the unique properties of different potential applications 1.前言：纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,随着其制备和改性技术的不断发展,纳米材料在诸多领域将会得到日益广泛的应用,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有关广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。 2.纳米结构与纳米技术 1 m的十亿分之一是纳米技术领域的测量单位,在纳米技术中100 nm的尺寸是重要的, 因为在这个范围内,根据量子物理学定律,可以观察到新物性。当物质小到1~100 nm时,其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应使物质的很多性能发生质变,呈现出许多既不同于宏观物体,也不同于单个孤立原子的奇异现象。 纳米技术是20世纪80年代末延生并崛起的高科技,它的基本涵义是指在纳米尺寸范围内研究物质的组成,通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。纳米技术的出现标志着人类的认知领域已拓展至原子、分子水平,标志着人类科学技术的新时代———纳米科技时代的来临。纳米技术是一门以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,是现代科学(量子学、分子生物学)和现代技术(微电子技术、计算机技术、高分辨显微技术和热分析技术)结合的产物。纳米技术在不断渗透到现代科学技术的各个领域的同时,形成了许许多多的与纳米技术相关的研究纳米自身规律的新兴学科,如:纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学及纳米力学等,正是这些新兴学科构成了纳米科技的主要内容。3.纳米材料及其特性 广义上,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,即纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系,或纳米结构排列于 一定基体中分散形成的体系,包括纳米超微粒子、纳米块体材料和纳米复合材料等。组成纳米材 料的基本单元在维数上可分为三类:①零维。指在空间三维尺寸均在纳米尺度内。如纳米尺度颗粒、原子簇等;②一维。指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等; ③二维。是指在三维空间中有一维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。构成纳米材料的物质的类别可以有多种,分为金
纳米技术与纳米材料
纳米技术与纳米材料
祖万兴 无机纳米材料的制备、性能及表征
摘要：综述了国内外无机纳米材料研究的成果与进展，对各种金属与非金属无机纳米材料的种类、
具有各 种特异性能和用途作了系统的介绍，并系统地阐述了无机纳米材料的各种物理或化学的制备技术， 讨论了 各种制备方法的特点、适用范围以及国内外在无机纳米材料制备方法研究上的进展，并介绍了目前 国内常 用的一些无机纳米材料的表征方法及其特点和应用。
关键词：无机纳米材料；纳米技术；制备；性能
；研究发展
研究中最为重要的领 域。无机纳米材料以及与之相关的纳米复合材料的研 究开发与应用正吸引众多科学家的浓厚兴趣，成为材 料科学领域研究的热点， 最近十几年来亦已取得了可 喜的进展[1|。目前，一些重要的无机纳米材料在制 备 技术、性能及结构表征以及应用方面已取得成功，近 几年来，更不断有无机 纳米材料产品产业化的报道。 因此，无机纳米材料的制备及无机／有机纳米复 合材 料的研究具有广阔的应用前景， 是对相关行业的技术 进步具有重要促进作 用的、前景十分灿烂的研究开发 领域。 1. 无机纳米材料的制备技术 2. 纳米材料从形态上分，可分为纳米颗粒，纳米固体(块体或薄膜)和纳米 结构。其中，纳米颗粒是最 基本的、也是研究最早、最广泛的材料。 无机纳米粉 体的制备方法可分为物理和化学两大类。 1．1 物理制备方法 (1)蒸发一冷凝法。 该方法是将装有待蒸发物 质的容器抽至至 looPa。 10“Pa 的高真空或充填低压惰性气体后，加热蒸发源，使物质 (金属、合金或化 合物) 蒸发成雾状原子，随隋性气体流冷凝到冷凝器 上，将聚集的纳米尺度的粒子刮 下、收集即得到纳米粉体。该法按加热蒸发源的不同，可有电阻加热法、等离子 体法、高频感应法、激光加热法和电子束加热法等等。该法主要用于制备金属或 金属氧化物纳米颗 粒，其纯度、粒径和粒径分布都能达到理想要求。该 法所制 备的纳米颗粒表面清洁， 但晶体形状难以控 制， 生产效率低， 适于实验室采用。 (2)高能机械球磨法，又称机械合金化法。这 是一种依靠机械能使大晶粒 经球磨变成纳米晶来制备 纳米粉体的方法。同时还可通过颗粒间湿相反应直接 合成金属间化合物、金属一碳化物和金属硫化物。类 似这种利用机械能使大颗