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1、,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,?#?,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,LOGO,,,,納米材料及其應(yīng)用,邱廟春 張榮榮,目錄,,,什么是納米材料,1,,,納米材料的特性,2,,,納米材料的應(yīng)用,4,,,納米材料的發(fā)展,3,1.,什么是納米材料,納米材料是指在,三維空間,中至少有一維處于納米尺度范圍,(1-100nm),或由它們作為,基本單元,構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于,10~100,個,原子,緊密排列在一起的尺度。,,從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理,化學(xué)性質(zhì),顯著變化的細(xì)小微粒的尺寸在０,.,１微米以下，即１００納米以下。因此，顆粒尺寸在１～１００納米的微粒稱為超微

2、粒材料，也是一種,納米,材料。,,,,,,,,,,納米,粉末,納米,纖維,納米,膜,納米,塊,,納米粉末： 又稱為超微粉或超細(xì)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。,納米鐵粉,納米銅粉,納米鋁粉,納米纖維： 指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。,二氧化鈦納米纖維的,電子顯微鏡照片,Ultra-Web,納米纖維電鏡照片,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(xì)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。,納米塊： 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,2.,納米材

3、料的特性,,表面效應(yīng),體積效應(yīng),量子尺寸效應(yīng),納米材料,表面效應(yīng),：,,從圖中可以看出，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，表面原子數(shù)比例達到約,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。,,,體積效應(yīng),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。隨著納米粒子的直徑減小，能級間隔

4、增大，電子移動困難，電阻率增大，從而使能隙變寬，金屬導(dǎo)體將變?yōu)榻^緣體。,,量子尺寸效應(yīng),當(dāng)粒子尺寸下降到某一數(shù)值時，,費米能級,附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級或者能隙變寬的現(xiàn)象。當(dāng)能級的變化程度大于熱能、光能、電磁能的變化時，導(dǎo)致了納米微粒磁、光、聲、熱、電及超導(dǎo)特性與常規(guī)材料有顯著的不同。,納米技術(shù)的發(fā)展,,,,,,,,,,,,,,,,,第一階段,第二階段,第三階段,第四階段,第五階段,,,,,,,,,2,,,,,,,,,,,,3,,,,,,,,,,,1,第一階段的發(fā)展重點是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在,100,個以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計算機設(shè)計／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝

5、置。這個階段的市場規(guī)模約為,5,億美元。,第二個階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達到實用化水平。其中包括從有機碳酸鈣中制取的有機納米材料，其強度將達到無機單晶材料的,3000,倍。該階段的市場規(guī)模在,50,億至,200,億美元之間。,在第三個階段，大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級的計算機設(shè)計／制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計技術(shù)、計算機模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場規(guī)?？蛇_,100,億至,1000,億美元。,,,,,,,,,5,,,,,,,,,,,,4,納米計算機將在第四個階段中得以實現(xiàn)。這個階段的市場規(guī)模將達到,2000,億至,1,萬億美元,在第

6、五階段里，科學(xué)家們將研制出能夠制造動力源與程序自律化的元件和裝置，市場規(guī)模將高達,6,萬億美元。,4.,納米材料的應(yīng)用,納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上,陶瓷領(lǐng)域,微電子領(lǐng)域,——,納米電子學(xué),,納米技術(shù)與醫(yī)學(xué),研究納米技術(shù)在生命醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，可以在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，獲取生命信息。科學(xué)家們設(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機器人，在血液中循環(huán)，對身體各部位進行檢測、診斷，并實施特殊治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。這樣，在不久的將來，被視為當(dāng)今疑難病癥的愛滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃而解，從而將使醫(yī)學(xué)研究發(fā)生一次革命。,視頻,結(jié)束語,納米科技由于其無可挑剔的優(yōu)越性，已成為世界各國研究的熱點。其應(yīng)用已滲透到人類生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，促使許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)得到改進。,但是納米技術(shù)在發(fā)展的同時，也帶來許多潛在的危害，比如環(huán)境以及健康方面的問題。總之，科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，如何利用納米技術(shù)為人類服務(wù)，是未來科學(xué)研究的主題。,