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1、纳米材料简介,报告提纲,纳米材料应用,纳米材料结构,纳米材料简介,概述,概述,纳米不是我们吃的大米;它和米、分米、厘米、毫米一样是一种长度单位；这个长度单位可不能在日常生活中拿来计算尺寸和举例，它是物理学上用来度量物质微观结构的特殊长度单位；,1纳米是十亿分之一米。1nm=10-3m=10-6 mm=10-9m。10个氢原子一个接一个排列起来的长度；人体血红细胞的直径是3000-5000nm;头发的直径7000-8000nm;,1nm约比人的头发的直径要小8万倍。形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。,概述,纳米材料简介,纳米材料（nano material）是指结
2、构单元的尺寸在1100nm，介于宏观物体和原子簇之间的粒子。它是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或以它们为基本单元而构成的材料。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，并且其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。,纳米材料的基本单元分成零维纳米材料、一维纳米材料和二维纳米材料三种。零维纳米材料通常指纳米颗粒和纳米粉体材料；一维纳米材料，通常是指纳米线、纳米棒、纳米管和纳米带等；二维纳米材料，通常是指纳米薄膜和纳米多层膜等，例如ZnO纳米薄膜可以改善物质的表面性能、延长寿命，在光
3、电子领域可以作为功能涂层。,古文核舟记里描述了一艘用橄榄核雕刻的舟，窗子可以开合，上面还写着“山高月小，水落石出”八个字。这艘船的最小部件只有0.1mm（毫米），即100m（微米）。,纳米材料大部分都是用人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米团体。自然界的纳米材料人体和兽类的牙齿海洋中的生命粒子蜜蜂的“罗盘”腹部的磁性纳米粒子螃蟹的横行磁性粒子“指南针”定位作用的紊乱海龟在大西洋的巡航头部磁性粒子的导航 天体的陨石碎片,纳米结构是生命现象中基本的东西光合作用在“纳米车间”进行细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”（巨噬细胞）莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应”（
4、自清洁）,最早的纳米材料：我国古代墨的原料以及着色的染料：燃烧蜡烛的烟雾制成碳黑我国古代铜镜的防锈层：氧化锡（SnO2）纳米颗粒构成的薄膜,纳米材料的特点,纳米材料集中了小尺寸、结构复杂和相互作用强等特点，用纳米材料做成的物质，可能会产生我们想象不到的新的物理和化学现象。,在纳米级尺寸下，物质所具有的性质与它们在通常状态下的性质大部一样。超微颗粒的表面与大块物体表面不同。这些颗粒没有固定的相态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如里放八面体、十面体、二十面体结晶等），因此这是物质既部同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体；超微细颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属超微颗粒会迅速氧化而燃烧；
5、具有特殊的光学性质。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%；,具有特殊的热学性质。固体物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒下雨10纳米量级时尤为显著。例如，银的常规熔为670摄氏度，而超微银颗粒的熔点可低于100摄氏度；具有特殊的磁学性质。人们发现各自、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底；,具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制呈的纳米陶瓷却具有良好的
6、韧性。因为纳米材料既有大的界面，界面的原子排雷是相当混乱的，原子在外力变形的条件下的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是磷酸钙等纳米材料所构成的；纳米材料还具有超导性等特殊性能。,纳米虽然微乎其微，但是纳米材料构建的世界却是神奇而宏大的。,碳纳米管,应用：1.储氢容器；2.内部填金属、氧化物等做模具，制最细的纳米尺度导线；3.制造性能优异的复合材料；4.制成了“纳米秤”；,1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的100倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选
7、材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。,如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。,纳米科技,21世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料代表了高新技术发展的方向。在信息产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注，这就是纳米科技。处于新材料科技前沿的纳米科技，它的应用领域非常广泛。应用于制造业，现在已经造出只有米粒大小且能开动的汽车、只有蜜蜂大小
8、的直升机。应用于生物医学，可以制出只有几毫米的人造手，帮助医生实施虚拟的现实手术。,有人预言，处于2l世纪高新技术前沿和核心地位的纳米科技所引起的世界性技术革命和产业革命对社会经济、政治、国防等所产生的冲击，将比以往的技术革命时代带来的影响更为巨大。纳米科技将会掀起新一轮的技术浪潮，领导下一场工业革命。人类将进入一个新的时代-纳米科技时代。,纳米新科技诞生才几十年，就在几个重要的方面有了如下的重要进展：1）美国商用机器公司(IBM)两名科学家利用扫描隧道电子显微镜(STM)直接操作原子，成功地在Ni(镍)基板上，按自己的意志安排原子组合成“IBM”字样;,1998年IBM公司用原子排成的世界上
9、最小的广告-IBM,日本科学家已成功地将硅原子堆成一个“金字塔”，首次实现了原子三维空间立体搬迁1991年IBM的科学家还制造了超快的氙原子开关专家们预计，这一突破性的纳米新科技研究工作将可能使美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直径仅为0.3cm的硅片上据英国科学与共同政策杂志报道，科学家们最近制造出一种尺寸只有4nm的复杂分子，具有“开”和“关”的特性，可由激光计算机提供可能的技术保证 1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。,用扫描隧道显微镜的针尖排列的汉字“原子”的大小只有0.001m,纳米结构,1、纳米带,单个
10、的纳米带可以用于制备纳米尺度的传感器。,2、纳米环,纳米环形成可能是由纳米带自发形成的，其产生的原因可能是由于减小了极化电荷引起的能量和弹性形变所引起的。,3、纳米螺旋,螺旋状的纳米结构是由于带状结构的突变引起的，其转变起源是遵循能量最低，首先，通过减少极化面积可以大大降低静电表面能，促进结构的稳定性;其次，为了平衡超晶格晶界旋转扭曲造成的应变能，周期性的螺旋形结构就成为了最稳定的结构。,4、纳米棒,应用低温水溶液法，在p-Si衬底上生长n-ZnO纳米棒。并可以用它制成异质结发光二级管。,5、纳米线,6、锯齿纳米结构,纳米材料应用,美国用于军事而研制的纳米机器人的手臂,世界上最小的汽车仅4纳米
11、,手术刀上的纳米黑钻石,纳米抗菌袜,生物波纳米水杯,纳米毛巾,在医药中的应用,1.医学使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳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药品。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。,微型纳米医学机器,这种微型纳米医学机器人是世界上第一种可以杀死癌症细胞的机器人【搜狐科学消息】据探索发现网站报道
12、，近日来自美国加州大学的科学家发明了一种新式的具有强大灭杀能力的纳米微型医学机器人“纳米推进器”，这种机器人可以在活细胞内快速的杀死癌细胞从而达到治愈癌症的目的。,在军事方面的应用,由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大34个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用,美国F117隐形轰炸机,在电子计算机和电
13、子工业中的应用,可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。,在纺织工业中应用,在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、日用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。,在化妆品中应用,纳米微粒与树脂结合用于紫外线吸收，如防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。如纳米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品
14、中，可使化妆品的性能得到提高。,在环境保护方面的应用,治理有害气体 纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。,未来生活中，纳米材料的用途,到纳米技术成熟的时候，我们生活中的衣物、化妆品、涂料、食品都可能是纳米技术的产物。纳米服装纳米药品纳米涂料纳米化妆品纳米洗洁净,我国在纳米材料应用研究领域，如用纳米材料技术改性塑料、橡胶、胶粘剂、密封剂、
15、涂料、陶瓷等方面处于领先地位。如：纳米改性涂料用于北京首都体育馆、“鸟巢”、“水立方”、网球中心、奥运村公寓、国家大剧院等。,现实生活中，纳米技术的应用已经初露端倪。例如：“鸟巢”顶棚铺上了一层特殊的纳米防护涂层，这个涂层可耐700摄氏度高温，从而解决了烟花燃放时焰火掉落灼穿顶棚膜的顾虑。而北京奥运会中使用的上百万平方米奥运锦旗和国旗也使用纺织品专用纳米防护液进行了相应处理。这种防护液能有效阻止污染液体的渗透，不仅能延长锦旗和国旗的使用寿命，还能有效的保持锦旗和国旗的清洁度和鲜艳色泽。,Nokia Morph 纳米概念手机,Nokia和剑桥大学联合推出了这款具有纳米技术的概念手机Morph（中
16、文直译变种）。Morph极具柔韧性，可以任意弯曲变形，还具有表面自动清洁以及完全透明的电路设计，采用全屏幕显示，可以折叠，也可以弯曲成为一个手镯当饰品佩戴，同时无线耳机佩戴在衣服上便于行动中接听电话。Nokia Morph 纳米概念机探索的是未来纳米技术（材料特性）给个人移动终端带来的潜在创新。,由“苍蝇间谍”说起,20世纪90年代初的一天，美国驻某国大使馆一份重要的情报突然失密。这是一份涉及美国安全的核心机密情报，美国中央情报局的主管首脑一听，深感事态严重，焦急万分，连夜派出了由高级特工约翰逊率领的一个精悍的小组飞赴该国。,从微型电台的神奇功能，人们已意识并发现：未来战场上，应用纳米(10-9米)技术的武器装备定会大显神通，并将有可能改变今后战争的面貌，使战场变得面目全非。,美国一研究所在“杀人蜂”背后贴上微芯片和红外发射器以追踪监视,
