納米材料研究現(xiàn)狀教材

1、納米材料特性及研究現(xiàn)狀1 納米材料的簡(jiǎn)介納米，實(shí)際上是一個(gè)長(zhǎng)度單位， 1 納米（ nm）=1000000000 米。納米材料， 納米材料又稱(chēng)為超微顆粒材料，由納米粒子組成 ,是指材料至少有一個(gè)維度小于 100 納米，是處在原子簇和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域 1 。納米材料其實(shí)并不神秘 和新奇，自然界中廣泛存在著天然形成的納米材料，如蛋白石、隕石碎片、動(dòng)物 的牙齒、 海洋沉積物等就都是由納米微粒構(gòu)成的。 人工制備納米材料的實(shí)踐也已 有 1000 年的歷史，中國(guó)古代利用蠟燭燃燒之煙霧制成碳黑作為墨的原料和著色 的染料， 就是最早的人工納米材料。另外， 中國(guó)古代銅鏡表面的防銹層經(jīng)檢驗(yàn)也 已證實(shí)為納米Sn

2、O2顆粒構(gòu)成的薄膜。蜜蜂、海龜不迷路-體內(nèi)用納米磁性微粒 （相當(dāng)于生物羅盤(pán)） 。納米材料可分為兩個(gè)層次：納米超微粒子與納米固體材料。納米超微粒子是 指粒子尺寸為 1-100nm 的超微粒子，納米固體是指由納米超微粒子制成的固體材 料2。而人們習(xí)慣于把組成或晶粒結(jié)構(gòu)控制在 100 納米以下的長(zhǎng)度尺寸稱(chēng)為納米 材料。1.1 納米材料按結(jié)構(gòu)分類(lèi)零維納米材料： 指空間三維尺度均在納米尺度以?xún)?nèi)的材料，如 納米粒子、 原 子團(tuán)簇等；一維納米材料：有兩維處于納米尺度的材料，如納米線納米管；二維納米材料：在三維空間有一維在納米尺度的材料，如超薄膜； 三維納米材料 （納米固體材料）：指由尺寸小于 15nm 的超

3、微顆粒在高壓力下壓制成型，或再 經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密性固體材料。 納米固體材料的主要特征是具有 巨大的顆粒間界面， 如 5 nm 顆粒所構(gòu)成的固體每立方厘米將含 1019個(gè)晶界，從 而使得納米材料具有高韌性 3 。2 納米材料的奇特性質(zhì)由于尺寸的特殊性，納米材料具有特定的物理效應(yīng)，使其展現(xiàn)出不同于體相 材料的特殊的物理性能和化學(xué)性能，特別是具有新穎的物理性能 4，使納米材料 具有廣泛的應(yīng)用前景。納米材料一般具有如下四大物理效應(yīng)：2.1 小尺寸效應(yīng)當(dāng)納米顆粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、 德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)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

4、態(tài)納 米微粒表面層附近原子密度減小，聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性均會(huì)呈現(xiàn)出小尺 寸效應(yīng) 5。例如：光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態(tài)向 無(wú)序態(tài)，超導(dǎo)相向正常態(tài)的轉(zhuǎn)變；聲子譜發(fā)生改變等。2.2 表面效應(yīng) 由比表面積及表面原子數(shù)的增加而引起的特殊效應(yīng)成為表面效應(yīng) 6。 納米微粒尺寸小，表面面積大，位于表面的原子占很大的比例。隨著粒徑減小，表面急劇變大，引起表面原子數(shù)迅速增加。如粒徑為 4 nm的微粒，包含4000個(gè)原子，表面原子占40;粒徑為1 nm的微粒，包含30個(gè)原子，表 面原子占 99。隨著粒徑的減小，表面原子所占比例迅速增大，這是由于粒徑小 使表面原子增多所致。 例如，粒徑

5、為 10 nm 時(shí)，比表面積為 90 m 粒徑為 5 nm 時(shí)， 比表面積為180m2/g；粒徑下降到2 nm，比表面積增至450m2/g。這樣高比例的 比表面積，使處于表面的原子數(shù)很多， 增大了納米粒子的活性。 這種表面原子的 活性，不但引起納米粒子表面原子輸送和構(gòu)型的變化， 同時(shí)也引起表面原子自旋 構(gòu)像和電子能譜的變化。2.3 量子尺寸效應(yīng)當(dāng)金屬或半導(dǎo)體粒子從三維減小到零維時(shí)，載流子 （電子、空穴 ）在各個(gè)方向 均受限制。當(dāng)粒子尺寸下降到接近或小于某一值 （激子玻爾半徑 ）時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附 近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象 7。納米微粒中所含原子數(shù)有限，這 就導(dǎo)致能級(jí)間距發(fā)生分裂。 納

6、米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和 最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)而使能隙變寬的現(xiàn)象稱(chēng)為量子尺寸效應(yīng)。 由于量子 尺寸效應(yīng)的存在從而使納米材料具有許多新穎的物理化學(xué)性質(zhì)， 如非線性光學(xué)性 質(zhì)和特異催化性質(zhì)等。2.4 宏觀量子隧道效應(yīng)量子物理中把粒子能夠穿過(guò)比它動(dòng)能更高勢(shì)壘的物理現(xiàn)象稱(chēng)為隧道效應(yīng)。 這 種量子隧道效應(yīng)即微觀體系借助于一個(gè)經(jīng)典被禁阻路徑從一個(gè)狀態(tài)改變到另一 個(gè)狀態(tài)的通道， 在宏觀體系中當(dāng)滿(mǎn)足一定條件時(shí)也可能存在。 人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀 物理量， 如微顆粒的磁化強(qiáng)度、 量子相干器件中的磁通量等顯示出隧道效應(yīng)， 稱(chēng) 之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。 量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將會(huì)是未來(lái)微

7、電子、 光電子器件的基礎(chǔ)， 或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限， 當(dāng)微電 子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)。 例如，在制造半導(dǎo)體集成電 路時(shí)，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長(zhǎng)時(shí)， 電子就通過(guò)隧道效應(yīng)而溢出器件， 使器件 無(wú)法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概在 0.25um。目前研制的量子共振隧穿 晶體管就是利用量子效應(yīng)制成的新一代器件。3 納米材料的制備方法簡(jiǎn)介納米材料從制備手段來(lái)分， 可歸納為化學(xué)方法和物理方法。 下面介紹一些較 為成熟的納米材料制備方法。3.1 化學(xué)方法3.1.1 溶膠凝膠法 該方法利用金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽類(lèi)的水解或者聚合反應(yīng)形成均勻溶膠， 再使溶質(zhì)聚合濃縮成透明

8、凝膠，經(jīng)過(guò)凝膠干燥、 熱處理等可以得到氧化物、 金屬單質(zhì)等 納米材料8。溶膠一凝膠法制備納米粉體的工作始于 20世紀(jì) 60年代，可以制備 一系列納米氧化物、復(fù)合氧化物、金屬單質(zhì)及金屬薄膜等。近年來(lái)，用此法制備 納米微粒、納米薄膜、納米復(fù)合材料及納米矩陣等的報(bào)道很多。此法的優(yōu)點(diǎn)有 : 粒度小、制品純、溫度低（可以比傳統(tǒng)方法低 400-500C,過(guò)程易控制；從同一原 料開(kāi)始，改變工藝過(guò)程可獲得不同的制品；制品粒徑小、顆粒分布均勻、團(tuán)聚少、 介電性能較好。但是采用金屬醇鹽作為原料，成本高， 排放物對(duì)環(huán)境有污染。3.1.2化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積(CVD)是迄今為止氣相法制備納米材料應(yīng)用最為廣泛的方

9、法9。該種方法是利用氣態(tài)物質(zhì)在一定溫度、壓力下，在固體表面進(jìn)行反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物，沉積物首先是納米粒子，然后形成薄膜。該種方法已廣泛用于提純物質(zhì)， 研制新晶體，沉積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無(wú)機(jī)薄膜材料。此法所得產(chǎn)品純度高、 粒度分布窄，但設(shè)備和原料要求高。 隨著其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，由此衍生出來(lái)的 許多新技 術(shù)，如金屬有機(jī)化學(xué)缺陷相沉積(MOCVD)、熱絲化學(xué) 氣相沉積 (HTCVD)、等離子體輔助化學(xué)氣相沉積門(mén)(PACVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)及激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積(LICVD)等技術(shù)。3.1.3溶劑熱法溶劑熱法是在特制的密閉反應(yīng)容器(高壓釜)里，采用溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通

10、 過(guò)對(duì)反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個(gè)高溫、 高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物 質(zhì)通過(guò)溶解或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，并達(dá)到一定的過(guò)飽和度而進(jìn)行結(jié)晶和 生長(zhǎng)的方法10 03.1.3 固相法固相法是指利用機(jī)械粉碎、電火花爆炸、高能機(jī)械球磨等方法來(lái)制備納米粉 體。其中，高能機(jī)械球磨法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種方法，它無(wú)需從外部供給熱能。在干燥環(huán)境中進(jìn)行高能球磨，使大晶粒變?yōu)樾【Я?。固相法除了用?lái)制備單 質(zhì)金屬納米材料外，還可以通過(guò)顆粒間的固相反應(yīng)直接合成納米陶瓷粉復(fù)合材料 11 0固相法雖具有操作簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但易引入雜質(zhì)，使產(chǎn)品純度降低， 顆粒分布也不均勻。固相法包括熱分解法、固相反應(yīng)法、火花放

11、電法、溶出法以 及球磨法等。3.2物理方法早期的物理制備方法是將較粗的物質(zhì)粉碎，如低溫粉碎法、超聲波粉碎法、 沖擊波粉碎法、蒸氣快速冷卻法、蒸氣快速油面法等等。近年來(lái)發(fā)展了一些新的 物理方法，這些方法我們統(tǒng)稱(chēng)為物理凝聚法，物理凝聚法主要分為3.2.1真空蒸發(fā)靛聚法將原料用電弧高頻或等離子體等加熱， 使之氣化或形成等離子體，然后驟冷， 使之凝結(jié)成納米微粒12 0其粒徑可通過(guò)改變通入惰性氣體的種類(lèi)、壓力、蒸發(fā)速 率等加以控制，粒徑可達(dá)1 100nm。具體過(guò)程是將待蒸發(fā)的材料放人容器中的 柑鍋中，先抽到10，Pa或更高的真空度，然后注人少量的惰性氣體或性NjNH3 等載氣，使之形成一定的真空條件，此

12、時(shí)加熱，使原料蒸發(fā)成蒸氣而凝聚在溫度 較低的鐘罩壁上，形成納米微粒。3.2.2等離子體蒸發(fā)凝聚法把一種或多種固體顆粒注人惰性氣體的等離子體中， 使之通過(guò)等離子體之間 時(shí)完全蒸發(fā)，通過(guò)驟冷裝置使蒸氣奴聚制得納米微粒13 0通常用于制備含有高熔 點(diǎn)金屬合金的納米微粒，如 Fe-A1， Nb- Si等。此法常以等離子體作為連續(xù)反 應(yīng)器制備納米微粒。綜上所述，物理方法通常采用光、電等技術(shù)使材料在真空或惰性氣氛中蒸發(fā)，然后使原子或分子形成納米顆粒， 它還包括球磨、 噴霧等以力學(xué)過(guò)程為主的制備 技術(shù)14。物理法的特點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)單，成本低，但產(chǎn)品純度不高，顆粒分布不均 勻，形狀難以控制。3.3 納米材料的表

13、征手段納米材料的表征手段很多， 許多新表征方法相繼出現(xiàn)， 這對(duì)納米材料科學(xué)的 發(fā)展起到了推進(jìn)作用。 按照各種測(cè)試手段的研究側(cè)重點(diǎn)， 可將它們分為以下幾個(gè) 類(lèi)型。3.3.1 粒度分析 由于粉體材料的顆粒大小分布較廣，可以分為納米顆粒、超微顆粒、微粒、 細(xì)粒、粗粒等類(lèi)型。依據(jù)這些顆粒的種類(lèi)可以采用相應(yīng)的粒度分析方法和儀器。 傳統(tǒng)的顆粒測(cè)量方法有篩選法、顯微鏡法、 沉降法、 電感應(yīng)法等 15。近年來(lái)發(fā)展 的方法有激光衍射法、激光散射法、光子相干光譜法、電子顯微鏡圖像分析法、 基于顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的粒度測(cè)量法及質(zhì)譜法等。 其中，激光散射法和光子相干光譜 法由于具有速度快、測(cè)量范圍廣、數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性好、自

14、動(dòng)化程度高以及便于 在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。 掃描電鏡和透射電子顯微鏡常用于直接觀察大小 在 1 nm5um 范圍內(nèi)的顆粒，適合納米材料的粒度大小和形貌分析。激光動(dòng)態(tài)光 散射粒度分析法和光子相關(guān)光譜分析法， 測(cè)量顆粒最小粒徑可以達(dá)到 20 nm 和 1 nm。3.3.2 形貌分析 材料的形貌尤其是納米材料的形貌是材料分析的重要組成部分， 材料的很多 重要物理化學(xué)性能是由其形貌特征所決定的。納米材料常用的形貌分析方法有 : 掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描隧道顯微鏡(S TM)和原子 力顯微鏡 (AFM) 。其中掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡形貌分析不僅可以分析 納米

15、粉體材料， 還可以分析塊體材料的形貌 16。其提供的信息主要有材料的幾何 形貌、粉體的分散狀態(tài)、 納米顆粒大小及分布、 特定形貌區(qū)域的元素組成和物相 結(jié)構(gòu)。掃描電鏡對(duì)樣品的要求比較低， 無(wú)論是粉體材料還是大塊樣品， 均可以直 接觀察。透射電鏡具有很高的空間分辨能力， 特別適合納米粉體材料的分析， 但 顆粒大小應(yīng)小于300 nm,否則電子束就不能透過(guò)了。掃描隧道顯微鏡主要針對(duì) 一些特殊導(dǎo)電固體樣品的形貌分析， 可以達(dá)到原子量級(jí)的分辨率， 僅適合具有導(dǎo) 電性的薄膜材料的形貌分析和表面原子結(jié)構(gòu)的分布分析。 原子力顯微鏡可以對(duì)納 米薄膜進(jìn)行形貌分析,分辨率可以達(dá)到幾十納米,比掃描隧道顯微鏡差, 但適合

16、 導(dǎo)體和非導(dǎo)體樣品,不適合納米粉體的形貌分析。3.3.3 成分分析納米材料的光、 電、熱、磁等物理性能與組成納米材料的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)具 有密切的關(guān)系。因此, 確定納米材料的元素組成, 測(cè)定納米材料中雜質(zhì)的種類(lèi)和 濃度是非常重要的。X光電子能譜(XPS)可以分析材料表面的化學(xué)組分、原子價(jià) 態(tài)和化學(xué)鍵的有關(guān)信息。等離子體光譜(ICP)測(cè)試儀可對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)組成和含 量分析。此外還有電子探針微區(qū)分析法(EPMA)，俄歇電子能譜(AES)原子發(fā)射光 譜(AAS)等。除上述表征方法外，ESR分析、DSC分析、熱重分析、X光顯微技 術(shù)、 X 射線微探針?lè)治?、固體核磁共振、單晶 X 射線測(cè)量等 17 可根據(jù)

17、具體需要 作適宜選取，同時(shí)采用多種方法互相補(bǔ)充。3.3.4 結(jié)構(gòu)分析人們己經(jīng)了解到， 不僅納米材料的成分和形貌對(duì)其性能有重要影響， 納米材料的物相結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能也有著重要的作用。 物相結(jié)構(gòu)分析的目的 是精確表征晶粒的尺寸、分布和形貌 ;晶界和相界面的本質(zhì) ;晶體的完整性和晶間 缺陷 ;跨晶粒和跨晶界的組成和分布 ;微晶及晶界中雜質(zhì)的剖析等。紫外一可見(jiàn)光 譜(UV-Vis)可觀察能級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，通過(guò)吸收峰位置變化可以考察能級(jí)的變化 18。光聲光譜主要是通過(guò)吸收峰位移提供帶隙位移及能量變化信息。拉曼(Raman)光譜則可揭示材料中的空位、間隙原子、 位錯(cuò)、晶界和相界等方面信息 19。根

18、據(jù) 納米固體材料的拉曼光譜進(jìn)行計(jì)算， 可望能夠得到納米表面原子的具體位置。 廣 延X(jué) 一射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜(EXAF S)提供X 一射線吸收邊界之外所發(fā)射的精 細(xì)光譜，該法己成為分析缺少長(zhǎng)程有序體系的有效表征手段， 它能獲取有關(guān)配位 原子種類(lèi)、配位數(shù)、鍵長(zhǎng)、原子間距等吸收X-射線的有關(guān)原子化學(xué)環(huán)境方面的信息20。傅立葉變換遠(yuǎn)紅外光譜(F T-far-IR)可檢驗(yàn)金屬離子與非金屬離子成鍵、 金屬離子的配位等化學(xué)環(huán)境情況及變化， 而紅外、 遠(yuǎn)紅外分析精細(xì)結(jié)構(gòu)也很有效21。高分辨 X 一射線粉末衍射能夠獲取有關(guān)單晶胞內(nèi)相關(guān)物質(zhì)的元素組成比、 尺寸、粒子間距與鍵長(zhǎng)等納米材料的精細(xì)結(jié)構(gòu)方面的數(shù)據(jù)與信息

19、。 穆斯堡爾譜學(xué) 物質(zhì)的原子核與其核外環(huán)境 (指核外電子、鄰近原子以及晶體等 )之間存在細(xì)微的 相互作用， 從而出現(xiàn)超精細(xì)相互作用。 穆斯堡爾譜學(xué)是提供這種微觀結(jié)構(gòu)信息的 有效手段，它對(duì)鐵磁材料超精細(xì)相互作用的測(cè)定具有很高的分辨本領(lǐng)。4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1980 年代以后，納米材料的研究迅速發(fā)展這個(gè)過(guò)程分類(lèi)方法有很多，按內(nèi) 容特點(diǎn)有 3 個(gè)階段 :第一階段， 1991)年之前為止， 只是探索制造各種材料納米粒 粉，探索納米才料不同于傳統(tǒng)材料的特殊的性能納米粒子和納米塊結(jié)構(gòu)的研究， 是朋年代末開(kāi)始的研究對(duì)象一般只停留在單一材料和單相材料納米晶一般都指 的是這類(lèi)材料第 2 階段是 1991年到 19

20、99年，人們已經(jīng)把焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到納米材料的 物理、化學(xué)、機(jī)械性能， 從而開(kāi)發(fā)納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料是將不同納米粒子 之間或者和傳統(tǒng)材料復(fù)合， 并發(fā)展到復(fù)合納米膜層探究納米復(fù)合材料合成的方法 已經(jīng)成為這個(gè)階段的主導(dǎo)第三階段，自 1991 年以來(lái)人工組裝的納米結(jié)構(gòu)材料的 合成系統(tǒng)越來(lái)越受到關(guān)心、新焦點(diǎn)國(guó)際上稱(chēng)這種材料為納米組裝材料。納米研究的第 1 階段到第 3 階段，從顆粒到納米管，納米材料的研究，再到 組裝納米材料與此同時(shí)， 在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并行發(fā)展的新的情況下， 納米材 料的應(yīng)用成為了科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)迄今為止， 研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 組裝納米粒子和 高性能納米結(jié)構(gòu)材料的合成與性改， 改進(jìn)了傳統(tǒng)

21、材料和涂層材料， 對(duì)納米顆粒性 改與表面涂層的研究取得了驚人的進(jìn)步，應(yīng)用前景更加擴(kuò)大經(jīng)過(guò) 1. 2 兩個(gè)階段的研究發(fā)現(xiàn)，納米材料的新特性對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)材料及其它 產(chǎn)品都有重要的影響日本、 美國(guó)和西歐實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果表明， 納米材料已經(jīng)進(jìn)入了 批量生產(chǎn)初步統(tǒng)計(jì)， 20 多個(gè)國(guó)際納米材料公司生產(chǎn)制造銷(xiāo)售粉體高技術(shù)的陶器 納米功能改性材料和涂料備技術(shù)已經(jīng)得到了環(huán)保、 醫(yī)藥和能源方面的應(yīng)用自 1991 年以來(lái)，納米材料及相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)生的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)每年增長(zhǎng) 25%。納米材料制備 方法還有技術(shù)研究重要發(fā)展方向趨勢(shì)是加強(qiáng)控制其成型過(guò)程這其中包括對(duì)顆粒 尺寸、粒子形狀、表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)的控制因?yàn)榧{米粒子的小尺寸效果

22、、表面 效果同時(shí)和量子尺寸效應(yīng)，與此同時(shí)， 這些材料將采取什么樣的性能， 貢獻(xiàn)為量 的多少， 往往很難區(qū)分的損益的影響， 并不像想象中那么容易判斷不僅如此， 他 還向解釋這種現(xiàn)象， 但很難也遇到了困難， 擴(kuò)大設(shè)計(jì)新型納米結(jié)構(gòu)材料如何管制影響納米材料的性質(zhì)控制的問(wèn)題是工學(xué)研究迫在眉睫近年來(lái)，國(guó)際納米材料，主要研究控制形成過(guò)程幾個(gè)方面 : 一通過(guò)改性納米 表面物質(zhì)和異性沉積層表面，來(lái)改變表面電子狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和粗糙度 ; 二是納 米顆粒在多空隙基體中分布狀況進(jìn)行控制量子尺寸效果和滲流效果 ; 三是通過(guò)設(shè) 計(jì)納米絲、軟管等陣列系統(tǒng)獲得必要的特性。5 納米材料的應(yīng)用5.1 在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用 納米添加使

23、常規(guī)陶瓷的綜合性能得到改善，納米陶瓷具有優(yōu)良的室溫和高 溫力學(xué)性能， 抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性均有顯著提高。 把納米氧化鋁與二氧化鋯進(jìn) 行混合已獲得高韌性的陶瓷材料，燒結(jié)溫度可降低 100C。我國(guó)已成功地制備 了納米陶瓷粉體材料，其中氧化鋯、碳化硅、氧化鋁、氧化鐵等制備工藝穩(wěn)定， 生產(chǎn)量大，已為規(guī)模生產(chǎn)提供了良好的條件。5.2 催化方面的應(yīng)用納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，在環(huán)保、水質(zhì)處理、有機(jī)物降解、失效農(nóng)藥降解等方面有重要的應(yīng)用。常用的光催化半導(dǎo)體納米粒 子有TiO2、Fe2O3, CdS, ZnS, PbS, PbSe,等。主要用處：將在這類(lèi)材料做 成空心小球，浮在含有有機(jī)物的廢

24、水表面上，利太陽(yáng)光可進(jìn)行有機(jī)物的降解。 美國(guó)、日本利用這種方法對(duì)海上石油泄漏造成的污染進(jìn)行處理。采用這種方法 還可以將粉體添加到人造纖維中制成殺菌纖維。銳鈦礦白色納米 TiO2 粒子表 面用Cu+, Ag+離子修飾，殺菌效果更好。這種材料在電冰箱、空調(diào)、醫(yī)療器 械、醫(yī)院手術(shù)室裝修等方面有著廣泛的應(yīng)用情景。5.3 在光學(xué)方面的應(yīng)用 。紅外反射材料： 納米微粒用于紅外反射材料上主要制成薄膜和多層膜來(lái)使 用。納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應(yīng)用前景。高壓鈉燈、碘弧燈都 要求強(qiáng)照明, 但電能的 69轉(zhuǎn)化為紅外線, 僅有一少部分電能轉(zhuǎn)化為光能來(lái)照 明。用納米 SiO2 和納米 TiO2 微粒制成多層

25、干涉膜,襯在有燈絲的燈泡罩的 內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力；優(yōu)異的光吸收材 料：納米 Al2O3 粉體對(duì) 250 nm 以下的紫外光有很強(qiáng)的吸收能力, 可用于提高 日光燈管使用壽命。 一般地, 185 nm 的短波紫外光對(duì)燈管的壽命有影響, 而且 燈管的紫外線納米微粒與樹(shù)脂結(jié)合可用于紫外吸收。大氣中的紫外線主要是在 300-400 nm波段，防曬油、化妝品中加入納米 TiO2、納米ZnO、納米SiO2、 納米 Al2O3 可吸收大氣中的紫外線。塑料制品在紫外線照射下很容易老化變 脆,如果在塑料表面涂上含有納米微粒的透明涂層,這種涂層對(duì) 300-400 nm 范圍有較強(qiáng)的紫

26、外吸收性能, 這樣就可以防止塑料老化。 汽車(chē)、 艦船的面漆中, 加入能強(qiáng)烈吸收紫外線的納米微粒就可起到保護(hù)底漆,防止油漆脫落的作用。5.4 在靜電屏蔽方面的應(yīng)用納米靜電屏蔽材料, 是納米技術(shù)的另一重要應(yīng)用。 具有半導(dǎo)體特性的納米氧 化粒子在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性,因而能起到良好的靜電屏蔽作用。日本已研制成功具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有 Fe2O3，TiO2 ，Cr2O3，ZnO 等。同時(shí)納米微粒的顏色不同， TiO2，SiO2 納米 粒子為白色， Cr2O3 為綠色， Fe2O3 為褐色，這樣還可以控制靜電屏蔽涂料的 顏色?？朔颂己陟o電屏蔽涂料只有單一顏色的單

27、調(diào)性?；w衣服和化纖地毯 由于靜電效應(yīng)， 容易吸附灰塵， 危害人體健康。 在其中加入少量金屬納米微粒， 就會(huì)使靜電效應(yīng)大大降低，同時(shí)還有除味殺菌的作用。5.5 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用控制藥物釋放、減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療，是健康醫(yī)學(xué)的 要求。將超微粒子注入到血液中，輸送到人體的各個(gè)部位，作為檢測(cè)和診斷疾 病的手?jǐn)??？蒲腥藛T已經(jīng)成功利用納米 SiO2 微粒進(jìn)行了細(xì)胞分離；用金的納 米粒子進(jìn)行定位病變治療，以減少副作用?？偨Y(jié)納米材料將在眾多方面改變?nèi)祟?lèi)的生產(chǎn)和生活。 過(guò)去幾年， 納米材料已經(jīng)發(fā) 展了幾十億美元的市場(chǎng)。 基礎(chǔ)性的新現(xiàn)象和新過(guò)程孕育了全新的、 高附加值的技 術(shù)。納米科學(xué)和技術(shù)的

28、基礎(chǔ)研究和基本設(shè)施的投資肯定會(huì)有極高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)回 報(bào)。預(yù)計(jì)納米材料總的社會(huì)影響將大于硅集成電路， 因?yàn)樗梢员粦?yīng)用到許多領(lǐng) 域。在納米尺度上進(jìn)行控制意味著在定義物理、 化學(xué)和生物特性及現(xiàn)象的尺度上 對(duì)基本的特性、 現(xiàn)象和過(guò)程進(jìn)行精確地設(shè)計(jì) 26，因此納米材料具有改變幾乎每一 種人造物性質(zhì)的潛能。 然而，當(dāng)了解納米材料在未來(lái)幾十年里可能產(chǎn)生一場(chǎng)工業(yè) 革命的同時(shí)， 也應(yīng)認(rèn)識(shí)到納米技術(shù)的基本發(fā)現(xiàn)和發(fā)明， 以及最終生產(chǎn)所面臨的挑 戰(zhàn)也是非常巨大的。 納米尺度的新研究方法、 新科學(xué)理論和不同的制作模式將是 納米材料研究的關(guān)鍵。參考文獻(xiàn)1 朱世東，周根樹(shù)等 .納米材料國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 I 納米材料的結(jié)構(gòu)、

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