《專題五納米材料》PPT課件

1、專題五 納米材料 一、納米化學發(fā)展歷程 1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德 費曼在一次演講中說到，物理學的規(guī)律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性。這是關于納米技術最早的夢想。 直到1982年科學家發(fā)明研究納米的重要工具掃描隧道顯微鏡，才為我們揭示一個可見的原子、分子世界，這對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極的促進作用。圖2-69 掃描隧道顯微鏡 1精選課件ppt2精選課件ppt3精選課件ppt 1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦，標志著納米科學技術的正式誕生。1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質量是相同體積的鋼的六分之一，強度卻是鋼的10倍，成為納米技術研究

2、的熱點。單層碳納米管多層碳納米管 4精選課件ppt 1993年，繼美國斯坦福大學搬動原子團“寫”下斯坦福大學英文、美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“”之后，中國科學院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“ 中國”二字，標志著我國開始開始在國際納米科技領域占有一席之地； 圖2-70 在鎳表面用36個氙原子排出的“” 5精選課件ppt6精選課件ppt二、納米材料及其分類 （一）納米材料定義 當物質加工到100納米以下時，往往產(chǎn)生既不同于微觀原子、分子，又不同于宏觀物質的超常規(guī)特性，具有這種特性的材料稱為納米材料。 納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。 7精選課件ppt（二

3、）納米材料分類 納米材料大致可分為:1、一維納米材料（納米微粒）；2、二維納米材料（納米涂層和納米管）；3、三維納米材料（納米陶瓷）；4、納米催化劑8精選課件ppt三、幾種重要的納米材料 （一）納米微粒 納米微粒又稱納米粉末、超微粒子。其實就是普通金屬或金屬化合物的粒子，不過更細小而已。比如蒸饅頭用的面粉可以說是很細的粉末了，而超微粒子比面粉還細得多，其粒子直徑僅為納米級別，必須用電子顯微鏡才能看到它的真面目。圖2-71 顯微鏡下的納米微粒 9精選課件ppt納米微粒的出色本領來自本身的結構特點。 1由于它的顆粒非常小，就決定了表面積特點大。1克納米微粒的表面積的總和可達幾千甚至幾萬平方米，這就

4、為它進行磁化、加速化學反應等提供了充分的用武之地。 2它的表面承受的拉力特別大，從而使它的性格非?；顫?，喜歡與其他物質進行化學反應。 3它的熔點低，這就有可能在很低的溫度下對金屬、合金等的粒子進行冶煉和燒結。例如：銀的熔點為960攝氏度，而它的納米微粒的熔點卻只有100攝氏度，用開水就能將它熔化。 4納米微粒的耐熱、耐腐蝕性好，所以常用來制造火箭發(fā)動機的噴氣口。 5可作為良好的導熱材料。 10精選課件ppt（二）二維納米材料 新型納米復合涂層具有多方面的應用：（1） 納米材料涂層可以提高基體的防腐蝕能力，達到表面修飾、裝飾目的。 在油漆或涂料中加入納米顆粒，可進一步提高其防護能力，能夠耐大氣、

5、紫外線 侵害，從而實現(xiàn)防降解、防變色等功效；另外，還可以在建材產(chǎn)品，如衛(wèi)生潔具、 內墻、用具等中運用納米材料涂層，產(chǎn)生殺菌、保潔效果。11精選課件ppt（2）納米材料涂層具有多種優(yōu)良的光學性能。納米多層組合涂層經(jīng)過處理后 在可見光范圍內出現(xiàn)熒光，用于多種光學應用需要，如傳感器等器件.改變納米涂層的組成和特性， 即具有光致變色、溫致變色、電致變色等效應，可作為特殊的防偽、識別手段。（3）經(jīng)過納米復合的涂層具有優(yōu)異的電磁性能，利用納米粒子涂料形成的涂層具有良好的吸波能力，能用于隱身涂層。 圖2-72 納米涂層使鏡子不結霧 12精選課件ppt2.納米管 納米管是原子的二維晶體線片。最早的納米管是19

6、91年日本科學家發(fā)現(xiàn)的碳納米管，它揭開了納米管研究的序幕。 這次制得的碳納米管是由石墨碳原子層卷曲而成的碳管，像鐵絲網(wǎng)卷成的一個空心圓柱狀“籠形管”。它非常微小，5萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)絲寬，實際上是長度和直徑之比很高的纖維。 圖2-73碳納米管實物 13精選課件ppt圖2-74 碳納米管模型 這個像用鐵絲網(wǎng)卷成的空心圓柱就是碳納米管。它的質量是相同體積的鋼的六分之一，而強度卻是鋼的10倍，抗拉強度和韌性也是目前材料中最強的。碳納米管中空的結構可以存儲高密度的氫氣，為未來環(huán)保汽車提供源源不斷的清潔能源。 14精選課件ppt（三）納米陶瓷 1納米陶瓷的定義 所謂納米陶瓷，是指顯微結構中的物

7、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（1100nm）上。這使得材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學、電學、熱學、磁學、光學等性能產(chǎn)生重要影響，為替代工程陶瓷的應用開拓了新領域。 15精選課件ppt圖2-75 納米陶瓷粉末掃描電鏡圖片 圖2-76 納米陶瓷 16精選課件ppt 2納米陶瓷的特性及應用 納米陶瓷的特性主要在于力學性能方面，包括納米陶瓷材料的硬度，斷裂韌度和低溫延展性等。其優(yōu)良的室溫和高溫力學性能、抗彎強度、斷裂韌性，使其在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動機部件等諸多方面都有廣泛的應用，并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應用前景。 17精選課件ppt（四）納米催化劑 納米催化劑被稱為第四代催化劑，是催化劑領域未來主要發(fā)展趨勢之一。 納米微粒由于尺寸小，表面所占的體積百分數(shù)大，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內部不同，表面原子配位不全等導致表面的活性位置增加，這就使它具備了作為催化劑的基本條件。 18精選課件ppt 納米粒子常作光催化劑，它有著許多優(yōu)點。首先是粒徑小，比表面積大,光催化效率高。另外，納米粒子生成的電子、空穴在到達表面之前，大部分不會重新結合。因此，電子、空穴能夠到達表面的數(shù)量多，則化學反應活性高。其次，納米粒子分散在介質中