新型納米碳材料之納米材料簡介課件

1、新型納米碳材料 New Nano-carbon Materials 納米材料簡介納米材料簡介nmkmmmmm0.1nm原子1nmDNA雙螺旋結構100nm納米顆粒100m頭發(fā)4cm乒乓球5m汽車1 納米 = 10-9 米納米材料和科技的定義納米材料：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成的材料，這大約相當于101000個原子緊密排列在一起的尺度。納米科技:在納米尺度范圍研究物質（包括原子和分子）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科科學和技術。 納米科學技術:20世紀80年代末誕生并在蓬勃發(fā)展中的高新科技。 在納米尺寸范圍內認識和改造自然通過直接操

2、縱原子和分子而創(chuàng)造新物質(包括材料、器件、性能和使用效能等)，探索在納米尺度范圍內物質運動的新現象和新規(guī)律。 它的出現標志著人類改造自然的能力已延伸到原子和分子水平, 標志著人類科學技術水平已進入到一個新時代 -納米科技時代。 納米科學技術是多學科交叉, 基礎研究和應用開發(fā)緊密聯系的集成高新科技。主要包括: 納米生物學、納米電子學、納米物理學、納米化學、納米材料學、納米機械學等新學科領域, 已經并繼續(xù)對相關各產業(yè)領域產生強烈的影響和滲透。 4納米科技與納米材料 人類對納米技術的研究已有了50多年的歷史。1959年，美國著名的物理學家、諾貝爾獎金獲得者理查德費曼認為：能夠用宏觀的機器來制造比其體

3、積小的機器，而這較小的機器又可制作更小的機器，這樣一步步達到分子線度。納米材料和科技的發(fā)展費曼不僅提出了問題，而且證明了它是為規(guī)律所允許的，他說：據我所知，物理學并不排除逐個原子地對物質合成實行控制的可能性，這種想法并不違反任何規(guī)律，從原則上講它是能夠做到的。1981年，賓尼西、羅雷爾發(fā)明世界上第一臺掃描隧道顯微鏡(簡稱STM)，1986年獲諾貝爾物理獎。G.BinnigH.RohrerOmicron 低溫超高真空STM掃描隧道顯微鏡的發(fā)明 掃描隧道顯微鏡亦稱為“掃描穿隧式顯微鏡”、“隧道掃描顯微鏡”，是一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表面結構的儀器。CSTM9000型掃描隧道顯微鏡掃描隧

4、道顯微鏡(STM)通過探測物質表面的隧道電流來分辨其表面特征樣品表面探針表面電子云重疊，由于隧道效應逸出電子U工作原理 對表面間距異常敏感探針與樣品間加電壓形成隧穿電流掃描隧道顯微鏡的兩種工作模式： 恒高度模式 恒電流模式STM特點：xy方向 0.2nmz 方向 0.005nm在原子尺度探測 具有原子級高分辨率在大氣壓下或真空中均能工作；無損探測, 可獲取物質表面的三維圖像；可進行表面結構研究, 實現表面納米(10-9m) 級加工。硅表面硅原子的排列砷化鎵表面砷原子的排列碘原子在鉑晶體上的吸附應用實例 1990年，美國國際商用機器公司（IBM）阿爾馬登研究中心科學家，經22小時的操作，把35個

5、氙原子移動到位，組成IBM三個字母，加起來不到3nm。通過移走原子構成的圖形15納米科學技術宇航、交通傳統產業(yè)環(huán)境、能源醫(yī)療和藥物新 材 料電子器件計算機國家安全生物、農業(yè)納米科技向不同領域的滲透“nano”在希臘語中有“矮小”的意思對于納米研究的研究方式， 有“從小到大”(bottom up)和“從大到小”(top down)兩種方式。“top down的方式是利用機械和刻蝕技術制造納米尺度結，而“bottom up”是應用一個原子一個原子或一個分子一個分子創(chuàng)造有機和無機結構。“top down”或“bottom up”可以用來衡量納米技術發(fā)展的水平 。納米技術的意義1、這是一門新興的科學技

6、術，它使得人們對于物質世界有了全新的理解。2、納米技術拓展了人類構成新物質的手段，同時也為生命和信息技術的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎。3、隨著納米技術的發(fā)展，其成果逐漸深入到人們日常生活的方方面面。納米元器件領域日本領先，歐洲次之，美國第三；納米生物與應用領域美歐相當，日本次之；高表面積材料領域美領先，歐次之，日第三；中國在納米科技領域的總體水平與美、日、歐相比，差距還是很大的，尤其是在納米器件方面差距更為明顯。納米科技排名納米技術進展實心的納米棒、納米線、量子線納米技術進展朗訊公司和牛津大學: 納米鑷子碳納米管“秤”，稱量一個病毒的重量納米技術進展DNA開關原子森林由德國實驗室托斯頓鄧卓巴拍攝的這一

7、圖像顯示了一片GeSi量子點“森林”，其實，它們只有15納米高，直徑也只有70納米。 藍寶石 美國伊利諾斯大學香檳分校的斯科特麥克拉倫及其同事一同建造了這張精美制作的藍寶石襯底的彈坑圖像。此藍寶石是通過飛秒級激光脈沖擊打其表面而受熱的，在此過程中，藍寶石噴射出原子而留下一個淺淺的彈坑。此晶體經再加熱和再次噴射，形成了這里所展示的內部深層結構。1飛秒是千萬億分之一秒。 納米線 幾種植物的葉子，包括荷花，展現出其自潔特性。這種所謂的“荷花效應”也叫作自清潔效應，那么，荷花何以出淤泥而不染？ 是因為它的表面十分光滑，污垢難以停留？不是?？茖W家用掃描電子顯微鏡觀察，發(fā)現荷花的花瓣表面像毛玻璃一樣毛糙，

8、全是納米級的“疙瘩”。 這些“疙瘩”讓雨水將荷葉清洗干凈，從而讓荷花保持最佳光合作用能力，顯得精神抖擻。這張2微米x 2微米圖像顯示一種人造制品在模仿荷花的自清潔效應。此地毯似的一團納米線是由CVD法處理而成的。當水滴落在此超級不沾水的納米線上時，它們會快速滴落，并帶走納米線上的塵埃。 納米技術進展各國對納米技術的積極應對 發(fā)達國家的政府和企業(yè)紛紛投入大量人力、物力和財力進行納米科技的研究和產業(yè)化。 目前，美國已在納米結構組裝體系、高比表面積納米顆粒制備與合成，以及納米生物學方面處于領先地位。在納米器件、納米儀器、超精度工程、陶瓷和其他結構材料方面略遜于歐共體。 日本在納米器件和復合納米結構方

9、面有優(yōu)勢，在分子電子學技術領域也有很強實力，緊隨德國之后。德國在納米材料、納米測量技術、超薄膜的研發(fā)領域具有很強的優(yōu)勢。 美國于2000年2月宣布啟動“國家納米科技計劃(NNI)”，在2001年財政年度撥款4.95億美元以加強研究實力。政府認為納米技術就像20世紀50年代的晶體管一樣，其科研和工業(yè)化的應用將進一步促進美國經濟的發(fā)展；為美國培養(yǎng)新世紀的技術人才；增強美國國際科技競爭力的需要；節(jié)約資源能源，保證美國未來的可持續(xù)發(fā)展；納米技術是開發(fā)未來微型武器的技術基礎，是國防工業(yè)的未來。各國對納米技術的積極應對 納米技術在美國軍工: 隱形飛機表面涂料、艦船表面納米涂料美國前總統布什2003.12.

10、3日簽署了21世紀納米技術研究開發(fā)法案，批準聯邦政府在從2005財政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進納米技術的研究開發(fā) 德國擬建立或改組六個政府與企業(yè)聯合的研發(fā)中心，并啟動國家級的研究計劃。法國投資8億法郎建立一個占地8公頃、建筑面積為6萬平方米、擁有3500人的微米納米技術發(fā)明中心，配備最先進的儀器設備和超凈室，并成立微米納米技術之家，專門負責申請專利和幫助研究人員建立創(chuàng)新企業(yè)。 日本除繼續(xù)推動早已開始的納米科技計劃外，每年投資2億美元推動新的國家計劃和新的研究中心建設。各國對納米技術的積極應對 納米技術在日本國會: 21世紀前20年的立國之本著名大企業(yè): 納米實用化技術的計劃三

11、菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣韓國：全國納米技術研究院、納米顯示技術印度：像抓軟件產業(yè)那樣抓納米科技世界都在迎接納米時代的到來各國對納米技術的積極應對 納米技術在中國1993年，中科院操縱原子寫字中國納米技術進展中科院物理所制備出大面積碳納米管陣列;合成了當時最長的纖維級碳納米管中國科技大學:氮化鎵粉體清華大學:氮化鎵納米棒中國科技大學:從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽為“稻草變黃金”中國納米技術應用中科院化冶所“七五攻關”: 納米碳化硅“八五863”: 納米阻燃劑中科院化學所納米領帶超雙疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 納米聚丙烯管材高強度、抑菌功

12、能納米科技發(fā)展的里程碑1905年，愛因斯坦發(fā)表了一篇論文，估計一個糖分子的直徑約為1nm。1931年，E.Ruska與M.Knoh研制出電子顯微鏡，它可以實現亞納米級成像?，F代電子顯微鏡可觀察幾百個納米的結構像、原子像。1959年，R.Feynman在他的著名講話最底下一層大有發(fā)展?jié)摿χ刑接懥宋⑿突那熬啊?968年，貝爾實驗室的A.Y.Cho和J.Arthur及其同事發(fā)明了分子束外延生長術，這種技術可以在表面上沉積出單層原子。1974年，N.Taniguchi發(fā)明了“納米技術”這個詞，表示公差小于1m的機械加工。1981年，G.Binnig和H.Rohrer發(fā)明了掃描隧道顯微鏡。1985年，

13、R.F.Curl和H.W.Kroto發(fā)現了富勒烯，直徑約為1nm。1986年，K.E.Orexler發(fā)表創(chuàng)世機器一書，是一本宣傳納米技術的未來主義著作。1989年，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學家成功地對單個的原子進行了重排，納米技術取得一項關鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了IBM三個字母。1991年，日本NEC公司的Sumio Iijima發(fā)現了碳納米管。1999年，萊斯大學的JMTour和耶魯大學的MAReed證明單個分子能夠起分子開關的作用。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，創(chuàng)辦Nanotechnology雜志

14、，標志著納米科學技術的正式誕生。納米材料的分類納米材料的分類有很多種方法，常見分類標準有：按材料的維度、材料的物理特性、材料的應用領域，材料的化學組成等納米粉末 （零維）又稱為超微粉或超細粉，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?？捎糜冢焊呙芏却庞涗洸牧?；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶硅和精密光學器件拋光材料；微芯片導熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷發(fā)動機等）；人體修復材料；抗癌制劑等。納米纖維 （

15、一維）指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料?？捎糜冢何Ь€、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型激光或發(fā)光二極管材料等。納米膜 （二維）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?？捎糜冢簹怏w催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。 TEM下的納米顆粒納米粉末納米材料的分類SEM下的納米纖維納米纖維納米膜 納米薄膜是指尺寸在納米量級的晶粒（或顆粒）構成的薄膜以及每層厚度在納米量級的單層或多層膜。納米帶納米材料的特性小尺寸效應 當粒子的尺寸與光

16、波波長、電子的德布洛意波長、超導相干波長及激子玻爾半徑尺寸相當或更小時，聲、光、電、磁、熱力學等特性均會呈現新的尺寸效應。 如磁有序轉為磁無序、超導相轉為正常相等。表面與界面效應 隨納米微粒尺寸減小，比表面積增大。在三維納米材料中, 隨粒徑減少, 界面占的體積分數增加。粒徑為5nm時，界面體積分數為50%，而粒徑為2nm時，體積分數增加到80% 。此時已不能把界面簡單地把它看作是一種缺陷，它已成為納米固體的基本組分之一，對納米材料的性能起著舉足輕重的作用。量子效應隨粒子尺寸減小，能級間距增大，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)態(tài)變?yōu)殡x散態(tài), 從而導致磁、光、聲、熱、電及超導電性與宏觀特性的顯著不同

17、。物理特性1、 熔點、燒結溫度和晶化溫度降低 燒結溫度：將預壓成形的微粉塊體在低于熔點的溫度下進行加熱燒結，使這些微粉結合成接近于常規(guī)材料的密度和力學性能的最低加熱溫度。 晶化溫度：在一定加熱速度的條件下，在一定溫度下，金屬玻璃開始轉化為晶體，這個溫度就是晶化溫度。 大塊鉛的熔點為327,而20nm鉛微粒熔點低于15；金的熔點為1064，而2nm的金顆粒在33時就能被熔化； 納米Al2O3的燒結溫度為12001400 , 常規(guī)Al2O3燒結溫度為1700 1800； 納米Si3N4燒結溫度為14001500，比常規(guī)低300400； 納米TiO2燒結溫度為1000，比常規(guī)低873； 粒徑為8nm

18、、15nm和35nm的Al2O3的粒子粒徑快速長大的溫度分別為800 ，1000 ，1200 。 2、光學特性 a、寬頻吸收。納米微粒對光的反射率低(如鉑的納米微粒僅為1%), 吸收率高, 因此金屬納米微粒幾乎都呈黑色。 b、藍移現象。發(fā)光帶或吸收帶由長波長移向短波長的現象.如納米SiC的紅外吸收頻率比大塊SiC藍移20cm-1，而納米Si3N4則藍移14cm-1。納米技術還使從不發(fā)光的硅，發(fā)出淡淡的紅光。 c、對紅外線和紫外線吸收和反射的應用。 紅外隱形的功能 紅外反射多層膜如TiO2-SiO2，對可見光有很好的透光性，對12501800nm的紅外線則有很強的反射能力；紫外吸收 TiO2 已

19、經工業(yè)化，吸收紫外線。 雷達隱形材料 不同材料和粒徑的納米微粒，對不同波段的電磁波也有強吸收能力。3、電特性 隨粒子尺寸降到納米數量級，一些金屬由良導體變?yōu)榉菍w，而陶瓷材料的電阻則大大下降。4、化學特性 納米材料比表面積大，處于表面的原子數多，表面出現非化學平衡、非整數配位的化學價，化學活性高。如納米金屬的粒子在空氣中會燃燒，無機材料的納米粒子暴露在大氣中會吸附氣體并與其反應。如在火箭的固體燃料推進劑中添加質量分數為1%的納米Al粉或Ni粉，每克燃料的燃燒熱可增加1倍。粒徑為30nm的Ni做催化劑可使有機化學加氫和脫氫反應速度提高15倍。5、力學性能特性 很多納米材料具有高強度、高硬度，良好

20、的塑性和韌性。納米Fe多晶體(粒徑8nm) 的斷裂強度比常規(guī)Fe高12倍，粒徑為200500nm的納米陶瓷表現出良好的超塑性等。日本科學家在納米氧化鈦條狀試樣上進行拉伸, 其延伸率接近100%。1) 物理方法 (1) 真空冷凝法 用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等離子體，然后驟冷。其特點是：純度高、結晶組織好、粒度可控，但技術設備要求高。 納米技術的制備方法 (2) 物理粉碎法 通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產品純度低，顆粒分布不均勻。 (3) 機械球磨法 采用球磨方法，控制適當的條件得到純元素、合金或復合材料的納米粒子。其特點操作簡單、

21、成本低，但產品純度低，顆粒分布不均勻?；瘜W方法 (1) 氣相沉積法 利用金屬化合物蒸氣的化學反應合成納米材料。其特點為產品純度高，粒度分布窄。 (2) 沉淀法 把沉淀劑加入到鹽溶液中反應后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點為簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備氧化物。 (3) 水熱合成法 高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經分離和熱處理得納米粒子。其特點為純度高，分散性好、粒度易控制。納米微細材料制造的工藝方法 1、激光誘導化學氣相沉積法 （LICVD） 基本原理利用反應氣體分子對特定波長激光束的吸收，引起反應氣體分子激光光解、激光熱解、激光光敏化和激光誘導合成，在一定工藝條件下，獲

22、得納米微粒。 優(yōu)點表面清潔、納米微粒大小可精確控制、無粘結、粒度分布均勻。具體方法2、低溫等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD） 基礎化學氣相沉積法 原理由于等離子體是不等溫系統，其中“電子氣”具有比中性粒子和正離子大得多的平均能量；電子的能量足以使氣體分子的化學鍵斷裂，并導致化學活性高的粒子（離子、活化分子等基團）的產生。即，反應氣體的化學鍵在低溫下就可以被分解，從而實現高溫材料的低溫合成。1、微波源2、真空系統3、勵磁系統4、配氣系統5、反應室6、基片加熱 系統 低溫等離子體增強化學氣相沉淀技術的優(yōu)點： 運行氣壓低。 等離子體密度高。 無內電極放電，雜質少，污染小。 微波能量轉換率高，達

23、95%。 離子能量低。 可穩(wěn)態(tài)運行，參數易于控制。 速率高、納米材料純度高。 提高了反應物的活性。 有良好的各向異性刻蝕性能。液相法制備納米材料 化學共沉淀是利用各種組分元素的可溶性鹽類，把它們按一定的比例配制成液體，然后加入沉降劑，使得各種組分元素共同形成沉淀，并通過控制溶液濃度、PH值等來控制形成沉淀粉體的性能。最后經過過濾、洗滌，對沉淀物進行加熱分解，得到各種組分元素的氧化物均勻復合粉體。納米粉體表面改性納米材料實用化的關鍵表面物理控制化學特性控制粉體松散、不團聚表面改性和表面包覆化學法為主表面包覆 表面改性 表面改性 普遍存在問題：在存放時出現分層現象 H2OH2OH2O+/-EM分層

24、機理乳液粒徑變化原因+由于 的加入，增大粒子尺寸，原有粒子表面親水基團不足維持粒子的穩(wěn)定性，導致沉淀出現工藝穩(wěn)定性粒徑控制添加劑加入后導致沉淀的原因導向溶劑納米材料的應用納米材料的應用 力學性質：納米結構的材料強度與粒徑成反比。應用納米技術制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領域占據了主導地位。使用納米技術制成的陶瓷、纖維廣泛地應用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。 磁學性質 ：利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導體器件。 熱學性質：納米材

25、料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料應用方面有其廣泛的應用前景。 光學性質 ：由于量子尺寸效應，納米半導體微粒的吸收光譜一般存在藍移現象，其光吸收率很大，所以可應用于紅外線感測器材料。 生物醫(yī)藥材料應用 ：納米粒子比血紅細胞（69nm）小得多，可以在血液中自由運動，如果利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內，就可以對人體進行全身健康檢查和治療， 疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的

26、藥品納米材料粒子將使藥物在人體內的輸運更加方便。幾種典型的納米材料 在長期的晶體材料研究中，人們視具有完整空間點陣結構的實體為晶體，是晶體材料的主體；而把空間點陣中的空位、替位原子、間隙原子、相界、位錯和晶界看作晶體材料中的缺陷。 如果從逆方向思考問題，把“缺陷”作為主體，研制出一種晶界占有相當大體積比的材料，那么世界將會是怎樣?格蘭特教授經過4年的不懈努力，他領導的研究組終于在1984年研制成功了黑色金屬粉末。實驗表明，任何金屬顆粒，當其尺寸在納米量級時都呈黑色。納米固體材料(nanometer sized materials)就這樣誕生了。 防護材料 由于某些納米材料透明性好和具有優(yōu)異的紫

27、外線屏蔽作用，在產品和材料中添加少量(一般不超過含量的2%)的納米材料，就會大大減弱紫外線對這些產品和材料的損傷作用，使之更加具有耐久性和透明性，因而被廣泛用于護膚產品、服裝材料、外用面漆、木器保護、天然和人造纖維以及農用塑料薄膜等方面。 精細陶瓷材料 使用納米材料可以在低溫、低壓下生產質地致密且性能優(yōu)異的陶瓷。因為這些納米粒子非常小，很容易壓實在一起。此外，這些粒子陶瓷組成的新材料是一種極薄的透明涂料，噴涂在諸如玻璃、塑料、金屬、漆器甚至磨光的大理石上，具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有這種陶瓷的塑料眼鏡片既輕又耐磨，還不易破碎。 催化劑 催化劑納米粒子表面積大、表面活性中心多，為

28、做催化劑提供了必要的條件。目前用納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等直接用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應的催化劑，可大大提高反應效率。利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率可提高100倍，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應表明，鎳粒徑在5nm以下，反應選擇性發(fā)生急劇變化，醛分解反應得到有效控制，生成酒精的轉化率急劇增大。 傳感材料 納米粒子具有高比表面積、高活性、特殊的物理性質及超微小性等特征，是適合用作傳感器材料的最有前途的材料。外界環(huán)境的改變會迅速引起納米粒子表面或界面離子價態(tài)和電子運輸的變化，利用其電阻的顯著變化可做成傳感器，其特點是響應速度快、靈敏度高、選擇性優(yōu)良。 光電

29、材料與光學材料 納米材料由于其特殊的電子結構與光學性能作為非線性光學材料、特異吸光材料、軍事航空中用的吸波隱身材料，以及包括太陽能電池在內的儲能及能量轉換材料等具有很高的應用價值。 增強材料 納米結構的合金具有很高的延展性，在航空航天工業(yè)與汽車工業(yè)中是很有應用前景的材料；納米硅作為水泥的添加劑可大大提高其強度；納米纖維作硫化橡膠的添加劑可增強橡膠并提高其彈性，納米管在作纖維增強材料方面也有潛在應用前景。 納米濾膜 采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結構上有微小差別的多組分混合物，實現高能分離的納米濾膜。將納米材料用作火箭燃料推進劑、H2分離膜、顏料穩(wěn)定劑及智能涂料、復合磁性材料等。納米材料由于有特

30、異的光、電、磁、熱、聲、力、化學和生物學性能，廣泛應用于宇航、國防工業(yè)、磁記錄、計算機工程、環(huán)境保護、化工、醫(yī)藥、生物工程和核工業(yè)等領域。 超雙親性界面物性材料(同時具有超親水性及超親油性的表面) 光的照射可引起TiO2表面在納米區(qū)域形成親水性及親油性兩相共存的二元協同納米界面結構。這樣在宏觀的TiO2表面將表現出奇妙的超雙親性。利用這種原理制作的新材料，可修飾玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清潔及防霧等效果。這種雙親二元協同原理，同樣可以用來指導進一步設計和制造在其他基材上使用的超雙親性修飾劑。例如，在纖維及衣物上使用修飾劑，將使它們具有超雙親性?？梢栽O想洗滌衣物可以僅用清水沖洗，不再使用

31、傳統的洗潔劑；同樣也可以應用到人造血管的形成，并且改善同活體組織的兼容性，來實現長使用壽命。 超雙疏性界面物性材料 利用由下到上、由原子到分子、由分子到聚集體的外延生長納米化學方法，可以在特定的表面上建造納米尺寸幾何形狀互補的(如凸與凹相間)界面結構。由于在納米尺寸低凹的表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定儲存，所以在宏觀表面上相當于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無法與材料的表面直接接觸，從而使材料的表面呈現超常的雙疏性。這時水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值。如果在輸油管的管道內壁采用帶有防靜電功能的材料建造這種表面修飾涂層，則可實現石油與管壁的無接觸運輸。這對于輸油管道的安全運行有重要價值。 納米尺度

32、光陽極、光陰極兩相共存的高效光催化界面材料 借助光化學和光電化學的研究思想，利用納米化學方法，研制具有光化學活性的納米雜化的界面材料。例如，在TiO2表面的納米區(qū)域內可以構建光陽極與光陰極共存的二元協同界面結構，在紫外光的照射下具有高效的光催化效果?？梢杂脕矸纸庥卸練怏w(如：甲苯，氧化氮等)，殺死其表面接觸的細菌。該材料將在空氣凈化和殺菌抑菌方面有重要的應用。 納米二氧化鈦（TiO2）作為一種新型光催化劑、抗紫外線劑、光電效應劑等，因其神奇的功能，將在抗菌防霉、排氣凈化、脫臭、水處理、防污、耐候抗老化、汽車面漆等領域顯示廣闊的應用前景。隨著其產品工業(yè)化生產和功能性應用發(fā)展日趨成熟，它在環(huán)境、信

33、息、材料、能源、醫(yī)療與衛(wèi)生等領域的技術革命中將起到不可低估的作用。 將納米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中，則可以有效地遮蔽紫外線。 納米TiO2抗菌防霉機理：由于TiO2電子結構所具有的特點，使其受光時生成化學活潑性很強的超氧化物陰離子自由基和氫氧自由基，攻擊有機物，達到降解有機污染物的作用。當遇到細菌時，直接攻擊細菌的細胞，致使細菌細胞內的有機物降解，以此殺滅細菌，并使之分解。 一般常用的殺菌劑銀、銅等能使細菌細胞失去活性，但細菌殺死后，尸體釋放出毒素等有害的組分。納米TiO2不僅能影響細菌繁殖力，而且能破壞細菌的細胞膜結構，達到徹底降解細菌，防止內毒素引起的二次污染。納米TiO2屬于

34、非溶出型材料，在降解有機污染物和殺滅細菌的同時，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的殺菌、降解污染物效果。 納米技術具體應用納米技術在陶瓷領域方面的應用納米技術在微電子學上的應用納米技術在生物工程上的應用 納米技術在光電領域的應用納米技術在化工領域的應用納米技術在醫(yī)學上的應用納米技術在分子組裝方面的應用納米技術在其它方面的應用 陶瓷材料作為材料的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產中起著舉足輕重的作用。但是，由于傳統陶瓷材料質地脆，韌性、強度較差，因而使其應用受到了較大的限制。隨著納米技術的廣泛應用，納米陶瓷隨之產生，希望以此來克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工

35、性。材料學家指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。 納米級微電子元件 日本日立中心實驗室利用半導體材料砷化鎳，率先開發(fā)新一代微電子元件。這些電子元件呈細長的鬃狀結晶形，粗細僅20納米，可使計算機的計算速度、通訊用發(fā)光元件的效率數十、數百倍地提高。超微型計算機 隨著微電子技術的不斷發(fā)展，集成度越來越高，計算機信息存儲芯片越來越小，而存儲量卻越來越大，信息容量比現有光盤高100萬倍，整個美國國會圖書館的圖書都能存儲在一個糖塊大小的芯片中。 1994年，IBM公司研制成新型巨磁電阻效應讀出磁頭，將磁盤的記錄密度提高了17倍。 目前，在硬盤的驅動器上已經開始使用這項技術，產值已超過100億美元年。超微

36、型電動機 1994年世界最小的電動機在美國6家科研單位的通力協作下完成，這架電動機主軸的直徑僅有2000 nm，體積只有一個紅血球那么大。超微型機械 美國華盛頓大學制成直徑僅有1104nm的金屬齒輪，兩個齒輪咬合在一起還不足一根人發(fā)的寬度。它可以用于微型機械、微型機器人、微型汽車、微型飛機的制造。用微型部件組裝的汽車可以只有一粒米大小；用微型部件組裝的飛機可以只有一?；ㄉ状笮?。超微型環(huán)狀激光器 在制導與反導彈防衛(wèi)系統上，美國西北大學工程學院開發(fā)的超微激光器，形狀似指環(huán)，直徑僅有1104 nm，不僅具有大型激光器的功能，而且攜帶方便，效果更佳。納米級微縮圖象 1992年，日本電信電話公司在銀-

37、硒合金表面上以單個原子的線條畫出愛因斯坦肖像。同年10月，“日立”公司又將硅原子排列成立體金字塔。由原子壘起的金字塔共18級臺階，每級2個原子高，其底邊長僅為48納米和36納米。原子級線條的繪制成功，意味著可將2000冊雜志的文章濃縮在一個句點符號內。 利用納米技術還可制成各種分子傳感器和探測器。 利用納米羥基磷酸鈣為原料，可制作人的牙齒、關節(jié)等仿生納米材料。 將藥物儲存在碳納米管中，并通過一定的機制來激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F實。超微型傳感器等其它應用 利用碳納米管來制作儲氫材料，用作燃料汽車的燃料儲備箱。 利用納米顆粒膜的巨磁阻效應研制高靈敏度的磁傳感器。 利用具有強紅外吸收能

38、力的納米復合體系來制備紅外隱身材料。 用納米碳管建成的地月載人電梯構想圖納米發(fā)電機為血壓傳感器提供動力 由氧化鋅納米線構成的發(fā)電機 世界最小直升機僅香煙盒大小PD-100黑黃蜂 據英國每日郵報報道，挪威Prox Dynamics公司日前研制出一款迄今世界上最微小的“直升機”。這款納米“直升機”的體積只有一個香煙盒大小，持續(xù)飛行時間約25分鐘，未來可用于間諜活動或者戰(zhàn)場偵察。 納米機器人進入人體消化系統工作示意圖 像膠囊一樣的納米機器人醫(yī)生 納米機器人“醫(yī)生” 重慶科研人員開發(fā)的這種名為“OMOM膠囊內鏡系統”的納米機器人。一種長得十分奇特的“重慶籍醫(yī)生”目前在國際上名聲大噪該醫(yī)生長得像一顆膠囊，把它吞進肚里，消化道內的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕上一目了然。它第二次被列入國家“863計劃”，前一次獲得了該計劃500萬元基金支持，并于2004年獲得“863計劃”專家組驗收該醫(yī)生“腰圍”11毫米，“身高”25.4毫米，長得完全像一顆膠囊。并于2004年獲得“863計劃”專家組驗收，但這種機器人目前還