第五章三維納米結(jié)構(gòu)

第五章三維納米結(jié)構(gòu)三維納米結(jié)構(gòu)（3Dnanostructure）是指由零維、一維、二維中的一種或多種基本結(jié)構(gòu)單元組成的復合材料，其中包括：橫向結(jié)構(gòu)尺寸小于100nm的物體；納米微粒與常規(guī)材料的復合體；粗糙度小于100nm的表面；納米微粒與多孔介質(zhì)的組裝體系等。它包括：

(1)納米玻璃

(2)納米陶瓷

(3)納米介孔材料

(4)納米金屬

(5)納米高分子2023/2/325-1納米玻璃一.定義：

納米玻璃屬于無機非晶質(zhì)材料，它是指在透明玻璃連續(xù)相中周期排列著納米尺寸的第二相(微粒子、分相、結(jié)晶或氣孔)的玻璃材料。玻璃的特點是透明、熱或光化學穩(wěn)定性好，并具有無定形結(jié)構(gòu)能容納不同晶格常數(shù)的納米尺度量子點而產(chǎn)生較少界面缺陷，是比較理想的基體材料。納米功能顆粒與玻璃相之間通過相的復合，可以獲得具有一系列特殊性能的功能材料，根據(jù)玻璃中納米粒子的粒度大小，納米玻璃的研究內(nèi)容分為3個研究層次。2023/2/33

(1)

原子、分子級控制技術(shù)(1nm左右)：通過組成控制和引入結(jié)構(gòu)缺陷等，控制局部配位場，發(fā)現(xiàn)新的光、電功能。

(2)

超微粒子結(jié)構(gòu)控制技術(shù)(1～數(shù)10nm)：利用氣相法、溶液法等加工技術(shù)和超短脈沖激光、超高壓、附加高電壓等外來能源，對微粒子、分相和結(jié)晶、氣孔的周期排列進行控制，創(chuàng)造超高亮度發(fā)光體、環(huán)境激素分離元件、光集成元件等基礎(chǔ)材料。

2023/2/34(3)高次結(jié)構(gòu)控制技術(shù)(數(shù)10nm以上)：利用無機-有機復合析出各向異性的晶體和控制其界面狀態(tài)等，進行高次異型結(jié)構(gòu)、周期規(guī)則結(jié)構(gòu)形成技術(shù)的研究，進一步研究可能用于太陽電池、運輸機械、等的超輕質(zhì)、高強度玻璃基板材料。2023/2/35二.納米玻璃的制備方法1.熔融熱處理法熔融熱處理法，也稱共熔法，是將基礎(chǔ)玻璃料與摻雜物混合（一般同時）引入還原劑，如Sb2O3、SnO2等，干燥后高溫熔融，再冷卻成型。利用熔融熱處理工藝可制備在硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽玻璃系統(tǒng)中摻雜納米金屬Au、Ag、Cu或部分半導體材料的復合玻璃。此法工藝簡單，成本低廉，可制備大尺寸和各種形狀的玻璃材料，但需要高溫熔制，一般為1200-1500℃。熔融法制備時還必須注意熱處理氣氛。摻雜物的低溶解度和易揮發(fā)或氧化使得摻入質(zhì)量分數(shù)（10-1％~10-4％）少，且不易控制，易出現(xiàn)雜相。2023/2/362.溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法（sol-gel）通常將半導體顆粒原料或金屬鹽直接引入溶膠制成干膠后進行熱處理析出納米顆粒。該工藝合成溫度低，并能用氣氛保護，能制備具有特殊組成的玻璃，適用于制備薄膜材料的樣品。樣品成分完全可以按照其原始配方和化學計量比較準確獲得，并且具有高的純度和良好的均勻型。優(yōu)點：具有摻雜濃度高、粒徑分布窄等優(yōu)點缺點:不易形成多組分玻璃，有時還會產(chǎn)生其他產(chǎn)物。2023/2/373.離子注入法離子注入法是在玻璃表面進行離子注入，通過選擇注入離子種類、劑量、能量、基質(zhì)溫度和后續(xù)熱處理溫度等參數(shù)來控制納米顆粒在玻璃表面和近表面層析出。離子注入法多用于金屬離子注入，還可進行多種粒子連續(xù)注入或混合離子束注入，形成金屬合金或核-殼體系混合團簇。離子注入是一個非熱平衡過程，可以將任何一種元素在各種溫度下注入不同基礎(chǔ)成分的玻璃中，能克服平衡態(tài)溶解2023/2/38度的限制，從而獲得高的摻雜濃度，但離子注入易引起玻璃分相、新相生成等物理化學過程從而產(chǎn)生雜相。離子注入法受溫度影響較大，且額外的高輻射損傷會引起玻璃折射率的改變。此外，由于加速離子到基質(zhì)的滲透不一致，會使玻璃表面或近表層析出的納米金屬顆粒有較寬的尺寸分布。2023/2/394.離子交換法離子交換法（IonExchangeLaw）主要是通過低共熔鹽的不同離子如Ag+Cu+等替換玻璃基質(zhì)表面層的一價堿金屬離子（Li+K+Cs+Na+等），再在還原氣氛下退火使金屬離子還原，通過熱處理使金屬原子聚集長大，納米金屬顆粒在玻璃與低共熔鹽的界面及近表面層析出。此法成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，能使顆粒分布均勻，并可提高摻入量，達幾個百分比，被廣泛用于硅酸鹽玻璃摻雜Ag和Cu。2023/2/3105.氣相沉積法氣相沉積法（VaporDeposition）是通過熱、激光、電子束照射含金屬或半導體摻雜物的玻璃原料做成的靶材，是之在基板上沉積成摻雜金屬或半導體納米顆粒的玻璃薄膜。6.輔助電場法傳統(tǒng)的熱處理法可以制備各種形狀、尺寸的微晶玻璃材料，應(yīng)用相當廣泛。但在含納米晶玻璃制備過程中，由于熱處理過程中的溫度場波動，升降溫過程中的熱慣性等因素無法精確控制玻璃中納米晶體的生長，使得含納米晶玻璃材料的制備較為困難。2023/2/311靜電場對玻璃的核化、相變同樣具有相當?shù)挠绊?，同時由于對靜電場強度，加載時間和加載范圍的控制比對溫度場的控制更為容易而精確，因而利用溫度場和輔助電場相結(jié)合的手段，控制玻璃體中的成核，生長及相變，從而有效控制析出晶粒的尺寸。7.光誘導熱處理晶化法該方法是先熔制出摻雜了功能金屬離子的玻璃，通過光的作用（紫外光照射，X射線或超短脈沖激光輻射）使金屬粒子還原，提供電子的源可為共摻的離子（Ce3+）或玻璃基體中活性側(cè)位，然后再一定的溫度下進行熱處理，金屬原子遷移聚集成納米金屬顆粒，并在激光聚焦照射的位置析出。2023/2/312三.納米玻璃的應(yīng)用納米微粒具有獨特的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等,使納米玻璃具有獨特的性能，從而為其帶來廣泛的應(yīng)用。1.光學功能材料

近年來理論和實驗的研究發(fā)現(xiàn)，納米功能顆粒(金屬和半導體)摻雜玻璃在吸收限附近的強光作用下有很大的光學非線性，且具有快的光響應(yīng)速度等特性，在光計算、光通訊、光信息處理和電光效應(yīng)的器件方面具有很重要的應(yīng)用前景，是當前國際光學功能材料研究的熱點之一。2023/2/3132.不受溫度影響的玻璃

通過調(diào)整玻璃組成并利用激光照射、附加超高壓等技術(shù)，使玻璃中析出一種不破壞透明性的納迷微晶體，從而獲得一種性能與溫度無關(guān)的原材料(即使當溫度發(fā)生變化時,其尺寸和折射率也完全不發(fā)生變化的玻璃)。3.超高亮度發(fā)光玻璃

把發(fā)光超微粒子發(fā)光超微粒子以高濃度穩(wěn)定地保持在玻璃中，就能得到用于顯示裝置和夜間照明的發(fā)光玻璃。如用反微膠囊法制備的直徑為幾十納米的玻璃微粒中平均添加1個半導體超微粒子，然后使該微微粒(微膠囊)均勻地分散在玻璃連續(xù)相中并規(guī)則排列，可大幅度提高其發(fā)光效率。2023/2/3144.高性能過濾器用玻璃

在通過激發(fā)而分相、晶化的玻璃中，如能形成周期性的、控制在幾納米以下的氣孔，就能高效地除去環(huán)境激素等有害物質(zhì)，制成納米過濾器元件。5.光開關(guān)用非線性玻璃

含有超微粒子的材料有顯著的量子效應(yīng)。例如，粒子在微米尺寸時幾乎不表現(xiàn)的量子閉合效應(yīng)，當進入納米尺度時，即發(fā)生以紅色著色的表面等離子體激元效應(yīng)和在鄰近場發(fā)生相互作用的界面效應(yīng)。如果從周圍附加光電場，其吸光度將變大，從而具有了光學非線性特性，可能作為超高速開關(guān)應(yīng)用。2023/2/3156.光波控制用玻璃

用超短脈沖激光聚光照射玻璃內(nèi)部或表面，使玻璃的被照射區(qū)域在激光的誘導下發(fā)生折射率提高、結(jié)晶或分相。在玻璃表面或內(nèi)部，形成大小為光波長的1/2至1/4左右、折射率與基質(zhì)玻璃不同的周期結(jié)構(gòu)，可制造能將光信號進行導波、分波的微小設(shè)備。7.超高強度玻璃

玻璃的強度由其表面的裂紋數(shù)量及其大小等決定，因此，如果研究一種使裂紋難以生成的表面處理技術(shù)，玻璃的強度和可靠性會大幅度提高。2023/2/316通過改變組成提高玻璃整體的強度，在此基礎(chǔ)上再加上在玻璃表面附近透明的分相與結(jié)晶化，以及在表面利用有機-無機復合的表面涂層技術(shù)，防止裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，可能開發(fā)出更薄、更高強度的玻璃材料。若通過在玻璃基板的表層形成納米尺度的異質(zhì)層，可實現(xiàn)基板的高強度化和超平坦化的話，就可能獲得高速運轉(zhuǎn)、高速讀取的大容量光盤。2023/2/317此外，納米玻璃已廣泛應(yīng)用于MP3作鏡面、高樓大廈的裝飾玻璃、汽車的擋風鏡等等。利用納米玻璃的自潔和殺菌作用，還可開辟玻璃在醫(yī)療衛(wèi)生、餐飲等領(lǐng)域的新用途。由于納米玻璃具有高的非線性系數(shù)和超快非線性響應(yīng)等特點，在全光調(diào)制的光波導、光開關(guān)、光存儲、光雙穩(wěn)、平面微透鏡、光限幅器和激光微腔等許多新型器件方面也將具有誘人的應(yīng)用前景。2023/2/3185-2納米陶瓷定義：指陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處于納米量級水平，包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔與缺陷尺寸等都是納米級。一.納米陶瓷的制備納米陶瓷的制備過程與傳統(tǒng)陶瓷基本相同，主要包括：納米粉體制備、素坯的成型和納米陶瓷燒結(jié)三個階段。2023/2/319隨著陶瓷粉體的超細化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了微米級以上尺度材料所不具有的重要作用：（1）納米粉體具有極小的粒徑、大的比表面積和高的化學活性，可以降低材料的燒結(jié)致密化程度，節(jié)約能源（2）使材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性（3）可以從納米材料的結(jié)構(gòu)層次（1-100nm）上控制材料的成分和結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能，而使定向設(shè)計納米材料的組織結(jié)構(gòu)和性能成為可能。2023/2/3201.粉體制備納米陶瓷粉體是指介于固體與分子之間的具有納米尺寸（1-100nm）的亞穩(wěn)態(tài)中間物質(zhì)。納米陶瓷粉體難以用傳統(tǒng)的機械方法制得，其制備方法主要有沉淀法、溶膠-凝膠法、高能球磨法、微波、等離子體法等。2.素坯成型是將粉末轉(zhuǎn)變成具有一定形狀、體積和強度的坯體的過程,素坯的相對密度和顯微結(jié)構(gòu)的均勻性對陶瓷在燒結(jié)過程中的致密化有極大的影響。2023/2/3213.燒結(jié)是指素坯在高溫下的致密化過程。隨著溫度的上升和時間的延長，固體顆粒相互鍵聯(lián)，晶體長大，孔隙和晶界減趨減小，通過物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體。2023/2/322二.納米陶瓷的性能1、高強度陶瓷的性能取決于其微觀組織結(jié)構(gòu)，其中晶粒尺寸和氣孔率是兩個主要的因素，陶瓷強度隨氣孔率的增加成指數(shù)級下降，同時，強度與晶粒尺寸的平方根成反比，納米陶瓷中晶粒尺寸與氣孔尺寸都是納米級，因而具有較高的強度和韌性，一般比普通陶瓷搞出3-5倍。如在100度下，納米TiO2陶瓷的顯微硬度為13000KN/mm2，而普通TiO2陶瓷的顯微硬度低于2000KN/mm2。2023/2/3232.增韌性傳統(tǒng)的陶瓷通常表現(xiàn)出很強的脆性，納米陶瓷由于其晶粒尺寸小、晶面大，晶面原子排列混亂，納米晶粒易在其它晶粒上運動，使納米陶瓷在受力時易于變形而表現(xiàn)出一定的韌性。如室溫下的納米TiO2陶瓷表現(xiàn)出很高的韌性，壓縮至原長度的1/4仍不破碎。2023/2/3243、超塑性超塑性是指在拉伸試驗中，在一定的應(yīng)變速率下，材料產(chǎn)生較大的拉伸形變。陶瓷的超塑性是由擴散蠕變引起的晶格滑移所致，普通陶瓷只有在很高的溫度下才表現(xiàn)出明顯的擴散蠕變，而納米陶瓷的擴散系數(shù)提高了3個數(shù)量級，晶粒尺寸下降了3個數(shù)量級，因而其擴散蠕變速率較高。2023/2/3254.燒結(jié)特性納米材料具有大量的界面，這些界面為原子提供了短程擴散途徑及較高的擴散速率，并使得材料的燒結(jié)驅(qū)動力也隨之劇增，這大大加速了整個燒結(jié)過程，使得燒結(jié)溫度大幅度降低，燒結(jié)速率大幅度提高。納米陶瓷材料的燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)陶瓷材料約低600℃，燒結(jié)過程也大大縮短。12nm的TiO2粉體，不加任何燒結(jié)助劑，可以在低于常規(guī)燒結(jié)溫度400-600℃下進行燒結(jié)，同時陶瓷的致密化速率也迅速提高。2023/2/326三.納米陶瓷的應(yīng)用納米陶瓷在建筑行業(yè)、電子陶瓷領(lǐng)域、抗菌（殺菌）方面、生物領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、精密設(shè)備領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

納米陶瓷可作為電子陶瓷應(yīng)用于基板、感測器、電容器和熱敏電阻等。如納米Y2O3和ZrO2在較低溫度燒結(jié)的陶瓷具有很高的韌性和強度，可用于軸承和刀具等耐磨器件；用納米Nd2O3

和Sm2O3等制作的多層電容和微波器件，性能都得到了很大提高。2023/2/327由于具有超高純度、好的熱導性和長久的耐干擾性能，納米陶瓷可使微處理器集成文化程度更高、運行速度更快，可作為下一代電腦芯片。

生物功能陶瓷是具有某些特殊生理行為的陶瓷，具有生物降解性和生物相容型，如人造牙齒、人造骨等。納米陶瓷材料硅酸鋁釔（YAS）就可以用于癌癥治療，初步臨床表面，這種材料治療可以大大延長病人壽命。采用納米顆粒進行復合制備的磷酸鈣骨水泥，與機體親和性好，無異物反應(yīng)，并且材料具有可降解性，能被新生骨逐步吸收。2023/2/328

納米功能防彈陶瓷以其優(yōu)異的防彈性能、較輕的質(zhì)量及相對便宜的價格已成為使用最為廣泛的防彈材料。納米陶瓷的紅外發(fā)射率可達0.3-0.95范圍，根據(jù)需要可廣范圍調(diào)節(jié)，且對高頻電磁波的吸波率和透波特性也可廣范圍調(diào)節(jié)，已廣泛應(yīng)用于軍工攻防武器裝置和重要軍事設(shè)施2023/2/329納米復合功能建筑衛(wèi)生陶瓷的開發(fā)，將使功能性建筑衛(wèi)生陶瓷得到發(fā)展，例如熒光墻地磚、氧敏變色和具有保潔、抗菌功能特性的墻地磚。研究表明：納米抗菌粉體的抗菌效果更強，抗菌率可達99.9％因此它在保持陶瓷制品原有使用功能和裝飾效果的同時能增加消毒殺菌及化學降解的功能。2023/2/3305-3納米介孔材料

1992年美國Mobile公司的科學家們首次運用表面活性劑作為模板合成出介孔二氧化硅，命名為MCM—41。這是繼微孔沸石分子篩之后的又一類分子篩材料。2023/2/331一.分類及結(jié)構(gòu)特征1.分類

介孔材料按照化學組成分類，可分為硅基和非硅基組成介孔材料兩大類，后者主要包括過渡金屬氧化物、磷酸鹽和硫化物等，由于它們一般存在可變價態(tài)，有可能為介孔材料開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，展示出硅基介孔材料所不能及的應(yīng)用前景。但非硅組成的介孔材料熱穩(wěn)定性較差，經(jīng)過煅燒，孔結(jié)構(gòu)容易坍塌，且比表面積、孔容均較小，合成機制還欠完善，不及硅基介孔材料研究活躍。2023/2/332

介孔材料按照介孔是否有序分類，可分為無序介孔材料和有序介孔材料。其中有序介孔材料是20世紀90年代初迅速興起的一類新型納米結(jié)構(gòu)材料，它利用有機分子——表面活性劑作為模板劑，與無機源進行界面反應(yīng)，以某種協(xié)同或自組裝方式形成由無機離子聚集體包裹的規(guī)則有序的膠束組裝體，通過煅燒或萃取方式去除有機物質(zhì)后，保留無機骨架，從而形成多孔的納米結(jié)構(gòu)材料。2023/2/3332.結(jié)構(gòu)特點按照國際純粹與應(yīng)用化學協(xié)會（IUPAC）的定義，孔徑大于50nm的孔稱為大孔，小于2nm的孔稱為微孔，孔徑為2—50nm的多孔材料稱為介孔（中孔）材料。介孔材料具有以下特點：(1)長程結(jié)構(gòu)有序(2)孔徑分布窄并可在1.5~10nm之間系統(tǒng)調(diào)變(3)比表面積大，可高達1000m2/g(4)孔隙率高(5)表面富含不飽和基團2023/2/334介孔材料具有蜂窩狀的孔道，其孔道是有序排列的，包括層狀、六方對稱排列和立方對稱排列等，可以讓一些有機大分子、生物高分子通過，可以“篩選”沸石分子篩不能篩的大分子。二.介孔材料的合成1.軟模板法軟模板法主要是指以表面活性劑或兩親高分子為模板劑，在溶液中利用有機相和無機物種之間的界面組裝作用力，通過納米自組裝技術(shù)來合成有序的介孔材料。其合成機理主要是液晶模板機理和協(xié)同機理，適用于硅基和非硅基介孔材料。2023/2/335液晶模板機理模型示意圖在此模型中,具有雙親水基團的表面活性劑,在水中達到一定濃度時形成棒狀膠束并規(guī)則排列成所謂“液晶”結(jié)構(gòu),其憎水基向里,帶電的親水基頭部伸向水中。當硅源物質(zhì)加入時,通過靜電作用,硅酸根離子可以和表面活性劑離子結(jié)合,并附著在有機表面活性劑膠束的表面,在有機圓柱體的表面形成無機墻,兩者在溶液中同時沉淀下來,產(chǎn)物經(jīng)水洗、干燥、煅燒,除去有機物質(zhì),只留下骨架狀規(guī)則排列的硅酸鹽網(wǎng)絡(luò),從而形成MCM-41(六方晶相)介孔材料。2023/2/336軟模板合成路線的核心過程是溶膠-凝膠，根據(jù)合成條件的不同，軟模板合成路線又分為水熱合成、室溫合成和微波合成。

微波輻射加熱不同于傳統(tǒng)的加熱方式，它是在電磁場作用下，通過偶極子極化使體系中的極性分子急劇扭轉(zhuǎn)、摩擦產(chǎn)生熱量來實現(xiàn)，具有內(nèi)外加熱、升溫速度快、高效節(jié)能、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)點。利用全微波輻射法合成MCM-41介孔分子篩，整個過程用時不到5h。和水熱法相比，合成時間大大縮短，同時利用微波技術(shù)，高效節(jié)能，操作便利，環(huán)境污染少。2023/2/3372.納米晶粒組裝法納米晶粒組裝法其合成機理同經(jīng)典的軟模板法合成介孔材料非常類似，不同之處在于軟模板法一般是由無機前驅(qū)體離子在模板劑上的自組裝，而納米晶粒組裝法是由經(jīng)表面修飾后的成型納米晶粒在模板劑上的自組裝。這種方法適用于介孔金屬、金屬氧化物和金屬硫化物的合成。首先合成金屬氧化物的納米晶粒，再用修飾劑對其表面進行修飾，然后在表面活性劑的協(xié)同作用下組裝成具有介孔結(jié)構(gòu)的復合材料，最后通過煅燒除去模板劑，得到介孔材料或介孔復合體系。2023/2/3383.硬模板法軟模板法對非硅基體系的合成存在一定的局限性，特別是對過渡金屬氧化物，由于其水解速率難以達到控制以及變價離子的存在，使得用軟模板合成有序介孔金屬氧化物及其復合物有很大難度。針對上述情況，出現(xiàn)了另一種合成介孔材料的可取方法，就是利用有序的介孔材料作為硬模板，通過納米復制技術(shù)得到其反介孔結(jié)構(gòu)。硬模板法的主要過程是利用預成型的有序介孔固體的空穴，內(nèi)浸漬所要求的無機鹽前驅(qū)物，隨即在一定的溫度下礦化前驅(qū)物使其轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕顺煞?，最后除去原固體模板得到了所要求組分的反介孔結(jié)構(gòu)材料。2023/2/339三.介孔材料的應(yīng)用1.在化工領(lǐng)域的應(yīng)用催化劑。有序介孔材料具有較大的比表面積,相對大的孔徑以及規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)以處理較大的分子或基團,是很好的擇形催化劑。特別是在催化有大體積分子參加的反應(yīng)中,有序介孔材料顯示優(yōu)于沸石分子篩的催化活性。(2)良好的載體。過渡金屬的配合物對一些特定的有機反應(yīng)具有很好的催化氧化的作用,為了將其固載化,人們曾試圖將其負載于沸石分子篩上,然而受后者孔道直徑的限制,這些固載化的配合物并沒有很好的發(fā)揮其應(yīng)有的催化活性。但是，有序介孔材料的出現(xiàn)為人們尋求更加適宜的載體帶來了希望。2023/2/340(3)化學分離介孔材料MCM-41被應(yīng)用于毛細管氣相色譜柱,可以很好的分離碳氫化合物苯、甲苯、乙苯、正丙苯,而所用的柱長(1m)比常規(guī)的柱子(25-30m)短的多。(4)良好的基質(zhì)。有序介孔材料由于孔徑尺寸大，還可應(yīng)用于高分子合成領(lǐng)域，特別是聚合反應(yīng)的納米反應(yīng)器。2023/2/3412在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用(1)酶、蛋白質(zhì)等的固定和分離生物醫(yī)藥領(lǐng)域一般生物大分子如蛋白質(zhì)、酶、核酸等,當它的分子量在1～100萬之間時尺寸小于10nm,而相對分子質(zhì)量在1000萬左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔徑可在2～50nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)節(jié)和無生理毒性的特點使其非常適用于酶、蛋白質(zhì)等的固定和分離2023/2/342(2)細胞/DNA的分離。(3)緩釋藥物3在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用(1)氣體吸附劑(2)水質(zhì)凈化目前生活用水廣泛應(yīng)用的氯消毒工藝,雖然殺死了各種病菌,但又產(chǎn)生了三氯甲烷、四氯化碳、氯乙酸等一系列有毒有機物,其嚴重的“三致”效應(yīng)(致癌、致畸形、致突變)已引起了國際科學界和醫(yī)學界的普遍關(guān)注。通過在有序介孔材料的孔道內(nèi)壁上接枝氯丙基三乙氧硅烷,得到功能化的介孔材料CPS-HMS,該功能性介孔分子篩去除水中微量的三氯甲烷等效果顯著,去除率高達97%。2023/2/3435-4納米金屬納米金屬是利用納米技術(shù)制造的金屬材料，具有納米級尺寸的組織結(jié)構(gòu)，在其組織中也包含著納米顆粒雜質(zhì)。在金屬材料生產(chǎn)中利用納米技術(shù)，有可能將材料成分和組織控制得極其精密和細小，從而使金屬的力學性能和功能特性得到飛躍的提高。一.納米晶化技術(shù)1.GP和團簇化這是利用過飽和固溶體（SolidSolution）析出現(xiàn)象的一種控制納米組織的方法，對于沒有晶格形態(tài)變化的鐵一類金屬，人們很早就用這種方法提高材料的強度，還利用2023/2/344這種方法制造飛機用的鋁合金材料——硬鋁。2.晶粒微細化在組織結(jié)構(gòu)中，晶粒的大小對強度影響最大，利用相變使晶粒微細化的現(xiàn)象，可以把晶粒大小控制到微米量級。通過晶粒微細化，不僅能夠提高材料的強度，而且還能夠增加材料的延展性。例如，500MPa號得鋼材，當晶粒被微細化到1μm左右時，其0.2%屈服強度即提高到700MPa，而且有延展性變?yōu)榇嘈缘霓D(zhuǎn)變溫度也下降至液氮溫度以下。2023/2/3453.冷加工技術(shù)使晶粒微細化的一種最簡便的方法，就是進行冷加工。4.吸氫技術(shù)利用吸收氫的技術(shù)是把材料置放在氫氣氣氛中于高溫下保持一段時間，然后再經(jīng)熱處理出去材料中所含的氫，由于化合物在與氫發(fā)生反應(yīng)的過程中，其內(nèi)部組織得到微細化，最后制成的就是性能非常好的粘結(jié)在一起的磁粉。5.利用非晶相的技術(shù)2023/2/346二.納米金屬材料的應(yīng)用1.非晶態(tài)輕合金1990年，人們成功制成一種高強度的鋁合金，其屈服強度達到1600MPa.該合金的非晶相中均勻分布著10-20％直徑為5-10nm的Al微粒，正是這些納米粒子使合金具有非常高的強度。2.納米結(jié)晶軟磁合金非晶軟磁合金的主要成分是Fe-Si-B合金，其中添加少量的Nb和Cu。把原材料加熱，使之產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)果便得到由無數(shù)納米大小的Fe微粒結(jié)合在一起的凝聚組織，其飽和磁化強度達到1.2-1.4T，而磁導率達到數(shù)十萬。這樣，由納米結(jié)晶化而產(chǎn)生軟磁性。2023/2/3473.超塑性加工材料納米金屬材料與微晶金屬材料相比，其形變速度提高了2-3個數(shù)量級，因而有望實現(xiàn)高速塑性加工。5-5納米高分子納米高分子（Nano-polymer），全稱納米結(jié)構(gòu)的自組裝高分子，包括小分子間通過非共價鍵形成的高分子以及高分子間通過非共價鍵形成的高分子聚集體。納米高分子不僅有鏈狀聚合物，還有梳狀聚合物，星狀聚合物，樹枝狀聚合物。2023/2/3481.螺旋結(jié)構(gòu)高分子在主鏈沒有不對稱碳的聚合物中引入有光學活性側(cè)鏈的聚異氰酸鹽或者聚異氰化物等手征型高分子，它們雖然沒有氫鍵那樣的支持鍵，卻能夠在溶液中保持穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)。不僅如此，還可以把這種螺旋結(jié)構(gòu)進一步凝聚，構(gòu)建出超螺旋的或者棒狀的納米結(jié)構(gòu)。2.嵌段共聚物在嵌段共聚物中，大部分自組裝利用的是不同嵌段的親疏水效應(yīng)，將兩條不相容的分子鏈通過共價鍵連接起來，這樣既阻止了鏈段完全分離，同時又實現(xiàn)了相分離，可以獲得分子鏈段周期性有序的片狀、圓柱狀和球狀等相。2023/2/3493.樹枝狀高分子樹枝狀高分子是單分散性的大分子，這種分子有規(guī)則地