納米材料簡介課件

納米材料簡介納米材料簡介什么是納米什么是納米材料納米材料的納米效應(yīng)納米材料的分類納米材料的應(yīng)用納米材料與未來社會234561CONTENTS什么是納米什么是納米材料納米材料的納米效應(yīng)納米材料的分類納米納米（nanometer）：長度單位，即10-9m。納米有多大？什么是納米Chapter1納米（nanometer）：長度單位，即10-9m。什么是納納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nanometermaterial)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因為強相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質(zhì)。納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nanoparticle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的稀土納米材料光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。什么是納米材料2納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nanometermater納米材料的納米效應(yīng)3Chapter1、量子尺寸效應(yīng)2、小尺寸效應(yīng)

3、表面效應(yīng)

4、宏觀量子隧道效應(yīng)

5、庫侖阻塞和量子隧穿

6、介電陷域效應(yīng)納米材料的納米效應(yīng)3Chapter1、量子尺寸效應(yīng)表面效應(yīng)表面效應(yīng)布朗運動布朗運動單壁碳納米管彎曲

單壁碳納米管彎曲聚合物納米管聚合物納米管大事件大事件納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。按材質(zhì)納米材料可分為納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復(fù)合材料。其中納米非金屬材料又可分為納米陶瓷材料、納米氧化物材料和其他非金屬納米材料。按納米的尺度在空間的表達特征納米材料可分為零維納米材料即納米顆粒材料、一維納米材料（如納米線、棒、絲、管和纖維等）、二維納米材料（如納米膜、納米盤、超晶格等）、納米結(jié)構(gòu)材料即納米空間材料（如介孔材料等）。納米材料的分類4Chapter納米材料的分類4Chapter按形態(tài)納米材料可分為納米粉末材料、納米纖維材料、納米膜材料、納米塊體材料、，以及納米液體材料（如磁性液體納米材料和納米溶膠等）。

按功能納米材料可分為納米生物材料、納米磁性材料、納米藥物材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料、納米環(huán)保材料等。納米材料的分類4Chapter按形態(tài)納米材料的分類4Chapter1、在半導(dǎo)體中的應(yīng)用當(dāng)前微處理器已達到550萬個晶體管的集成度、600MHZ的頻率和0.18的線寬，仍滿足不了技術(shù)發(fā)展的需要。根據(jù)Intel公司預(yù)測，到2011年微處理器將達到10億個晶體管的集成度、10GHz的頻率和0.07的線寬，這使以硅為主要材料的超大規(guī)模集成電路(VLSI)的工藝和原理達到極限要繼續(xù)發(fā)展必須尋求工藝和技術(shù)突破。“光電集成”就是其中一個途徑，在硅電路中用光連接取代電連接。然而大塊的硅或鍺的發(fā)光效率很低，且發(fā)光波段在近紅外，不適合“光電集成”。尋求一種有效產(chǎn)生光發(fā)射的硅基材料已成為材料科學(xué)的一個熱點。半導(dǎo)體納米材料在可見光區(qū)具有較高的發(fā)光效，發(fā)光波段與發(fā)光效率可由納米材料的尺寸得以控制。此，多孔硅中的量子點結(jié)構(gòu)、二元半導(dǎo)體化合物中的嵌埋結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體超晶格材料，在光纖通訊和光探測器方面有廣泛的應(yīng)用。納米材料的應(yīng)用5Chapter1、在半導(dǎo)體中的應(yīng)用納米材料的應(yīng)用5Chapter2

在磁性材料中的應(yīng)用納米磁性材料包括納米磁粉材料、納米磁膜材料和納米磁性液體。在鐵磁質(zhì)納米磁性材料中，存在磁單疇結(jié)構(gòu)，具有超順磁性，即納米結(jié)構(gòu)的尺寸小于磁單疇的臨界尺寸時，納米結(jié)構(gòu)中的原子磁矩有序化，具有順磁質(zhì)的特性，而在無外場時，對任何一個方向都不顯磁性。加外磁場后，形成磁矩有序化，形成過程不是瞬時的，而有一個馳豫時間。超順磁性材料，矯頑力遠比普通材料大，對高密度磁記錄元件十分重要。3在催化劑領(lǐng)域應(yīng)用納米粒子表面積大、表面活性中心多，為催化劑提供了必要條件。目前納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等廣泛用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)的催化劑。如用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)催化劑，燃燒效率提高100倍；以粒度小于100nm的鎳和銅-鋅合金的納米材料為主要成分制成加氫催化劑，可使有機物的氫化率達到傳統(tǒng)鎳催化劑的10倍；用納米TiO2制成光催化劑具有很強的氧化還原能力，可分解廢水中的鹵代烴、有機酸、酚、硝基芳烴、取代苯胺及空氣中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。2在磁性材料中的應(yīng)用4在醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用藥品顆粒小容易被人體吸收，使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細，在納米的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品，可對人體進行全身健康檢查和治療，吞噬病毒、殺死癌細胞、疏通腦血管中的血栓、清除心臟動脈脂肪沉積物、修復(fù)損壞器官、進行人體肢體再生、人體整容等；5、納米半導(dǎo)體材料將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。4在醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用5、納米半導(dǎo)體材料5

在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用化妝品方面，納米微粒由于具有良好的粘附力和對紫外線的吸收功能，可制成抗掉色的口紅、防灼的高級化妝品。例如，在化妝品中添加納米ZnO，既能屏蔽紫外線防曬，又能抗菌除臭。涂料方面，運用納米技術(shù)可使涂料的許多指標(biāo)大幅度提高，外墻涂料的耐洗刷性由1千多次提高到1萬多次，老化時間延長兩倍。添加納米TiO2可制成殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，用于房屋內(nèi)墻涂飾。陶瓷方面，納米ZnO可使陶瓷制品燒結(jié)溫度降低400～600℃，燒成品光亮如鏡，加有納米ZnO的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有機物的自潔作用。5在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用納米技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和新材料開發(fā)等應(yīng)用研究都得到了快速的發(fā)展，并且在傳統(tǒng)材料、醫(yī)療器材、電子設(shè)備、涂料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數(shù)幾個國家初步實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫(yī)療診斷材料等產(chǎn)品仍處于開發(fā)研制階段。2010年全球納米新材料市場規(guī)模達22.3億美元，年增長率為14.8%。今后幾年，隨著各國對納米技術(shù)應(yīng)用研究投入的加大，納米新材料產(chǎn)業(yè)化進程將大大加快，市場規(guī)模將有放量增長。納米粉體材料中的納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米氧化硅等幾個產(chǎn)品已形成一定的市場規(guī)模；