納米材料完整版本

納米材料的分類

A、按維數(shù)或結(jié)構(gòu)來分，納米材料的基本單元可以分為四類：零維納米材料；一維納米材料；二維納米材料；三維納米材料。B、按材料物性劃分，納米材料可分為：納米半導(dǎo)體；納米磁性材料；納米非線性光學(xué)材料；納米鐵電體；納米熱電材料；納米光電材料；納米超導(dǎo)材料。C、按應(yīng)用劃分，納米材料又可分為：納米電子材料；納米光電子材料；納米生物醫(yī)藥材料；納米敏感材料；納米儲能材料。

D、按化學(xué)組分劃分，納米材料可劃分為：納米金屬；納米晶體；納米陶瓷；納米玻璃；納米高分子；納米復(fù)合材料。納米材料在生活中的應(yīng)用納米電纜材料因其獨特的光學(xué)性能電學(xué)性能磁學(xué)性能以及幾何結(jié)構(gòu)而成為當(dāng)今納米材料研究領(lǐng)域的重點和難點。手機(jī)的芯片現(xiàn)在都是采用光刻技術(shù)制作出來的半導(dǎo)體集成電路，所謂納米芯片指的是集成電路的特征尺寸為多少納米。特征尺寸越小，芯片的集成度越高，芯片運算能力越強(qiáng)，但是耗電量和發(fā)熱量也隨之增大。奇妙的碳納米管：

碳納米管是由石墨中一層或若干層碳原子而卷曲而成的籠狀“纖維”，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。比重只有鋼的六分之一，而強(qiáng)度卻是鋼的100部。輕而柔軟又非常結(jié)實的材料最好是作防彈背心。如果，用碳納米管作出繩索，是從月球上掛到地球表面，而唯一不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它作為地球--月球乘人的電梯。善變顏色的納米氧化物材料：

氧化物納米顆粒最大的本領(lǐng)是在電場作用下或在光的照射下迅速改變顏色。作成士兵防護(hù)激光槍的眼鏡和廣告板，在電、光的作用下，會變得更加喧麗多彩。剛?cè)岵?jì)的納米陶瓷：

納米陶瓷粉制成的陶瓷有一定的塑性，高硬度和耐高溫，使發(fā)動機(jī)工作在更高的溫度下，汽車會跑得更快，飛機(jī)會飛得更高。天然納米材料

海龜在美國佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進(jìn)行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內(nèi)的納米磁性材料，為它們準(zhǔn)確無誤地導(dǎo)航。生物學(xué)家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料為它們導(dǎo)航。愛清潔的納米材料：

把透明疏油、疏水的納米材料顆粒組合在大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠(yuǎn)透明。將這種納米顆粒放到織物纖維中，做成的衣服不沾塵，省去不少洗衣的麻煩。納米生物學(xué)的設(shè)想:

是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，研制可編程的納米機(jī)器人。

納米機(jī)器人是納米生物學(xué)最具有誘惑力的內(nèi)容.

第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療（疏通腦血管中的血栓，清除心臟脂肪沉積物，吞噬病菌，殺死癌細(xì)胞，監(jiān)視體內(nèi)的病變等）還可以用來進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作，比如作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機(jī)體正常運行或使引起癌癥的DNA突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)從而延長人的壽命。將由硅晶片制成的存儲器（ROM）微型設(shè)備植入大腦中，與神經(jīng)通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經(jīng)性疾病。

第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，可以用其吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。

。第三代納米機(jī)器人將包含有納米計算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置。這種納米機(jī)器人一旦問世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞诫[身技術(shù)——雷達(dá)波吸收材料吸波材料的研究在國防上具有重大的意義，這種“隱身材料”的發(fā)展和引用，是提高武器系統(tǒng)生存和突防能力的有效手段．納米粉末是一種非常有前途的新型軍用雷達(dá)波吸收劑．納米氧化鋅等金屬氧化物由于質(zhì)量輕、厚度薄、吸波能力強(qiáng)等優(yōu)點，而成為吸波材料研究的熱點之一。性能用途力學(xué)性能超硬、高強(qiáng)、高韌、超塑性材料，特別是陶瓷增韌和高韌高硬涂層光學(xué)性能光學(xué)纖維、光反射材料、吸波隱身材料、光過濾材料、光存貯、光開關(guān)、光導(dǎo)電體發(fā)光材料、光學(xué)非線性元件、紅外線傳感器、光折變材料磁性磁流體、磁記錄、永磁材料、磁存儲器、磁光元件、磁探測器、磁制冷材料、吸波材料、細(xì)胞分離、智能藥物電學(xué)性能導(dǎo)電漿料、電極、超導(dǎo)體、量子器件、壓敏電阻、非線性電阻、靜電屏蔽催化性能催化劑熱學(xué)性能耐熱材料、熱變換材料、低溫?zé)Y(jié)材料敏感特性濕敏、溫敏、氣敏等傳感器、熱釋電材料其他醫(yī)學(xué)（細(xì)胞分離，細(xì)胞染色，醫(yī)療診斷，消毒殺菌，藥物載體）、能源（電池材料，貯氫材料）、環(huán)保（污水處理，廢物料處理，空氣消毒）、助燃劑、阻燃劑、拋光液、印刷油墨、潤滑劑

納米氧化鋅無毒、無味，對皮膚無刺激，不分解、不變質(zhì)、穩(wěn)定性好，本身為白色，可以根據(jù)不同對象加以著色，價格便宜．納米氧化鋅是皮膚的外用藥物，對皮膚有收斂、消炎、防皺和保護(hù)等功能，可用于化妝品的防曬劑以防止紫外線的傷害并能抗菌除臭，可用于生產(chǎn)防臭、抗菌、抗紫外線的纖維．如日本帝人公司生產(chǎn)的采用納米氧化鋅消臭劑的防臭纖維，能吸收臭味，凈化空氣，可用于制成長期臥床病人和醫(yī)院的消臭敷料、繃帶、尿布、睡衣、窗簾及廁所用紡織品等。二、納米氧化鋅制備以及表征納米氧化鋅粉體的制備方法一均勻沉淀法:尿素的水解：CO(NH2)2+3H2O→CO2+NH3·H2O

OH-1的生成：NH3·H2O→NH4++OH-

CO32-的生成：2NH3·H2O→2NH4++CO32-

中間產(chǎn)物堿式碳酸鋅的生成：

3Zn2++CO32-+OH-+H2O→ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O

煅燒的產(chǎn)物ZnO：

ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O→3ZnO+3H2O+CO2

納米氧化鋅粉體的制備方法二：稱取1.105g(0.005mol)Zn(Ac)2﹒2H2O和0.29g(0.007mol)LiOH﹒H2O。分別加熱溶解在50ml無水乙醇中,冷卻。攪拌下將50mlLiOH溶液慢慢滴加Zn(Ac)2溶液中,得到ZnO溶膠。然后將混合溶液加熱濃縮至80ml,將所得溶液分成兩份轉(zhuǎn)移到帶聚四氟內(nèi)襯的容積為60ml的反應(yīng)釜中,然后加入10ml0.05mol/l的十二烷基碳酸鈉(SDS)溶液,混合均勻.密封.將反應(yīng)釜放入電子爐內(nèi),恒定溫度120度,保持24。然后取出反應(yīng)釜,自然冷卻至室溫后,將產(chǎn)物離心分離得到沉淀。沉淀用去離子水和無水乙醇超聲離心清洗數(shù)次,得到的產(chǎn)物干燥,最終得到ZnO粉末樣品。其工藝流程圖如下：

可溶性鋅鹽溶液沉淀劑沉淀分離、洗滌干燥熱分解氧化鋅納米粒子納米氧化鋅粉體的性能表征.

X射線衍射（XRD）X射線衍射儀是一種常見的，也是一種最重要的測定晶體結(jié)構(gòu)的方法。應(yīng)用極為廣泛，是判斷晶體質(zhì)量好壞的最有力判據(jù)。通過X射線衍射還可以測定顆粒的大小。通過測量掠射角（入射或者衍射X射線與晶面間的夾角）θ，即可計算出樣品晶體結(jié)構(gòu)的晶面間距，這就是X射線衍射法結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)。而實際測量過程中一般通過測試結(jié)果中的三強(qiáng)峰和樸準(zhǔn)卡片中的三強(qiáng)峰進(jìn)行對比來確定樣品的物相。通過謝樂公式還可以大概算出納米材料的尺寸。d=0.89λ/βcosθd為材料的尺寸，λ為波長，β因顆粒細(xì)化而引起的寬化，θ為

掠射角。400℃焙燒制得的納米ZnO的XRD圖掃描電子顯微鏡（SEM)掃面電子顯微鏡可以獲得晶體試樣的各種物理、化學(xué)性質(zhì)，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、內(nèi)部電場和磁場等等。掃描電鏡就是這樣采用逐點成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序、成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號，完成一副圖像，從而使我們在熒光屏上觀察到樣品表面的各種特征圖像。納米ZnO的SEM照片不同溫度下獲得的氧化鋅納米材料SEM照片

(a)200℃(b)400℃(c)600℃(d)800℃當(dāng)溫度為200℃，單晶硅片表面被花狀氧化鋅所覆蓋，每個花由幾十個長度為5μm，直徑小于100nm的氧化鋅納米棒組成。當(dāng)溫度為400℃時，表面出現(xiàn)了氧化鋅帶，寬度為500nm～1

000nm，厚度約為50nm，長度大于10μm。當(dāng)溫度為600℃時，表面生長出了雜亂分布的，互相纏繞的氧化鋅納米線，其長度約為50μm，直徑均勻，約為80nm。當(dāng)溫度為800℃時，長出了片狀的氧化鋅，而在不規(guī)則形狀的片的突出位置有很短的（約為2μm～3μm）納米針出現(xiàn)。紅外分光光度計分析（FT-IR）當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，如果選擇性的吸收某些波長的紅外光，以λ或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以透光率或吸光度為縱坐標(biāo)所得到的關(guān)系曲線即為該物質(zhì)的紅外吸收光譜（infraredabsorptionspectrum，IR），它是鑒別和確定分子結(jié)構(gòu)的常用手段之一。紅外光是波長在0.75~1000μm的電磁波，波長在0.75~2.5μm的電磁波稱為中紅外區(qū)，而遠(yuǎn)紅外區(qū)波長在25~1000μm。其原理是由于物質(zhì)對紅外光具有選擇性吸收的，因此不同的物質(zhì)便有不同的紅外吸收光譜，依據(jù)分子紅外光譜的吸收峰位置，吸收峰數(shù)目及其強(qiáng)度，可以鑒定未知化合物的分子結(jié)構(gòu)或確定其化學(xué)基團(tuán)，從而對物質(zhì)進(jìn)行定性分析；依據(jù)吸收峰的強(qiáng)度與分子或某化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析和純度鑒定。300℃焙燒制得的ZnO焙燒溫度提高427cm-1處Zn-O振動的特征峰加強(qiáng)，1527cm-1處的C=O振動特征峰和1449cm-1、1382cm-1處的C-O振動特征峰強(qiáng)度變小，直至消失說明前驅(qū)體中的CO32-在高溫下分解為CO2排出體系，3450cm-1處O-H振動特征峰隨溫度升高強(qiáng)度減弱，說明前驅(qū)體中OH-1在高溫下分解成水排出體系。熱重分析熱重法式在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度或時間的關(guān)系的方法。通過分析熱重曲線，我們可以知道樣品及其可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的組成、熱穩(wěn)定性、熱分解情況及生成的產(chǎn)物與質(zhì)量相聯(lián)系的信息。前驅(qū)體Zn5(CO3)2(OH)6的TG-DTA曲線堿式碳酸鋅的分解主要反應(yīng)方程式是：Zn5(CO3)(OH)6→5ZnO+2CO2+3H2O納米氧化鋅最突出或不可替代的應(yīng)用領(lǐng)域為催化劑、飼料、橡膠、抗菌材料、化妝品、陶瓷、涂料等。在飼料添加劑中應(yīng)用納米氧化鋅同普通氧化鋅相比,具有許多優(yōu)點：

殺菌作用強(qiáng)。

生物學(xué)利用率高。分散性好。納米氧化鋅具有獨特理化優(yōu)勢,在飼料中添加量少,但與高鋅日糧有同樣的作用效果。

納米氧化鋅在氧化鋅脫硫劑中的應(yīng)用在橡膠中的應(yīng)用：納米氧化鋅可用于輪胎、輸送帶、EVA等各類橡膠制品，做為橡膠硫化的活性劑。

納米ZnO

微粉具有優(yōu)越的抗菌、消毒、除臭功能，

鋅離子與銀離子一樣，屬于重金屬離子，可與病毒和病菌體內(nèi)蛋白質(zhì)上的疏基結(jié)合，從而擬制它們的活性。?

納米氧化鋅粒徑小，表面活性好，具有殺菌消毒的作用。

納米氧化鋅是一種具有特異性能，用途廣泛的超細(xì)材料，包括納米氧化鋅在內(nèi)的超細(xì)材料是21世紀(jì)的新材料，它是世界各國投以巨資開發(fā)研制，我國“863”計劃攻關(guān)的重大課題．從納米氧化鋅的奇妙用途中可以窺視出其廣闊的市場和誘人的應(yīng)用前景．我國鋅資源豐富．目前，我國各類氧化鋅的年需求量約為150萬噸，且以每年12～15的速率遞增，就活性氧化鋅而言，年需求量約為9萬噸，目前年產(chǎn)量僅為6萬噸，處于供不應(yīng)求的狀況，而以活性氧化鋅和納米氧化鋅取代傳統(tǒng)氧化鋅是不可阻擋的趨勢，可見，今后納米氧化鋅必會有非常廣闊的市場前景。

三、納米二氧化硅SiO2的研究現(xiàn)狀及其運用納米Si02的體積效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)使其產(chǎn)生滲透作用，可深入到高分子化合物的“鍵附近，與其電子云發(fā)生重疊，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而大幅度提高了高分子材料的力學(xué)強(qiáng)度、韌性、耐磨性和耐老化性等。因而，人們常利用納米Si02的這些特殊結(jié)構(gòu)和性能對塑料及涂料進(jìn)行改性或制各有機(jī)Si02復(fù)合材料，提高有機(jī)高分子材料的綜合性能。納米二氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無機(jī)新材料之一，因其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨具特性，有著不可取代的作用。納米二氧化硅俗稱“超微細(xì)白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑。

氣相法制備sio2材料：

氣相法多以四氯化硅為原料，采用四氯化硅氣體在氫氧氣流高溫下水解制得煙霧狀的二氧化硅。

實驗原理：

2H2

+02=2H20

SICl4+2H2O=SiO2+4HCl

2H2+02+SICl4=Si02+4HCl

沉淀法

沉淀法是硅酸鹽通過酸化獲得疏松、細(xì)分散的、以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來的Si02晶體。實驗原理：

Na2Si03+HCl=H2S03+NaCl

H2S03=Si02+H20

水熱合成法

水熱反應(yīng)是高溫高壓下，在水溶液或蒸汽等流體中進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱反應(yīng)法是利用水熱反應(yīng)制備粉體的一種方法，它為各種前驅(qū)物的反應(yīng)和結(jié)晶提供了一個在常壓條件下無法得到的、特殊的物理和化學(xué)環(huán)境。對設(shè)備要求高，操作復(fù)雜，能耗較大。水熱合成過程中的溫度、壓力、樣品處理時間以及溶液的成分、酸堿性、所用的前驅(qū)體種類、有無礦化劑和礦化劑的種類等對所生成的氧化物顆粒的大小、形式體系的組成、是否為純相等有很大的影響。在美國Nicolet公司產(chǎn)FTIR型紅外光譜儀測試樣品的紅外吸收光譜，測量了經(jīng)500℃熱處理的納米si02樣品的紅外吸收光譜，圖中3435．26

cm-1是與--OH基因伸縮振動有關(guān)的吸收蜂，1637，13

cm-1是與H一0一H彎曲振動有關(guān)的吸收峰，而1094．42

cm-1則為Si—O—Si反對稱伸縮振動引起的強(qiáng)吸收帶，

798．28

cm-1

和466，641

cm-1等處的吸收峰則都與Si—o的彎曲振動或搖擺振動有關(guān)。二氧化硅的表征高倍電子顯微鏡（SEM）