現(xiàn)代納米材料課件

一.納米技術(shù)的發(fā)展第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段一.納米技術(shù)的發(fā)展第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段1231第一階段的發(fā)展重點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模約為5億美元。第二個(gè)階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個(gè)階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實(shí)用化水平。其中包括從有機(jī)碳酸鈣中制取的有機(jī)納米材料，其強(qiáng)度將達(dá)到無機(jī)單晶材料的3000倍。該階段的市場(chǎng)規(guī)模在50億至200億美元之間。在第三個(gè)階段，大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)100億至1000億美元。231第一階段的發(fā)展重點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下254納米計(jì)算機(jī)將在第四個(gè)階段中得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2000億至1萬(wàn)億美元在第五階段里，科學(xué)家們將研制出能夠制造動(dòng)力源與程序自律化的元件和裝置，市場(chǎng)規(guī)模將高達(dá)6萬(wàn)億美元。54納米計(jì)算機(jī)將在第四個(gè)階段中得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將3二.納米材料的特性

力學(xué)性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。二.納米材料的特性力學(xué)性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的4

磁學(xué)性質(zhì)：利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效應(yīng)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(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。

熱學(xué)性質(zhì)：納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)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?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

磁學(xué)性質(zhì)：利用納米粒子的隧道量子效5

光學(xué)性質(zhì)：由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。

生物醫(yī)藥材料應(yīng)用：納米粒子比紅血細(xì)胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動(dòng)，如果利用納米粒子研制成機(jī)器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對(duì)人體進(jìn)行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細(xì)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藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運(yùn)更加方便。

光學(xué)性質(zhì)：由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸6三.納米材料的應(yīng)用納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)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(jí)的水平上.陶瓷領(lǐng)域三.納米材料的應(yīng)用納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)7高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來照明。同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個(gè)問題提供了一個(gè)新的途徑。20世紀(jì)80年代以來，人們用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級(jí)，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。紅外反射材料高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能8

納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，因此大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。某些幾十納米厚的固體薄膜的吸收效果與比它厚1000倍的現(xiàn)有吸波材料相同，美國(guó)研制的納米隱身涂料超黑粉對(duì)雷達(dá)波的吸收率達(dá)99%。隱身材料納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米9目前國(guó)內(nèi)外研究的納米雷達(dá)波吸收劑有幾種類型，其中主要的一種類型是用納米氧化物吸收劑，包括Fe3O4、ZnO、NiO、MoO2等單一氧化物和LaFeO3等復(fù)合氧化物納米微粉，它們不僅吸波性能優(yōu)異，而且還建有抑制紅外輻射等數(shù)種功能。另外Al2O3、Fe2O3、SiO2和TiO2的復(fù)合粉體與高分子纖維結(jié)合對(duì)中紅外波段有很強(qiáng)的吸收性能。第一代隱身飛機(jī)F-117目前國(guó)內(nèi)外研究的納米雷達(dá)波吸收劑有幾種類型，10美國(guó)B2隱形轟炸機(jī)美國(guó)B2隱形轟炸機(jī)11在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來清除血管中的沉積物納米醫(yī)學(xué)的應(yīng)用在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來12檢查體內(nèi)疾病重慶科研人員開發(fā)的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”估計(jì)三年內(nèi)可以上市。該醫(yī)生長(zhǎng)得像一顆膠囊，把它吞進(jìn)肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕上一目了然檢查體內(nèi)疾病重慶科研人員開發(fā)的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”估13納米在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用采用納米材料技術(shù)對(duì)機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。納米齒輪納米在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用納米齒輪14納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在美國(guó)2010年:80萬(wàn)納米科技人才,GDP1萬(wàn)億美元,200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一制定了“國(guó)家納米技術(shù)倡議”(NNI):軍工:隱形飛機(jī)表面涂料、艦船表面納米涂料美國(guó)總統(tǒng)布什2003.12.3日簽署了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開發(fā)納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在美國(guó)15納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在日本1962年,久保(Kubo):久保理論(量子尺寸效應(yīng))國(guó)會(huì):21世紀(jì)前20年的立國(guó)之本著名大企業(yè):納米實(shí)用化技術(shù)的計(jì)劃三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在日本16納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展清華大學(xué):氮化鎵納米棒中國(guó)科技大學(xué):從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽(yù)為“稻草變黃金”中科院化冶所“七五攻關(guān)”:納米碳化硅“八五863”:納米阻燃劑中科院化學(xué)所納米領(lǐng)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(qiáng)度、抑菌功能納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展17納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在其它國(guó)家韓國(guó)：全國(guó)納米技術(shù)研究院、納米顯示技術(shù)印度：像抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣抓納米科技德國(guó)：把發(fā)展納米技術(shù)定位在新能源、新環(huán)境，全面帶動(dòng)納米技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展法國(guó)：國(guó)家納米科技中心、納米產(chǎn)業(yè)基金世界都在迎接納米時(shí)代的到來納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在其它國(guó)家18一.納米技術(shù)的發(fā)展第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段一.納米技術(shù)的發(fā)展第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段19231第一階段的發(fā)展重點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模約為5億美元。第二個(gè)階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個(gè)階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實(shí)用化水平。其中包括從有機(jī)碳酸鈣中制取的有機(jī)納米材料，其強(qiáng)度將達(dá)到無機(jī)單晶材料的3000倍。該階段的市場(chǎng)規(guī)模在50億至200億美元之間。在第三個(gè)階段，大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)100億至1000億美元。231第一階段的發(fā)展重點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下2054納米計(jì)算機(jī)將在第四個(gè)階段中得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2000億至1萬(wàn)億美元在第五階段里，科學(xué)家們將研制出能夠制造動(dòng)力源與程序自律化的元件和裝置，市場(chǎng)規(guī)模將高達(dá)6萬(wàn)億美元。54納米計(jì)算機(jī)將在第四個(gè)階段中得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將21二.納米材料的特性

力學(xué)性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。二.納米材料的特性力學(xué)性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的22

磁學(xué)性質(zhì)：利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效應(yīng)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(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。

熱學(xué)性質(zhì)：納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)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?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

磁學(xué)性質(zhì)：利用納米粒子的隧道量子效23

光學(xué)性質(zhì)：由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。

生物醫(yī)藥材料應(yīng)用：納米粒子比紅血細(xì)胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動(dòng)，如果利用納米粒子研制成機(jī)器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對(duì)人體進(jìn)行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細(xì)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藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運(yùn)更加方便。

光學(xué)性質(zhì)：由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸24三.納米材料的應(yīng)用納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)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(jí)的水平上.陶瓷領(lǐng)域三.納米材料的應(yīng)用納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)25高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來照明。同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個(gè)問題提供了一個(gè)新的途徑。20世紀(jì)80年代以來，人們用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級(jí)，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。紅外反射材料高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能26

納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，因此大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。某些幾十納米厚的固體薄膜的吸收效果與比它厚1000倍的現(xiàn)有吸波材料相同，美國(guó)研制的納米隱身涂料超黑粉對(duì)雷達(dá)波的吸收率達(dá)99%。隱身材料納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米27目前國(guó)內(nèi)外研究的納米雷達(dá)波吸收劑有幾種類型，其中主要的一種類型是用納米氧化物吸收劑，包括Fe3O4、ZnO、NiO、MoO2等單一氧化物和LaFeO3等復(fù)合氧化物納米微粉，它們不僅吸波性能優(yōu)異，而且還建有抑制紅外輻射等數(shù)種功能。另外Al2O3、Fe2O3、SiO2和TiO2的復(fù)合粉體與高分子纖維結(jié)合對(duì)中紅外波段有很強(qiáng)的吸收性能。第一代隱身飛機(jī)F-117目前國(guó)內(nèi)外研究的納米雷達(dá)波吸收劑有幾種類型，28美國(guó)B2隱形轟炸機(jī)美國(guó)B2隱形轟炸機(jī)29在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來清除血管中的沉積物納米醫(yī)學(xué)的應(yīng)用在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來30檢查體內(nèi)疾病重慶科研人員開發(fā)的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”估計(jì)三年內(nèi)可以上市。該醫(yī)生長(zhǎng)得像一顆膠囊，把它吞進(jìn)肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕上一目了然檢查體內(nèi)疾病重慶科研人員開發(fā)的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”估31納米在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用采用納米材料技術(shù)對(duì)機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。納米齒輪納米在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用納米齒輪32納米技術(shù)在各國(guó)發(fā)展情況納米技術(shù)在美國(guó)2010年:80萬(wàn)納米科技人才,GDP1萬(wàn)億美元,200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)