納米技術與精細化工講座

納米技術與精細化工講座第一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五各種材料中熔點最高的是什么？如果要從月球掛一根繩索到地球上，用什么材料能做成這樣的繩索？第二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五

納米科技研究的重要性

納米科技與基因工程和智能科技一起被稱為“21世紀高科技三劍客”，在21世紀初正式登上世界經(jīng)濟舞臺.納米科技的興起,孕育了一個新的經(jīng)濟模式------納米經(jīng)濟的誕生.錢學森(1991)：“我認為，納米左右和納米以下的結構是下一階段科技發(fā)展的重點，會是一次技術革命，從而將在21世紀又是一次產(chǎn)業(yè)革命。”第三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五人們研究和開發(fā)納米技術的目的，就是要實現(xiàn)對整個微觀世界的有效控制。作為材料技術，納米技術能夠為信息和生物科學技術進一步發(fā)展提供基礎的材料，所以納米技術的意義已遠遠超過了電子信息技術和生物科學技術。第四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米科技研究的重要性2004年1月12日，由中國科學院主辦的528名院士投票評選出來的2003世界十大科技新聞揭曉。其中，排名第一的新聞就是科學家研制出世界最小的納米電動機。在未來的二十至三十年內，納米技術將在三個方面對人類社會產(chǎn)生深刻的影響：一、社會生產(chǎn)途徑；二、人類生活方式；三、人們思維模式。第五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五科學家們說，納米這個“小東西”將給人類生活帶來的震憾，會比被視為迄今為止影響現(xiàn)代生活方式最為重要的計算機技術更深刻、更廣泛、更持久。納米技術的出現(xiàn)，標志著人類社會在發(fā)展進程中正邁向一個新的臺階。

第六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第一部分納米技術簡介第二部分納米技術在精細化工方面的應用第三部分現(xiàn)狀與展望第七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第一部分納米技術簡介第一節(jié)、概述第二節(jié)、納米材料的結構與性能第三節(jié)、納米材料的制備方法第八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)概述一、納米技術與納米材料的概念二、納米材料的分類第九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五一、納米技術與納米材料的概念

納米科技誕生1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼在《在底部還有很大空間》的一次講演中指出，從石器時代開始，人類所有的技術革新都與把物質做成有用的形態(tài)有關，而從物理學的規(guī)律來看，不能排除從單個分子甚至原子出發(fā)而組裝制造物品的可能性。他預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造“產(chǎn)品”，這是關于納米技術最早的夢想。費曼——納米科技之父

原子排成的“原子”字樣第十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五1990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。這證明范曼是正確的，二個字母加起來還沒有3個納米長。第十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米材料其實并不神密和新奇，自然界中廣泛存在著天然形成的納米材料。人工制備納米材料的實踐也已有1000年的歷史。一、納米技術與納米材料的概念

——納米就在我們身邊第十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米（nm）實際上是一種長度單位，1納米僅等于十億分之一米，人的一根頭發(fā)絲的直徑相當于6萬個納米。1m=1000mm1mm=1000μm1μm=1000nm第十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五空間尺度的劃分

宇觀(Cosmoscopic)遙觀(Remotesensoscopic)宏觀(Macroscopic)顯微觀(Optico-microscopic)介觀(Mesoscopic)或納米觀(Nanoscopic):1~100nm微觀(Microscopic)皮米觀(Picosopic)飛米觀(Fentoscopic)亞飛米觀(Subfentoscopic第十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五1.納米技術

納米科技是90年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領域。它是指在1--100nm尺度內，研究電子、原子和分子運動規(guī)律、特性的高新技術學科。其最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子、分子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。注意——單純的某一納米材料若沒有特殊的結構和性能表現(xiàn)，還不能稱為納米技術。第十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五2.納米材料納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成,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。納米材料可分為兩個層次：納米超微粒子與納米固體材料。納米超微粒子是指粒子尺寸為1-100nm的超微粒子，納米固體是指由納米超微粒子制成的固體材料。而人們習慣于把組成或晶粒結構控制在100納米以下的長度尺寸稱為納米材料。

第十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五

二、怎樣看見和操縱原子？

化學家常常自豪地說：“化學是一門在原子分子水平上研究物質的結構、性質、變化規(guī)律和應用的科學?！钡钦嬲翱匆姟痹雍头肿訁s是20世紀80年代后期的事，距離道爾頓提出原子論的時間差不多有2個世紀。第十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五原子

一個最小的細菌里面大約可以容納20億個原子。十個氫原子緊密排列——1nm顆?！古仪颉厍蛟有∮诠獾牟ㄩL，單個原子對光是透明的。光學顯微鏡怎么改進都不可能看到原子。第十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米世界的眼和手—掃描隧道顯微鏡（STM）

STM是20世紀80年代世界十大科技成就之一。掃描隧道顯微鏡為我們揭示了一個可見的原子、分子世界，對納米科技的發(fā)展起到了巨大的推進作用。第十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡是80年代初期發(fā)展起來的新型顯微儀器，能達到原子級的超高分辨率。掃描隧道顯微鏡不僅作為觀察物質表面結構的重要手段，而且可以作為在極其細微的尺度──即納米尺度（1nm=10-9m）上實現(xiàn)對物質表面精細加工的新奇工具。目前科學家已經(jīng)可以隨心所欲地操縱某些原子。第二十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五20世紀80年代初期，IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學家G．Binnig和H．Roher發(fā)明了掃描隧道顯微鏡。

第二十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五掃描隧道顯微鏡第二十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五科學家使用STM觀測物質的納米結構第二十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五

STM具有空間的高分辨率(橫向可達0.1nm，縱向可達0．01nm)，能直接觀察到物質表面的原子結構，把人們帶到了微觀世界。它的基本原理是基于量子隧道效應和掃描。它是用一個極細的針尖(針尖頭部為單個原子)去接近樣品表面，當針尖和表面靠得很近時(＜1nm)，針尖頭部原子和樣品表面原子的電子云發(fā)生重迭，若在針尖和樣品之間加上一個偏壓、電子便會通過針尖和樣品構成的勢壘而形成隧道電流。通過控制針尖與樣品表面間距的恒定并使針尖沿表面進行精確的三維移動，就可把表面的信息；(表面形貌和表面電子態(tài))記錄下來。第二十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五STM針尖掃描隧道顯微鏡工作原理示意圖第二十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米算盤C60每10個一組，在銅表面形成世界上最小的算盤。硅表面第二十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五AFM彌補STM的局限

1986年賓尼戈等人發(fā)明了利用激光檢測針尖與表面相互作用進行表面成像的分析儀器。該儀器稱為原子力顯微鏡（ATM）。STM與ATM共同構成了現(xiàn)今稱之為掃描探針顯微鏡（SPM）的兩大主體技術。AFM又彌補了STM的局限，使被測試樣擴大到非導電領域。

第二十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五三、納米材料的分類1.按結構：零維納米材料：指空間三維尺度均在納米尺度以內的材料，如納米粒子、原子團簇等一維納米材料：有兩維處于納米尺度的材料，如納米線納米管二維納米材料：在三維空間有一維在納米尺度的材料，如超薄膜三維納米材料（納米固體材料）：指由尺寸小于15nm的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密性固體材料。納米固體材料的主要特征是具有巨大的顆粒間界面，如5nm顆粒所構成的固體每立方厘米將含1019個晶界，從而使得納米材料具有高韌性。第二十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五掃描隧道顯微鏡下的納米團簇第三十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米顆粒型材料也稱納米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或顆粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效應等原因，它具有不同于常規(guī)固體的新特性。第三十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五奇妙的碳納米管1991年，日本科學家飯島澄男發(fā)現(xiàn)碳納米管。這是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀“纖維”，內部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米，長度可達數(shù)微米甚至數(shù)毫米。這樣的材料很輕，但很結實。它的密度是鋼的1/6，而強度卻是鋼的100倍。第三十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五碳納米管本身有非常完美的結構，意味著它有好的性能。它在一維方向上的強度可以超過鋼絲強度，它還有其他材料所不具備的性能：非常好的導電性能、導熱性能。第三十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五碳納米管的導電率是銅的1萬倍；碳納米管像金剛石那樣硬，卻有柔韌性，可以拉伸。它的熔點是已知材料中最高的。納米碳管的細尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。

第三十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五把碳納米管用作轉子的納米馬達第三十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米膜材料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。第三十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米固體材料納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。Fe-B納米棒第三十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米材料分類2.按組成可分為：金屬納米材料半導體納米材料有機和高分子納米材料復合納米材料：無機粒子與有機高分子復合材料，無機半導體的核殼結構第三十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五傳統(tǒng)化學的研究對象通常包含著天文數(shù)字的原子或分子，例如，1克水包含了約3.346*1022個水分子；因此通常所測得的體系的各種物理化學性質都是大量粒子的平均行為。實際上，熱力學規(guī)律成立的前提條件就是由大量粒子組成的體系；那么，當研究對象變成納米尺度的物質，納米尺度的微觀世界，變成一個原子或一個分子時，是否還會遵循我們從課本上學到的傳統(tǒng)理論和規(guī)律呢？第二節(jié)、納米材料的特性

納米尺度的物質與宏觀物質一樣嗎？第三十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)、納米材料的特性我們知道油水是不相溶的，除非加入表面活性劑，你沒有辦法把它混在一起。但是如果到了納米尺度上呢？第四十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)、納米材料的特性從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，納米級這樣的系統(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)。當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，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。第四十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米材料的特性1.表面效應

2.小尺寸效應

3.量子尺寸效應

4.宏觀量子隧道效應第四十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五1.表面效應

表面效應是指納米超微粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺寸的減小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子性能的變化。納米粒子的表面原子所處的晶體場環(huán)境及結合能與內部原子有所不同,存在許多懸空鍵,并具有不飽和性,因而極易與其他原子相結合而趨于穩(wěn)定,所以,具有很高的化學活性.利用這一特性可制得具有高催化活性和產(chǎn)物選擇性的催化劑。第四十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五粒子的大小與表面原子數(shù)的關系直徑/nm1510100原子總數(shù)N30400030000300000表面原子百分比9940202第四十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五表面效應第四十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米顆粒的表面效應—活性超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，一遇到空氣就會產(chǎn)生激烈的燃燒，發(fā)生爆炸。如要防止自燃，可采用表面包覆或控制氧化速度，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會有更大的推力，可以用作新型火箭的固體燃料，也可用作烈性炸藥。第四十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五2.小尺寸效應

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質。

（1）特殊的光學性質

（2）特殊的熱學性質

（3）特殊的磁學性質

（4）特殊的力學性質

超微顆粒的小尺寸效應還表現(xiàn)在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等方面。

第四十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五小尺寸效應

特殊的光學性質—顏色特殊的光學性質：當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色越黑，銀白色的鉑變成鉑黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通?？傻陀?%，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮?、電能。也有可能應用于紅外敏感原件、紅外隱身技術等。第四十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五小尺寸效應

超微納米顆粒的不穩(wěn)定性超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的。若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒（直徑2nm）進行觀察，發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時間的變化會自動形成各種形狀（如立方八面體，十面體、二十面體等），它既不同于一般固體，有不同于液體，是一種準固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了沸騰狀態(tài)，尺寸大于10nm后才看不到這種顆粒結構的不穩(wěn)定性。第四十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五小尺寸效應

納米微粒的熔點降低納米微粒的熔點比常規(guī)粉體低得多。由于顆粒小，納米微粒的表面能高，表面原子數(shù)多，這些原子近鄰配位不全，納米微粒間是一種非共價相互作用，活性大，納米粒子熔化時所增加的內能小得多，這就使得納米微粒的熔點急劇下降。例如，大塊鉛的熔點為600K，而20nm球形鉛的熔點低于288K，金的熔點通常是１０００多攝氏度，而晶粒尺度為３納米的金微粒，其熔點僅為普通金的一半

第五十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五3.量子尺寸效應微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗墸展庾V向短波方向移動，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應。對于宏觀物體包含無限個原子，N→∞，于是δ→0，即宏觀物體的能級間距幾乎為零；而納米微粒包含的原子數(shù)有限，N值很小，能級間距將發(fā)生分裂，這就導致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導電性與宏觀特性不同，從而產(chǎn)生量子尺寸效應。例如，溫度為1K時，直徑小于14nm的銀納米顆粒會變成絕緣體。第五十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五4.宏觀量子隧道效應隧道效應是基本的量子現(xiàn)象之一，即當微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量及電荷也具有隧道效應，他們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢阱而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀量子隧道效應。--第五十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五經(jīng)典理論和量子理論的差別第五十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)納米材料的制備技術為了研究納米科學和應用納米科學的研究成果，首先要能按照人們的意愿在納米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料，這一技術被稱為納米加工技術。納米材料的制備科學在當前的納米技術研究中占據(jù)著極為關鍵的地位。人們一般將納米材料的制備方法劃分為物理方法和化學方法兩大類。第五十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米材料的制備技術實際上，一方面納米加工技術是納米科學的重要基礎，另一方面納米加工技術中包含了許多人們尚未認識清楚的納米科學問題。比如說，一般認為物體之間相互運動時的摩擦力主要來源于物體表面的不平整性，即物體表面越光滑，它們之間的摩擦力就越小。在納米世界里，材料表面很小，相互之間距離很近，以至于使兩塊材料表面上的原子會發(fā)生化學鍵合而產(chǎn)生對相互運動的阻力。因此，在納米世界內，所有的加工都必須在原子尺寸的層面上考慮。第五十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五一、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。其特點純度高、結晶組織好、粒度可控，但技術設備要求高。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(chǎn)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?shù)臈l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、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。第五十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五二、化學方法1.化學沉淀法

共沉淀法

均勻沉淀法

多元醇沉淀法

沉淀轉化法2.化學還原法水溶液還原法多元醇還原法氣相還原法碳熱還原法3.溶膠－凝膠法

溶膠－凝膠法廣泛應用于金屬氧化物納米粒子的制備。前驅物用金屬醇鹽或非醇鹽均可。方法實質是前驅物在一定條件下水解成溶膠，再制成凝膠，經(jīng)干燥納米材料熱處理后制得所需納米粒子。

溶膠－凝膠法可以大大降低合成溫度。用無機鹽作原料，價格相對便宜。

第五十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五4.微乳液法

微乳液通常是由表面活性劑、助表面活性劑(通常為醇類)、油類(通常為碳氫化合物)組成的透明的、各向同性的熱力學穩(wěn)定體系。微乳液中，微小的“水池”為表面活性劑和助表面活性劑所構成的單分子層包圍成的微乳顆粒，其大小在幾至幾十個納米間，這些微小的“水池”彼此分離，就是“微反應器”。它擁有很大的界面，有利于化學反應。這顯然是制備納米材料的又一有效技術。與其它化學法相比，微乳法制備的粒子不易聚結，大小可控，分散性好。運用微乳法制備的納米微粒主要有以下幾類：(1)金屬，如Pt，Pd，Rh，Ir[84]Au,Ag,Cu等；(2)硫化物CdS，PbS，CuS等；(3)Ni,Co,Fe等與B的化合物[；(4)氯化物AgCl，AuCl3等；(5)堿土金屬碳酸鹽，如CaCO3，BaCO3，SrCO3；(6)氧化物Eu2O3，F(xiàn)e2O3，Bi2O3及氫氧化物Al(OH3)等。第五十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五微乳液法制備Fe2O3示意圖第五十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五7.模板合成法

利用基質材料結構中的空隙作為模板進行合成。結構基質為多孔玻璃、分子篩、大孔離子交換樹脂等。例如將納米微粒置于分子篩的籠中，可以得到尺寸均勻，在空間具有周期性構型的納米材料。Herron等將Na-Y型沸石與Cd(NO3)溶液混合，離子交換后形成Cd-Y型沸石，經(jīng)干燥后與N2S氣體反應，在分子篩八面體沸石籠中生成CdS超微粒子。南京大學采用氣體輸運將C60引入13X分子篩與水滑石分子層間，并可以將Ni置換到Y型沸石中去，觀察到C60Y光致光譜由于Ni的摻入而產(chǎn)生藍移現(xiàn)象。第六十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五9.電解法

此法包括水溶液電解和熔鹽電解兩種。用此法可制得很多用通常方法不能制備或難以制備的金屬超微粉，尤其是負電性很大的金屬粉末。還可制備氧化物超微粉。采用加有機溶劑于電解液中的滾筒陰極電解法，制備出金屬超微粉。滾筒置于兩液相交界處，跨于兩液相之中。當滾筒在水溶液中時，金屬在其上面析出，而轉動到有機液中時，金屬析出停止，而且已析出之金屬被有機溶液涂覆。當再轉動到水溶液中時，又有金屬析出，但此次析出之金屬與上次析出之金屬間因有機膜阻隔而不能聯(lián)結在一起，僅以超微粉體形式析出。用這種方法得到的粉末純度高，粒徑細，而且成本低，適于擴大和工業(yè)生產(chǎn)。第六十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米材料制備中存在的一些問題團聚現(xiàn)象第六十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第二部分納米技術在精細化工

方面的應用由于納米微粒的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學材料、高致密度材料的燒結、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應用前景。第六十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五精細化工所涉及的領域材料領域功能材料、高分子、精細陶瓷、生物材料、化工與化學材料日化領域化妝品、洗滌品、香料香精醫(yī)藥領域中藥、西藥、藥物中間體、農(nóng)藥食品保健品食品、飼料、保健品、淀粉油田化學品油田化學品、油品添加劑信息化學品感光材料、磁記錄材料第六十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五一、納米陶瓷陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。納米陶瓷第六十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五二、納米技術與高分子

１．高分子材料

2．納米技術在高分子材料中的應用第六十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五塑料

納米SiO2對塑料不僅起補強作用，而且具有許多新的特性。利用它透光、粒度小，可使塑料變得更致密，可使塑料薄膜的透明度、強度和韌性、防水性能大大提高。在有機玻璃生產(chǎn)時加入納米SiO2可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；在有機玻璃中添加納米Al2O3既不影響透明度又提高了高溫沖擊韌性。第六十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五涂料在各類涂料中添加納米SiO2可使其抗老化性能、光潔度及強度成倍地提高，涂料的質量和檔次自然升級。因納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料（即抗老化），加之其極微小顆粒的比表面積大，能在涂料干燥時很快形成網(wǎng)絡結構，同時增加涂料的強度和光潔度。第六十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五粘合劑和密封膠

國外已將納米材料如納米SiO2作為添加劑加入到粘合劑和密封膠中，使粘合劑的粘結效果和密封膠的密封性都大大提高。其作用機理是在納米SiO2的表面包覆一層有機材料，使之具有親水性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結構，即納米SiO2形成網(wǎng)絡結構掏膠體流動，固體速度加快，提高粘接效果，由于顆粒尺寸小，更增加了膠的密封性。

第六十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米纖維1.紫外線防護纖維2.遠紅外功能纖維3.抗菌防臭和除臭纖維4.抗靜電纖維第七十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五三、納米材料在催化領域的應用

催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。第七十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五金屬納米粒子的催化作用貴金屬納米粒子作為催化劑已成功地應用到高分子高聚物的氫化反應上，例如納米粒子銠在氫化反應中顯示了極高的活性和良好的選擇性。烯烴雙鍵上往往連有尺寸較大的基團，致使雙鍵很難打開，若加上粒徑為lnm的銠微粒，可使打開雙鍵變得容易，使氫化反應順利進行。第七十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五四、化妝品納米微粒與樹脂結合用于紫外線吸收，如防曬油、化妝品中普遍加入納米微粒。如納米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。第七十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五五、納米技術與醫(yī)藥制劑靶向給藥系統(tǒng)納米技術在西藥中的應用納米技術在中藥中的應用第七十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五六、納米技術與納米材料在環(huán)境保護方面的作用

隨著納米技術的悄然崛起，納米環(huán)保也會迅速來臨，拓展人類利用資源和保護環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。第七十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五1．納米技術在治理有害氣體方面的應用納米技術可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產(chǎn)生。納米級催化劑用于汽車尾氣催化，有極強的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產(chǎn)生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進行尾氣凈化處理。第七十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五2．納米技術在污水處理方面的應用

污水中通常含有有毒有害物質、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細菌病毒等。污水治理就是將這些物質從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米技術的發(fā)展和應用很可能徹底解決這一難題。污水中的貴金屬是對人體極其有害的物質。它從污水中流失，也是資源的浪費。新的一種納米技術可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10~20倍。第七十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五3．納米TiO2與環(huán)境保護

由于納米TiO2除了具有納米材料的特點外，還具有光催化性能，使得它在環(huán)境污染治理方面將扮演極其重要的角色。第七十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五（1）降解空氣中的有害有機物對室內主要的氣體污染物甲醛、甲笨等的研究結果表明，光催化劑可以很好地降解這些物質，其中納米TiO2的降解效率最好，將近達到100％。其降解機理是在光照條件下將這些有害物質轉化為二氧化碳、水和有機酸。納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢氣處理，改善廠區(qū)周圍空氣質量。（2）降解有機磷農(nóng)藥有機磷農(nóng)藥是70年代發(fā)展起來的農(nóng)藥品種，占我國農(nóng)藥產(chǎn)量的80％，它的生產(chǎn)和使用會造成大量有毒廢水。這一環(huán)保難題，使用納米TiO2來催化降解可以得到根本解決。第七十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五（3）處理毛紡染整廢水用納米TiO2催化降解技術來處理毛紡染整廢水，具有省資、高效、節(jié)能，最終能使有機物完全礦化、不存在二次污染等特點，顯示出良好的應用前景。（4）解決石油污染問題在石油開采運輸和使用過程中，有相當數(shù)量的石油類物質廢棄在地面、江湖和海洋水面，用納米TiO2可以降解石油，解決海洋的石油污染問題。（5）處理城市生活垃圾用納米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大顆粒TiO2的10倍以上，從而解決大量生活垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力。第八十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五（6）高效的殺菌劑一般常用的殺菌劑Ag、Cu等能使細胞失去活性，但細菌被殺死后，可釋放出致熱和有毒的組分如肉毒素。肉毒素是致命物質，可引起傷寒、霍亂等疾病。利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細菌，而且能同時降解由細菌釋放出的有毒復合物。在醫(yī)院的病房、手術室及生活空間細菌密集場所安放納米TiO2光催化劑還具有除臭作用。第八十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五（7）自潔作用納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性，因此其表面具有自清潔效應，即其表面具有防污、防霧、易洗、易干等特點。我國新近研制成功一種具備自動清潔功能，可以自動消除異味、殺菌消毒的“納米自潔凈玻璃”?！凹{米自潔凈玻璃”是應用高科技納米技術在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜，薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物，氧化室內有害氣體，殺滅空氣中的各種細菌和病毒。第八十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五被稱之為21世紀前沿科學的納米技術將對環(huán)境保護產(chǎn)生深遠的影響，有著廣泛的應用前景，甚至會改變人們的傳統(tǒng)環(huán)保觀念，利用納米技術解決污染問題將成為未來環(huán)境保護發(fā)展的必然趨勢。第八十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五七、納米科技在其他方面的應用1.醫(yī)學使用納米技術能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細，并在納米材料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。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(xiàn)實。納米材料粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。第八十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米機器人

采用納米大分子：“生物部件”與小分子無機物晶體結構組合，采用納米電子學控制裝配成納米機器人，將會給人類醫(yī)學科技帶來深刻的革命，使現(xiàn)在許多的疑難病癥得到解決。第八十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五這些分子機器人以光感應器作開關，從溶解在血液中的葡萄糖和氧氣中獲得能量，并按編制好的程序探體內物體，以醫(yī)師預先編制的程序進行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，吞噬病毒和組織破碎細胞，殺死癌細胞，監(jiān)視體內的病變等。納米機器人還可以用來進行人體器官修復工作，如修復損壞的器官和組織，做整容手術，進行基因裝配工作，從基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安裝在基因中，使機體恢復正常功能。第八十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五在血管中運動的納米機器人，它正在使用納米切割機和真空吸塵器來清除血管中的沉積物第八十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五檢查體內疾病重慶科研人員開發(fā)的“OMOM膠囊內鏡系統(tǒng)”估計三年內可以上市。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第八十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五2.家電

用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰箱、空調外殼里的抗菌除味塑料。

3.電子計算機和電子工業(yè)

可以從閱讀硬盤上讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。

第八十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五

4.機械工業(yè)

采用納米材料技術對機械關鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設備的耐磨性、硬度和使用壽命。

第九十頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米齒輪第九十一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五5.納米技術在軍事領域的應用5.1納米材料在武器裝備中的應用發(fā)汗金屬納米焊接第九十二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五5.2隱身材料

由于納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標，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，美國研制的納米隱身涂料超黑粉對雷達波的吸收率達99%。第九十三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五隱形飛機是什么顏色的？為什么？第九十四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五美國F117隱形轟炸機第九十五頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五美國B2隱形轟炸機第九十六頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五5.3

用于制造微型武器利用納米技術可以把傳感器、電動機和數(shù)字智能裝備集中在一塊芯片上，制造出幾厘米甚至更小的微型裝置。在未來戰(zhàn)場上，將出現(xiàn)能像士兵那樣執(zhí)行軍事任務的超微型智能武器裝備。據(jù)報道，美國研制的小型智能機器人，大的像鞋盒子那么大，小的如硬幣，它們會爬行、跳躍甚至可飛過雷區(qū)、穿過沙漠或海灘，為部隊或數(shù)千公里外的總部收集信息。微型機電武器還可用于敵我識別、探測核污染和化學毒劑、無人偵察機等。第九十七頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五6.4用于制造微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星由于納米技術、微電機技術的發(fā)展，一些國家發(fā)射的衛(wèi)星正向小型化方向發(fā)展。1993年，美國航空航天公司就提出了納米衛(wèi)星(重約0.1—10千克)的概念。1999年，英國、美國、瑞典各發(fā)射了一顆納米衛(wèi)星。專用微型集成電路取代現(xiàn)在衛(wèi)星上使用的有關系統(tǒng)，使微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星體積小、重量輕；生存能力強，即使遭受攻擊也不會喪失全部功能；研制費用低，不需大型實驗設施和跨度大的廠房；易發(fā)射，不需大型運載工具發(fā)射，一枚小型運載火箭即可發(fā)射千百顆，再按不同軌道組成衛(wèi)星網(wǎng)，即可實現(xiàn)對地球表面的覆蓋。第九十八頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·

費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關于納米技術最早的夢想；

1974年，科學家唐尼古奇最早使用納米技術一詞描述精密機械加工；

1982年，科學家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡，為我們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進作用；

第三部分歷史、現(xiàn)狀與展望一、納米技術發(fā)展歷史第九十九頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五1990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，標志著納米科學技術的正式誕生；

1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，1997年，美國科學家首次成功地用單電子移動單電子，利用這種技術可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計算機；

第一百頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五1999年，巴西和美國科學家在進行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當于一個病毒的重量；此后不久，德國科學家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學家聯(lián)合創(chuàng)造的紀錄；

到1999年，納米技術逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達到500億美元；

第一百零一頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五第三部分歷史、現(xiàn)狀與展望

二、立足現(xiàn)狀納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代，納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護等重大問題。第一百零二頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米材料是近幾年來最受關注的新材料之一，其重要意義越來越為人所認識。已有人預言“本世紀五十年代重視微米技術的國家，現(xiàn)在都取得了很大的發(fā)展，同樣，現(xiàn)在重視納米科技的國家，將在二十一世紀獲得高速發(fā)展?！盜BM的首席科學家Amotrong也曾十分肯定的指出：“正像七十年代微電子技術引發(fā)了信息革命一樣，納米科學技術將成為下世紀信息時代的核心。”

第一百零三頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五21世紀初的主要任務是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學特性，設計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學技術對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結構的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀經(jīng)濟新增長點的基礎。納米材料將成為材料科學領域一個大放異彩的明星展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個領域，發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術的不斷發(fā)展，納米材料在精細化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領域會得到日益廣泛的應用。第一百零四頁，共一百一十三頁，編輯于2023年，星期五納米技術在各國發(fā)展情況納米技術在美國2010年:80萬納米科技人才,GDP1萬億美元,200萬個就業(yè)機會能源部的8項優(yōu)先研究中，6項有關納米材料本世紀前10年幾個關鍵領域之一制定了“國家納米技術倡議”(NNI):軍工:隱形飛機