納米技術(shù)及其應(yīng)用

1、西安交通大學(xué)，1，納米技術(shù)及其應(yīng)用，1，納米材料，納米科學(xué)，納米技術(shù)是什么？ 二、納米技術(shù)的應(yīng)用，西安交大王瑛，西安交通大學(xué)，二、一、納米材料是什么？ 1納米是十億分之一米。 在80年代的材料科學(xué)界，長(zhǎng)度單位在1100nm (納米)范圍內(nèi)被命名為“納米材料”。 具體而言，納米材料是指縱橫比高(三維)的至少一個(gè)方向(一維)為納米級(jí)的材料。 1、零維材料：納米級(jí)質(zhì)點(diǎn)或納米微粒。 2、一維材料：納米線(xiàn)、納米線(xiàn)、納米管。 3、二維材料：納米級(jí)厚度的薄膜及其多層膜，4、體納米材料：基于上述低維材料構(gòu)成的致密或非致密體材料。 5、納米復(fù)合材料：納米材料是由其他材料(有機(jī)和無(wú)機(jī))分散構(gòu)成的納米復(fù)合材料，分散

2、相是納米尺度。 西安交通大學(xué)，3，納米科學(xué)，1，納米物理2，納米化學(xué)3，納米機(jī)械學(xué)4，納米電子學(xué)5，納米生物學(xué)6，納米測(cè)量學(xué)，西安交通大學(xué)，4，納米技術(shù)，1，納米材料制造2，納米結(jié)構(gòu)組裝技術(shù)3，納米器件，電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，制造，測(cè)試技術(shù)4，納米響應(yīng)西安交通大學(xué)，5，納米級(jí)的意思，1，值得注意的是蛋白質(zhì)，從病毒到細(xì)胞，都在1100nm范圍內(nèi)。 納米結(jié)構(gòu)也是生命現(xiàn)象的基本結(jié)構(gòu)。 2、凝聚態(tài)物理學(xué)已經(jīng)表明的特征長(zhǎng)度、電子波長(zhǎng)和平均自由程、激子的半徑、均勻疇粒子的臨界尺寸、強(qiáng)磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘某叽纭?3 .新的物理效應(yīng)。 量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、隧道效應(yīng)。 西安交通大學(xué)，6，我國(guó)水平，科學(xué)領(lǐng)先隊(duì)伍：論

3、文統(tǒng)計(jì)第三，北大劉忠范吳全德雪增泉，清華范守善，西交大CNTFED朱長(zhǎng)純，中國(guó)科學(xué)院固體研究所張立德，中國(guó)科學(xué)院物理所謝思深，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所江雷，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人非常重視和投入，我國(guó)領(lǐng)先的領(lǐng)域，國(guó)家目標(biāo)，國(guó)家安全， 西安交通大學(xué)，7，2，納米材料及其應(yīng)用，1，納米技術(shù)2121世紀(jì)新產(chǎn)品誕生的源泉2，各國(guó)關(guān)注的新技術(shù)3，納米氧化鈦在有機(jī)物廢水處理中的應(yīng)用4，納米陶瓷的市場(chǎng)潛力5，產(chǎn)品形成系列，應(yīng)用前景明亮，西安交通大學(xué)，8，1， 納米技術(shù)世紀(jì)新產(chǎn)品誕生的源泉a，魔法的介觀(guān)世界b，巨大的應(yīng)用價(jià)值c，產(chǎn)品創(chuàng)新的好構(gòu)想，西安交通大學(xué)，9，a，魔法的介觀(guān)世界的尺寸效果，尺度的降低使納米系統(tǒng)中包含的原子數(shù)大幅

4、度減少，宏觀(guān)固體的準(zhǔn)連續(xù)帶消失，分裂的能量水平和尺寸小，電子被封閉在一個(gè)納米空間中，限制了電子輸送，縮短了電子的平均自由行程，增強(qiáng)了電子的局部性和相干性。 納米系統(tǒng)的光、熱、電、磁等物理性質(zhì)與普通材料不同，出現(xiàn)了許多罕見(jiàn)的特性。 西安交通大學(xué)，10，a，魔法介觀(guān)世界的特性歪曲，直到80年代科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，在宏觀(guān)和微觀(guān)之間的納米系統(tǒng)(介觀(guān))中，很多我們認(rèn)為自然的性質(zhì)完全改變了。 西安交通大學(xué)，11，a，魔法介觀(guān)世界的特性失真，在介觀(guān)狀態(tài)時(shí)，金屬失去了典型的金屬特征，常態(tài)下由電阻小的金屬形成納米級(jí)電阻增大，電阻溫度系數(shù)下降負(fù)。 本來(lái)絕緣體的氧化物變成納米級(jí)，電阻反而下降的納米二氧化硅比典型的粗結(jié)晶二

5、氧化硅下降了幾位數(shù)電阻，西安交通大學(xué)，12，a，魔法的介觀(guān)世界的特性變形，10-25nm的強(qiáng)磁性金屬微粒，比相同的宏觀(guān)材料矯頑力大1000倍納米金屬粒子失去原來(lái)的光澤，呈黑色。納米微粒的吸收帶普遍存在著“藍(lán)移”。 納米粉體的熔點(diǎn)、燒結(jié)溫度都比普通粉體低得多。 西安交通大學(xué)，13，a，奇跡地看到世界的表面效應(yīng)，納米材料尺寸小，表面原子數(shù)占總原子數(shù)的比例大，并產(chǎn)生相當(dāng)高的表面能。 表面原子數(shù)隨著粒徑的變小而迅速增加：粒徑10nm時(shí)，表面原子所占的比例為20%，原子數(shù)包含3 104； 粒徑為2nm，所占的比例增加到80%，含有2.5102原子的粒徑達(dá)到1nm時(shí)，所占的比例竟然是99%，但所含的總原子

6、數(shù)只有30。 表面原子數(shù)增多時(shí)，巨大的比表面、原子配位不足、鍵狀態(tài)變得非常不匹配，由于存在很多懸浮鍵和不飽和鍵，表面能極高，出現(xiàn)很多活性中心。 西安交通大學(xué)，14，a，奇跡般地看到了世界的表面效應(yīng)，有很強(qiáng)的吸附能力。 被物質(zhì)腐爛的(I )氧原子、(ii )氧自由基、(iii )有異味的鏈烷系分子等。 納米材料具有極強(qiáng)的捕獲能力，防腐抗菌功能，催化劑具有良好的性能。 貯氫。 西安交通大學(xué)，15，b，巨大的應(yīng)用價(jià)值分子設(shè)計(jì)原子的組裝(納米組裝)，59年，美國(guó)的理查德粉絲提出了“什么時(shí)候能按照人的意志配置原子就能產(chǎn)生奇跡”的構(gòu)想。 89年，美國(guó)IBM公司實(shí)現(xiàn)了用單一原子排列IBM商標(biāo)。 日本的單一原

7、子排列著漢字“原子”字。 此時(shí)，科學(xué)家們從探討納米粒子的制備方法和特殊性能轉(zhuǎn)向如何利用其奇異的理論、化和力性能，設(shè)計(jì)了納米組件體系和納米結(jié)構(gòu)材料及其應(yīng)用。 西安交通大學(xué)，16，b，納米材料在巨大應(yīng)用價(jià)值輕工領(lǐng)域的應(yīng)用，可以將金屬納米粒子加入陶瓷中，大幅度改善材料力學(xué)性質(zhì)。 如果把納米Si2O3和SiO2粒子放入橡膠中，橡膠的介電性和耐磨性就會(huì)提高。 SiOx放入金屬和合金中使晶粒微細(xì)化，大大改善了力學(xué)性質(zhì)，提高了高溫沖擊韌性。 美國(guó)成功地將納米粒子用于磁冷凍。 納米氧化鋁的懸濁液用于高級(jí)光學(xué)玻璃、石英結(jié)晶及各種寶石的研磨。 如果向墨水中加入納米微粒，則墨水的流動(dòng)性得到改善，在美國(guó)，納米微粒已公

8、開(kāi)了生產(chǎn)顏料的專(zhuān)利。 西安交通大學(xué)，17，b，巨大應(yīng)用價(jià)值輕工領(lǐng)域納米材料的應(yīng)用，靜電屏蔽涂料。 靜電屏蔽需要在樹(shù)脂上加上碳黑。 松下開(kāi)發(fā)出具有良好靜電屏蔽作用的納米涂料，通過(guò)控制納米微粒的種類(lèi)可以控制涂料的顏色。 化學(xué)纖維防止靜電。 金屬納米微粒為解決化學(xué)纖維制品的靜電問(wèn)題提供了一條新路。 日本和德國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的產(chǎn)品。 向織物中添加納米微粒子可以消除味道，將銀納米微粒子放入襪子中去除腳的臭味。 在醫(yī)用紗布中加入納米Ag粒子具有消毒殺菌作用。 西安交通大學(xué)，18，c，產(chǎn)品創(chuàng)新的好構(gòu)想，納米技術(shù)是21世紀(jì)新產(chǎn)品誕生的源泉，納米技術(shù)會(huì)引起新的產(chǎn)業(yè)革命，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展，改善人類(lèi)的生活環(huán)境。 西安

9、交通大學(xué)，19，c，產(chǎn)品創(chuàng)新的好構(gòu)想是在陶瓷、塑料、玻璃等的制造中應(yīng)用納米技術(shù)，改善性能，獲得合理的性能/價(jià)格比。 (I )英國(guó)重點(diǎn)制造納米氧化鋁納米氧化鋯、納米氧化鋁納米二氧化硅、納米氧化鋁納米硅等新的納米復(fù)合陶瓷。 (ii )美、日向電子陶瓷研究中添加納米材料。 (iii )中國(guó)于95年向傳統(tǒng)材料中添加納米材料來(lái)改善其功能，整體研究水平居國(guó)際前列。 (ix )改性不貴，價(jià)格稍漲一點(diǎn)，性能一直很好，有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。西安交通大學(xué)，20，c，產(chǎn)品創(chuàng)新的好構(gòu)想，許多國(guó)產(chǎn)無(wú)菌冰箱使用納米材料制成的無(wú)菌塑料的深圳一家公司發(fā)表了包括無(wú)菌餐具、無(wú)菌撲克在內(nèi)的一系列納米材料制成的產(chǎn)品，合肥納米保健食品公司生產(chǎn)

10、的納米硒產(chǎn)品通過(guò)了鑒定納米技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了新產(chǎn)品創(chuàng)新革命西安交通大學(xué)，21，2，各國(guó)都關(guān)注的新技術(shù)，是日本74年底最早使用“納米”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的。 與納米相關(guān)的材料出現(xiàn)在80年代，作為材料的定義，將納米粒子限制在1100納米的范圍內(nèi)。 西安交通大學(xué)，22，2，受到各國(guó)關(guān)注的新技術(shù)，人工納米粒子是60年代初日本最先制造的。 稍晚一點(diǎn)，在德國(guó)也得到了納米粒子。 80年代，人們意識(shí)到自然界中存在著納米粒子。 由數(shù)千個(gè)原子構(gòu)成的納米微粒，與宏觀(guān)的大物體不同，與單一的原子和分子不同，具有很多新的特性，是人類(lèi)從來(lái)沒(méi)有探索過(guò)的非宏觀(guān)的非微觀(guān)的中間區(qū)域(介觀(guān))。 80年代初，德國(guó)格雷泰爾教授和美國(guó)西格爾相繼以納米微粒為

11、結(jié)構(gòu)單元成功合成了納米塊狀材料。 他們得到的納米氟化鈣離子結(jié)晶和納米二氧化鈦陶瓷材料在室溫下顯示出良好的韌性，即使彎曲也不產(chǎn)生裂紋。 這個(gè)劃時(shí)代的進(jìn)展，使為強(qiáng)化陶瓷奮斗了近一個(gè)世紀(jì)的材料科學(xué)家們看到了希望。 西安交通大學(xué)，23，2，各國(guó)都關(guān)注的新技術(shù)，89年提出了納米結(jié)構(gòu)材料的新概念，其中包括零維、一維、二維材料。 這個(gè)時(shí)期，國(guó)際上以1-100納米的技術(shù)加工為納米技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。 90年在巴爾的摩召開(kāi)的第一次納米技術(shù)會(huì)議上統(tǒng)一了概念。 正式提出納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)和納米機(jī)械學(xué)概念，決定出版納米刊物。 從此，這些術(shù)語(yǔ)得到廣泛應(yīng)用，納米技術(shù)研究成為國(guó)際科學(xué)技術(shù)的一大特征。 根據(jù)西安交通大

12、學(xué)，24，2，各國(guó)關(guān)注的新技術(shù)，歐盟委員會(huì)95年的報(bào)告，國(guó)際納米技術(shù)市場(chǎng)價(jià)值預(yù)計(jì)在10年內(nèi)達(dá)到900億美元。 美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，為了在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于主導(dǎo)地位，會(huì)不惜大量資金。 我國(guó)2000年十大科技新聞：呂科、金屬銅超塑性延展性。 西安交通大學(xué)、25、2、受到各國(guó)關(guān)注的新科技、納米技術(shù)也引起了中國(guó)政府、科學(xué)界和社會(huì)各界的重視和關(guān)注。 我國(guó)從90年代初開(kāi)始申請(qǐng)納米材料的專(zhuān)利，在90年代中期形成了高潮。 目前，關(guān)于納米材料的專(zhuān)利有幾十個(gè)，大部分集中在研究所和高中。 1997年以來(lái)，我國(guó)納米材料的應(yīng)用出現(xiàn)了可喜的勢(shì)頭，大型集團(tuán)公司已經(jīng)開(kāi)始介入納米材料和納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全

13、國(guó)已投入或正在開(kāi)發(fā)7條納米材料生產(chǎn)線(xiàn)。 目前納米材料已進(jìn)入S-863計(jì)劃范圍，納米材料的研究和應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)正在積極進(jìn)行。 西安交通大學(xué)，26、納米材料的應(yīng)用，幻想科學(xué)是科學(xué)的太陽(yáng)，現(xiàn)實(shí)是科學(xué)的土壤。 1、癌癥、心血管疾病的檢查和治療2、信息記憶(cm3美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館) 3、計(jì)算機(jī)變小4、隱藏材料5、機(jī)械昆蟲(chóng)6、分子秤7、碳納米管梯子、西安交通大學(xué)、27、3、納米氧化鈦在有機(jī)物廢水處理中的應(yīng)用意義重大：現(xiàn)在， 國(guó)內(nèi)常用的有機(jī)物廢水處理技術(shù)難以有效管理：物理吸附法、絮凝法等非破壞性處理技術(shù)，只需把有機(jī)物從液相轉(zhuǎn)移到固相，如何解決二次污染問(wèn)題，使吸附劑、絮凝劑再生是一個(gè)難題。 化學(xué)、生物等處理技術(shù)

14、具有破壞性，但凈化度低，廢水中有機(jī)物含量仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。西安交通大學(xué)，28，3，納米二氧化鈦在有機(jī)物廢水處理中的應(yīng)用，納米材料的優(yōu)點(diǎn)： a，因?yàn)榫哂休^大的比表面積，能更充分地接觸廢水中的有機(jī)物，能最大限度地吸附有機(jī)物的b .因?yàn)榫哂懈鼜?qiáng)的紫外光吸收能力，所以具有更強(qiáng)的光催化劑分解能力， 可以迅速分解吸附在其表面的有機(jī)物的c .采用這種表面活性強(qiáng)的納米二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎?，可以期待利用更?jīng)濟(jì)的太陽(yáng)輻射源代替紫外線(xiàn)水銀燈光源。 該技術(shù)以其特有的廣泛適應(yīng)性、強(qiáng)的分解效率越來(lái)越受到關(guān)注。 西安交通大學(xué)，29，3，納米氧化鈦在有機(jī)物廢水處理中的應(yīng)用，日本首次利用氧化鈦的光催化劑作用開(kāi)發(fā)新的

15、廢水處理系統(tǒng)，以減少?gòu)U水中的COD (化學(xué)需氧量)和BOD (生物需氧量)。 浙江農(nóng)大等機(jī)構(gòu)利用納米二氧化鈦的光催化活性分解長(zhǎng)期有效的磷農(nóng)藥廢水。 中國(guó)科學(xué)院一研究所采用納米二氧化鈦粉末，利用太陽(yáng)光成功地進(jìn)行了光催化劑分解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸鈉水溶液的實(shí)驗(yàn)，在陰天的條件下，光12小時(shí)，濃度為0.5mmol/l的苯酚分解為零，濃度為1mmol/l的十二烷基苯這是極有前途的水處理技術(shù)。 西安交通大學(xué)，30，4，納米陶瓷有市場(chǎng)潛力，a，國(guó)際陶瓷市場(chǎng)繁榮b，信息功能陶瓷c，基板和厚膜材料d，陶瓷壁地板磚，西安交通大學(xué)，31，4，納米陶瓷市場(chǎng)潛力A，國(guó)際陶瓷市場(chǎng)繁榮國(guó)際陶瓷市場(chǎng)需求最大的建筑陶瓷年

16、貿(mào)易額達(dá)到50億美元，以每年12-15%的速度增長(zhǎng)。 但是，中國(guó)無(wú)論是信息功能陶瓷、電路板和厚膜材料這樣的高科技陶瓷，還是建筑衛(wèi)生陶瓷和日用陶瓷，都還停留在較低的發(fā)展水平，無(wú)法滿(mǎn)足越來(lái)越發(fā)展的市場(chǎng)需要。 專(zhuān)家表示，將納米材料應(yīng)用于陶瓷工藝生產(chǎn)納米復(fù)合材料和納米改性的高科技陶瓷，將改變這一現(xiàn)狀。 西安交通大學(xué)，32，4，納米陶瓷為市場(chǎng)潛力B，信息功能陶瓷，95年世界信息功能陶瓷材料及其產(chǎn)品銷(xiāo)售額約為210億美元，預(yù)計(jì)每年的增長(zhǎng)率為15-20%。 我國(guó)傳統(tǒng)電子陶瓷材料相對(duì)落后，不能參加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。 目前，高性能電子陶瓷材料的重要發(fā)展趨勢(shì)之一是以納米粉體為原材料，生產(chǎn)陶瓷電容器、壓電陶瓷、高性能PTC

17、陶瓷和鐵氧體等電子產(chǎn)品和導(dǎo)電性絕緣陶瓷。 西安交通大學(xué)，33，4，納米陶瓷市場(chǎng)潛力C，是基板和厚膜材料，厚膜電路是電子部件集成的重要基礎(chǔ)，其中基板和集成電路封裝材料質(zhì)量的提高是目前國(guó)內(nèi)厚膜電路亟待解決的問(wèn)題。 氧化鋁基板主要用于厚膜電路和家電產(chǎn)品，前者是中國(guó)電子產(chǎn)品的主要出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，每年消耗基板10萬(wàn)平方米。 國(guó)內(nèi)基板多次燒結(jié)，變形大，容易熱分解，基板材料的熱穩(wěn)定性差，出口厚膜電路多采用日本(京都陶瓷廠(chǎng))的產(chǎn)品。 納米氧化鋁的添加不僅可以改善基板的燒結(jié)性能，還可以大幅度提高氧化鋁的熱穩(wěn)定性。 研究表明，上述方法能把熱穩(wěn)定性提高23倍，平坦度提高1.5倍，但每片基板材料的成本只能提高0.2元。 西安交通大學(xué)，34，4，納米陶瓷市場(chǎng)潛力D，陶瓷墻磚，近十年來(lái)，中國(guó)陶瓷墻磚的產(chǎn)量已成為世界大國(guó)。 但是，許多功能特性的品種、高級(jí)墻瓷磚彩色釉需要進(jìn)口的衛(wèi)生陶瓷在結(jié)構(gòu)、功能、造型、色調(diào)、釉質(zhì)等方面差異更大，高級(jí)衛(wèi)生陶瓷大量采用進(jìn)口品。 納米復(fù)合功能建筑衛(wèi)生陶瓷的開(kāi)發(fā)，發(fā)展了功能性建筑衛(wèi)生陶瓷，如熒光瓷磚，具有氧敏化變