现代新型材料及其应用课件.ppt

1、p是宇宙间可用于是宇宙间可用于制造有用物品的物质制造有用物品的物质。p是人类生存和发展的是人类生存和发展的物质基础物质基础，也是人，也是人类社会现代文明的类社会现代文明的重要支柱重要支柱，材料的变，材料的变化直接影响社会的变革。化直接影响社会的变革。p是是新技术革命的重要标志之一新技术革命的重要标志之一。 （信（信息技术、生物技术和新材料技术）息技术、生物技术和新材料技术）p是整个新技术群落的是整个新技术群落的物质承担者物质承担者。 p新材料：新材料：指新近发展或已在发展中指新近发展或已在发展中具有比传统材料更为优异性能的一具有比传统材料更为优异性能的一类材料。类材料。p特点：特点： 知识与技

2、术密集度高；与新工艺知识与技术密集度高；与新工艺和新技术关系密切；更新换代快；和新技术关系密切；更新换代快；品种式样变化多。品种式样变化多。 多学科相互交叉和渗透的结多学科相互交叉和渗透的结果果，合成、制造与许多极端条，合成、制造与许多极端条件技术相关；表现出件技术相关；表现出综合性综合性和和复杂性复杂性； 表征和评价技术须采用多种表征和评价技术须采用多种基于基于最新科学技术最新科学技术成就的成就的精密精密仪器仪器和和装置装置来进行。来进行。l电镜观察纳米级材料电镜观察纳米级材料新材料新材料新型金属材料新型金属材料合金、稀有金属合金、稀有金属高分子合成材料高分子合成材料合成橡胶、塑料合成橡胶、

3、塑料化学纤维化学纤维新型无机非金属材料新型无机非金属材料工业陶瓷、光导纤维工业陶瓷、光导纤维半导体材料半导体材料复合材料复合材料纳米材料纳米材料光电子材料光电子材料10.1 10.1 复合材料复合材料l定义：定义：是由两种或两种以是由两种或两种以上化学本质不同的组成人上化学本质不同的组成人工合成的材料。工合成的材料。l成分：成分：多相，一类组成多相，一类组成（或相）为（或相）为基体基体，起粘结，起粘结作用，另一类为作用，另一类为增强相增强相。一、分类一、分类1 1）按结构分：）按结构分：l 金属基复合材料；金属基复合材料；l 高分子基复合材料；高分子基复合材料；l 陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材

4、料。 2 2）按性能分：）按性能分：l 功能复合材料；功能复合材料；l 结构复合材料。结构复合材料。（1 1）结构复合材料）结构复合材料p由能承受载荷的由能承受载荷的增强体增强体与能连接与能连接增强体成为整体材料同时又起传增强体成为整体材料同时又起传递力作用的递力作用的基体基体构成。构成。p增强体：增强体：各种玻璃、陶瓷、碳素、各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、织物、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶体等；晶体等；p基体：基体：高聚体（树脂）基、金属高聚体（树脂）基、金属基、陶瓷基、碳基等。基、陶瓷基、碳基等。p树脂基型树脂基型用于建筑、造船、车辆、用于建筑、造船、车辆、化工容器、生

5、活用品等。化工容器、生活用品等。p金属基型金属基型用于宇航、航空技术等。用于宇航、航空技术等。树脂基复合材料树脂基复合材料耐磨陶瓷复合耐磨陶瓷复合材料膨胀节材料膨胀节碳基复合材碳基复合材料料（2 2）功能复合材料）功能复合材料p一般由一般由功能体功能体和和基体基体组成，基体不仅起组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用，利用材料的电学、化加强功能的作用，利用材料的电学、化学等性能。学等性能。隐身衣真隐身衣真p现已有压电型功能复合材现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功能复料、吸波、屏蔽性功能复合材料合材料（隐身材料）、（隐身材料）、导

6、导电功能复合材料等，有广电功能复合材料等，有广阔的发展前景。阔的发展前景。3 3）按增强相分：）按增强相分：l 颗粒颗粒增强复合材料；增强复合材料；l 纤维纤维增强复合材料（玻璃增强复合材料（玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、纤维、碳纤维、硼纤维、SiCSiC纤维等）；纤维等）；l 层状层状增强复合材料。增强复合材料。SiCSiC颗粒颗粒AlAl2 2O O3 3片片AlAl2 2O O3 3纤维纤维增强相三种类型增强相三种类型二、特点二、特点1 1比强度和比模量大：比强度和比模量大：l例如、碳纤维和环氧树脂组例如、碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是成的复合材料，其比强度是钢的钢的7 7倍倍，

7、比弹性模量比钢，比弹性模量比钢大大3 3倍倍。比强度比较比强度比较碳纤维碳纤维 树脂树脂硼纤维硼纤维 树脂树脂玻璃纤维玻璃纤维 树脂树脂钛钛钢钢铝铝A plate spring and a boat made from composite materials 2 2耐疲劳性能比较高：耐疲劳性能比较高：l例如、例如、碳纤维碳纤维- -聚树脂复合聚树脂复合材料材料的疲劳极限是抗拉强的疲劳极限是抗拉强度的度的70708080，而而金属材金属材料料的疲劳极限只有抗拉强的疲劳极限只有抗拉强度的度的40405050。3 3减震性能好：减震性能好： 4. 4. 耐高温性能好：耐高温性能好：l 高温强度、弹性

8、模量高。高温强度、弹性模量高。l例如例如、LC4LC4铝合金铝合金 在在400400时，时，弹性模量接弹性模量接近于零近于零，抗拉强度从室温时，抗拉强度从室温时500MPa500MPa降至降至303050MPa50MPa。l而而碳纤维或硼纤维增强组成碳纤维或硼纤维增强组成的复合材料的复合材料，在，在400400时，强时，强度和弹性模量可保持度和弹性模量可保持接近室接近室温下的水平温下的水平。5 5断裂安全性好断裂安全性好l断裂时断裂时应力迅速重新分布应力迅速重新分布，载荷由未断裂的纤维承担载荷由未断裂的纤维承担起来。起来。6 6其它性能特点其它性能特点l还具有良好的化学稳定性、还具有良好的化学

9、稳定性、隔热性、烧蚀性以及特殊隔热性、烧蚀性以及特殊的电、光、磁等性能。的电、光、磁等性能。7 7主要问题：主要问题：l抗冲击性能抗冲击性能尚不够理想；尚不够理想；l多为多为手工生产手工生产，难以自动化生产，难以自动化生产，生产周期长，效率低；生产周期长，效率低；l产品产品质量不够稳定质量不够稳定；l成本较高。成本较高。 三、应用三、应用1 1、颗粒增强复合材料：、颗粒增强复合材料：l主要应用于高硬度高耐磨的主要应用于高硬度高耐磨的工具和耐磨零件。工具和耐磨零件。2 2、弥散强化复合材料、弥散强化复合材料：l主要应用在主要应用在原子能工业原子能工业等中等中的导电结构材料。的导电结构材料。卫星用

10、颗粒增强铝卫星用颗粒增强铝基复合材料零件基复合材料零件3 3、碳化硅颗粒增强铝基：、碳化硅颗粒增强铝基：l制造制造大功率大功率汽车发动机、柴油汽车发动机、柴油机的活塞、连杆、刹车片等；机的活塞、连杆、刹车片等；l制造制造火箭、导弹构件火箭、导弹构件、红外及、红外及激光制导系统构件；激光制导系统构件；l精密仪表中高尺寸稳定性材料。精密仪表中高尺寸稳定性材料。4 4、热塑性与热固性玻璃钢：、热塑性与热固性玻璃钢：l工程结构。工程结构。5 5、碳纤维、碳纤维- -树脂复合材料：树脂复合材料：l航空航天、机械制造、汽车工航空航天、机械制造、汽车工业及化学工业中。业及化学工业中。6 6、硼纤维、硼纤维-

11、 -树脂复合材料：树脂复合材料：l航空航天和军事工业。航空航天和军事工业。7 7、碳化硅纤维、碳化硅纤维- -树脂复合材料：树脂复合材料：l主要用于航空航天工业。主要用于航空航天工业。8 8、长纤维增强金属基复合材料、长纤维增强金属基复合材料l航天航空，先进武器和汽车；航天航空，先进武器和汽车；l电子、纺织、体育等领域。电子、纺织、体育等领域。芳纶刹车片芳纶刹车片碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机高温构件发动机高温构件航天飞机内航天飞机内MMC (Al / BMMC (Al / B纤维纤维) )桁架桁架美国美国F/A-18F/A-18歼击机歼击机美美UHUH

12、60A60A型直升飞机型直升飞机1 1）非晶态金属（金属玻璃）非晶态金属（金属玻璃）p由沸腾的钢液经由沸腾的钢液经每秒每秒100100万万度度的速度冷却而成。的速度冷却而成。p原子从有序排列变成了原子从有序排列变成了无序无序排列排列。p具有极优异的物理磁性能、具有极优异的物理磁性能、化学耐腐蚀性能和力学耐磨化学耐腐蚀性能和力学耐磨性能，传统的车钳铣刨和强性能，传统的车钳铣刨和强酸溶液对它们无可奈何。酸溶液对它们无可奈何。p可以在通信、交通、电子、可以在通信、交通、电子、家电、防盗等很多领域大显家电、防盗等很多领域大显身手。身手。外表轻薄如纸、优雅外表轻薄如纸、优雅华丽、用手可轻易撕华丽、用手可

13、轻易撕断的带形金属玻璃断的带形金属玻璃 “终结者终结者”的材料变现的材料变现实实 2 2）合金材料：）合金材料：p新型合金材料包括许多种类，它们性能新型合金材料包括许多种类，它们性能各异，用途各不相同，铝合金、镁合金、各异，用途各不相同，铝合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、稀贵金属钛合金、铁镍铬及高温合金、稀贵金属合金等等。合金等等。歼歼-11-11机体制造中使用大量钛合金材料机体制造中使用大量钛合金材料 3 3）形状记忆合金：）形状记忆合金：p能够使温度值变化时人为造成能够使温度值变化时人为造成的形状变化，在温度恢复到特的形状变化，在温度恢复到特定值时，定值时，形状也自动丝毫不差形状也

14、自动丝毫不差地恢复到原来的状态地恢复到原来的状态。p坚韧性极强，可反复变形和复坚韧性极强，可反复变形和复原原500500万次万次而不产生疲劳断裂。而不产生疲劳断裂。p其广泛应用于卫星、飞船和空其广泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天线、飞机部件接间站的大型天线、飞机部件接头以及骨科整形等方面。头以及骨科整形等方面。4 4）新型金属功能材料：）新型金属功能材料：p如如贮氢合金贮氢合金等。等。镍钛记忆合金镍钛记忆合金“花花瓣瓣”在相应的温度在相应的温度下慢慢绽放下慢慢绽放形状记忆合金形状记忆合金在太空自然恢在太空自然恢复原状复原状5 5）超导金属材料：）超导金属材料：p在特定条件下，在特定条件下，电

15、阻完全消电阻完全消失失，产生超导电性的材料。，产生超导电性的材料。p三个基本特征：三个基本特征：具有具有零电阻零电阻、完全抗磁完全抗磁性性和和载流能力强载流能力强。p应用：应用：制造磁性极强的超导磁铁制造磁性极强的超导磁铁，用于，用于磁约束核聚变反应、大容量储能设备、磁约束核聚变反应、大容量储能设备、高能加速器、超导发电机、电力工业输高能加速器、超导发电机、电力工业输电和交通运输工具等。电和交通运输工具等。p如美国实现如美国实现超导输电超导输电，每年可以节省，每年可以节省100100亿美元的电力；亿美元的电力；制造超高速计算机制造超高速计算机和高灵敏度的探测设备、通信设备、和高灵敏度的探测设备

16、、通信设备、航天系统等航天系统等。p如如19891989年日本研制出世界第一台年日本研制出世界第一台超导超导电子计算机电子计算机，其全部采用约瑟夫森超，其全部采用约瑟夫森超导器件，运算速度达导器件，运算速度达每秒每秒1010亿次，功亿次，功耗耗6.26.2毫瓦毫瓦，仅为常规电子计算机功耗，仅为常规电子计算机功耗的千分之一。的千分之一。p定义：定义：高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子材料的成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子材料的分子量在几百至几百万之间，有的可高达上千万。分子量在几百至几百万之间，有的可高

17、达上千万。p分类：分类：主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂和主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂和涂料等，其中涂料等，其中合成塑料、合成纤维、合成橡胶合成塑料、合成纤维、合成橡胶被称为被称为现代高分子三大合成材料。现代高分子三大合成材料。p特点：特点：重量轻、高弹性、强度低、韧性好、粘弹性、重量轻、高弹性、强度低、韧性好、粘弹性、耐摩性、绝缘性好，低导热性、耐热性、耐蚀性好、耐摩性、绝缘性好，低导热性、耐热性、耐蚀性好、易老化易老化。1 1）合成塑料：）合成塑料：p聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品种是日常生活中最常见的塑烯四大品种是日常生活中最常见

18、的塑料材料，全球总产量在料材料，全球总产量在1 1亿吨左右。亿吨左右。p透光性好的有机玻璃；透光性好的有机玻璃；p“塑料王塑料王”的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯；的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯；p工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等。亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等。2 2）合成纤维：）合成纤维：p涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶、涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶、氯纶等氯纶等“六大纶六大纶”。p可做可做宇航服宇航服、耐超热超冷的芳纶、耐超热超冷的芳纶13131313；可做；可做飞机机翼飞机机翼、高强缆索、高强缆索的芳纶的芳纶14141414；可耐；可耐4004

19、00高温和高温和负负273273超低温的聚酰亚胺纤维；超低温的聚酰亚胺纤维；p可做可做人造血管、软骨人造血管、软骨等人体器件等人体器件的氟纶纤维；的氟纶纤维；p可做新式可做新式伪装服伪装服的多色纤维；的多色纤维；p可做合成纸、合成革、高效除尘可做合成纸、合成革、高效除尘器的高缩纤维、复合纤维、有色器的高缩纤维、复合纤维、有色纤维、网络丝、完全变形纱、吸纤维、网络丝、完全变形纱、吸湿纤维和离子交换纤维等。湿纤维和离子交换纤维等。芳纶芳纶1313莫代尔莫代尔涤纶涤纶晴纶晴纶高分子人造血管高分子人造血管合成革合成革复合纤维棉内胆复合纤维棉内胆3 3）合成橡胶）合成橡胶 ：p将天然乳胶经过硫化处理变成

20、将天然乳胶经过硫化处理变成能成型、富有弹力的材料，填能成型、富有弹力的材料，填补天然橡胶的不足；发展极补天然橡胶的不足；发展极快快 。p顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等发展前途看好。胶等发展前途看好。p硅橡胶、氟橡胶硅橡胶、氟橡胶能在能在-50-50不不变形，又可变形，又可耐耐250 250 高温高温，用，用于制造火箭、导弹、飞机的某于制造火箭、导弹、飞机的某些零件。些零件。氟橡胶零件氟橡胶零件硅橡胶手镯硅橡胶手镯1 1）陶瓷材料：）陶瓷材料：p新型陶瓷的强度、硬度、耐磨损、耐高新型陶瓷的强度、硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能都比传统陶瓷有很大温、耐腐蚀等性能都比传统

21、陶瓷有很大提高，提高，特别是在克服传统陶瓷的致命弱特别是在克服传统陶瓷的致命弱点脆性问题点脆性问题上取得重大突破。上取得重大突破。p新型结构陶瓷：新型结构陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等。陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等。p新型功能陶瓷：新型功能陶瓷：装置陶瓷、电容器陶瓷、装置陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热释电陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热释电陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷、导电与超导陶磁性陶瓷、半导体陶瓷、导电与超导陶瓷、光学陶瓷和敏感陶瓷等。瓷、光学陶瓷和敏感陶瓷等。新

22、型陶瓷制成的人造骨等新型陶瓷制成的人造骨等 陶瓷零件陶瓷零件 2 2）玻璃材料：）玻璃材料：p改变了传统玻璃易碎、易传热的特性；改变了传统玻璃易碎、易传热的特性；p具有具有“特异功能特异功能”：玻璃钢、记忆玻璃、玻璃钢、记忆玻璃、化学敏感性玻璃、超韧性增强玻璃、激化学敏感性玻璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、防辐射玻璃等。光玻璃、防弹玻璃、防辐射玻璃等。防弹玻璃防弹玻璃 防辐射高铅玻璃防辐射高铅玻璃 3 3）光导纤维：）光导纤维：p纯度极高的纯度极高的玻璃纤维玻璃纤维制成使现代通信技术发制成使现代通信技术发生了革命性的转变，并且在医疗、遥感、遥生了革命性的转变，并且在医疗、遥感、遥测等领

23、域也得到越来越广泛的应用。测等领域也得到越来越广泛的应用。p光纤通信具有光纤通信具有传输距离远、保密性好、抗干传输距离远、保密性好、抗干扰扰等优点，一条电缆就可以传输几百万路等优点，一条电缆就可以传输几百万路电电话话；可传输高强度的；可传输高强度的激光激光 ；制作光纤；制作光纤传感器传感器。由光导纤维构成的光缆由光导纤维构成的光缆 光导纤维工艺品光导纤维工艺品 4 4）半导体材料：）半导体材料：p重要信息材料，信息技术发展的基础。重要信息材料，信息技术发展的基础。p锗材料：锗材料：不发热、功耗低、可靠性高、不发热、功耗低、可靠性高、转换速度快、功能多样和体积小。转换速度快、功能多样和体积小。p

24、硅材料：硅材料：机械强度高、结晶性强、在机械强度高、结晶性强、在自然中储量丰富、成本低，并且可以自然中储量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完整单晶，是电子信拉制出大尺寸的完整单晶，是电子信息工业领域的主要半导体材料。息工业领域的主要半导体材料。p砷化镓：砷化镓：运动速度快（运动速度快（1010倍）、电子倍）、电子激发后释放能量以发光形式进行等特激发后释放能量以发光形式进行等特点，为继硅之后第二种最重要的半导点，为继硅之后第二种最重要的半导体电子材料。体电子材料。第一台晶体管收音机第一台晶体管收音机仅包含仅包含4只锗晶体管只锗晶体管 半导体器件半导体器件 p也称为也称为生物工程材料生物工程材

25、料或或生物医学材料生物医学材料，是生，是生物体器官缺损、病变或衰竭的替代材料，也物体器官缺损、病变或衰竭的替代材料，也就是就是人类器官再造材料人类器官再造材料。p生物活性陶瓷生物活性陶瓷已实现与骨、软组织相结合。已实现与骨、软组织相结合。p生物化学水泥生物化学水泥在骨骼缺损修补、骨骼植入材在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的修复等过程使用。料的固定和牙齿的修复等过程使用。p人工器官人工器官已制造出人工心脏、人工肝脏、人已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、工肾、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等人造血浆和血液等 p预期研制出具有主动诱导、能

26、促进人体自身预期研制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官再生作用的生物复合材料。组织和器官再生作用的生物复合材料。 p包括光通信、光计算、激光加包括光通信、光计算、激光加工、激光医疗、激光印刷、激工、激光医疗、激光印刷、激光影视、激光仪器、激光受控光影视、激光仪器、激光受控热核反应、激光分离同位素、热核反应、激光分离同位素、激光制导等许多方面。激光制导等许多方面。p是整个光电子技术的基础和先是整个光电子技术的基础和先导。包括信息获取材料、信息导。包括信息获取材料、信息传输材料、信息存储材料以及传输材料、信息存储材料以及信息处理和运算材料等，其中信息处理和运算材料等，其中主要是各类主要是各类

27、光电子半导体材料光电子半导体材料、各种光纤和薄膜材料各种光纤和薄膜材料、各种、各种液液晶显示（晶显示（LCDLCD）材料）材料等。等。 LED发光产品发光产品 蓝宝石晶体蓝宝石晶体 p全球第二大液晶显示器生产商全球第二大液晶显示器生产商飞利浦公司宣布，该飞利浦公司宣布，该公司已研发出世界首款公司已研发出世界首款40964096色色“电子纸电子纸”。p “ “电子纸电子纸”是一种是一种超薄、超轻的显示器超薄、超轻的显示器。p飞利浦开发的这款英寸彩色显示器薄如纸张，并且飞利浦开发的这款英寸彩色显示器薄如纸张，并且可以可以随意折叠弯曲随意折叠弯曲。这款。这款“电子纸电子纸”的电路板由金属制成，而的电

28、路板由金属制成，而非传统使用的玻璃，从而可以提高产品的灵活性。非传统使用的玻璃，从而可以提高产品的灵活性。p与现有的液晶技术有所不同：没有目前其他显示设备无法避与现有的液晶技术有所不同：没有目前其他显示设备无法避免的强烈反光，画面分辨率较高，显示效果与视觉效果同普通免的强烈反光，画面分辨率较高，显示效果与视觉效果同普通书写纸几乎完全相同书写纸几乎完全相同p纳米材料又称为超微颗粒材纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。料，由纳米粒子组成。p纳米粒子也叫超微颗粒，一纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在般是指尺寸在1 1100nm100nm间的间的粒子。粒子。1 1）特性：）特性：p它具有表面

29、效应、小尺寸效它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应应和宏观量子隧道效应。原子排成的原子排成的“原子原子”字样字样1nm=1/101nm=1/10亿米，亿米，1010个氢原子紧密排列，个氢原子紧密排列，20nm20nm是头发丝直径是头发丝直径的的30003000分之一分之一 100 80 60 40 20 0 比例（%） 表面原子数相对总原子数 0 10 20 30 40 50 p由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为变化称为小尺寸效应小尺寸效应。p对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而

30、产生一系列积亦显著增加，从而产生一系列新奇性质新奇性质：特殊的特殊的光学性质光学性质特殊的特殊的热学性质热学性质特殊的特殊的磁学性质磁学性质特殊的特殊的力学性质力学性质p微颗粒的小尺寸效应还表现在微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性超导电性、介介电性能电性能、声学特性声学特性以及以及化学性能化学性能等方面。等方面。 p微粒尺寸下降到一定值时，微粒尺寸下降到一定值时，费米能费米能级级附近的电子能级由准连续能级变附近的电子能级由准连续能级变为为分立能级分立能级，吸收光谱阙值向短波吸收光谱阙值向短波方向移动方向移动，这种现象称为量子尺寸，这种现象称为量子尺寸效应。效应。p隧道效应是基本的量子现象之一，

31、隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的即当微观粒子的总能量小于势垒高度总能量小于势垒高度时，该粒子时，该粒子仍能穿越这一势垒仍能穿越这一势垒。p纳米颗粒型材料纳米颗粒型材料p纳米固体材料纳米固体材料p纳米膜材料纳米膜材料p纳米磁性液体材料纳米磁性液体材料p碳纳米管碳纳米管纳米算盘纳米算盘C60C60每每1010个个一组，在一组，在铜表面形铜表面形成世界上成世界上最小的算最小的算盘。盘。纳米皇冠纳米皇冠（1 1）纳米颗粒型）纳米颗粒型（也称纳米粉末）（也称纳米粉末）p指粒度在指粒度在100nm100nm以下的粉末或颗以下的粉末或颗粒。粒。p由于尺寸小，比表面大和量子尺由于尺寸小，比表面大和

32、量子尺寸效应等原因，它具有不同于常寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。规固体的新特性。（2 2）纳米固体型）纳米固体型p通常指由尺寸小于通常指由尺寸小于1515纳米的超微纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。密型固体材料。氧化锌晶体氧化锌晶体（3 3）纳米磁性液体材料：）纳米磁性液体材料：p磁性液体磁性液体是由超细微粒包是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有液中，而构成稳定的具有磁性的液体。磁性的液体。p

33、它可以它可以在外磁场作用下整在外磁场作用下整体地运动体地运动，因此具有其它，因此具有其它液体所没有的液体所没有的磁控特性磁控特性。 磁性液体尖峰状态磁性液体尖峰状态p磁性液体的应用：磁性液体的应用：磁性液体静态密封装置（安全阀）磁性液体静态密封装置（安全阀） 磁性液体在扬声器上的应磁性液体在扬声器上的应用，显著改善散热性能，用，显著改善散热性能，提高功率一倍以上，使音提高功率一倍以上，使音圈自动定位，改善频率响圈自动定位，改善频率响应，减少失真。应，减少失真。磁性液体阻尼器磁性液体阻尼器磁性液体离磁性液体离心开关心开关（4 4）碳纳米管：）碳纳米管：p为黑色粉末状，是为黑色粉末状，是由类似石墨

34、的碳由类似石墨的碳原子六边形网格所组成的管状物原子六边形网格所组成的管状物，它，它一般为多层，直径为一般为多层，直径为几纳米至几十纳几纳米至几十纳米米，长度可达数微米甚至数毫米。，长度可达数微米甚至数毫米。p有非常完美的结构，尺寸只有头发有非常完美的结构，尺寸只有头发丝的十万分之一，但丝的十万分之一，但导电率是铜的导电率是铜的1 1万万倍倍，强度是钢的强度是钢的100100倍倍而而重量只有钢的重量只有钢的七分之一七分之一。p像金刚石硬，却像金刚石硬，却有柔韧性有柔韧性，可以拉可以拉伸伸。它的熔点是已知材料中最高的。它的熔点是已知材料中最高的。 p如果如果用碳纳米管做绳索用碳纳米管做绳索，是唯，

35、是唯一可以一可以从月球挂到地球表面从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。而不被自身重量所拉断的绳索。p纳米碳管的细尖纳米碳管的细尖极易发射电子极易发射电子。用于做电子枪，可做成用于做电子枪，可做成几厘米几厘米厚的壁挂式电视屏厚的壁挂式电视屏，这是电视，这是电视制造业的发展方向。制造业的发展方向。p超高的成本使国际市场超高的成本使国际市场9090高高纯度的碳纳米管价格高达纯度的碳纳米管价格高达1000-1000-20002000美元克美元克，一般纯度的碳，一般纯度的碳纳米管价格也在纳米管价格也在6060美元克美元克，远远高出黄金的价格。远远高出黄金的价格。把碳纳米管用作转把碳纳米管用作

36、转子的纳米马达子的纳米马达 p纳米材料纳米材料在磁、光、电、敏感在磁、光、电、敏感性等方面性等方面呈现常规材料不具备呈现常规材料不具备的特性的特性。p在磁性材料、电子材料、光学在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。（1 1）陶瓷增韧：）陶瓷增韧：p有很好的有很好的韧性韧性和和延展性延展性。纳米陶瓷纳米陶瓷（2 2）光学方面的应用：）光学方面的应用：p纳米微粒由于小尺寸效应使它纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大具有常规大块材料不具备的光学特性块材料不具备的光学特性，如

37、光学非线性、，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等。耗等。p利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种种光学材料光学材料将在日常生活和高技术领域得将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。到广泛的应用。p目前关于这方面研究还处在目前关于这方面研究还处在实验室阶段实验室阶段，有的得到了推广应用。有的得到了推广应用。p这就这就大大减少波的反射大大减少波的反射率率，使得，使得红外探测器红外探测器和和雷达雷达接收到的反射信号接收到的反射信号变得很微弱，从而达到变得很微弱，从而达到隐身的作用隐身的作用；美国美国F117隐

38、形轰炸机机隐形轰炸机机（3 3）隐身材料应用：）隐身材料应用：p由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波波波长，因此纳米微粒材料对这种波的的透过率比常规材料要强得多；透过率比常规材料要强得多；p另一方面，纳米微粒材料的另一方面，纳米微粒材料的比表面积比表面积比常规粗粉大比常规粗粉大3 34 4个数量级个数量级，对红外对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多得多；p这就使得红外探测器及雷达得到的这就使得红外探测器及雷达得到的反反射信号强度大大降低；射信号强度大大降低；美国美国B2隐形轰炸机隐形轰炸机p因此很

39、难发现被因此很难发现被探测目标，起到了探测目标，起到了隐身作用隐身作用。（4 4）催化领域的应用：）催化领域的应用：p催化剂在许多化学化工领域中起着举足催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以轻重的作用，它可以控制反应时间、提控制反应时间、提高反应效率和反应速度高反应效率和反应速度。p大多数传统的催化剂不仅催化大多数传统的催化剂不仅催化效率低效率低，而且其制备是而且其制备是凭经验凭经验进行，不仅造成生进行，不仅造成生产原料的产原料的巨大浪费巨大浪费，使经济效益难以提，使经济效益难以提高，而且对环境也高，而且对环境也造成污染造成污染。p纳米粒子纳米粒子表面活性中心多表面活性中心多，为

40、它作，为它作催化剂提供了必要条件。催化剂提供了必要条件。p纳米粒子作催化剂，可纳米粒子作催化剂，可大大提高反大大提高反应效率，控制反应速度应效率，控制反应速度，甚至使原，甚至使原来来不能进行的反应也能进行不能进行的反应也能进行。p纳米微粒作催化剂比一般催化剂的纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度反应速度提高提高10101515倍倍。（5 5）环境保护方面的作用：）环境保护方面的作用：p随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制

41、新的污染源产生创造了条件。上控制新的污染源产生创造了条件。治理有害气体：治理有害气体：p纳米技术可以制成非常好的催化剂，经纳米技术可以制成非常好的催化剂，经它催化的它催化的石油中硫的含量小于石油中硫的含量小于0.010.01。p在燃煤中可加入在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂纳米级助烧催化剂，以帮助以帮助煤充分燃烧煤充分燃烧，提高能源的利，提高能源的利用率，用率，防治有害气体的产生防治有害气体的产生。p纳米级催化剂用于纳米级催化剂用于汽车尾气催化汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，有极强的氧化还原性能，使汽油燃使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气根

42、本无需进行尾气净化处理净化处理。污水处理：污水处理：p污水中的贵金属是对人体极其有害的污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。物质。p它从污水中流失，也是资源的浪费。它从污水中流失，也是资源的浪费。p新的一种纳米技术可以新的一种纳米技术可以将污水中的贵将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来来，变害为宝变害为宝。p一种新型的一种新型的纳米级净水剂具有很强的纳米级净水剂具有很强的吸附能力吸附能力。它的。它的吸附能力吸附能力和和絮凝能力絮凝能力是是普通净水剂三氯化铝的普通净水剂三氯化铝的10-2010-20倍倍。（6 6）光催化剂）光催化剂p降解作用：降解作用：

43、可以可以很好地降解对室内主很好地降解对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等要的气体污染物甲醛、甲笨等，其中，其中纳米纳米TiOTiO2 2（钛白粉、二氧化钛（钛白粉、二氧化钛) ) 的降解的降解效率最好，达到近效率最好，达到近100100。p降解机理：降解机理：是在光照条件下是在光照条件下将这些有将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。p应用：应用：纳米纳米TiOTiO2 2的光催化剂也可用于的光催化剂也可用于石石油、化工油、化工等产业的工业废气处理，改等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。善厂区周围空气质量。p用用纳米纳米TiOTiO2 2可以加速可以加速

44、城市生活垃城市生活垃圾的降解圾的降解，其速度是，其速度是大颗粒大颗粒TiOTiO2 2的的1010倍倍以上，从而解决大量生活垃以上，从而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。圾给城市环境带来的压力。p用纳米用纳米TiOTiO2 2催化降解技术来催化降解技术来处理处理毛纺染整废水毛纺染整废水，具有省资、高效、，具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿化、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点。不存在二次污染等特点。（7 7）自洁作用：）自洁作用：p纳米纳米TiOTiO2 2由于其表面具有由于其表面具有超亲水性超亲水性和和超超亲油性亲油性，因此其表面具有，因此其表面具有自清洁效应自清

45、洁效应，即其表面具有即其表面具有防污、防雾、易洗、易干防污、防雾、易洗、易干等特点。等特点。p如可以自动消除异味、杀菌消毒的如可以自动消除异味、杀菌消毒的“纳纳米自洁净玻璃米自洁净玻璃”。纳米材料纳米材料“绝水绝水”雨伞雨伞 纳米纳米TIO2台式空气清净机台式空气清净机 p“纳米自洁净玻璃纳米自洁净玻璃”是应用高科技是应用高科技纳米技术纳米技术在平板玻璃的两面镀制一在平板玻璃的两面镀制一层纳米薄膜；层纳米薄膜；薄膜在紫外线的作用薄膜在紫外线的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，氧下可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的各化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒。种细菌和病毒。p

46、“纳米自洁净玻璃纳米自洁净玻璃”与普通玻璃的与普通玻璃的价格比预计为价格比预计为1.51.5：1 1。p采用采用纳米远红外材料纳米远红外材料，具有，具有远远红外保健功能红外保健功能；p采用采用纳米磁性材料纳米磁性材料，兼具，兼具磁疗磁疗功能功能； p采用采用纳米永磁材料纳米永磁材料，没有磁硬，没有磁硬块，穿着舒适，洗涤方便；有块，穿着舒适，洗涤方便；有效激活细胞的代谢能力，增强效激活细胞的代谢能力，增强肌体免疫力；舒筋活络、改善肌体免疫力；舒筋活络、改善局部血液循环，对关节疼痛止局部血液循环，对关节疼痛止痛迅速；痛迅速；p纳米永磁材料纳米永磁材料对贴近的肌肤起全方位的对贴近的肌肤起全方位的按摩

47、及刺激作用按摩及刺激作用；p纳米鞋垫纳米鞋垫采用多种纳米粉体精制而成，采用多种纳米粉体精制而成，除臭效果极佳除臭效果极佳。尤其适用于运动量较大，。尤其适用于运动量较大，有脚气、脚癣的朋友们，不必清洗，置有脚气、脚癣的朋友们，不必清洗，置于日光晒数分钟效果更好。于日光晒数分钟效果更好。p止痒抗菌功能：止痒抗菌功能：吸湿能力较强，产品中吸湿能力较强，产品中的无机抗菌材料，可的无机抗菌材料，可长效抑菌，抑制鞋长效抑菌，抑制鞋内真菌繁衍、防治脚气、脚癣等疾病内真菌繁衍、防治脚气、脚癣等疾病。（8 8）医学应用：）医学应用：p将药物储存在将药物储存在碳纳米管碳纳米管中，中，并通过一定的机制来激发药并通过

48、一定的机制来激发药剂的释放，则剂的释放，则可控药剂可控药剂有希有希望变为现实。望变为现实。p纳米材料粒子将使药物在人纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的层纳米粒子包裹的智能药物智能药物进入人体后可进入人体后可主动搜索主动搜索并并攻攻击击癌细胞或癌细胞或修补修补损伤组织。损伤组织。硅材料新型纳硅材料新型纳米生物传感器米生物传感器 纳米机器人纳米机器人p使用纳米技术的使用纳米技术的新型诊断仪器新型诊断仪器只需检测只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNADNA诊断出各种疾病。诊断出各种疾病。p采用采用纳米大分子

49、纳米大分子 “ “生物部件生物部件”与与小分小分子无机物晶体结构子无机物晶体结构组合，采用纳米电子组合，采用纳米电子学控制装配成学控制装配成纳米机器人纳米机器人，将会给人类，将会给人类医学科技带来深刻的医学科技带来深刻的革命革命，使现在，使现在许多许多的疑难病症得到解决的疑难病症得到解决。p科学家们正在研制一种科学家们正在研制一种人工耳人工耳：纳米耳，它的敏锐：纳米耳，它的敏锐度甚至能够把细胞所发出的躁声分辨出来。度甚至能够把细胞所发出的躁声分辨出来。p纳米耳灵敏度大大超过人耳纤毛的潜力。纳米耳灵敏度大大超过人耳纤毛的潜力。耳朵里的耳朵里的纤毛直径为纤毛直径为100100纳米左右，纳米左右，长

50、度是一两个微米，而现长度是一两个微米，而现在制造的纳米耳直径只有几纳米，长度却有在制造的纳米耳直径只有几纳米，长度却有6060微米。微米。它的这个长度使其灵敏度增高许多。可置于人体血它的这个长度使其灵敏度增高许多。可置于人体血液循环中，作为流动的液循环中，作为流动的纳米听诊器纳米听诊器，专门监听细胞，专门监听细胞功能失调，甚至可以听到癌细胞所发出的清晰声音。功能失调，甚至可以听到癌细胞所发出的清晰声音。这种纳米耳完全生产并投入使用大概这种纳米耳完全生产并投入使用大概在在1010年之内年之内。（9 9）家电：）家电：p纳米多功能塑料纳米多功能塑料具有抗菌、除具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线