纳米科技与纳米材料新进展课件.ppt

1、纳米科技与纳米材料新进展 n中国著名科学家钱学森：纳米科技是二十一世纪科技发展的重点，会是一次技术革命，而且还会是“一次产业革命”。纳米粒子与纳米材料n纳米粒子：通常指粒径在0.1nm100nm之间的粒子。在电子显微镜观察到。n纳米技术：在纳米尺度内操纵原子、分子，对材料进行加工、组装制造出特定功能产品的技术。从下到上的加法方式。n纳米材料：利用纳米技术制备的纳米粒子和纳米相材料。居于产业价值链的最高端。纳米科技简史n1959年诺贝尔奖金获得者、著名物理学家Feyman：如果有一天能按人的意志安排一个个原子、分子，将会产生什么样的奇迹。n60年代：1962年Kubo发现了库博效应，1963年U

2、yeda制备并研究金属纳米粒子n70年代：1977年Daricsler研究生物分子，在斯坦福大学成立了NST小组n80年代：1980初，Binning和Rohter发明了STM，1986年获诺贝尔奖，后研究AFM，1984年Grat研究金属纳米块，1987年Xiger研究纳米陶瓷（TiO2），1989年斯坦福大学搬动了原子团写下英文校名n1990年7月，在美国巴尔的摩召开第一届国际NST会议，标志纳米科学技术正式诞生。n1991年，C纳米管被发现，2019年该成果发明者获诺贝尔奖金。n1993年，中国科学院操纵原子拼出“中国”两字，后也制造出C纳米管。n2019年，美国用单电子移动单电子，将用

3、于量子计算机。n2019年，美国、巴西发明了称十亿分之一的“称”，后德国研制出称单个电子的“称”。纳米学科群的形成n纳米物理学：开发物质潜在信息，研究纳米固体的重要物理问题。n纳米化学：组合的艺术。研究纳米结构与合成的科学。n纳米材料学：奇异性探索。研究纳米材料制备与性能。n纳米生物学：纳米机器人。研究纳米生物学原理、生命信息、机器人。n纳米电子学：控制单个电子。研究新一代电子器件原理、特性及工艺。纳米粒子的结构与特性n结构：壳层结构；心部为结晶体；表面层很大，非晶，接近气态。n量子尺寸效应（库博效应）：电子能级由连续态分裂为分立能级。能级间距大时影响磁、光、电、热、超导特性等；波动性影响光催

4、化等。n宏观量子隧道效应：磁化强度、磁通量由于微粒子而处于更低的能量 状态，影响磁性，确定存贮时间等。n表面效应（庄子效应）：表面原子多，表面积大。影响化学反应性、催化、吸附、熔点等。n体积效应：周期性边界破坏。影响光吸收、催化、磁、热、熔点等。n界面效应：纳米固体有巨大的界面。影响机械性能如韧性，烧结等。化学反应性：反应性增强，燃烧反应加剧，高阻燃效率，大的化学吸附。催化性质：高催化活性，提高反应选择性 光催化：催化效率高，促使多电子反 应活化，活化中心数目多。纳米材料的应用n磁性材料：磁记录材料、永磁材料、磁流体。n高效催化剂：火箭燃料、有机合成、无机催化。n纳米传感器：温度、光、湿、化学

5、成份。n机械工程：耐高温、高强度、高耐磨、高韧性。纳米粒子的物理化学性质 n光学性质：吸光能力强，窄的吸收，红外、紫外、微波。n热学性质：熔点下降，蒸气压上升，烧结温度下降，比热异常。n磁学性质：矫顽力上升，磁化率、超顺磁性。n电学性质：超导Tc下降，原子扩散率提高，电导下降，通道电阻效应。冶金工业：粉末冶金、冷冻机等。生物与医学：诊断、定向医疗、细胞 分离、控制生化反应。光学材料：电子显微镜、核磁共振、太 阳能、吸波材料。电子材料：高效电子元件、高密度信 息贮存、超导、压电、压阻 薄膜。纳米粉体的制备方法n湿化学法：沉淀法、醇盐法、胶体法、水热法、还原法等。n气相法：喷雾法、惰气冷凝法、化学

6、气相合成法、蒸发凝聚法等。n等离子体法：高压放电法、高温等离子体法等。n其它方法：高能机械球磨法、激光蒸发/凝聚法、气溶胶法等。纳米薄膜的制备方法n气相沉积法：真空溅射法、等离子体辅助化学气相沉积法、有机金属气相沉积法等。n电化学沉积法：直流电镀、脉冲电镀、无极电镀、共沉积等。n其它方法：低能团簇束沉积法、Sol-gel法、喷雾热分解法等。纳米相材料的制备法n加压成型法：热等静压法、烧结法、热压法等。n复相材料制备法：热裂解法。n其它方法：非晶晶化法、深度塑性变形法等。纳米材料产业化思考n纳米材料的基础研究和实验室研究并不等于产业化。n纳米材料的产业化要全方位配合，联合攻关（科学发现、小试、中试、工程放大、应用研究、市场开拓、工业化生产）。n纳米材料产业化存在的主要问题：科技转化接口不畅，科研投入严重不足，科学道德约束乏力。纳米科技的发展趋势n纳米科技向基础理论研究和应用基础研究加强力度，为产业化革命奠定坚实基础。n纳米技术向产品精细化、微型化的方向发展，和其它技术相互促进。n纳米材料向应用开发研究和产品工业化的方向迈进。结束语n中国纳米项目首席专家张立德：纳米材料的应用与开发，提供了一个千载难逢的大好时机，机不可失，时不再来。我们必须抓住这次机遇。