纳米材料综述报告人:张李锋2004.12纳米科技Outline 纳米材料的概念及特点 对纳米材料的要求 纳米结构单元 纳米晶界结构理论 纳米材料的制备方法 纳米材料的分类 纳米材料的应用 纳米材料的另一面 结束语1.纳米材料的概念及特点纳米材料: 在纳米量级(1100nm)内调控物质 结构制成的具有特异性能的新材料 四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、 表面原子比例大 四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观 量子隧道效应、表面效应尺寸可控(小于 100 nm) 成分可控 形貌可控 晶型可控 表面物理和化学特性可控 (表面改性和表面包覆)2.对纳米材料的要求3.纳米结构单元 团簇(cluster)：几个乃至上千个原子、分子或 离子通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚 集体（粒径小于或等于1 nm） eg: C60 buckyball, Fen, CnHm 纳米微粒：颗粒尺寸为纳米量级的超细颗粒， 尺度介于团簇和微粉间 eg: colloid（胶体）用透射电子显微镜能看到 的颗粒 人造原子：artificial atoms or quantum dot 纳米管、棒、丝等4.纳米晶界结构理论 Gleiter的完全无序说。这种假说认为纳米晶粒 间界具有较为开放的结构，原子排列具有随机 性，原子间距较大，原子密度低，既无长程有 序，又无短程有序。 Seagel2的有序说。有序说认为晶粒间界处 含有短程有序的结构单元，晶粒间界处原子保 持一定的有序度，通过阶梯式移动实现局部能 量的最低状态. 叶恒强、吴希俊3的有序无序说。该理论认为 纳米材料晶界结构受晶粒取向和外场作用等一 些因素的限制,在有序和无序之间变化5.物理方法制备纳米材料 气相法 真空冷凝法 惰性气体凝聚法 固相法 高能球磨法 搅拌磨法 震动磨法 强变形法 (severe plastic deformation)- 气相法-激光法-等离子法-裂解法-氧化法-水解法-燃烧法化学方法制备纳米材料液相法-化学沉淀法(均匀沉淀法, 共沉淀法 )-水解法(醇盐,卤化物)-溶胶-凝胶法-水热合成法-气溶胶法-微乳液法6.纳米材料的分类 纳米材料是纳米科技研究的重点，主要包括 ：纳米材料物理、纳米材料制备技术（纳米粉 体、纳米薄膜、纳米非晶晶化材料）、纳米材 料的测试与纳米新材料研制及其应用。根据各 种形式分类： 1 从材料的结构分：纳米超微粉末、纳米多层 薄膜、纳米结构 2 从材料的性质分：纳米金属材料、纳米陶瓷 材料、纳米复合高分子材料（纳米塑料、纳米 橡胶、纳米胶粘剂、纳米涂料、纳米纤维）3 从力学性能来分：纳米增强陶瓷材料、纳米改 性高分子材料、纳米耐磨及润滑材料、超精细研磨 材料等 4 从表面活性来分：纳米催化材料、吸附材料、 防污环境材料 5 以光学性能来分：纳米吸波（隐身）材料、光 过滤材料、光导电材料、感光或发光材料、纳米改 性颜料、抗紫外线材料等。6 以电子性能来分：纳米半导体传感器材料、纳 米超纯电子浆料 7 以性能来分：高密度磁记录介质材料、磁流体 、纳米磁性吸波材料、纳米磁性药物、纳米微晶永 磁或软磁材料、室温磁制冷材料等。 8 以热学性能来分：纳米热交换材料、低温烧结 材料、低温焊料、特种非平衡合金等 9 以生物和医用性能来分：纳米药物、纳米骨和 齿修复材料、纳米抗菌材料 7.纳米材料的应用 在陶瓷领域的应用 在微电子学上的应用 在生物工程上的应用 在光电领域的应用 在化工领域的应用 在医学上的应用 在分子组装方面的应用 碳纳米管的分类纳米电子机械生物分子发动机用于光学纤维的纳米管纳米结构的聚合物分子电路自组装8.纳米材料的另一面 纳米材料可通过三种途径进入人体。人们接触 纳米材料污染一般通过下面途径：一、通过呼 吸系统；二、通过皮肤接触；三、其他方式， 如食用、注射之类。纳米材料污染物通过上述 途径进入人体，与体内细胞起反应，会引起发 炎、病变等；污染物在人体组织内停留也可能 引起病变，如停留在肺部的石棉纤维会导致肺 部纤维化。 纳米材料比普通的污染物对人体的影响更 大。这是因为纳米材料体积非常小，同样质量 下纳米颗粒将比微米颗粒的数量多得多，与细 胞发生反应的机会更大，更易引起病变。 纳米材料很小，可以几乎不受阻碍地进入细胞，从 而有可能进入人的神经系统，影响人的大脑，导致 一些更严重的疾病和后果。 目前，研究人员还不知道如何将纳米材料从人体中 清除，也不知道它们会不会在人体中降解 纳米材料还有一个潜在的危险易爆炸。纳米材 料具有反常特性，原本物质不具有的性能，小颗粒 会具有。原本不导电的物质，在颗粒变小后有可能 导电，有些原来不易燃的物质在纳米尺度下也可能 导致爆炸。9.结束语 纳米材料是国际材料界当前研究的热点，它使 人 类在改造自然方面进人了一个新层次，即 从微米级层次深入到纳米级层次。 鉴于纳米科技是节能、低耗和技术密集型的新 科技，发展纳米科技的投人产出比可能高于其 它高科技项目。因此应在政策、财力、物力和 人力上给于大力支持，让纳米技术尽快实现产 业化 纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的 明星展现在新材料、能源、信息等各个领域,发 挥举足轻重的作用。