分析测试技术_6.ppt

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1 纳米材料 纳米磁性材料 纳米陶瓷材料 硅基纳米发光材料 纳米碳分子材料 概述 纳米? 纳米是一个长度计量单位,1纳米 = 10-9米 纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下(1-100nm)的微小结构 在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术 纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术 概述 纳米? 纳米概念的提出与发展? 概述 七十年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。 1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。 1982年,科学家发明研究纳米的重要工具--扫描隧道显微镜,使人类首次在大气和常温下看见原子,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。 概述 1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。 1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、 1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。 概述 1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。 1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的 “秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。 概述 2000年4月,美国能源部桑地亚国家实验室运用激光微细加工技术研制出智能手术刀,该手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞,并将细胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析判断。 2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维. 沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕-225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药丸中,制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。 这些研究表明纳米技术应用于医学的进展是十分迅速的。 概述 到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年纳米产品的营业额达到500亿美元。 近年来,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。 概述 纳米? 纳米概念的提出与发展? 纳米材料? 概述 零维材料 指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒、原子团簇等 一维材料 指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等 概述 二维材料 指在三维空间中有一维在纳米尺度,如超薄膜、多层膜;超晶格等。 概述 纳米? 纳米概念的提出与发展? 纳米材料? 纳米材料的性能? 小尺寸效应 量子效应 表面与界面效应 宏观量子隧道效应 概述 小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。 光吸收显著增加 出现吸收峰的等离子共振频移 磁有序态变为磁无序态 超导相变为正常相 概述 特殊的光学性质 所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小,颜色愈黑,银白色的铂(白金)变成铂黑,金属铬变成铬黑。由此可见,金属超微颗粒对光的反射率很低,通常可低于l%,大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料,可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。 特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。 概述 特殊的磁学性质 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘,生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。人们利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性,已作成高贮存密度的磁记录磁粉,大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性,人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的

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