纳米材料及应用简介重点.ppt

就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意微观（原子）和宏观领域的研究，常常忽略这个中间领域（介观），而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。 纳米技术：研究纳米体系、纳米结构的运动规律、相互作用及实际应用的科学。纳米科学的内涵是“在纳米范围内认识、改造物质世界，通过人为的直接操作、搬迁、安排原子、分子开发新物质”。 二、纳米材料应用 纳米材料在较宽的频谱范围对电磁波有均匀的吸收性能，几十纳米厚的纳米薄膜的吸收效果与比它厚1000倍的现有吸波材料相同，美国研制的纳米隐身涂料对雷达波的吸收率达99%。把这种纳米吸波材料涂在战略轰炸机，导弹等攻击性飞行器的表面，能有效地吸收敌方防空雷达的电磁波 磁畴 纳米碳管是由石墨中的一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状纤维，内部空心，外部直径只有几到几十纳米，相当于头发丝的万分之一，密度只有钢的六分之一，而强度却是钢的100倍，是做成防弹背心等织物的理想材料。 石墨烯发明者获2010年诺贝尔物理学奖 瑞典皇家科学院认为，海姆和诺沃肖洛夫的研究成果不仅带来一场电子材料革命，而且还将极大促进汽车、飞机和航天工业的发展。 纳米新材料：据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少co2，排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。纳米碳管还能储存大量氢气，从而可以实现以氢气为燃料驱动无污染汽车. 利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能 。 纳米技术做成的所谓量子磁盘，能作高密度的磁记录，每平方厘米的面积上可储存3万部《红楼梦》。 污水治理 污水中的重金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，是资源的浪费。 新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。 纳米级净水剂能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来 。 然后采用纳米净化装置，除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。 再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜将水中的细菌、病毒100％去除 。 这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，就会被过滤掉 。 三、纳米材料熔化热力学模型 四、纳米材料熔化分子动力学模型 分子动力学模拟实际上用计算机求解原子的运动方程，即选择一个由N个原子组成的模型体系，解这样一个模型体系的牛顿运动方程直到体系的性质不再随时间改变为止。 具体来说，如果已知原子间的相互作用势，通过求其梯度就可以得到原子间的相互作用力，有了相互作用力，就可以求出各原子的加速度、速度和位置的变化规律，然后用适当的统计方法统计出各物理量的大小、方向或变化规律。 五、纳米材料熔化自由能方案 根据热力学理论，只要能够获得材料的吉布斯自由能函数，材料的许多热力学性质都可以在此基础上得到。例如材料的熔化温度可以由固体自由能曲线和液体自由能曲线的交点得到。这个性质对于纳米材料同样成立。 研究方案  结 语 对于球形纳米粒子: A（T）=4/D×V（T） 对于园柱形纳米线: 对于纳米薄膜: A（T）=2/H×V（T） A（T）=6/D×V（T） 对于四面体纳米粒子: 对于二十面体纳米粒子: A（T）=6√6/D×V（T） A（T）=（9√3-3√15）/D×V（T） (1) 面积和体积的关系: 1、纳米粒子的自由能  2、In纳米粒子，纳米线和纳米薄膜的熔化温度尺寸效应  3、Bi纳米粒子的熔化温度尺寸效应  4、二十面体，球形，四面体Ag纳米粒子熔化温度尺寸效应  传统材料的熔化温度 材料常数。 纳米粒子直径 纳米粒子的熔化温度 一个原子的结合能 总结合能 原子数 表面原子数 纳米粒子的结合能 球形纳米粒子包含的原子数： 球形纳米粒子表面包含的原子数： * 引言 绝大多数实际的物理体系都是 相互作用的粒子（物体）的集合 1023个水分子 数百万个星星 * MD模拟可视为“计算机实验” 计算机模拟 客 观 真 理 人 类 认 识 实验 理论 介于理论和实验之间 * 多体问题 特征 粒子存在相互作用 运动轨道相互关联 求解 解析解：二体问题往往可解，三体问题的解析解就有困难 分子动力学(MD)：求解多粒子体系运动规律的方法。通过数值求解所有粒子的运动方程，来模拟一段时间内多体系统在相空间的运