纳米材料的物理性能及其应用.doc

走进纳米时代课程报告 纳米材料的物理性能及其应用 院系：材料科学与工程学院 专业：材料物理 班级：材物09级1班 姓名：潘伯津 学号课程名称：走进纳米时代 任课教师：王学伟 题目：纳米材料的物理性能及其应用 提交论文报告时间：2011年 6月7 日 天津理工大学 纳米材料的物理性能及其应用 作为新材料领域的一个很重要的组成的纳米材料，近些年一直是科学研究的一个很热门的领域。为何纳米材料会成为如此受研究人员关注的对象呢？未来学家说，谁赢得了纳米科技，谁就赢得了21世纪。还有人预测过中国要在在21世纪一跃成为发达国家，那就一定是通过纳米技术。 纳米材料的特殊性能 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。量子尺寸效应小尺寸效应宏观量子隧道效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。随着纳米材料粒径的减小，表面原子数迅速增加。由于表面原子周围缺少相邻的原子：有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故表现出很高的化学活性。随着粒径的减小，纳米材料的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。量子尺寸效应量子尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。同时处于分立的量子化能级中的电子的波动性给纳米粒子带来一系列特殊性质，如高的光学非线性，特异的催化和光催化性、强氧化性和还原性等。小尺寸效应当颗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，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。 ,人们发现一些宏观量 ,如磁化强度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效应 ,称之为宏观量子隧道效应。, 而这些特殊性质带来了纳米材料的广泛应用。目前, 纳米材料已经在催化、环保、能源行业以及新型工程、磁性和防护材料的制备等方面得到了一定的应用。加之各学科的互相渗透，使纳米材料展现出更为强大的生命力。 纳米材料特殊性能的广泛的应用 1.纳米粒子在催化方面的应用 在许多化学化工领域中催化剂起着举足轻重的作用， 它可以控制 提高反应效率和反应速度。但是，大多数的传统催化剂催化制备过程并不严谨在催化剂上，纳米材料有极强的优势，纳米材料的比表面 表面活性中心多，这为做催化剂提供了必要条件。同时纳米材料.它可大大提高反应效率，控制反应速度，对比一般的催化剂，用纳可以将反应速度提高10～15 倍。 .纳米材料在传感器领域的应用 纳米微粒材料由于表面比大、活性高, 对周围, 外界环境, 且响应速度快、灵敏度高、选择性能优良. 因, 被广泛应用于光敏、气敏和湿敏等传感器,用以测定一种或几种分析物的含量。生物传感器是多学科交叉的产物， 是一种全新的检测技术， 在生命科学、临床诊断、环境监控以及过程控制等各种领域都有所应用。在生物传感器的研制中， 人们尝试用多种新方法来固定酶， 以期达到实用的要求。纳米颗粒比表面积大、吸附能力强， 可以很牢固地吸附酶等生物大分子， 增加酶的吸附量和稳定性， 且蛋白质等物质吸附在纳米金属颗粒的表面上仍能保持生物活性。所以， 纳米颗粒一般用作固定载体。 因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材 这就大大减少波的反射率， 使得红外探测器和雷达接收到 从而达到隐身的作用； 另一方面， 纳米微粒材3-4 个数量级， 对红外光和电磁波的吸收率 这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度 因此很难发现被探测目标， 起到了隐身作用。倍 消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能， 使室内；纳米存储器的容量可实现兆兆比特而存储倍；纳米技术和集成技术的结合，倍，并能大幅度改善它们5．纳米材料在环保和能源利用的应用 纳米材料不仅可用来消除水和空气中的污染物，还可以成倍地提高太阳能电池的能量转换效率。在环保和能源利用方面有着巨大的应用前景。又如某些纳米光催化剂可以涂在玻璃表面，具有自洁功能。除此之外纳米材料在储氢材料也具有其独特的优势，而氢作为最清洁能源也将是在今后的能源中处于举足轻重的作用，并且在生产氢能源的过程中用某些纳米材料可以极大地提高能源的利用率。 6.纳米材料在其他地方的应用