纳米材料与纳米技术.pptx

;;纳米科技时代;;中国未来十大科技突破口之纳米材料与纳米技术;一、纳米技术的提出;一、纳米技术的由来和发展;;1986年，IBM公司宾尼（Binnig），与苏黎士实验室的盖博（ChristophGerber）及美国史丹佛大学魁特

（CalvinFQuate）发明了原子力显微镜（AFM，AtomicForceMicroscopy）。AFM可以用于分辨包括绝缘体在内的各种材料表面，弥补了STM只能分辨导电材料表面的不足，其应用范围无疑比STM更加广阔。

同年，预测专家K.E.Drexler博士的《创造的引擎—纳米技术新纪元》出版。该书中作者推测利用蛋白质在原子水平上进行合成，制造机器人。;;;1991年，碳纳米管被人

类发现，碳纳米管是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。成为纳米技术的研究热点。;;1997年，美???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储容量比现有计算机提高成千上万倍的量子计算机。;到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额已达到500亿美元。;纳米纪事

最早的纳米材料：

-中国古代的铜镜的保护层：纳米氧化锡

-中国古代的墨及染料

-1857年，法拉第制备出金纳米颗粒

-1861年，胶体化学的建立

-1962年，久保（Kubo）提出著名的久保理论

-上世纪七十年代末至八十年代初，开始较系统的研究

-1985年，Kroto和Smalley等人发现C60

-1990年7月，在美国巴尔的摩召开第一届纳米科技会议

-1994年，在波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米材料工程;自然界的纳米材料;纳米材料发展的三个阶段;现在，纳米技术的发展使新的学科领域不断涌现：;;;三、纳米材料的特性;1、表面效应;2、小尺寸效应;（2）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。例如，金的常规熔点为1064C℃，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0．1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。;（3）特殊的力学性质

陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。;3、量子尺寸效应;4、宏观量子隧道效应;;目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术

若以研究对象或工作性质来区分，纳米科技包括三个研究领域：

纳米材料

纳米器件

纳米尺度的检测与表征

其中纳米材料是纳米科技的基础；纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志；纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。;目前人们对纳米科技的理解，似乎仅仅是讲纳米材料，只局限于纳米材料的制备，这是不全面的。;纳米科技不仅仅是传统微加工技术的扩展和延伸;■;蜜蜂的导航功能;有些人认为，纳米技术与微米技术相比仅仅是尺寸缩

小、精度提高的问题，检验一项技术或产品只要看它是否是纳米级即可。这种认识是片面的。

纳米科技的重要意义主要体现是在这样又一个尺寸范

围内，其所研究的物质对象将产生许多既不同于单个原子、分子的奇异性质或对原有性质有十分显著的改进和提升。;限域效应;因此，判断纳米材料，不仅仅是看颗粒是否在纳米量级，更重要的是检测它在这一尺寸下，是否发生了性质的改变或原有性能显著地提高。

由此可见，纳米材料的颗粒尺寸应该均匀分布。如果颗粒尺寸分布的范围很广，甚至只有少部分颗粒尺寸在纳米级，材料整体性质就不会