纳米材料论文Word文档下载推荐.docx
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纳米磁粉材料、纳米磁膜材料和纳米磁性液体；
3.在催化剂领域应用：
广泛用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂；
4.在医药卫生行业的应用：
在纳米的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品；
5.在军事上的应用：
雷达波吸收材料；
6.在电子工业中的应用：
以纳米技术为核心的计算机；
7.在化学工业中的应用：
可制成抗掉色的口红、防灼的高级化妆品。
在产业化发展方面，今后几年，随着各国对纳米技术应用研究投入的
加大，纳米新材料产业化进程将大大加快，纳米粉体材料中的纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米氧化硅等几个产品已形成一定的市场规模；
纳米粉体应用广泛的纳米陶瓷材料、纳米纺织材料、纳米改性涂料等材料也已开发成功，并初步实现了产业化生产，纳米粉体颗粒在医疗诊断制剂、微电子领域的应用正加紧由实验研究成果向产品产业化生产方向转移。
目前，很多科学家正参与很多方向的研究，以下是纳米材料的几个研究热点：
1.纳米管：
重量轻，六边形结构连接完美，强度极高,弹性模量也极高。
强度和弹性良好，并且具有抗疲劳性及各向同性。
2.纳米薄膜：
纳米薄膜是具有纳米结构的薄膜材料。
纳米金属膜（氧化物,碳化物）表现出高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性。
3.纳米复合材料：
是将制备好的纳米颗粒以分散在基体材料中的状态存在的。
从上述研究的内涵和特点来看，人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，已成为纳米材料研究的新的热点。
但是纳米技术的发展毕竟尚未成熟，为了进一步推动纳米材料的应用和开发，我们尚须在以下几个方面展开进一步的研究：
纳米材料的人工制备与合成技术；
对于纳米材料的宏观性质的研究；
对于纳米材料的微观结构的研究以及对于纳米材料的微观结构和宏观性质之间关系的研究。
纳米技术以其带给我们的全新的对物质领域的认识，无疑正在掀起一场技术革命。
纳米技术在新材料、新能源、计算机技术、生物医学以及航天等领域中已经有了相当广泛的应用。
接下
来我们需要做的，是在多学科的交叉中对纳米技术进行更深一步的发展，这样才能更好地有助于我们认识与掌握纳米技术.
在人类生活方面，材料科技的进展成为人类进步的强大“引擎”。
《今日材料》2021年在评价材料科学时，将国际半导体技术蓝图、扫描式探针显微镜、巨磁电阻效应、半导体激光器和发光二极管、美国国家纳米技术计划、碳纤维复合材料、锂离子电池材料、碳纳米管、软刻蚀、超材料等作为50年十大进展。
2021年，材料科学最引人注目的事件莫过于瑞典皇家科学院因高锟等三人在“用于光学通信的光在纤维中传输的突破性成就”，将今年诺贝尔物理学奖授予了他们。
10月6日诺贝尔奖评审委员会如此形容高锟等在光学通讯上取得的开创性成就：
“光流动在细小如线的玻璃丝中，它携带着各种信息数据传递向每一个方向，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬间传遍全球。
”实际上，早在上世纪30年代，已有用于内窥镜传导光线的光纤，但由于光线在传输过程中损耗率过高，传输光信号的光导纤维一直没有取得进展。
1966年7月，高锟领导的课题小组在深入研究了玻璃介质传输损耗后，在《英国电机工程师学会学报》上发表了研究论文――《介电波导管的光波传送》，开创性地提出制造光导纤维主要材料的玻璃纯度是减低光能损耗的关键，熔炼石英正是可以制造高纯度玻璃的材料。
1971年，首条1公里长的光导纤维问世，第一个光纤通讯系统也在10年后投入应用；
在随后短短几十年间，全球光纤总长度已超过10亿公里，并以每小时增加数千公里的速度扩展，这一技术发明
标志着通讯革命的晨曦，使人类真正地进入了信息时代，从而改变了全球通讯的面貌。
如今，人们可以在互联网中畅游、欣赏高清晰电视转播节目、与千里之外的友人通话，或者躺在病床上接受胃镜检查，这些彻底改变着人类的生活方式，主要归功于英籍华裔科学家高锟发明的“光导纤维”。
石墨烯（Graphene）被《科学》列为2021年十大科技进展之一，这是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种新型碳材料，可成为构建其他维度碳材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等）的基本单元。
石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能，有望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量储存等领域获得广泛应用，石墨烯正迅速成为材料科学和凝聚态物理领域研究的热点之一，其中包括制备大尺寸石墨烯薄膜、研制全新器件和石墨烯电子器件等。
随着对其性质研究的不断深入，有可能成为电子行业硅材料升级换代的一类新材料。
美国得克萨斯大学奥斯汀分校在甲烷和氢的混合气中通过化学气相沉积法在铜箔上制备出石墨烯，首次证明在平方厘米区域内几乎全被单层石墨烯覆盖，开发出可以在一系列有机溶剂中制备分散的、化学改性的石墨烯薄片的新方法。
美国加州大学洛杉矶分校将氧化石墨纸置于纯肼溶液中，将氧化石墨纸还原成单层石墨烯电导材料，面积达到20μm×
40μm，产量是以前化学方法三倍以上。
韩国汉阳大学在石墨烯层上规整排列ZnO纳米棒，制备出一种新型的
篇二：
纳米材料简介及应用
学院：
计算机学院班级：
计算机一班学号：
1205010126姓名：
王文璋
一、纳米材料是什么
纳米材料是一种既不同于晶态也不同于非晶态的第三类固体材料,它是以组成纳米材料的结构单元――晶粒、非晶粒、分离的超微粒子等的尺度大小来定义的。
目前,国际上将处于1-100nm尺度范围内的超微颗粒及其致密聚集体,以及由纳米微晶所构成的材料,统之为纳米材料,包括金属，非金属，有机，无机和生物等多种粉末材料。
它包括体积分数近似相等的两个部分：
一是直径为几个或几十个纳米的粒子，二是粒子间的界面。
前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。
从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。
在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。
纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。
二、纳米材料的结构类型与基本特性
纳米粒子改性复合材料可以涉及结构，功能及智能等各个方面,分类的方法甚多。
为了叙述方便,按照纳米结构材料的空间维数可以分为4种类型。
1、零维的原子簇和原子簇的集合（0-0复合）采用不同成分，不同相或不同类型的纳米粒子复合而成纳米固体。
2、一维的多层薄膜（0-1复合）把纳米粒子分散到线性固体材料中,制成线体材料。
一般不是直接复合。
3、二维的超细颗粒覆盖膜（0-2复合）把纳米粉末分散到二维薄膜材料中,这种0-2复合材料又可分为均匀分布和非均匀弥散两大类。
非均匀分布粒子可以是随机、混乱地分散在薄膜基底中,也可以是人为、有侧重地为满足某种局部的特殊需求而安排。
4、三维的纳米块体材料（0-3复合）把纳米粒子分散或埋置到常规的三维固体中,用这种方法获得的固体材料性能稳定优越,材料本身适用范围广泛,故应用最多。
例如介孔固体作为米复合材料的母体,通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中（孔洞尺寸为纳米或亚微米级）,这样的介孔复合体便成了纳米复合材料,用以释放药物或赋予新理化性能等等。
由于粒子填充分布的组态不尽相同,这种材料将显示出多种多样的微观性质。
三、纳米材料的特性主要有：
1、表面效应：
指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化,粒径在10nm以下,将迅速增加表面原子的比例。
当粒径降到1nm时,表面原子数比例达到约90%以上,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。
由于纳米粒子表面原子数增多,带来表面原子配位数不足,使之具有很高的表面化学活性,所以,金属纳米粒子在空气中易自燃,无机材料的纳米粒子在大气中会吸咐气体并与之反应。
表面效应主要表为:
熔点降低，比热增大。
2、尺寸效应：
指由于颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化。
随着纳米微粒尺寸的减小,与体积成比例的能量,如磁各向异性等亦相应降低,当体积能与热能相当或更小时,会发生强磁状态向超顺磁状态转变。
当颗粒尺寸与光波的波长,传导电子德布罗意波长,超导体的相干长度或投射深度等物理特征尺度相当或更小时,会产生光的等离子共振频移,介电常数与超导性能的变化。
3、体积效应：
由于纳米粒子体积极小,所包含的原子数很少。
因此,许多现象如与界面
状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将显著与大颗粒传统材料的特性不同,就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明,这种特殊的现象通常称之为体积效应。
4、量子效应：
介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒,将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级,能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。
当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时,就会呈现一系列与宏观物体戳然不同的反常特性,即量子效应。
5、.幻数结构：
粒径小于2nm的纳米粒子往往被称为原子簇。
当原子簇含有某些原子数目时,显得特别稳定,这个特别数目称为幻数。
原子簇的幻数与相应粒子的对称性、相互作用势有关。
四、纳米材料的应用
借助于纳米材料的各种特殊性质，科学家在各个领域都取得了重大的进展，也同时促进了纳米材料应用越来越广泛化。
1、在生物医学方面的应用：
细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。
生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。
纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。
目前已得到较好应用的实例有：
利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金（Au）粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。
2、在其它精细化工方面的应用：
精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛。
纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。
在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。
如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。
纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。
塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。
国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。
此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。
在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；
而加入Al2O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。
3、在国防科技的应用：
纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。
例如：
纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；
对化学、生物、核武器的纳米探测系统；
新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；
由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；
纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。
而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。
在雷达隐身技术中，超高频（SHF，GHz）段电磁波吸波材料的制备是关键。
纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。
4、纳米技术在光电领域的应用：
纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。
将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高十倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。
但是要获取高分辨率图像，就必需先进的数字信息处理技术。
科学家们发现，将光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器件，将为实现光学高速数学运算提供可能。
五、纳米技术的发展趋势
纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技
术，带动纳米产业的发展。
世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和纳米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。
纳米材料诞生多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。
进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。
一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。
美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米Cu材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；
晶粒为7urn的Pd，屈服应力比粗晶Pd高5倍；
具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直备受人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望。
根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署未来10～15年有关纳米科技研究的规划。
美国国家基金委员会（NSF）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；
美国国家先进技术研究部（DARPA）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；
日本近年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如OGALA计划、ERATO计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划，1997年，纳米科技投资1.28亿美元；
德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2021年15年发展纳米科技的计划；
英国政府出巨资资助纳米科技的研究；
1997年西欧投资1.2亿美元。
据1999年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意，美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助从2.5亿美元增加至5亿美元。
这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在二十一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。
六、结论
纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。
21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。
纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。
通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。
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。
随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。
纳米技术正向所有人走来，装在口袋里的计算机，进入人体内治病的机器人，戴在手腕上的电视机，挂在扣子上的移动电话等在不久的将来，势必成为现实。
正如美国IBM公司总裁Amotong所言：
纳米技术将成为21世纪信息时代的核心，人类的发展已进入纳米时代。
人类以驾驭原子能进入现代社会，以制造和利用单晶基础半导体进入电脑与网络通信时代。
进入90年代，全球以IT为核心的高新技术产业，得到了迅猛的发展，它将由新兴产业逐步成为主导产业。
但是，真正实现使用电脑基础上的信息高速公路，离不开纳米技术。
它将使人类真正进入信息时代，它将领导下一场工业革命，推动社会的发展！
篇三：
纳米材料论文
纳米材料应用――催化剂
姓名：
班级：
学号：
摘要：
纳米催化剂具有特殊的纳米结构，具备普通催化剂所没有的性质，这决定了纳米催化剂的高催化性能和选择性。
目前有多种方法可以制备纳米催化剂，例如有机溶剂法、微乳液法和离子交换法等，各种方法都有优缺点。
并且在众多领域中，纳米催化剂得到了广泛的应用，包括工业生产和环境保护。
关键词：
纳米催化剂，性质，分类，制备，应用
一、前言
近年来，纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂的出现及与其相关研究的蓬勃发展。
纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；
此外，它还表现出优良的电催化、磁催化等性能，已被广泛地应用
于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。
目前，纳米技术的研究主要向两个方向进行：
一是通过
新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；
二是进行新材料的开发[1]，如复合氧化物纳米晶[2]。
由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多，所以是一种极好的催化材料。
将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。
在石油化工工业采用纳米催化材料，可
提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产率和质量。
目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。
纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。
随着世界对环境和能源问题认识的深入，纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果[3]。
在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量[4]。
对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义
二、纳米催化剂性质
1、表面效应
描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。
有研究表明,当微粒粒径由10nm减小到1nm时,表面原子数将从20%增加到90%。
这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加,同时还会引起表面张力增大,使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。
2、体积效应
体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏,非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普
通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。
3、量子尺寸效应
当纳米颗粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级,此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。
量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移,同时有明显的禁带变宽现象；
这些都使得电子、空穴对具有更高的氧化电位,从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率。
三、常见纳米催化剂
纳米催化剂大致可以分为负载型和非负载型两大类。
下面仅就其中几种常见纳米催化剂进行介绍。
1、贵金属纳米催化剂
Au是贵金属中最具代表性的一种元素,其外层d轨道具有半充满的电子结构,一般不易化学吸附小分子,且很难制得高分散的Au纳米颗粒。
但是利用碳纳米管（CNTs）与负载的金属之间特殊的相互作用,Ma等成功地利用化学镀层技术将Au负载到CNTs上,制备了高分散的Au/CNTs纳米催化剂。
2、过渡金属纳米催化剂
过渡金属元素大多都含有未成对电子,因而表现出一定的铁磁性或顺磁性,且极易化学吸附小分子，如Fe、Co、Ni就是
制备CNTs阵列的高效纳米催化剂
3、金属簇纳米催化剂
纳米金属簇属介观相,具有与微观金属原子和宏观金属相显著不同的性质。
我国科研人员在该研究领域已经取得突破性进展。
据中国科学院纳米科技网报道,刘汉范等采用化学还原法制备了Pt族纳米金属簇以及Pt2Pd、Pt2Rh、Pt2Au等纳米双金属簇。
该研究小组还将高分子基体效应与冷冻干燥技术相结合,实现了大量合成纳米金属簇;
他们还利用微波介电加热技术实现了纳米金属簇的连续合成,并解决了纳米贵金属簇的稳定性问题。
4、生物纳米催化剂
与传统的化学催化剂相比,生物催化剂最显著的优势就是反应条件比较温和,能够使用再生原料。
生物催化剂多指酶催化剂,实质上是一类具有特殊结构的蛋白质分子,其尺度通常在纳米范围。
酶催化剂主要包括水解酶、裂解酶、异构酶、还原酶和合成酶等,对作用底物具有高度的专一性。
文献[5]报道,甲烷单加氧酶（MMO）能在相当温和的条件下将甲烷选择性氧化为甲醇,实现了化学催化几乎不可能实现的转化。
四、纳米催化剂的制备方法
1、溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。
其过程是：
用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂中）或溶胶为原料，而不是传统的粉状物为反应物，在液体中混合均匀并进行反应，生成稳定无沉淀的溶胶体系，放置一定时间形成凝胶，经脱水处理得产品。
常溶胶-凝胶法用于催化材料的制备是近几年才开始的。
已有研究表明该法的优点是：
⑴制备的均匀度高，尤其多组分的制品均匀度可达分子或原子水平；
⑵金属组分高度分散于载体，使催化剂具有高活性和抗结碳能力；
⑶能够较容易的控制材料的组成。
该法存在的问题是：
原料成本高，在制备各种单组元或复合物时原料的选择十分重要。
例如从正硅酸乙酯，异丙醇铝叔丁醇水解制备硅铝催化剂时的一个重要问题是如何调整不同类型的盐水解速率相
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