纳米材料的物理性能及应用.ppt

1、纳米材料的纳米材料的物理性能与应用物理性能与应用纳米技术的相关概念纳米技术的相关概念对人类文明的贡献纳米科技可以与20世纪的抗生素、集成电路、人造聚合物等的作用之总和相媲美人类探索世界的两个方向原子结构宇 宙微观宏观纳米技术微米技术 纳米技术纳米技术是指在是指在0.l100nm（nanometer,简称纳米简称纳米)尺度上操尺度上操纵和研究原子、分子，对材料进行加工、纵和研究原子、分子，对材料进行加工、制造具有特定功能的产品、或对物质进制造具有特定功能的产品、或对物质进行研究、掌握其原子和分子的运动规律行研究、掌握其原子和分子的运动规律和特征的高新技术。它是基础科学（现和特征的高新技术。它是基

2、础科学（现代物理、化学、分子生物学）和先进工代物理、化学、分子生物学）和先进工程技术（计算机、微电子等）相结合的程技术（计算机、微电子等）相结合的产物。纳米原本是长度单位，随着科学产物。纳米原本是长度单位，随着科学技术的发展却完全具有更深层次的涵义，技术的发展却完全具有更深层次的涵义，它不仅意味着空间尺度，而且提供了崭它不仅意味着空间尺度，而且提供了崭新的思维方式：新的思维方式：即人类将利用越来越小、越来越精即人类将利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术生产确的物质和越来越精细的技术生产成品来满足更高层次的要求。纳米成品来满足更高层次的要求。纳米技术将极大地改变人类的生产和生技术将极

3、大地改变人类的生产和生活模式。活模式。纳米技术包括纳米电子学、纳米光学、纳米技术包括纳米电子学、纳米光学、纳米生物学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米化学、纳米材料学、纳米工程、纳米医学等技术。纳米工程、纳米医学等技术。纳米颗粒纳米颗粒PVSPVS技术原理技术原理PVSPVS（等离子气相合成）技术原理等离子气相合成）技术原理NANOPHASENANOPHASE公司生产车间公司生产车间nano358+SEM image of a Fe0.13Co50Ni500.87 powder(dm=166 nm;s=13 nm).化学沉淀：化学沉淀：Monodisperse Ferromagnetic

4、 Particles forMicrowave Applications激光复合加热蒸发合成纳米粉体材料激光复合加热蒸发合成纳米粉体材料纳米铁粉形貌纳米铁粉形貌特殊形态纳米体特殊形态纳米体TEMmicrographofTEMmicrographofSiSi nanowiresnanowires;S S.T T.LeeetalLeeetal././MaterialsScienceandEngineeringAMaterialsScienceandEngineeringA286(2000)1623286(2000)1623甲烷甲烷-空气扩散空气扩散燃烧法制备碳燃烧法制备碳纳米管纳米管Methane

5、-air diffusion flamenano449Typical SEM image of bulk GaN nanowires.nano125纳米膜与纳米涂层纳米膜与纳米涂层Schematic diagrams of the preparation of macroporous metals or semiconductor films by:a)electrodeposition,b)ionic spraying,c)laser spraying.nano36纳米结构与纳米纳米结构与纳米块体材料块体材料三维结构制备三维结构制备Schematic outline of the exper

6、imental procedure.Aqueous dispersions of polystyrene beads are injected into the cell through the rubber tubeusing a syringe.The rate of packing of polymer beads increases as the pressure of nitrogen increases.nano357SEMs of a crystalline assembly of 0.48 mm polystyrene beads that was formed in a 12

7、 mm-thick cellnano357CarbonCarbonnanotubenanotubearraysgrownonn+-typeporoussiliconarraysgrownonn+-typeporoussiliconsubstrate.substrate.S.Fanetal./S.Fanetal./PhysicaPhysicaE8(2000)179183E8(2000)179183纳米技术的核心是纳米材料技术纳米技术的核心是纳米材料技术 纳米材料的性能异乎宏观物质的变化是纳米材料的性能异乎宏观物质的变化是其具备超常的应用价值的关键，其中物其具备超常的应用价值的关键，其中物理性能很

8、重要理性能很重要典型应用举例典型应用举例纳米材料的磁性能及纳米材料的磁性能及其应用其应用电脑软盘电脑软盘工作中的电脑工作中的电脑Fe高性能磁记录材料高性能磁记录材料轴承附磁力线的轴承Ni Co Fe磁流体磁流体纳米磁性载体纳米磁性载体免疫磁珠分离骨髓中癌细胞的原理示意图 高性能纳米磁珠与细胞分离技术简介高性能纳米磁珠与细胞分离技术简介磁性纳米磁珠是磁性纳米磁珠是具有高分子微球的一般具有高分子微球的一般性质性质，表面可以结合多种功能分子满足表面可以结合多种功能分子满足不同要求不同要求，在磁场作用下可定向运动到在磁场作用下可定向运动到特定部位特定部位，或迅速从周围介质中分离出或迅速从周围介质中分离

9、出来。这些性能使其在固定化酶、免疫测来。这些性能使其在固定化酶、免疫测定、细胞的分离与分类和亲和色谱中显定、细胞的分离与分类和亲和色谱中显示出巨大的应用前景。在肿瘤、癌症等示出巨大的应用前景。在肿瘤、癌症等一些疾病的治疗中具有很高的应用价值。一些疾病的治疗中具有很高的应用价值。肿瘤早期诊断试剂盒纳米磁性微球与单抗结合的高灵敏度细胞分离技术高空飞行的高空飞行的F117F117雷达雷达检测系统检测系统FeCo吸波材料吸波材料纳米材料的力学性能纳米材料的力学性能及其应用及其应用Ceramic NanoparticlesNet shape forming via consolidated nanopa

10、rticles(courtesy of NanophaseTechnologies Corporation).CONSOLIDATED NANOSTRUCTURESNanostructured Hard MaterialsUses for consolidated nanostructured hard materials:nanocomposite microtwist drill bit(top)compared to conventional product after wear for the same use time(courtesy Nanodyne Inc.).It has b

11、ecome possible during the past decade to create cemented carbide nanocomposites,such as WC/Co and TiC/Fe,that have considerably enhanced hardness,fracture toughness,and wear resistance compared to their conventional grain size counterparts that are widelyused in the manufacture of machine tools,dril

12、l bits,and wear parts.CONSOLIDATED NANOSTRUCTURES纳米材料的热性能及其纳米材料的热性能及其应用应用纳米材料的导热性能纳米材料的导热性能绝缘散热材料：纳米氧化铝与高分子材料绝缘散热材料：纳米氧化铝与高分子材料 的复合，用于电子元器件的散热的复合，用于电子元器件的散热纳米材料的绝热性能纳米材料的绝热性能超薄绝热涂层：纳米氧化锆，用于航超薄绝热涂层：纳米氧化锆，用于航天、航空等天、航空等纳米材料的电性能及纳米材料的电性能及其应用其应用手机手机手机电池手机电池Fe高性能电极材料高性能电极材料电致流变电致流变航空航天、汽车的无摩擦、高响应离合航空航天、汽车

13、的无摩擦、高响应离合纳米碳包镍、纳米氧化物粉体纳米碳包镍、纳米氧化物粉体敏感元件、阵列与元件封装敏感元件、阵列与元件封装气敏元件的气敏元件的应用应用环境保护（空气、土地、水污染的检测）质量控制（饮料、食品、烟草质量监控）消防（煤矿、油田、油库、建筑物报警）航空航天（发动机控制、机舱环境监测）汽车（发动机控制、排气质量监测）安全（公安、海关检测）临床诊断（人体呼吸及排泄物气味检测）化工控制（药品、化肥、化工材料的生产）等。气体传感器类型的研究传感器类型检测原理代表性材料金属氧化物半导体(MOS)电阻式气体吸附、电阻变化SnO2、ZnO、Fe2O3、WO3非电阻式二极管型、MOSFETPd、Pt栅

14、极有机半导体气敏传感器电阻、介电常数变化酞氰类聚合物、聚吡咯、聚苯胺固体电解质离子传导ZrO2、Nafion接触燃烧式燃烧/氧化燃烧Pt光学式光谱吸收、荧光、光纤化学材料石英谐振式（QCM)谐振频率酞氰类聚合物、聚乙烯亚胺声表面波式（SAW)声波传播速度和频率聚异丁烯、氟聚多元醇ZnO粉末制备的厚膜粉末制备的厚膜对蒸气的敏感度与工对蒸气的敏感度与工作温度的关系作温度的关系(a）针状纳米针状纳米ZnO；(c）市售市售ZnO 采用纳米材料与技术采用纳米材料与技术大幅度提高敏感元件大幅度提高敏感元件的敏感度、降低工作的敏感度、降低工作温度。温度。纳米材料的光学性能及纳米材料的光学性能及其应用其应用太

15、阳光紫外线分析图紫外线屏蔽紫外线屏蔽Two concepts for solar energy conversion:nanomaterials leading to direct conversionor chemical production:(a)light-emitting nanocrystal CdSe diode in a conductingorganic matrix;(b)photochemical Gratzel cell of optically excited charged dyes.纳米光催化技术纳米光催化技术我们的技术我们的技术纳米光催化涂层技术（光触媒）纳米光

16、催化涂层技术（光触媒）纳米光催化空气净化机纳米光催化空气净化机 低成本：四氯化钛低温沉淀法低成本：四氯化钛低温沉淀法 高效率：纳米粒子平均粒度高效率：纳米粒子平均粒度2nm 液相捕集技术液相捕集技术 安安 全：中性、水基、纯无机组分全：中性、水基、纯无机组分纳米光触媒微观照片纳米光触媒微观照片液相捕集型纳米光催化消毒机液相捕集型纳米光催化消毒机关于纳米产业关于纳米产业纳米纳米产业发展的初级阶段出现的问题扰乱了政府、科技界、投资界和公众对一个伟大的、足以影响我们民族命运的技术产业作出正确的认识和判断，神化论、怀疑论、未来时论以跳跃的方式出现在我们眼前、影响我们的思维。其实，纳米技术是一个庞大的、多层次的战略性技术领域，绝不能简单的视作一项单一技术，纳米产业也是如此，它是一个多层次的体系，发展要有一个逐层推进的历程，我们应对此有着科学、客观的认识。学科层次产业层次跨度产业化时间与状况任意形态纳米材料提升传统产业竞争力和附加值1部分技术已产业化，5年内的产业化重点特殊形态纳米材料同上2部分技术已产业化，5年内的产业化重点表面修饰特殊形态纳米材料同上3部分技术已较为成熟，10年内产业化任意形态