第一篇：納米科技論文

納米材料的制備和應(yīng)用

名字：柯大黑

湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院11應(yīng)化班

摘要：納米科學(xué)是一門新興的而且很有發(fā)展前景的自然科學(xué)，縱觀21世紀(jì)，凡是重視納米科學(xué)的研究及發(fā)展的國家，現(xiàn)在都成為了發(fā)達(dá)國家，如美國、英國等發(fā)達(dá)國家。在21世紀(jì)，我們更應(yīng)該重視納米科學(xué)的研究在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中的作用。納米技術(shù)的進(jìn)步，不僅僅能提高我們國家的經(jīng)濟(jì)地位和國防地位，更能提高人民的生活水平和身體素質(zhì)水平；因?yàn)榧{米技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，覆蓋了社會中的很多方面，如國防、醫(yī)療、化工、光電、微電子、電力、信息、陶瓷工藝、涂料、環(huán)境監(jiān)測等方面。當(dāng)今的世界競爭非常激烈，一個國家科學(xué)的進(jìn)步能讓這個國家處于有利的世界地位。從最近幾年美國發(fā)動的伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭可以看出科學(xué)技術(shù)在軍事中重要作用，所以被美國欺負(fù)的伊朗致力于核武器的研究。美國之所以成為世界霸主，是因?yàn)樗茖W(xué)技術(shù)非常先進(jìn)，納米技術(shù)的研究和應(yīng)用也世界一流的。所以作為21世紀(jì)的青年，我們應(yīng)該對此加以重視。

關(guān)鍵詞：納米科學(xué)產(chǎn)生背景 納米尺度

特殊性質(zhì) 制備 應(yīng)用

在充滿活力的21世紀(jì)，信息、生物、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造、國防等領(lǐng)域的高速發(fā)展對材料提出了新的需求和挑戰(zhàn)，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸?shù)葘Σ牧系某叽缫笤絹碓叫。阅芤蟪潭仍絹碓礁?；航空航天、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)等對材料的性能要求有時甚至高于材料本身。為了滿足各個領(lǐng)域?qū)Σ牧系母叨刃枨?，納米技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。而且很快作為一門新興學(xué)科，得到全球范圍的廣泛關(guān)注。

1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者理查德·費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢想。1991年，美國科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量僅為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱之為“超級纖維”。這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度； 1999年，納米產(chǎn)品的年營業(yè)額達(dá)到500億美元。2000年3月，美國政府向全世界公布了納米技術(shù)的啟動計劃，至此，也表明納米技術(shù)將引發(fā)21世紀(jì)新的工業(yè)革命。

納米（nanometer）是一個長度單位，用nm表示。1納米等于十億分之一米即1nm=10^-9m。形象地說，一納米的球體就相當(dāng)于一個乒乓球跟地球比較，由此可見納米有多小了。

納米材料有如下這些特殊性質(zhì)

力學(xué)性質(zhì) 高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發(fā)生，這就是納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。

磁學(xué)性質(zhì) 目前巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復(fù)合納米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低3個數(shù)量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數(shù)

１

量級。

電學(xué)性質(zhì) 由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。并根據(jù)低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進(jìn)展，已經(jīng)成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

熱學(xué)性質(zhì) 納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有強(qiáng)烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能。

光學(xué)性質(zhì) 納米粒子的粒徑遠(yuǎn)小于光波波長。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應(yīng)和光過濾中應(yīng)用廣泛。由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測器材料。

納米材料不僅性質(zhì)特殊而且制備也很特殊，制備有如下這些方法： 1.物理方法：

1.1.真空冷凝法：

用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后聚冷。其特點(diǎn)純度高，結(jié)晶組織好,粒度可控，但技術(shù)設(shè)備要求高。

1.2.物理粉碎法：

通過機(jī)器粉碎，電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點(diǎn)是操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。

1.3.機(jī)械球磨法：

采用球磨方法，控制適當(dāng)?shù)臈l件得到純元素、合金或復(fù)合材料的納米粒子。其特點(diǎn)是操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。2.化學(xué)方法：

2.1.氣象沉積法：

利用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料，其特點(diǎn)是產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。

2.2.沉淀法

把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點(diǎn)簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備氧化物。

2.3.水熱合成法

高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，在經(jīng)分離和熱處理得到納米粒子。其特點(diǎn)是純度高，分散性好，粒度易控制。

2.4.溶膠凝膠法

金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低溫?zé)崽幚矶杉{米粒子。其特點(diǎn)是反應(yīng)物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制，適于氧化物和ＩＩ～VI族化合物的制備。

2.5.微乳液法

兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成

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核、聚集、團(tuán)聚、熱處理后得到納米粒子。其特點(diǎn)是單分散和界面性較好。納米材料的大量制備，當(dāng)然是為了應(yīng)用，以下是納米材料在幾個方面上的應(yīng)用。

納米材料在陶瓷方面的應(yīng)用。

陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出非常好的韌性與延展性。

通過納米改性金屬陶瓷成分與不改性的相同金屬陶瓷成分的實(shí)驗(yàn)證明，在成分相同的情況下，改性金屬陶瓷的機(jī)械物理性能均高于不改性的金屬陶瓷，達(dá)到了納米改性既提高強(qiáng)度又提高硬度的目的；金屬陶瓷具有良好的耐磨耐高溫的性能。

納米材料在皮革中的應(yīng)用。

納米復(fù)合材料由于具有優(yōu)良的物理、力學(xué)和化學(xué)性能，所以應(yīng)用到皮革中。丙烯酸樹脂作為一種皮革鞣劑，有選擇填充性好，增強(qiáng)作用強(qiáng)，成革柔軟性好等優(yōu)點(diǎn)。皮革制品不能經(jīng)常洗滌，所以其自身的防霉性和抗菌性能就顯得尤為重要。納米抗菌劑主要分為金屬抗菌劑和光催化型抗菌劑。其中金屬抗菌劑可以防發(fā)霉。

納米材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。

醫(yī)學(xué)上,納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細(xì)，并在尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。將藥物儲存在碳納米管中，并通過一定的機(jī)制來激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。

現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中隨著細(xì)菌耐藥性和抗藥性的不斷增加和復(fù)雜化，使傳統(tǒng)抗菌劑的弊端日益突出，這就需要研發(fā)新型的抗菌物質(zhì)。抗菌納米藥物由于具有更大的比表面積和表面電荷密度，對細(xì)菌有較強(qiáng)的抗菌作用，因而成為許多藥物的替代品。

納米材料在環(huán)保方面的應(yīng)用。

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，越來越多的新型材料被用于處理各種污染物。尤其是納米技術(shù)的進(jìn)步，使得納米材料在環(huán)保領(lǐng)域也有了很廣泛的應(yīng)用。其中應(yīng)用

３

[1

最多的就是Ti02納米材料。利用Ti02納米材料光催化可降解其他的方法難以降解的物質(zhì)，可用于燃料廢水、農(nóng)藥廢水、表面活性劑，氯代物、氟里昂等廢水的處理，還可用以處理無機(jī)廢水等。納米Ti02表面活性羥基等具有非常高的反應(yīng)活性，它不但能礦化其表面附著的有機(jī)物，而且能與其表面附著的細(xì)菌的組成成分(也是有機(jī)物)進(jìn)行劇烈的反應(yīng)，從而具有殺菌能力。不但能殺死細(xì)菌，而且能徹底礦化細(xì)菌尸體，有效消除其殘留(毒)物和細(xì)菌分泌物，本身又不夾帶污染，無毒無害而且成本低[19]。納米Ti02涂層還可以用于空氣凈化，[其在紫外線照射下可分解房問內(nèi)的新建材、黏接劑等產(chǎn)生的甲醛，吸煙產(chǎn)生的乙醛，家庭灰塵產(chǎn)生的硫醇等有機(jī)異臭，還可分解油污及其它有機(jī)物等。

小結(jié)：

2l世紀(jì)是納米技術(shù)的時代，納米材料的應(yīng)用涉及到各個領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對人類社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。

參考文獻(xiàn)：

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11.魏方芳．納米材料的研究及應(yīng)用[J]．化學(xué)工程與裝備，2007,3：38-40．

５

第二篇：納米科技論文

納米科技

——基于老師的納米科技課程

納米技術(shù)，作為將來新產(chǎn)業(yè)革命的一門科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。

簡介

納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué),主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21 世紀(jì)將是納米技術(shù)的時代,隨著其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展,納米材料在諸多領(lǐng)域?qū)玫饺找鎻V泛的應(yīng)用,在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文主要介紹納米材料，納米科技的基本概念，分類以及各種納米科技在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用。闡述納米技術(shù)的發(fā)展趨勢。

納米技術(shù)（nanotechnology）是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結(jié)合的產(chǎn)物，納米科學(xué)技術(shù)又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，例如：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計量學(xué)等。

納米技術(shù)(nanotechnology），也稱毫微技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)，即納米材料。納米材料是指晶粒尺寸為納米級(10-9米)的超細(xì)材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般為100一102nm。它包括體積分?jǐn)?shù)近似相等的兩個部分:一是直徑為幾個或幾十個納米的粒子;二是粒子間的界面。前者具有長程序的晶狀結(jié)構(gòu)，后者是既沒有長程序也沒有短程序的無序結(jié)構(gòu)。納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。納米材料的用途很廣，主要用途有：醫(yī)藥使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細(xì)，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。家電 用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用為作電冰箱、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。電子計算機(jī)和電子工業(yè) 可以從閱讀硬盤上讀卡機(jī)以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機(jī)在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。環(huán)境保護(hù) 環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能夠?qū)@些制劑進(jìn)行過濾，從而消除污染。機(jī)械工業(yè) 采用納米材料技術(shù)對機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。

納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等。這七個相對獨(dú)立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度的檢測與表征這三個研究領(lǐng)域。納米材料的制備和研究是整個納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。

從迄今為止的研究來看，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念：

第一種，是1986年美國科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機(jī)器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念，可以使組合分子的機(jī)器實(shí)用化，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)還未取得重大進(jìn)展。

第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限。也就是通過納米精度的“加工”來人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級的加工技術(shù)，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)到極限?，F(xiàn)有技術(shù)即使發(fā)展下去，從理論上講終將會達(dá)到限度，這是因?yàn)?，如果把電路的線幅逐漸變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得極薄，這樣將破壞絕緣效果。此外，還有發(fā)熱和晃動等問題。為了解決這些問題，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。

第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。本來，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級的結(jié)構(gòu)。DNA分子計算機(jī)、細(xì)胞生物計算機(jī)的開發(fā)，成為納米生物技術(shù)的重要內(nèi)容。

納米科技的發(fā)展

其發(fā)展歷史可分為下面幾個階段。

納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當(dāng)時在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個新的想法。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。費(fèi)曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進(jìn)行組裝，以達(dá)到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性?！?/p>

70年代，科學(xué)家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想，1974年，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工；

1982年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡，為我們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用；掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門以0.1到100納米長度為研究分子世界，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。因此，納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。

1990年，納米技術(shù)有了關(guān)鍵突破。IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對單個的原子進(jìn)行了重排，納米技術(shù)取得一項關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了IBM三個字母。這證明費(fèi)曼是正確的，二個字母加起來還沒有3個納米長。不久，科學(xué)家不僅能夠操縱單個的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術(shù)，科學(xué)家們學(xué)會了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計算機(jī)硬盤讀寫頭使用的就是這項技術(shù)。著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者理查德· 費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢想。

1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生；

1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)，諾貝爾化學(xué)獎得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開關(guān)以及納米級電子線路等；

1993年，繼1989年美國斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫”下斯坦福大學(xué)英文、1990年美國國際商用機(jī)器公司在鎳表面用36個氙原子排出“IBM”。

1997年，美國科學(xué)家首次成功地用單電子移動單電子，利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計算機(jī)；

1999年，巴西和美國科學(xué)家在進(jìn)行納米碳管實(shí)驗(yàn)時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當(dāng)于一個病毒的重量；此后不久，德國科學(xué)家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀(jì)錄；

1999年，納米技術(shù)逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達(dá)到500億美元； 我國納米技術(shù)的研究始于80年代，納米材料研究起步較早，其次是納米材料和結(jié)構(gòu)的表征，納米器件以及納米藥物。在國家科技部、中國科學(xué)院、國家自然基金委員會和國家教育部等部門的大力支持下，起動了國家級重大項目10多項，地方政府和企業(yè)家的介入，納米實(shí)用化技術(shù)和納米材料應(yīng)用技術(shù)得到了有效發(fā)展。目前已有幾百家公司參與了納米材料技術(shù)的研發(fā)，已有一些產(chǎn)品開始進(jìn)入市場。過去的10多年，在納米材料的制造技術(shù)取得了長足進(jìn)步，在國際上有一定地位。

近年來，一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計劃的研發(fā)重點(diǎn)；德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng)；美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元。中國也將納米科技列為中國的“973計劃”，其間涌出了像“安然納米”等一系列以納米科技為代表的高科技企業(yè)。

納米科技的應(yīng)用

納米科技的利用非常廣泛，尤其在機(jī)械方面的應(yīng)用，給機(jī)械的發(fā)展輸入了心的血液！納米技術(shù)在微機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用及其廣泛。隨著納米技術(shù)應(yīng)用途徑的不斷拓寬，微機(jī)械的開發(fā)在全世界方興未艾。例如，進(jìn)入人體的醫(yī)療機(jī)械和管道自動檢測裝置所 需的微型齒輪、電機(jī)、傳感器和控制電路 等。制造這些具有特定功能的納米產(chǎn)品，其 技術(shù)路線可分為兩種：一是通過微加工和 固態(tài)技術(shù)，不斷將產(chǎn)品微型化；二是以原 子、分子為基本單元，根據(jù)人們的意愿進(jìn)行 設(shè)計和組裝，從而構(gòu)筑成具有特定功能的 產(chǎn)品。納米技術(shù)在微機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用主要分為兩種：1；采用微加工技術(shù)制造納米機(jī)械（1）微細(xì)加工。（2）微型機(jī)器人。（3）微型電機(jī)。；2 采用自組裝技術(shù)制造納米機(jī)械（1）生物器件。（2）納米分子電動機(jī)。

納米技術(shù)在包裝機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用也進(jìn)入關(guān)鍵時期。采用納米材科技術(shù)對包裝機(jī)關(guān)鍵零部 件（如軸承、齒輪、彈簧等）進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高設(shè)備的耐磨性、硬度和壽命。碳納米管還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較高的熱導(dǎo)率。由于具有非常大的長度—直徑比，可以制造出任何復(fù)雜形狀的零件，是復(fù)合材料理想的增強(qiáng)纖維。目前，用價格低廉的納米塑料制成的齒輪、陶瓷軸承、納米陶瓷蚊輥、電雕輥等印刷包裝機(jī)械零件已走進(jìn)企業(yè)，開始代替金屬材料?，F(xiàn)代膠印機(jī)上應(yīng)用著很多傳感器．如控制飛達(dá)紙堆的自動升降、氣泵供氣時間檢測、合壓時間檢測、空張檢測、墨量控制等。納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的 強(qiáng)度及較強(qiáng)的韌性可用于制造刀具、包裝 和食品機(jī)械的密封環(huán)、軸承等以提高其耐 磨性和耐蝕性，也可用于制作輸送機(jī)械和 沸騰干燥床關(guān)健部件的表面涂層。

納米技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的發(fā)展前景非常廣闊。

（1）機(jī)械及汽車工業(yè)的滑配原件如：軸承、滑軌上應(yīng)用納米陶瓷鍍膜能產(chǎn)生超底的磨擦界面，大大減低磨損并能提高負(fù)載。

（2）塑膠流道的低粘應(yīng)用：例如T型模、拉絲模，套筒和熱膠道，可有效減少積料碳化的產(chǎn)生幾率。

（3）射出成型時發(fā)生的粘模、包封短射、鏡面霧化及拖痕均具有革命性的改善，尤其是在滑塊及頂針上所展現(xiàn)的干式潤滑，更是任何金屬所無法表現(xiàn)的優(yōu)異性。

（4）IC封裝膠、橡膠及發(fā)泡塑料由于具有極高的粘著性，因此必須借助大量脫 模劑來幫助脫模，納米陶瓷的荷葉效應(yīng)可減少脫模劑的使用及模具清理時間。

（5）納米陶瓷的低摩擦、低沾粘特性使塑膠在模具內(nèi)的流動性大幅提升，特別是高精度模具例如薄光板、塑膠鏡片、汽車聚 光燈罩等模具應(yīng)用后對產(chǎn)品的不良率上均有明顯的改善。

納米技術(shù)的高速發(fā)展對機(jī)械行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，首先是納米材料近10 年的迅速發(fā)展，為機(jī)械行業(yè)從宏觀向微觀制造發(fā)展提供了可能。目前納米粉(即納米顆粒)、納米復(fù)合材料、納米結(jié)構(gòu)材料體系，創(chuàng)造了很多新材料，為電子、生物、能源、信息新產(chǎn)品的開發(fā)，提供了可能，這就給機(jī)械行業(yè)帶來了廣泛的市場前景，需要從事制造的科學(xué)工作者去研究如何發(fā)揮新材料的特性，根據(jù)市場需求，設(shè)計制造出新產(chǎn)品。特別是我國納米材料的研究處于國際先進(jìn)水平，在某些領(lǐng)域還處于前列，這更為我國在新的產(chǎn)業(yè)革命競爭中提供了制勝的機(jī)遇。其次，納米技術(shù)還對制造方法，工藝與手段帶來巨大沖擊。以往的制造模式 是從大往小去做產(chǎn)品，以去除工藝為主?，F(xiàn)在，有可能從小往大去做產(chǎn)品，可以從納米尺度往上增加去做零件或產(chǎn)品。以往是以硬物質(zhì)為主，現(xiàn)在軟物質(zhì)也占重要地位。軟物質(zhì)就是以微弱作用力就可改變其形狀與特性的物質(zhì)。隨著納米技術(shù)在各個領(lǐng)域的深入研究，將會有更多更新的制造方法工藝和手段的出現(xiàn)。

“展望”納米新生活：我認(rèn)為最具有發(fā)展前景的是納米機(jī)器人。在發(fā)生戰(zhàn)爭是具有特殊使命的納米間諜被散播到敵方或競爭對手中去，它們的任務(wù)是偵察敵情和搜集情報。當(dāng)然，在治病時納米機(jī)器人也會大顯身手。這些機(jī)器人比血紅細(xì)胞還要小，它們各司其職：有的負(fù)責(zé)監(jiān)視病情，有的負(fù)責(zé)向特定的部位傳輸藥物，有的則負(fù)責(zé)清除病毒、血栓、垃圾等有害物質(zhì)。在制造某些精密的東西時，納米機(jī)器人也會貢獻(xiàn)自己的一份力量，把一切的不可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

結(jié)束語

隨著時間的發(fā)展，納米技術(shù)在人類的生活會越來越廣泛，人們在探索納米世界的過程中也會發(fā)現(xiàn)各種各樣的奇異事件，我相信，在納米技術(shù)的幫助下，人類社會會因此變得更加美好，但是也會出現(xiàn)一系列的問題，只有各國互相理解，互相幫助，趨利避害，納米科技才能真正的造福人類。

第三篇：納米科技論文

納米科技的發(fā)展及應(yīng)用

摘 要：納米科技是近期發(fā)展起來的新興科學(xué)領(lǐng)域,它正在化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和電子工程學(xué)的交叉領(lǐng)域形成,而且不斷有新的發(fā)現(xiàn)和突破。本文論述了國內(nèi)外納米科技研究現(xiàn)狀，闡釋了納米科技發(fā)展的過程，同時闡述了納米科技在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、通信等方面的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：納米科技；納米材料；納米通信引言

納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末期誕生并迅速崛起的新技術(shù),它的基本涵義是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子,創(chuàng)造新物質(zhì)。納米(nm)是一個長度單位,納米體系(通常界定為1～100nm的范圍)就在其中。這一體系既不完全適合于描述宏觀領(lǐng)域的牛頓經(jīng)典力學(xué)規(guī)律,又不完全適合于描述微觀領(lǐng)域的量子力學(xué)規(guī)律,它表現(xiàn)出了許多獨(dú)特的性能,需要用全新的理論、方法和表征手段在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識和改造自然,這就是納米科技。2 中國納米科技的研究現(xiàn)狀

中國是世界上少數(shù)幾個最先開展納米科技研究的國家之一。20世紀(jì)80年代中期，中國開始資助納米材料研究和納米技術(shù)儀器裝備研制，目前中國的納米科技基礎(chǔ)研究已在國際上占有一席之地。1982年發(fā)明的掃描隧道顯微鏡和1986年發(fā)明的原子力顯微鏡(是納米測量表征上的一個里程碑，標(biāo)志著納米科技從概念階段，進(jìn)入到實(shí)質(zhì)性研究階段。納米科技的技術(shù)優(yōu)勢

在納米研究快速發(fā)展的基礎(chǔ)上,納米在工業(yè)、能源、醫(yī)學(xué)和環(huán)境等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用研究也愈加廣泛和深入,推動著納米科技自身的 1 / 3

發(fā)展和相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,主要表現(xiàn)在:(1)納米材料綠色制版技術(shù)是傳統(tǒng)印刷行業(yè)的重大技術(shù)革新;(2)染料敏化納米結(jié)構(gòu)電池極有可能取代傳統(tǒng)硅系太陽能電池,成為未來太陽能電池的主導(dǎo);(3)大面積單晶硼納米線有可能成為柔性的顯示材料;(4)基于納米半導(dǎo)體材料的智能透明隔熱薄膜使玻璃變更節(jié)能;(5)新型納米纖維織造的“智能布”可利用人體運(yùn)動產(chǎn)生電力;(6)碳納米管制成的細(xì)胞“嗅探器”,能夠探測活細(xì)胞中的致癌毒素或追蹤癌癥藥物的效用,可用于化療監(jiān)測;(7)基于碳納米管與氟化共聚物的可導(dǎo)電橡膠向制造可變形電路邁出重要一步。納米科技的廣泛應(yīng)用

5〃2 納米科技將在醫(yī)學(xué)更廣泛應(yīng)用

通過納米級微型探測器可以大幅提高醫(yī)學(xué)診斷和疾病檢測精度,同時納米顆粒還可以實(shí)現(xiàn)靶向分子治療目前基于發(fā)現(xiàn)腫瘤標(biāo)志物并快速表達(dá)的微陣列芯片、納米碳管等技術(shù)已顯示出非常好的應(yīng)用前景。

5〃4 納米科技在未來通信技術(shù)上的應(yīng)用

通信技術(shù)是現(xiàn)代信息社會的重要技術(shù)支撐，在人們的社會生活中發(fā)揮著重要的、不可替代的作用。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從材料、器件、信息傳輸、信息處理、信息顯示、終端通信產(chǎn)品等多個方面為未來通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展展示了全新的技術(shù)，正引領(lǐng)未來通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是納米科技對未來的電子信息技術(shù)將產(chǎn)生十分重要的促進(jìn)作用。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機(jī)械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

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參考文獻(xiàn)

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第四篇：納米科技論文

納米科技課程論文

題

目 姓

名 專業(yè)

碳納米管性質(zhì)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

學(xué)

2008306202143 鄭亞莉

會計0803

號

二○一零 年 五 月

碳納米管性質(zhì)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

碳是自然界分布非常普遍的一種元素。碳元素最大的特點(diǎn)之一是存在著眾多的同素異形體，形成許許多多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。長期以來，人們一直認(rèn)為碳的晶體只有兩種：石墨和金剛石。直到1985年，英國科學(xué)家Kroto和美國科學(xué)家Smalley在研究激光蒸發(fā)石墨電極時發(fā)現(xiàn)了碳的第三種晶體形式C60，從此開啟人類對碳認(rèn)識的新階段。1991年，日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電鏡專家S.Lijima在用電子顯微鏡觀察石墨電弧法制備富勒烯產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)了一種新的碳的晶體結(jié)構(gòu)--碳納米管(CarbonNanotubes，CNTs)，自此開辟了碳科學(xué)發(fā)展的新篇章，也把人們帶人了納米科技的新時代。

碳納米管的結(jié)構(gòu)，形象地講是由含六邊形網(wǎng)格的石墨片卷曲而成的無縫納米級圓筒，兩端的“碳帽”由五邊形或七邊形參與封閉，根據(jù)石墨片層數(shù)的不同，碳納米管可分為單壁管和多壁管。由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米，甚至毫米量級)，它表現(xiàn)為典型的一維量子材料，并具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)性能。碳納米管在制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用等方面引起了物理學(xué)、化學(xué)和材料學(xué)等科學(xué)家的極大興趣，均取得了重大的成果。近幾年來，隨著碳納米管及納米材料研究的不斷深入，其廣闊應(yīng)用前景也不斷顯現(xiàn)出來。

1碳納米管的結(jié)構(gòu)和性能

碳納米管可以看作是石墨片繞中心軸按一定的螺旋角度卷繞而成的無縫圓筒，碳原子間是sp2雜化，它具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征，管徑在0.7-30nm之間，長度為微米量級，管身是由六邊形碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)，兩端由富勒烯半球形端帽封口。

碳納米管的螺旋度通常用螺旋矢量Ch=na1+ma2表示，其數(shù)值等于碳納米管的周長，其中n，m為整數(shù)，a1、a2是石墨晶格的基矢(圖1)。在二維石墨晶片上，給定一組(n，m)便確定了一個矢量Ch。另一個重要參量是Ch與a1，間夾角θ，稱為手性角。當(dāng)n=m，θ=30°時，稱其為扶手椅形碳納米管；當(dāng)m=0，θ=0°時，稱其為鋸齒形碳納米管；而當(dāng)0°<θ<30°時形成的所有其他類型均是手性碳納米管(圖2)。因此碳納米管的結(jié)構(gòu)參數(shù)都可以由(n，m)這對整數(shù)來表示，同時隨著直徑和螺旋角的不同可以表現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性。

碳納米管具有最簡單的化學(xué)組成及原子結(jié)合形態(tài)，卻展現(xiàn)了最豐富多彩的結(jié)構(gòu)以及與之相關(guān)的物理、化學(xué)等性能。碳納米管的碳原子之間以自然界最強(qiáng)C-C化學(xué)鍵相結(jié)合，它的強(qiáng)度是鋼的100倍，而密度僅僅是鋼的1/6，具有很高的軸向強(qiáng)度、韌性和彈性模量，楊氏模量與金剛石相當(dāng)，約為1TPa，彈性應(yīng)變最高可達(dá)12%。碳納米管和石墨一樣具有良好的導(dǎo)電性能，隨著螺旋矢量(n，m)的不同，碳納米管的能隙寬度可以從零變化到與硅相等，導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間。由于電子的量子限域所致，電子只能在石墨片中沿著碳納米管的軸向運(yùn)動，因此碳納米管表現(xiàn)出獨(dú)特的電學(xué)性能。碳納米管尖端具有納米尺度的曲率半徑，在相對較低的電壓下就能夠發(fā)射出大量的電子，因此碳納米管呈現(xiàn)出優(yōu)良的場致發(fā)射特性。碳納米管軸向?qū)嵯禂?shù)高達(dá)6 600W/(m·K)，為自然界已知材料中最高，是電子設(shè)備中最高效的散熱材料。另外，碳納米管具有獨(dú)特的輝光效應(yīng)、電致發(fā)光特性和光致發(fā)光效應(yīng)等性能。碳納米管還具有光學(xué)和儲氫等其他良好的性能,正是這些優(yōu)良的性質(zhì)使得碳納米管被認(rèn)為是理想的聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。

3碳納米管的應(yīng)用

碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及與之相關(guān)的力學(xué)、電子特性及化學(xué)性能，必然決定了它在物理、化學(xué)、信息技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、能源技術(shù)、生命及醫(yī)藥科學(xué)等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.1碳納米管復(fù)合材料

碳納米管全部由碳原子組成，缺陷少、密度低，具有很高的軸向強(qiáng)度和剛度，其性能優(yōu)于通用級炭纖維，被看作是理想的復(fù)合材料增強(qiáng)相。利用碳納米管具有極好的導(dǎo)電特性、電致發(fā)光和長徑比值達(dá)104等其他性能，可制備導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。碳納米管復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車(剎車片、保險杠)、航空、航天、船舶、文體用品(釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍)、土木建筑(水泥復(fù)合材料、輕量材)、機(jī)械(彈簧、螺旋桿等)等方面。此外，添加碳納米管可提高聚合物的導(dǎo)電性。由于碳納米管直徑小且導(dǎo)電，在紡織品中添加微量碳納米管，既可以防止靜電的產(chǎn)生，同時又不會影響紡織品的舒適性；經(jīng)化學(xué)修飾的碳納米管衍生物與聚合物共混紡制碳納米管復(fù)合纖維，其不僅具有導(dǎo)電或抗靜電性，還具有高的強(qiáng)度和模量，該類復(fù)合纖維制造的防彈衣可以有效保護(hù)整個人體，而不僅僅是前胸和后背；同時還能制作重量很輕的防輻射和抗沖擊太空服。

3.2電子材料及器件

碳納米管的電子結(jié)構(gòu)可以是金屬性質(zhì)，也可以是半導(dǎo)體性質(zhì)，取決于其直徑和螺旋度。因此不同直徑和螺旋度的碳納米管可以作為功能電子器件、微型電路的導(dǎo)線、最小的半導(dǎo)體裝置、納米級的晶體三極管、邏輯門和線路的連接件，應(yīng)用于微電子器件。碳納米管上極小的微?？梢砸鹛技{米管在電流中的擺動頻率發(fā)生變化，據(jù)此，美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授發(fā)明了精度在10-17kg的“納米秤”，能夠稱量單個病毒的質(zhì)量。2004年，韋進(jìn)全等發(fā)表了關(guān)于碳納米管作為燈絲的初步研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)碳納米管可以表現(xiàn)出顯著的電致發(fā)光性能，并提出了碳納米管燈泡的概念。2007年，美國加州大學(xué)伯克利分校成功研制出迄今為止世界上最小的碳納米管收音機(jī)，它集天線、調(diào)諧器、放大器和解調(diào)器于一身。

碳納米管的端部曲率半徑小，在電場中具有很強(qiáng)的局部增強(qiáng)效應(yīng)，可以用作場發(fā)射材料。作為場發(fā)射材料，碳納米管放大因子高，閾值場強(qiáng)可達(dá)1-3V/μm，比傳統(tǒng)的陰極陣列降低了3個數(shù)量級，用作場發(fā)射顯示器件(FED)時工作電壓低、功率小、亮度高、壽命長、穩(wěn)定性高、具有更寬闊的視覺和更快的響應(yīng)速度，大面積定向碳納米管薄膜的成功制備使得它用于平板顯示器件成為可能，具有CRT和LED難以全面實(shí)現(xiàn)的性能特點(diǎn)，并將在電視機(jī)、攝像機(jī)、可視電話、便攜式計算機(jī)和航空電子設(shè)備等儀表顯示屏方面獲得廣泛的應(yīng)用。日本已制出應(yīng)用該類技術(shù)的彩色電視機(jī)樣機(jī)，其圖象分辨率是目前已知其他技術(shù)所不可能達(dá)到的。

3.3醫(yī)學(xué)應(yīng)用

碳納米管以其極高的穩(wěn)定性、良好的生物相容性成為生物納米材料中的佼佼者，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也很令人期待。碳納米管管道合成是有機(jī)合成、生物化學(xué)和制藥化學(xué)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。碳納米管可在養(yǎng)料、藥品供給系統(tǒng)與細(xì)胞之間形成圓筒形的渠道，輸送肽、蛋白質(zhì)、質(zhì)粒DNA或寡核苷酸等物質(zhì)。碳納米管能促進(jìn)骨組織的修復(fù)生長，促進(jìn)神經(jīng)再生，減：外申經(jīng)組織瘢痕產(chǎn)生。碳納米管聲學(xué)傳感器可以用作“納米聽診器”，給醫(yī)生提供更快更準(zhǔn)確的診斷工具。此外，由碳納米管制成的微型納米鉗，有望成為科學(xué)家和醫(yī)生裝配納米機(jī)械和進(jìn)行微型手術(shù)的新工具。碳納米管用于極微細(xì)毛細(xì)血管的醫(yī)治或代替破損的毛細(xì)血管，可修復(fù)受損的毛細(xì)血管。碳納米管具有優(yōu)良的伸縮性，在較低電壓下可產(chǎn)生較大的機(jī)械拉伸，而且隨外加電壓的變化長度會發(fā)生規(guī)律性的伸展收縮，利用這種特性，制成人造肌肉纖維，不僅可用于人類肌纖維的移植和修復(fù)，還有望將來作為未來機(jī)器人的運(yùn)動構(gòu)件。

3.4其他方面的應(yīng)用前景 從結(jié)構(gòu)上看，碳納米管具備作為理想的電容器電極材料的所有性能，即結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好、比表面積大、微孔集中在一定范圍內(nèi)，可用于制備雙層超級電容器。碳納米管的層間距略大于石墨的層間距，充放電容量大于石墨，而且筒狀結(jié)構(gòu)在多次充放電循環(huán)后不會塌縮，循環(huán)性好，可用于鋰離子充電電池電極材料。碳納米管獨(dú)特的大比表面積、納米孔隙結(jié)構(gòu)，具有顯著的吸附性能，使其可用作儲氫材料。

最新的研究表明，碳納米管已經(jīng)被研究人員制成碳納米管顯微容器、納米齒輪、微型天線等，美國《發(fā)現(xiàn)》月刊報道利用碳納米管制作的“太空梯”將升向太空。碳納米管獨(dú)特的管狀結(jié)構(gòu)可為一維金屬納米材料的制備提供物理處理和化學(xué)反應(yīng)限制的平臺，是一種很好的模板?？衫锰技{米管的吸附性和尺寸效應(yīng)，作高難度的微區(qū)、放射性清潔及同位素分離。碳納米管具有納米級的內(nèi)徑，類似石墨的碳六元環(huán)網(wǎng)和大量未成鍵的電子，可選擇吸附和活化一些較惰性的分子(如NO，CO2等)，用作催化劑載體。碳納米管具有一些與貴金屬類似的催化功能，可望在一大批貴金屬催化反應(yīng)上得到應(yīng)用，這將在石化和化工產(chǎn)業(yè)界帶來不可估量的革新和效益。

4展望

目前，國際上對碳納米管的研究方興未艾，發(fā)現(xiàn)了很多的科學(xué)現(xiàn)象，對它的物理、化學(xué)、熱學(xué)和電子學(xué)等方面都有了較深刻的理解，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用領(lǐng)域都取得了重要進(jìn)展。碳納米管應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展將廣泛沖擊產(chǎn)業(yè)各界，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域里的研究已在全球范圍內(nèi)廣泛展開，例如：化妝品、醫(yī)藥品、消費(fèi)電器、衛(wèi)生、建筑、通信、安全以及空間探索等領(lǐng)域。當(dāng)前對碳納米管的研究仍處于基礎(chǔ)性階段，離大規(guī)模應(yīng)用還有待時日，但是隨著研究的不斷深入，其應(yīng)用正在加速朝商業(yè)化的方向邁進(jìn)，它在帶來深刻技術(shù)變革的同時，還給人類社會帶來巨大的財富。

第五篇：納米科技的論文

納米科學(xué)與技術(shù)

摘要納米技術(shù)是當(dāng)今世界最有前途也是世界上最熱的的決定性技術(shù)。本文簡要地概述納米尺度的四種效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，它們使得納米微粒在磁、光、電、敏感等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性?？茖W(xué)家們利用納米技術(shù)制作納米材料，并將納米材料按照材料的四種形態(tài)分為納米顆粒型材料、納米固體材料、納米膜材料和納米磁性液體材料。現(xiàn)今納米科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，在世界上取得眾多的舉世矚目的科技成果。本文還將就納米科技在力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、催化、敏感性能以及生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)行論述，并針對“納米尺度的四種效應(yīng)”、“幾種典型的納米材料”和“納米科技的應(yīng)用”的心得體會進(jìn)行簡要的介紹。

關(guān)鍵詞：納米尺度的效應(yīng)、納米材料、納米科技的應(yīng)用心得體會納米尺度的四種效應(yīng)

當(dāng)顆粒的尺寸大小縮小到1~100nm的時候，我們把這種微粒叫做納米粒子，也叫做超微顆粒，而此時的納米微粒具有四種比較特殊的效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。

1.1 小尺度效應(yīng)

當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長、電子的德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，其內(nèi)部晶體周期性邊界條件將被破壞的現(xiàn)象叫做小尺寸效應(yīng)。

關(guān)于小尺度效應(yīng)的一個有趣的現(xiàn)象是金銀鐵等金屬以及金屬以外的材料被制成超細(xì)粉末時它們的顏色一律都是黑色的。這個現(xiàn)象是1984年德國物理學(xué)家格萊特研究超細(xì)粉末時發(fā)現(xiàn)的。這是因?yàn)楫?dāng)材料的顆粒尺寸變小到小于光波的波長（1×10-7 m左右）時，它對光的反射能力變得非常低，大約低到小于1%，我們見到的納米材料便都是黑色的了。

1.2 表面效應(yīng)

表面效應(yīng)是指納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有很高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)納米粒子的粒徑接近于0時表面原子相對于全部原子數(shù)的比例將接近于100%。之后隨著納米粒子的粒徑的逐漸增大，表面原子數(shù)占全部原子數(shù)的比例也逐漸減小（見圖1）。這也就是說，納米粒子的粒徑越小，它的表面效應(yīng)就越顯著。例如金屬的納米粒子在空氣中會燃燒，無機(jī)的納米粒子暴露在空氣中會吸附氣體，并與氣體進(jìn)行反應(yīng)等。

1.3 量子尺度效應(yīng)

當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時，金屬費(fèi)米能級附近的電子能級出現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級（能帶理論）的現(xiàn)象和納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道（價帶）和最低未被占據(jù)的分子軌道能級（導(dǎo)帶），能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。

當(dāng)物質(zhì)為固體時，它由無數(shù)的原子構(gòu)成，每個單獨(dú)原子的能級就合并成能帶由于電子數(shù)目很多，能帶中能級的間距很小，看作是連續(xù)的。但是對于介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大（見圖2），這可以解釋固體的時候可以導(dǎo)電而變成納米粒子的時候卻成了絕緣體的現(xiàn)象和解釋大塊金屬、半導(dǎo)體、絕緣體之間的聯(lián)系與區(qū)別。1.4 宏觀量子隧道效應(yīng)

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應(yīng)。磁通量、磁場強(qiáng)度等都具有宏觀量子隧道效應(yīng)。

宏觀量子隧道效應(yīng)限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息貯存的時間極限。因?yàn)樵谥圃彀雽?dǎo)體集成電路時，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0.25微米。它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。當(dāng)微電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。幾種典型的納米材料

納米材料的分類有很多種方法，下面我們就主要按照形態(tài)的分類方法介紹納米材料。

2.1 納米顆粒型材料

應(yīng)用時直接使用納米顆粒的形態(tài)稱為納米顆粒型材料。納米顆粒型材料主要用于催化作用和儲存器件等方面。超微顆粒催化劑，利用高表面積比與活性可以顯著地提高催化效率，例如超細(xì)的鐵微粒作為催化劑可以在低溫將二氧化碳分解為碳和水。

錄音帶、錄像帶和磁盤等都是采用磁性顆粒作為磁記錄介質(zhì)。目前用金屬磁粉（20納米左右的超微磁性顆粒）制成的金屬磁帶、磁盤其記錄密度可達(dá)每厘米可記錄4百萬至4千萬的信息單元，與普通磁帶相比，它具有高密度、低噪音和高信噪比等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 納米固體材料

納米固體材料通常指由尺寸小于15 nm的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。由于納米固體材料具有巨大的顆粒間界面，從而使得納米材料具有高韌性。這可用于增加陶瓷的韌性，使納米陶瓷具有高硬度、耐磨、抗腐蝕、高韌性的特點(diǎn)。

一些復(fù)合納米固體材料被運(yùn)用到航天領(lǐng)域。含有20％超微鈷顆粒的金屬陶瓷是一種耐高溫材料，被用于制作火箭噴氣口。納米陶瓷和金屬的復(fù)合體可用于溫差達(dá)1000°C的航天飛機(jī)隔熱材料、核聚變反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料。

2.3 納米膜材料

納米膜材料中比較重要的一種是顆粒膜材料。它是指顆粒嵌于薄膜中所生成的復(fù)合薄膜，可以通過改變組份的比例方便地改變顆粒膜中的顆粒大小與形態(tài)，從而控制膜的特性。顆粒膜材料有諸多應(yīng)用: 作為光的傳感器，金顆粒膜從可見光到紅外光的范圍內(nèi)，光的吸收效率與波長的依賴性甚小，從而可作為紅外線傳感元件。三氧化二鉻顆粒膜對太陽光有強(qiáng)烈的吸收作用，可以有效地將太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；硅、磷、硼顆粒膜可以有效地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

2.4 納米磁性液體材料

納米磁性液體材料是由超細(xì)微粒包覆一層長鍵的有機(jī)表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。

由于納米磁性液體材料可以在外磁場作用下整體地運(yùn)動，所以它具有非常大的特殊的用途：

(1)旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封。用環(huán)狀的靜磁場將磁性液體約束于被密封的轉(zhuǎn)動部分，形成液體的“O”環(huán)，可以進(jìn)行真空、加壓、封水、封油等情況下的動態(tài)密封，目前已廣泛用于機(jī)械、電子、儀器、宇航、化工、船舶等領(lǐng)域。

(2)提高揚(yáng)聲器輸出功率。為了增進(jìn)揚(yáng)聲器中音圈的散熱，可在音圈部分填充磁性液體，由于液體的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣高5～6倍，從而使得在相同結(jié)構(gòu)的情況下，使揚(yáng)聲器的輸出功率增加1倍。

(3)各種阻尼器件。在步進(jìn)電機(jī)中滴加磁性液體，就可阻尼步進(jìn)電機(jī)的余振，使步進(jìn)電機(jī)平滑地轉(zhuǎn)動。用磁性液體所構(gòu)成的減震器可以消除極低頻率的振動。

(4)分離不同比重的非磁性金屬與礦物。物體在磁性液體中的浮力是隨著磁性液體的磁化狀態(tài)而改變的，因此可采用一梯度磁場，控制磁場的強(qiáng)弱就可以分離不同比重的非磁性金屬與礦物。納米科技應(yīng)用

隨著納米科技的研究及迅速發(fā)展，納米科技在力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、催化、敏感性能以及生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用也越來越廣泛。

3.1 納米粒子力學(xué)性能的應(yīng)用

談及納米粒子力學(xué)性動能的應(yīng)用就不得不提及陶瓷了。傳統(tǒng)陶瓷具有硬度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是同時質(zhì)地較脆、均勻性差、可靠性低、韌性、強(qiáng)度較差的特性限制了其廣泛的應(yīng)用?？茖W(xué)家們應(yīng)用納米科技研發(fā)成功的納米陶瓷（顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料）提高陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度與超塑性，因?yàn)榧{米超微粒制成的固體材料具有大的界面，界面原子的排列相當(dāng)混亂。原子在外力變形條件下容易遷移，因此表現(xiàn)出很好的韌性與一定的延展性（見圖3）。一些展銷會上的所謂“摔不碎的陶瓷碗”料制作的。

3.2 納米粒子磁學(xué)性能的應(yīng)用

納米顆粒材料具有尺寸小、高的矯頑力、巨磁電阻等性能，因此用于制備磁記錄器件和磁存儲元件等可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。

量子磁盤是磁納米發(fā)展的新方向－量子磁盤就是利用磁納米材料的儲存特性提高其儲存密度。

IBM的研究人員利用納米技術(shù)制作的硬盤(見圖4)是現(xiàn)在硬盤存儲容量的100倍。IBM發(fā)明的新材料的表面磁化顆粒更小，且排列均勻。較小的尺寸和均勻的結(jié)構(gòu)兩者有機(jī)地結(jié)合在一起就能進(jìn)一步提高磁性存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)密度。

3.3 納米粒子電學(xué)性能的應(yīng)用

納米顆?？梢詠碇谱鰧?dǎo)電漿料、絕緣漿料、電極、超導(dǎo)體、量子器件、靜電屏蔽材料、壓敏和非線形電阻。其中我們比較常見的納米粒子電學(xué)方面的應(yīng)用就是納米靜電屏蔽材料，由樹脂摻加碳黑噴涂而成，用有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子如Fe2O3、TiO2、ZnO做成涂料制作而成。由于具有較高的導(dǎo)電特性，能起到靜電屏蔽作用，可以運(yùn)用與包裝的生產(chǎn)過程中的靜電的消除，提高印刷的質(zhì)量與速度、制作防靜電涂料用于顯示器玻璃等材質(zhì)的防灰塵（見圖5）。

3.4 納米粒子光學(xué)性能的應(yīng)用

納米顆粒可表現(xiàn)出與大塊物體不同的光學(xué)特性，例如寬頻帶強(qiáng)吸收、藍(lán)移現(xiàn)象及新的發(fā)光現(xiàn)象，主要用于軍用飛機(jī)的隱身材料和化妝品的防紫外線。

軍用隱身材料：由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用。1991年伊拉克戰(zhàn)爭中現(xiàn)已退役的美軍F117美國F117隱形轟炸機(jī)

美國B2隱形轟炸機(jī)

隱型轟炸機(jī)（見圖6）和美國B2隱型轟炸機(jī)（見圖7）表面就涂有這類型隱形材料。

防紫外線的化妝品：將納米TiO2粉體加到化妝品中，可有效地遮蔽紫外線，避免人體皮膚被紫外線過度灼傷。

3.5 納米粒子催化性能的應(yīng)用

納米粒子表面原子所占體積百分?jǐn)?shù)大，表面鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，原子配位不全等導(dǎo)致表面的活性點(diǎn)增加等特性使得它具備了作為催化劑的基本條件，并在化學(xué)工業(yè)等方面一展拳腳。例如，鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機(jī)物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600 ℃降低到室溫，這能夠極大地降低反應(yīng)對設(shè)備的耐高溫的要求，以及能夠節(jié)省大量的燃料和耐高溫設(shè)備的投資，還能避免污染環(huán)境。

3.6 納米粒子敏感性能的應(yīng)用

氣敏電阻傳感器是納米粒子在敏感性能方面的重要應(yīng)用，它是一種將檢測到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。目前用納米SnO2顆粒膜制成的傳感器已經(jīng)實(shí)用化，可用作氣體泄漏報警器和濕度傳感器，并且可以隨著溫度的變化有選擇地檢測多種氣體。而TiO2陶瓷材料對O2、CO、H2等氣體也有較強(qiáng)的敏感性。它們是利用氣體的吸附而使電阻的電導(dǎo)率發(fā)生變化的這一機(jī)理；來進(jìn)行檢測的，具有敏感度高、體積小、低能耗等優(yōu)點(diǎn)。

3.7 納米粒子生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

納米粒子在生物學(xué)的應(yīng)用很多，比較重要的是靶向藥物、細(xì)胞分離和免疫分析兩種。納米顆粒制成的的靶向藥物，用生物高分子如蛋白質(zhì)等和無極納米粒子、藥物結(jié)合制成載藥分子，在外加磁場作用下，通過磁納米顆粒的磁性導(dǎo)向性使藥物準(zhǔn)確作用于病變部位(見圖8)，增強(qiáng)對病變組織的靶向行，降低對正常組織細(xì)胞的傷害。

細(xì)胞分離和免疫分析過程中，將磁性納米顆粒和具有生物活性的專一性抗體結(jié)合并外加磁場的作用，利用抗原抗體的特異性結(jié)合，就可以得到免疫磁性顆粒，利用它們可快速有效的將細(xì)胞分離或進(jìn)行免疫分析（見圖9），具有特異性高、分離快、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)。心得體會

4.1 納米尺度的四種效應(yīng)的體會

小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)是納米尺度下特有的四種效應(yīng)，這使得納米粒子表現(xiàn)出與宏觀物體與微觀物體不一樣的特有性質(zhì)。物質(zhì)的性質(zhì)決定它的功能和用途，這四種特有的效應(yīng)也決定了納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)今各國大量的撥款用于納米粒子的有關(guān)研究上面，也正是看中了納米粒子的與眾不同。這四種效應(yīng)顛覆了人們對世界物質(zhì)的傳統(tǒng)看法，使得人們要開始重新審視和認(rèn)識這個物質(zhì)的世界，同時隨著對這四種效應(yīng)的研究的深入，人們揭開了這個的納米尺度下的神秘世界。

4.2 幾種典型納米材料的體會

通過按照納米材料的四種形態(tài)分為納米顆粒型材料、納米固體材料、納米膜材料和納米磁性液體材料，我們可以了解到這四種類型的納米材料強(qiáng)大的用途。納米顆粒型材料主要用于催化作用和儲存器件等方面；納米固體材料可以用于航天工業(yè)，納米膜材料可以用于光傳感器和太陽能開發(fā)方面；而納米磁性液體材料在旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封、提高揚(yáng)聲器輸出功率、阻尼器件、分離不同比重的非磁性金屬與礦物等方面可以大展身手。納米材料從顆粒到固體、從固態(tài)到液態(tài)，都有它的身影，它無處不在，以不同的形態(tài)存在有不同的功能和作用。

4.3 納米科技應(yīng)用的體會

現(xiàn)今納米科技應(yīng)用在力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、催化、敏感性能以及生物醫(yī)學(xué)方面的發(fā)展速度比以往都要快的多?，F(xiàn)在世界上絕大部分的國家都想著在納米科技應(yīng)用上面奪得一席之地，納米科技也越來越與我們的生活密不可分。試想將來，生活中，我們拿著摔不破的納米碗吃飯，再也不用擔(dān)心摔破碗和收拾時割到手指了，也再也不用擔(dān)心電腦的硬盤存量不夠了。運(yùn)用納米科技來制做導(dǎo)電漿料、絕緣漿料、電極、超導(dǎo)體、量子器件、靜電屏蔽材料、壓敏和非線形電阻等各種新型的材料來滿足生產(chǎn)要求，納米粒子在催化方面的應(yīng)用使得生產(chǎn)更加的容易，敏感性能的應(yīng)用能夠讓我們更加準(zhǔn)確的檢測到環(huán)境的變化，生物醫(yī)學(xué)上的作用更加的重要了，人們可以更加準(zhǔn)確的針對患病部位進(jìn)行更加有效的治療，尤其是癌癥方面，而且病人的痛苦也可以減輕些許。當(dāng)然，至于納米科技在軍事方面的應(yīng)用我們是期望不要有，世界和平是最好的，雖然有點(diǎn)不太符合實(shí)際。