华中科技大学纳米第一章——课程.pptVIP

《纳米材料和技术》Nano Materials and Technology 主 讲： 熊惟皓 教授 Lecturer: Prof. Weihao Xiong 学时（Period） 32学时 (28学时讲授；4学时实验) 教学要求（Requirement） 本课程从纳米材料的组织结构、制备方法、性能之间的关系进行研究，着重阐述O维、一维、二维材纳米料的制备工艺及对材料组织与性能的影响，并介绍高性能材料制备所涉及的工艺设备。主要通过讲课及现场教学，对不同维数纳料材料的制备方法及形成机制有一个较为全面的了解。 课程内容（Content） 第一章 概论 第二章 一维纳米材料及其制备 第三章 纳米薄膜材料及其制备 第四章 纳米块体材料及其制备 第五章 纳米复合材料 第六章 纳米材料的应用 主要参考书（Sources for further reading） 《纳米材料导论》 曹茂盛，关长斌，徐甲强 编著。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001。 《纳米技术与应用》 顾宁，付德刚，张海黔 等编著。北京：人民邮电出版社，2002。 第一章 概论（Overview） §1-1 引 言 （Introduction） 1959年，美国著名物理学家（1956年诺贝尔物理学奖获得者）费因曼教授（R. P. Feynman）曾指出：“如果有一天人类能够按照人的意志安排一个原子和分子，那将产生什么奇迹？”今天，这个美好的愿望由于纳米科技的发展已经开始走向实现。目前，人类已能运用纳米科技制造出了许多具有奇特性的纳米材料，这些特性是相同物质的传统材料所不具备的。 纳米科技（Nano Science and Technology）的首要任务是通过各种手段，如微细加工技术和扫描探针技术等制备纳米材料或具有纳米尺度的结构；其次借助许多先进的观察测量技术与仪器来研究制备纳米材料或纳米尺度结构的各种特性；最后根据其特殊的性质来进行有关的应用。因此，纳米材料、纳米加工制造技术以及纳米测量表征技术构成纳米科技发展的三个非常重要的支撑技术，并奠定了整个纳米科技发展的基础。 纳米科技的核心思想是制造纳米尺度的材料或结构，发掘其不同凡响的特性并对此予以研究，以致最终能很好地被人们所应用。将这种思想和相关方法引入到各个领域，便形成形形色色的各类纳米科技研发领域，主要包括： 纳米体系物理学；纳米体系化学；纳米材料学；纳米生物学；纳米机械学；纳米加工制造学；纳米表征测量学；纳米医学等。 §1-2 纳米材料的概念与分类（Concept and groups of nano materials） 1.2.1 纳米材料的概念（Concept of nano materials） 纳米颗粒（ Nano particle，又称超微颗粒、超细粉末等） 通常指具有纳米尺度的物质单元，小于通常的微粉。一般认为：无机材料的纳米颗粒尺寸100nm。 一维纳米材料（One-dimension nano materials） 通常指在两个方向上具有纳米尺寸，而在第三个方向上具有宏观尺寸的物质，包括纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带等形态。 二维纳米材料（Two-dimension nano materials） 通常指在一个方向上具有纳米尺寸，而在其余两个方向上具有宏观尺寸的物质，包括纳米薄膜、纳米涂层等形态。 三维纳米材料（Three-dimension nano materials） 指由纳米尺度的物质单元直接构成的物质、或者纳米尺度的物质单元与基体相构成的物质。包括纳米固体材料、纳米复合材料。 纳米固体材料（ Nano bulk materials） 指由纳米尺度水平的晶界、相界或位错等缺陷的原子排列而获得的具有新原子结构或微结构性质的固体，又分为纳米晶体材料、纳米结构材料。 0-0复合 指将不同成分、不同相或者不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体。 0-3复合 指将纳米粒子分散到常规的三维固体中而制备的具有优异性能的纳米固体，是当今纳米材料的研究热点之一。 0-2复合 指将纳米粒子分散到二维的薄膜材料中而制备的纳米固体。又可分为均匀弥散和非均匀弥散两大类。 (1) 按形态外延分类（By shape） 零维纳米材料——原子团簇、纳米颗粒 一维纳米材料——纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带 二维纳米材料——纳米薄膜、纳米涂层 三维纳米材料——纳米固体材料、纳米复合材料 (2) 按结构外延分类（By structure） 壳/核结构（She