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纳米材料 在材料科学领域中，一门崭新的学科——纳米材料技术正在世界范围内蓬勃发展，1990年问世的纳米技术，其基本特征就是使用原子探针等先进“武器”，以精确完美的控制与准确入微的方式，按照人们的意愿来操作单个原子、分子或原子团、分子团，制造出具有特定功能的设备或器件．1纳米表示十亿分之一，即1nano=10-9．1纳米(1nm)的长度相当于将10个氢原子紧密排在一起 纳米技术发展概况 1982年，美国著名的IBM公司宣布制成了具有原子分辨能力的扫描隧道显微镜(STM)，纳米技术初露锋芒． 1990年，TRM公司的艾格勒(Eigler)等人利用STM推动35个氙(Xe)原子，在镍(Ni)的表面上成功地制成了世界上最小的商标“IBM”商标图案(I字母用了9个Xe原子，B和M各用了13个Xe原子，每个字母仅有5nm)，此时，人类操作单个原子的梦想才算变成现实，纳米技术才算正式诞生 1997年，科研人员首先利用分子操纵术，将凝聚缠绕在一起的呈双螺旋结构的单个DNA分子链，完整地拉直并构成二维的网状结构，然后利用能放大一亿倍的原子力显微镜(AFM)观察、针尖操作等纳米操纵技术，将呈网状的单个DNA分子链切割、弯曲、推拉，在非常平整的云母表面上写出DNA三个字母，每个字母的外周仅相当于人头发丝的五百分之一．实现了对单个生物大分子的纳米操纵 1998年，中国科技大学钱逸泰院士的研究组用催化热解法，从四氯化碳制备出金刚石纳米粉——稻草变黄金 1999年，巴西和美国科学家用碳纳米管制备了世界上最小的“秤”，能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量 2001年6月，香港科技大学沈平教授的研究组在单根纯碳纳米管中观察到超导性，表明当碳纳米管细到一定程度时，其材料性质将发生突变——有助于解决电子在集成半导体器件中传输时的发热问题。 目的 直接从单个原子或分子出发，制造出具有特定功能的产品，从而彻底改变人类的生产和生活方式． 产生 自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0.1~100nm这样的尺度为研究对象的新学科，这就是纳米科技． 纳米科技现在已经包括纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米化学、纳米医学等学科。而纳米材料是纳米技术最重要的部分 当材料的晶粒和晶界达到纳米尺度时，材料的性能便可能发生特异的变化。 纳米材料的提出将为材料科学、材料工艺、材料性能以及它们的应用注入新的科学内涵． 基本概念 大部分固体的特性都是依赖于微结构原子的排列(即原子结构)以及固体在一维、二维和三维空间上的尺寸大小．换句话说，如果改变其中的一个或几个参数，固体的特性就会发生改变 由于大量碳原子排列发生变化，金刚石便成了石墨 减小CdS晶体的大小到几个纳米的尺度，它的颜色就会发生改变． 纳米材料的分类 按纳米材料的结构分类 分为零维、一维、二维和三维纳米材料。晶粒尺寸至少在一个方向上为0-100nm的材料称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料，具有原子簇和原子束结构称为零维纳米材料。 注：二维 只在体材料表面薄层形成纳米级微结构的材料和器件．PVD、CVD、离子注入和激光束处理就是改变固体表面纳米尺度化学构成和原子结构的最常见的工艺方法 三维 具有纳米微结构的体材料，原子排列都在以几个纳米长度的范围变化着．这种固体主要有两种：第一种是指原子结构和化学构成在材料内的原子尺度上连续变化；第二种是由小集团以及相邻集团间的区域不均匀混杂组成的 按纳米材料的组成分类 ---分为金属、金属合金及其氧化物纳米材料、无机纳米材料、有机纳米材料、纳米杂化材料。 按纳米材料有序性分类 ----按纳米材料内部的有序性可分结晶纳米材料及非晶纳米材料。 纳米材料的特性 纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别，突出表现在小的尺寸颗粒和庞大的体积分数的界面，界面原子排列和键的组态的较大的无规则性．这种结构上的差异导致纳米材料的性质明显不同于常规材料 纳米碳管不仅具有良好的导电性能，具有比 钢还要强100倍的材料强度，同时还是目前世界上最好的导热材料 纳米碳管依靠超声波传递热能，其传递速度可达到每秒1万米．即使将纳米管捆在一起，热量也不会从一根纳米管传到另一根纳米管，这说明纳米碳管只能在一维方向传递热能 纳米材料的特殊效应 纳米材料粒径比较小，而许多物性都与晶体尺寸有明显的依赖关系，从而表现出奇异的小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应。这便使纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性． 1．表面效应：球型颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面