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第二节 纳米材料的制备技术 “纳米材料”这一概念在20世纪80年代初正式形成,它现已成为材料科学和凝聚态物理领域的研究热点,而其制备科学在当前的纳米材料研究中占据着极为关键的地位。人们一般将纳米材料的制备方法划分为物理方法和化学方法两大类。 纳米材料其实并不神秘和新奇,自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料,如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史,中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料,就是最早的人工纳米材料。另外,中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜。 蛋白石原矿 火蛋白石 雨花蛋白石 合成方法的分类 等离子体(Plasma):由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系 。等离子体通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态。如果对气体持续加热,使分子分解为原子并发生电离,就形成了正离子、电子和中性粒子组成的气体,这种状态称为等离子体。而放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式。 天然等离子体就只能存在于远离人群的地方,以闪电、极光的形式为人们所敬畏、所赞叹。 由地球表面向外,等离子体是几乎所有可见物质的存在形式,大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、星云及星团,毫无例外的都是等离子体。宇宙中99%物质处于等离子体态。 闪电 极光 日冕 第七章 纳米技术与纳米材料的合成化学 第一节 前 沿 一、纳米科技的诞生 二、纳米技术与纳米材料的概念 三、纳米材料的特性 四、几种典型的纳米材料及合成方法 一、纳米科技诞生 大约在1861年,胶体化学的建立,人们开始提出并对直径在1-100 nm的粒子进行研究,直到20世纪60年代才有意识地提出并把纳米粒子作为研究对象。 1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造“产品”,这是关于纳米技术最早的梦想。 七十年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。 1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。 1982年,科学家发明研究纳米的重要工具—扫描隧道显微镜,使人类首次在大气和常温下看见原子,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。 扫描隧道显微镜的问世使得人类直接观测微观世界的大门被打开。更为重要的是,扫描隧道显微镜还使得人们对单个原子、分子的直接操纵成为现实,由此引发出一种新的加工工艺--纳米加工。1990年,美国国际商用机器公司Donald Eigler等在镍表面用36个氙原子排出“IBM”。 该研究论文于1990年在英国的《自然》(Nature)杂志上发表。他们写道:“我们相信,这是迄今为止对物质所在的最微小空间进行的有目的、有控制的改造”,”人们现在能够按照自己的意愿对所选择的若干原子实行控制了。” 一直到1990年7月,在美国的巴尔的摩召开首届国际纳米科技会议后,在全世界范围内掀起了纳米研究热潮,标志着纳米科学技术的正式诞生。 第一届国际纳米科学技术会议: 1990年7月,在美国的巴尔的摩召开第一届国际纳米科学技术会议,各国科学家们对纳米科技的前沿领域和发展趋势进行了讨论和展望,并决定出版3种杂志:《纳米结构材料》、《纳米生物学》和《纳米技术》。在这次会议上,正式将纳米材料学作为材料科学的一个新的分支公布于世,这标志着纳米材料学作为一个相对比较独立的学科的诞生。从此以后,纳米材料引起了世界各国材料界和物理界的极大兴趣和广泛重视,很快形成了世界性的“纳米热”。 1993年Eigler等在铜Cu(111)表面上成功地移动了101个吸附的铁原子,写成中文的“原子”两个字,这是首次用原子写成的汉字,也是最小的汉字。 同年,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。 纳米技术向新材料领域、电子元器件和计算机、医药和健康、能源与环境、生物与农业、宇航和交通、国防和国家安全以及先进制造技术等各个领域的渗透已出乎人们的意外。面对新的挑战,能否抓住发展纳米技术的机遇是关系到国家生存、综合国力竞争和快速发展的关键问题。世界各国,特别是发达国家,都纷纷制定发展纳米技术的规划,并投入巨资。 各国政府对纳米科技研究的支持力度分析: 1997年,美国 1.16亿美元 日本 1.2亿美元
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