1、納米材料綜述摘要納米技術、納米材料在21世紀將扮演重要角色，納米技術是當今世界最有前途的決定性技術之一。 本文綜述了納米材料的定義、歷史、特性、目前應用狀況和應用前景等方面，并對目前國際上對研究納米 材料研究進行分析。Abstract nanotechnology, nanomaterials in twenty-first Century will play an important role, nanotechnology is one of the worlds most promising decisive technology nowadays. This paper reviews

2、 the definition, history, characteristics of nanometer materials, the current application status and application prospects, and analysis of the current international research on research of nanometer materials.關鍵字納米材料；定義；發展歷史；性能；應用；前景Keywords nanometer materials;definition; development history; prop

3、erties; application; prospect1.1納米材料的定義納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1-100nm）或由它們作為基本單元構成的材料，這 大約相當于10100個原子緊密排列在一起的尺度。2.1發展歷史納米材料發展有三個階段：第一階段（1990年以前）：主要是在實驗室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研 究評估表征的方法，探索納米材料不同于普通材料的特殊性能;研究對象一般局限在單一材料和單相材料， 國際上通常把這種材料稱為納米晶或納米相材料。第二階段（19901994年）：人們關注的熱點是如何利用納米材料已發掘的物理和化學特性，設計納

4、米復 合材料，復合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導方向。第三階段（1994年至今）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構材料體系正在成為納米材料研究的新 熱點。國際上把這類材料稱為納米組裝材料體系或者納米尺度的圖案材料。它的基本內涵是以納米顆粒以 及它們組成的納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系。3納米材料的性能3.1力學性能許多納米金屬的室溫硬度比相應粗晶高27倍；納米材料具有更高的強度，例如，6nm的納米鐵晶體的強 度比多晶鐵提高12倍，硬度提高了 2- 3個數量級；韌性更大，如美國Argonnel實驗室制成的納米CsF2陶 瓷晶體在室溫下可

5、彎曲100%。室溫下的納米TiO2陶瓷晶體表現出很高的韌性，壓縮至原長度的1/4仍不 破碎。3.2熱學性能一般納米金屬材料的熱容是傳統金屬的2倍；直徑為10nm的Fe、Au和Al熔點分別由其粗晶熔點的 1540 C、1063 C和660 C降到33 C、27 C和18 C。2nm的金的顆粒熔點僅為330 C ,比通 常金的熔點低700 C以上，而納米銀粉的熔點僅為100 C ;此外，納米材料的熱膨脹可調，可用于具 有不同熱膨脹系數的材料的連接。3.3磁學性能當晶粒尺寸減小到納米級時，晶粒之間的鐵磁相，互作用開始對材料的宏觀磁性有重要影響，使得納米 材料具有高磁化率和高矯頑力，低飽和磁矩和低磁耗

6、納米磁性金屬的磁化率是普通金屬的20倍，而飽和 磁矩是普通金屬的1/2。3.4光學性能各種納米微粒幾乎都呈黑色，它們對可見光的反射率將顯著降低，一般低于1%。粒度越細，光的吸收越 強烈，利用這一特性，納米金屬有可能用于制作紅外線檢測元件、隱身飛機上的雷達波吸收材料。35電學性能電導率低，納米固體中的量子隧道效應使電子運輸表現出反常現象，例如，納米硅氫合金中的氫含量大 于5% （原子分數）時，電導率下降2個數量級，并出現通道電阻效應。納米材料的電導率隨顆粒尺寸的 減小而下降。3.6高擴散性納米晶體的自擴散速率為傳統晶體的1016至1019倍，是晶界擴散的100倍。高的擴散速率使納米材料 的固態反

7、應可在室溫或低溫下進行。3.7表面活性隨著納米微粒粒徑減小，比表面積增大，表面原子數增多及表面原子配位不飽和性導致大量的懸鍵和不 飽和鍵等，使得納米微粒具有高的表面活性，適于作催化劑和貯氫材料4納米材料目前應用4.1在光電領域的應用在光電信息傳輸、儲存、處理、運算和顯示的方面，納米技術使光學器件的性能大大提高。將納米技術 運用到現有的雷達信息處理上，可是其能力提高到10倍至幾百倍。4.2在靜電屏蔽方面的應用納米氧化物粒子具有半導體效應，在常溫下起導電性比常規氧化物高。具有良好的靜電屏蔽作用化纖衣 服和化纖地毯由于靜電效應，容易吸附灰塵，危害人體健康。在其中加入金屬納米微粒，就會使靜電效應 大大

8、降低。4.3在信息科技領域的應用磁性納米微粒由于尺寸小，具有但磁疇結構、矯頑力很高的特性，用它制造磁記錄材料可以提高信噪比， 改善圖像質量，還可制成磁性信用卡、磁性鑰匙、磁性車票等。4.4產業中的應用微電子器件當電子器件進入納米級尺寸時，量子效應就十分明顯，納米材料應用到電子器件上時就會產生普通元件所 沒有的效果。在信息領域，20世紀的微電子材料要轉化為21世紀的納米電子材料，這方面的研究將會是 重點。傳感器方面納米粒子的比表面積高，活性高，時期在傳感器方面成為最具前景的材料。20世紀80年代初，日本已研 制出SnO2納米薄膜傳感器。電器領域納米材料的應用可以使許多產品改頭換面，比如可以改變傳

9、統的靜電屏蔽材料只能使用單一的黑色，這樣 像彩電就可以使用不同的外包裝材料。汽車制造業中，車身若采用納米復合材料，則車身的抗沖擊強度和 安全系數比不同鋼板車高出幾倍。4.5納米生物學納米生物學的產生是與SPM的發明和在生命科學中的應用分不開的。生命過程是已知的物理、化學過程中 最復雜的事情。不同于宏觀生物學，納米生物學是從微觀的角度來觀察生命現象、并以對分子的操縱和改 性為目標的。納米生物學發展時間不長就已經取得了可喜的成績。生物科學家在納米生物學領域提出了許 多富有挑戰性的新觀念。4.6生物導彈生物導彈”是免疫導向藥物的形象稱呼，它由單克隆抗體與藥物、酶或放射性同位素配合而成。單克隆抗體 而

10、能自動導向，在生物體內與特定目標細胞或組織結合，并由其攜帶的藥物產生治療作用。單克隆抗體具有高度專一性，能夠識別細胞表面抗原、各種受體、各種體液成分及細胞內和組織內的各種成分，能 精確地瞄準和捕獲靶細胞，特異性地與靶目標發生反應，因而有“生物導彈”之稱。它正越來越廣泛地在人 類疑難疾病的診斷中，發揮其他常規藥物無法達到的獨特和卓越效能。4.7納米醫用機器人納米機器人”的研制屬于分子仿生學的范疇，它根據分子水平的生物學原理為設計原型，設計制造可對納米 空間進行操作的“功能分子器件”。納米生物學的近期設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象， 研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。合成生物

11、學對細胞信號傳導與基因調控網絡重新設計，開發“在 體”（in vivo）或“濕”的生物計算機或細胞機器人，從而產生了另種方式的納米機器人技術。4.8在醫療工業中的應用將納米顆粒壓成薄片制成過濾器，其過濾孔徑為納米級，在醫療工業中可用于血清消毒。納米材料具有良 好的吸附性，可用于制作生物吸附和選擇分離材料。可以將中藥材制成易于口服的膠囊，或制成中藥膏直 接貼于患處，納米粒子經皮膚直接被吸收。在制藥方面，納米技術使其越來越精細，甚至可以再納米尺度 上直接排列原子，分子來制成具有特定功能的藥品。4.9解決能源問題納米半導體材料在納米半導體材料上附帶貴金屬、金屬氧化物或在半導體表面修飾染料、導電高聚物

12、等可使光分解水的效 率大大提升，將對光化學的太陽能存儲起到巨大的推動作用。4.10軍事領域的應用納米材料作為一種新興的材料，它在以高科技為主的軍事上有巨大的應用前景。納米碳管防彈衣、微型機器人、納米衛星、微型飛機、間諜草、隱形材料等4.11石化領域的應用加入納米材料可以使傳統涂料產生更強的防護力，實現防紫外線輻射、耐大氣侵害和抗降解、變色等。在 催化劑中，由于納米材料的表面活性高，可以使放映的速率大大提高。4.12納米材料在紡織品上的應用納米材料在紡織上的應用方式主要可分為兩大類，一是通過纖維改性功能化來實現，二是通過后整理技術 對織物進行功能化整理。4.13其他方面納米材料在生活中，文物保護

13、中都有應用。由于納米材料的特異性能，使其受到廣泛推崇。5納米材料的應用前景展望納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、 納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代。納米材料的應用涉及到各個領 域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的 誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是 能源、人類健康和環境保護等重大問題。21世紀初的主要任務是依據納米材料各種新穎的物理和化學特性，設計出各種新型的材料 和器件。通過納米材料科學技術對傳統產品的改性，增加其高科技含量以及發展納米結構的 新型產品，目前已出現可喜的苗頭，具備了形成21世紀經濟新增長點的基礎。納米材料將 成為材料科學領域一個大放異彩的明星展現在新材料、能源、信息等各個領域，發揮舉足輕 重的作用。隨著其制備和改性技