納米科技及納米材料應用進展納米(nanometer)是一個長度單位，簡寫為nm。1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m。在晶體學和原子物理中還常常使用埃(.)作單位，1.=10-10m1nm=10.。氫原子的1.1nm10個氫原子一個挨一個排起來的長度。由此可知，納米是一個微小的尺寸，但從微米進入到納米代表人們生疏上的一個的層次。納米正好處于以原子、分子為代表的微觀世界和以人類活動空間為代表的宏觀世界的中間地帶，也是物理學、化學、材料科學、生命科學以及信息科學進展的領地。納米材料中包含了假設干個原子、分子，使得人們可以在原子層面上進展材料和器件的設計和制備。納米科技進展2080年月末剛剛誕生并正在崛起的科技，它的根本涵義是在納米尺寸范圍內生疏和改造自然，通過直接操作和安排原子、分子制造物質。納米科技是爭論尺寸在0.1nm～100nm之間的物質組成的體系的運動規律和相互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。納米科技主要包括：納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學、納米力學。納米材料的種類納米材料是指顯微構造中的物相具有納米級尺度的材料。它包含了三個層次，即：納米微粒、納米固體和納米組裝體系。納米微粒1～100nm之間的粒子的聚合體，它是處于該幾何尺寸的各種粒子聚合體的總稱。納米固體納米固體是由納米微粒聚攏而成的分散體。從幾何形態的角度可將納米固體劃分為納米塊狀材料、納米薄膜材料和納米纖維材料。這幾種形態的納米固體又稱作納米構造材料。納米組裝體系由人工組裝合成的納米構造材料體系稱為納米組裝體系，也叫納米尺度的圖案材料。它是以納米微粒以及它們組成的納米絲和管為根本單元，在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米構造的體系。納米微粒、絲、管可以是有序或無序的排列，其特點是能夠依據人們的意愿進展設計，使整個體系具有人們所期望的特性，因而該領域被認為是材料化學和物理學的重要前沿課題。納米材料的特異性能納米構造材料的特性是由所組成微粒的尺寸、相組成和界面這三個方面的相互作用來打算的。在肯定條件下，這些因素中的一個或多個可能起作用。因此，人們想要制造納米構造材料，就要著眼于具有打算意義的因素。納米微粒是由有限數量的原子或分子組成的、保持原來物質的化學性質并處于亞穩狀態的原子團或分子團。當物質的線度減小時，其外表原子數的相比照例增大，使單原子的外表能快速增大。進入納米尺度時，此種形態的變化反響到物質構造和性能上，就會顯示格外異的效應，這里介紹幾種最根本的物理效應。小尺寸效應納米材料中的微粒尺寸小到與光波波長或德布羅意波波長、超導態的相干長度等物理特征相當或更小時，晶體周期性的邊界條件被破壞，非晶態納米微粒的顆粒外表層四周原子密度減小，使得材料的聲、光、電、磁、熱、力學等特性表現出轉變而導致消滅的特性。人們把納米顆粒的小尺寸所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。特別的光學性質當黃金(Au)被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，全部的金屬在納米顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。金屬納米顆粒對光的反射率很低，通常可低于1％，大約幾千納米的厚度就能完全消光。利用這個特性，納米材料可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變為熱能、電能。此外又有可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。特別的電學性質介電和壓電特性是材料的根本物性之一。特別的磁性人們覺察鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在納米級磁性顆粒，使這類生物能在地磁場中區分方向，具有回歸本領。磁性納米顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向養分豐富的水底。特別的熱學性質在納米尺寸狀態，具有削減了空間維數的材料的另一種特性是相的穩定性。當人們足夠地削減組成相的尺寸的時候，由于在限制的原子系統中的各種彈性和熱力學參數的變化，平衡相的關系將被轉變特別的力學性質陶瓷材料在通常狀況下呈脆性，然而由納米超微粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性，這是由于納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混亂。原子在外力變形條件下簡潔遷移，因此表現出很好的韌性與肯定的延展性，使陶瓷材料具有穎的力學性能。這就是目前的一些展銷會上推出的所謂“摔不碎的陶瓷碗”。。外表效應納米微粒尺寸小，外表能高，位于外表的原子占相當大的比例。隨著粒徑減小，外表原子數快速增加。這是由于粒徑小，外表積急劇變大所致。宏觀量子隧道效應各種元素的原子具有特定的光譜線，如鈉原子具有黃色的光譜線。原子模型與量子力學已用能級的概念進展了合理的解釋，由很多原子構成固體時，單獨原子的能級就合并成能帶，由于電子數目很多，能帶中能級的間距很小，因此可以看作是連續的，從能帶理論動身成功地解釋了大塊金屬、半導體、絕緣體之間的聯系與區分，對介于原子、;能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現一系列與宏觀物體截然不同的反常特性。人們把當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級四周的電子能級由準連續變為離散的現象，以及納米半導體微粒存在不連續的最高占據分子軌道(HOMO)能級和最低空軌道(LUMO)能級而使能隙變寬的現象，均稱為量子尺寸效應。例如,導電的金屬在納米顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子的奇偶數有關，比熱亦會消滅反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現。因此，對納米顆粒在低溫條件下必需考慮量子效應，原有宏觀規律已不再成立。另外，晶粒尺寸降到納米級，有望使Y-TZP、Al2O3、Si3N4等陶瓷材料的室溫超塑性成為現實。超塑性是指材料在斷裂前產生很大的伸長量，這種現象通常發生在經受中溫(0.5Tm)、中等到較低的應變速率(10-6～10-2s-1)條件下的細晶材料中。目前，形變率達100％的張應力超塑性比較常見，最大的形變高達800％。陶瓷超塑性的主要問題是形變率太大而缺乏以進展實際的應用，另外盡管人們覺察在Y-TZP、Al2O3、Si3N4等陶瓷材料高溫時(1100～1600℃)具有超塑性，但室溫超塑性仍舊未見報道。一般認為陶瓷具有超塑性應當具有兩個條件，一是較小的粒徑，二是快速的集中途徑(增加的晶格、晶界集中力量)。納米陶瓷具有較小的晶粒及快速的集中途徑，所以有望實現室溫超塑性。最近爭論覺察，隨著粒徑的削減，納米TiO2和ZnO陶瓷的形變率敏感度明顯提高。由于這些試樣氣孔很少，可以認為這種趨勢是細晶陶瓷所固有的。最細0.041/4，說明這些陶瓷具有延展性，盡管沒有表現出室溫超塑性，但隨著晶粒的進一步減小，這一可能是存在的。納米材料的制備納米材料的制備技術不僅包括納米粉體、納米塊體及納米薄膜制備技術，還包括納米高分子材料的制備技術，納米有機-無機材料的雜化技術，納米元器件制備技術，納米膠囊制備技術和納米組裝技術等，一般地，納米材料制備方法可分為：物理法，化學法和綜合法。納米材料的應用納米材料在高科技中的地位高技術是在前沿科學根底上進展起來的先進技術，它往往是工業革命的先導，也是技術競爭的“制高點術和經濟實力的標志之一。下一代的微電子學和光電子學朝什么樣的方向進展，計算機各國關注的重點。效應的單電子晶體管。磁學應用納米磁性材料是納米材料中最早進入工業化生產、至今還布滿活力、具有寬廣應用前景的一類人工功能材料之一。納米磁記錄材料磁記錄是信息儲存與處理的重要手段，隨著科學的進展，要求記錄密度越來越高。2080年月日本就利用Fe、Co、Ni等金屬超微粒制備高密度磁帶。磁性納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇構造、矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。納米巨磁電阻材料巨磁阻抗效應是磁性材料的溝通阻抗隨外磁場發生急劇變化的現象。對于納米微晶巨磁阻抗材料，產生這種效應的磁場較低，工作溫度在室溫以上，這就對巨磁阻抗材料的應用格外有利。型的磁性液體磁性液體的主要特點是在磁場作用下，可以被磁化，可以在磁場作用下運動，但同時它又是液體，具有液體的流淌性。在靜磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成肯定有序排列的團鏈簇，從而使得液體變為各向異性的介質。磁性液體還有很多其他用途，如利用磁性液體對不同密度的物體可以進展密度分離，設計出磁性液體比重計，以及儀器儀表中的阻尼器、無聲快速的磁印刷、磁性液體發電機、醫療中的造影劑等等。納米微晶軟磁材料納米微晶稀土永磁材料由于稀土永磁材料的問世，使永磁材料的性能突飛猛進。稀土永磁材料已經受了SmCo5、Sm2Co17以及Nb2Fe14B3個進展階段6．納米磁致冷工質磁致冷是利用自旋系統磁熵變的致冷方式進展制冷的。納米催化催化是納米超微粒子應用的重要領域之一。納米超微粒子作為一種型的功能材料，由于尺寸小，外表原子所占比例大，外表的鍵態和電子態與顆粒內部不同，外表原子配位不全等導致外表活性位增加，這就使其具備了作為催化劑的根本條件納米粒子的化學催化化學催化的作用主要可歸結為3個方面：一是提高反響速度，增加反響效率；二是打算反響路徑，有優良的選擇性，例如只進展氫化，脫氫反響，不發生氫化分解和脫水反響；三是降低反響溫度。納米粒子作為催化劑必需滿足上述的條件。半導體納米粒子的光催化半導體的光催化效應是指在光的照耀下，價帶電子躍遷到導帶，價帶的孔穴把四周環境中的烴基電子奪過來，短基變成自由基，作為強氧化劑將酯類變化如下：酯→醇→醛→酸→CO2，完成了對有機物的降解。納米金屬、半導體粒子的熱催化金屬納米粒子格外活潑，可以作為助燃劑在燃料中使用，也可以摻雜到高能密度的材料，如炸藥中，增加爆炸效率，也可以作為引爆劑進展使用。為了提高熱燃燒的效率，人們將金屬納米粒子和半導體納米粒子摻雜到燃料中，來提高燃燒的效率，因此這類材料可用于火箭助推器和煤的助燃劑中。目前，納米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃劑。光學應用納米微粒由于小尺寸效應使它具有常規大塊材料不具備的光學特性，如光學非線性、光吸取、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等都與納米微粒的尺寸有很強的依靠關系。利用納米微粒的特別的光學特性制備成各種光學材料將在日常生活和高技術領域得到廣泛的應用。紅外反射材料燈管發熱也會影響燈具的壽命納米微粒的誕生為解決這個問題供給了一個的途徑，不但透光率好，而且有很強的紅外線反射力量。優異的光吸取材料納米微粒的量子尺寸效應等使它對某種波長的光吸取帶有藍移現象。納米微粒粉體對各種波長光的吸取帶有寬化現象。納米微粒的紫外吸取材料就是依據了這兩個特性。通常的納米微粒紫外吸取材料是將納米微粒分散到樹脂中制成膜，這種膜對紫外光的吸收力量依靠于納米粒子的尺寸和樹脂中納米粒子的摻加量及組分于紫外吸取的例子是很多的紅外吸取材料也有很重要的應用前景。隱身材料醫學應用當物質小到1～100nm時，由于其量子效應，物質的局域性及巨大的外表與界面效應，使物質的很多性能發生質變，在原子、分子水平上制造材料和器件,可引導“的