纳米材料科学与技术
85页1、,纳米材料科学与技术,1,1.纳米科技概念的提出与发展,当2000年人们回顾历史的时候, 他们会为直到1959年才有人想到直接用原子, 分子来制造机器而感到惊讶。 - Richard P. Feynman,1959,还设想“如果有朝一日人们能把百科全书储存在一个针尖大小的空间并能移动原子,那么这将给科学带来什么?”这正是对纳米科技的预言小尺寸大世界。,1959年12月,费曼所作的题为底部还有很大空间的演讲,被公认为是纳米技术思想的来源。费曼曾预言:“毫无疑问,当我们得以对纳微尺度的事物加以操纵的话,将大大的扩充我们可能获得物性的范围”,费曼(Richard Feynman),物理学家 量子动力学 1965诺贝尔奖,2,1974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。 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。,1.纳米科技概念的提出与发展,3,第一阶段 (1
2、990年以前) 在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的性能。 第二阶段 (1994年以前) 如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料。 第三阶段 (1994之后) 纳米组装体系。,1.纳米科技概念的提出与发展,4,引 言:纳米科技的发展史是一个由幻想到现实的过程,其中不乏里程碑式的事件(图1)。,图1 纳米科技发展的里程碑节点,5,1.纳米科技概念的提出与发展,纳米(Nanometer)是长度的单位,什么是纳米?,6,1纳米=10-9m,大约等于十个氢原子并列一直线的长度。 形象地讲,一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般,这就是纳米长度的概念。 人类头发的直径大约有6万至8万纳米。,纳米材料的主要形式,纳米粒子,纳米线,纳米带,纳米膜,纳米管,纳米固体材料,7,某一方向尺度为1-100nm的材料称为纳米材料,各种纳米结构,8,二维 指在空间中有一维 在纳米尺度, 如超薄膜、多层膜、超晶格等,按照维数划分,零维 指在空间三维方向 均为纳米尺度的颗粒、原子团簇等
3、,一维 指在空间有二维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等,9,纳米分类,按化学组成与结构: 纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料、纳米复合材料; 按力学性能: 纳米增强陶瓷材料、纳米改性高分子材料、纳米耐磨及润滑材料、超精细耐磨材料; 按光学性能: 纳米吸波(隐身)材料、光过滤材料、光导电材料、感光或发光材料、纳米改性颜料、纳米抗紫外线材料; 按电子性能: 纳米半导体传感器材料、纳米超纯电子浆料; 按磁性: 高密度磁记录介质材料、磁流体、纳米磁性吸波材料、纳米磁性药物、纳米微晶永磁或软磁材料、室温磁制冷材料; 按热学性能: 纳米热交换材料、低温烧结材料、低温焊料、特种非平衡合金; 按生物与医用性能:纳米药物、纳米骨和齿修复材料、纳米抗菌材料; 按表面活性:纳米催化材料、吸附材料、防污环境材料,纳米材料的种类,10,2、纳米材料概述,全球科技经济瞭望:科学界普遍认为,纳米技术是21世纪经济增长的一台主要的发动机,其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌,纳米技术将给医学、制造业、材料和信息通信等行业带来革命性的变革。,11,纳米材料概述 纳米技术在美国,美国早在
4、2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NNI),其宗旨是整合联邦各机构的力量,加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。 2003年11月,美国国会又通过了21世纪纳米技术研究开发法案,这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划,从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。批准联邦政府在从2005财政年度开始的4年中共投入约37亿美元,用于促进纳米技术的研究开发。,12,纳米材料概述 纳米技术在美国,2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就业机会 能源部的8项优先研究中,6项有关纳米材料。 军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料 本世纪前10年几个关键领域之一,制定了“国家纳米技术倡议”: 纳米材料 纳米电子学、光电子学和磁学 纳米医学和生物学,13,国会: 21世纪前20年的立国之本,日本政府总共投资了多于38亿美元在研究上 著名大企业: 纳米实用化技术的计划 三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线 自洁净玻璃、光催化净化水或空气,纳米材料概述 纳米技术在日本,日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。,
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