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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划纳米超晶格发热材料四川大学功能材料课程综述题目：纳米材料专业：化学工艺姓名：王南南学号：XX纳米材料摘要由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能,使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。本文就纳米材料的性质，制备方法及应用进行了综述,并对其发展前景进行了展望。关键词纳米材料性质制备方法应用NanometermaterialsAbstractDuetothespecialstructureofnanomaterialsanddemonstratedspecificeffe
2、ctsandperformance,makingnanomaterialsdifferentfromconventionalmaterialsforspecialpurposes.Inthispaper,thenature,preparationandapplicationofnano-materialswerereviewed,andtheprospectsofitsdevelopmentprospects.Keywordnanometermaterialspropertypreparationmethodapplication前言20世纪90年代见证了一场新的科技革命纳米科技的发展。它以空
3、前的分辨率为人们揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。这种精确操控原子、分子构筑材料的能力将会使制造业、农业、能源、医药健康，国家安全等领域取得突破性的进展。那么，这篇文章会概况的介绍一下纳米材料的相关知识，主要有，纳米材料的定义和性质，制备技术，典型的纳米材料，纳米材料的应用及其发展前景。1纳米的相关概念和性质1、1纳米的相关概念纳米希腊语“侏儒”“矮子”。其数学尺度为1nm=10-9m=10埃。举个简单的例子头发直径大概为50-100?m,而1nm相当于头发的1/50000。再比如氢原子的直径为1埃，所以1纳米等于10个氢原子一个一个排起来
4、的长度。纳米材料就是在纳米基础上发展起来的一门新兴学科，把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料1。它是指三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。是指结构上具有纳米尺度调制特征的材料。它的特征尺寸1-100nm。12纳米的性质表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的三次方成正比，比表面积与直径成反比，故当颗粒直径减少时，颗粒的比表面积显著增加。而纳米粒子的表面原子与总原子数之比随纳米粒子的尺寸的减小也是大幅度地增加,原子的表面能及表面张力也随着增加,从而引起纳米粒子性质的变化2.纳米粒子的无
5、序度增加,键态严重失配，配位不足，存在许多悬空键,并具有不饱和性,即出现许多活性中心。因而极易与其他原子相结合而趋于稳定,所以,具有很高的化学活性.它的表面没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状。利用表面活性，金属超微颗粒有望成为新一代的高效催化剂3、储气材料或低熔点材料。2小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当超微颗粒尺寸变小，与光波波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或穿透深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，导致声、光、电、磁、热、力学等特性均会呈现新的小尺
6、寸效应。如光学性质，当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，他会失去原有的光泽变成黑色的，事实上，所有的金属在超微颗粒状态下都会呈黑色4。尺寸越小，颜色越黑，即此时反射率就会很低，甚至完全的消光。所以，利用这个性质，可以将金属制成高效率的光电光热转换材料，高效率的将太阳能转变成热能、电能。热学性质主要表现在熔点方面，一般情况下，固态物质的形态为大尺寸，其熔点一般是固定，超细微化后其熔点将显著降低，特别是颗粒尺寸小于10nm时。可以利用此性质在较低温度下烧制成大功率半导体管的基片。磁学性质表现5，当微粒尺寸小到一定程度即超微颗粒，它的磁性矫顽力会增加，据此可以做成高储存密度的磁记录材料。量子尺寸效应
7、微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱阈值向短波方向移动，即对某些波长的吸收带发生蓝移，对各种波长光的吸收带有宽化作用。这种现象称为量子尺寸效应6。量子尺寸效应的存在可以解释一些材料的绝缘性导电性的相关变化。宏观量子隧道效应隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，7该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。量子尺寸效应和宏观量子隧道效应是制作微电子、光电子器件的理论基础，其确立了现存的微电子进
8、一步微型化的极限。例如，在制造半导体集成电路过程中，当电路的尺寸接近电子的波长时，电子就会通过宏观量子隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。2纳米材料的制备技术关于纳米结构组装体系大致可以分为两大类，一是人工纳米结构组装体系，二是纳米结构自组装体系。所谓的人工纳米结构组装体系，是利用物理或者化学的方法人为的将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维、三维的纳米结构体系，包括纳米有序列体系和介孔复合体系等。而纳米结构自组装体系是指通过弱的和较小的有方向性的非共价键，如氢键，范德瓦尔斯键和弱的离子键协同作用把原子、离子或者分子连在一起构成一个纳米结构或者纳米结构的花样。众所周知，纳米材料的常规制
9、备方法8有很多，如溅射法、化学气相沉淀法、共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、浸渍法、超生化学合成法及微波合成法。这些方法都只能制备各种粉体材料9。现在比较受关注的是纳米有序组装体系和纳米尺度的图案结构，而相关的目前广泛使用的技术大概有光刻、软刻蚀、“蘸水笔“纳米刻蚀和自组装。下面以自组装为例，简单介绍一下。所谓自组装10,是指基本结构单元(分子,纳米材料,微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中11,基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。比如,单分子层保护的纳米粒子在一定条件下可以在基底上通过体系溶剂的挥发12,13
10、或者在水/空气界面通过Langmuir-Blodgett技术14自组装形成高度有序的二维/三维超晶格。3纳米材料的应用纳米材料在电化学的应用碳纳米材料15具有良好的力学、电学及化学性能而被人们广泛研究,特别是对于具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯更是研究的热点。这些新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性,被广泛地应用于诸多领域,特别是在电化学领域中显示出其独特的优势。本文主要阐述了碳纳米材料在电化学领域包括生物传感器16、超级电容器和燃料电池中的应用。碳纳米材料由于高的比表面积和其较好的生物相容性,在生物电催化反应中起着重要作用,能够提高酶的直接电子传递速
11、率,因而基于碳纳米材料构建的生物传感器灵敏度高、线性范围宽、重复性和稳定性能好。磁性纳米材料在分离及催化的应用磁性纳米材料17在分离中的应用主要有吸附脱硫、水中有机物的检测、金属离子的分子、生物分子的富集分离、有机磷杀虫剂的去除和富集以及化妆品中对羚基苯甲酸酷的富集在催化中的应用则主要集中在固体酸催化、固体碱催化、催化、光催化、催化氧化等领域。磁性纳米材料既具有均相催化剂的高活性,义避免非均相催化过程中的扩散限制,同时赋子了催化剂独特的磁分离特性,简化了操作流程,降低了操作成本。然而该领域的放大实验还不十分成熟,特别是磁性纳米材料的应用还需进一步研究。涂层纳米功能材料摘要：纳米材料复合涂层的结
12、构和特性是纳米科技中的重要研究课题，本文重点讨论了制造技术的新观念，纳米材料的完美定律，涂层材料的发展前景，纳米场发射特性等。进而，讨论重要的物理理论研究的热点-电子强关联体系和软凝聚态问题。展现了涂层材料科学与技术的深刻理论内容和重要的发展前景。关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质XX年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以的高速度在增长，达到了人民币万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的
13、产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。XX年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在
14、与时俱进地改变着。本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代1，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。1突破传统制造技术的观念纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳
15、米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果27。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究814，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景1517。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法18，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为mm其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤
