材料学导论教案-纳米材料1.ppt

材料学导论－纳米材料
王夏琴
******@
材料大楼C372
Tel: 67792836
2010-11-11
纳米材料
Research interests
Synthesis of organic-inorganic polymer nanohybrids and application.
Property modification of polymeric materials with nanomaterials.
Ink-jet printing (nanotechnology).
Polymerization reaction engineering.
内容提要
纳米尺度、纳米材料、纳米科技概述
纳米材料的制备方法及表面改性
纳米材料的应用
纳米材料与经济
纳米材料的实例
参考书目
《纳米材料的制备和应用研究》，山东大学出版社，2006
《纳米材料化学》，化学工业出版社，2006
《纳米功能复合材料及应用》，国防工业出版社，2003
空间尺度的划分
宇观(Cosmoscopic)
遥观(Remote sensoscopic)
宏观(Macroscopic)
显微观(Optico-microscopic)
介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic) 1~100 nm
微观(Microscopic)
皮米观(Picosopic)
飞米观(Fentoscopic)
1微米(um)=1000纳米(nm)
1纳米(nm) =1000 皮米(pm)
1皮米(pm)=1000飞米(fm)
介观介于宏观和微观的尺度之间， 1~100 nm
是指人们用各种波段的天文望远镜及航天飞机上的各种现代宇宙探测仪器能观察到的宇宙尺度 1026—1027 m的数量级
长度的基本单位——米
是指人们用地球轨道上的人造卫星的遥感技术能够观察到的尺度，大致从103m到3×107m
是指原子和小分子的尺度范围，1~10埃
介乎原子和原子核之间的尺度
原子核的尺度，1fm~10fm
纳米？
纳米是一种几何尺寸的度量单位。
1纳米(nm): 1毫米(mm)的百万分之一，十亿分之一(10-9)米 ，略等于四十五个原子排列起来的长度。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。
头发的直径：～ mm， 1纳米相当于一根头发丝的直径的十万分之一 。
早在1959年美国著名物理学家，诺贝尔奖金获得者费曼就设想：“如果有朝一日，人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内，并能移动原子，那将给科学带来什么？”这正是对于纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸世界。
在纳米尺度上物质和材料
　纳米材料应该包括两个基本条件：
　一是材料的特征尺寸在1—100 nm之间，
　二是材料具有区别常规尺寸材料的一些特殊的物理化学特性。
　满足这两个基本条件的材料就是纳米材料。
对纳米材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术
纳米材料和纳米技术
纳米材料和纳米技术基本涵义：在纳米尺寸（10-9—10-7 m）范围内认识及改造自然，通过直接操作及安排原子、分子来创造新的物质。
纳米材料和纳米技术
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。
按维数分类，纳米材料的基本单元可分为三类：
零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。
一维，指在空间中有两维处于纳米尺度，如纳米线、纳米管、纳米棒等。
二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。
因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维、二维的基本单元又分别有量子点，量子线，量子阱之称。
纳米材料的特殊性
由于纳米材料的尺寸特别小，因此产生新的效应，如小尺寸引起的表面效应和量子效应，即纳米材料的表面积比较大，处于表面上的原子数目的百分比显著增加，当材料颗粒直径只有1纳米时，原子将全部暴露在表面，因此原子极易迁移，使其物理性能发生极大变化。如：
对光的反射能力变得非常低，低到<1%；
机械、力学性能成几倍增加；
其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但纳米的金属粉末熔点只有33℃）；
有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。
纳米材料的四大效应
小尺寸效应　当纳米微粒尺寸与光波的波长、传导电子的得布罗意波长以及超导态的相干长度或透深度等物理特征尺寸相当时，晶体周期性的边界条件将破坏，声、光、电、磁、热、力学等特性均会呈现新的小尺寸效应。
表面与界