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纳米复合材料研究进展
什么是纳米?
纳米是十亿分之一米的单位长度量词(10-9m) 1纳米相当于4倍原子大小,万分之一头发粗细。
当代科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上存在着裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主体的微观世界,另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结,存在一个过渡区--纳米世界。
自然界中纳米的典型例
尺寸 1nm 10nm 100nm 1000nm

C60的尺寸
双螺旋DNA的
直径
2nm
ATP合成酶的尺寸
流感病毒的尺寸
大肠杆
菌的尺
寸大约1000nm
纳米科学技术(nanotechnology)
纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。
纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳米电子学、纳米材科学、纳米机械学等。
纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。
纳米材料
纳米材料: 在纳米量级(1-100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料
四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大
四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应
纳米材料特性取决于制备方法
几种典型的纳米材料
一、纳米颗粒型材料:应用时直接使用纳米颗粒的
形态称为纳米颗粒型材料。
二、纳米固体材料:纳米固体材料通常指由纳米的
超微颗粒在高压力下压制成型,或再经一定热
处理工序后所生成的致密型固体材料。  
复合纳米固体材料亦是一个重要的应用领域。
三、颗粒膜材料:将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜
四、纳米磁性液体材料:磁性液体是由超细微粒包覆一层长
键的有机表面活性剂,高度弥散于一定基液中,而构成
稳定的具有磁性的液体。
表面效应
固体表面原子与内部原子所处的环境不相同。当粒子直径比原子直径大时(如大于0·1um),表面原子可以忽略;
当粒子直径逐渐接近原子直径时,表面原于的数目及作用就不能忽略,而且这时粒子的比表面积、表面能和表面结合能都发生根大变化。
人们把由此引起的种种特殊效应统称为表面效应。
体积效应
当物质的体积减少时,将会有两种情形:
一种是物质本身的性质不发生变化,而只有那些与体积密切相关的性质发生变化,如半导体电子自由程变小,磁体的磁区变小等;
另一种是物质本身的性质也发生了变化,因为纳米微粒是由有限个原子或分子组成,改变了原来出无数个原子或分子组成的集体属性,如金属纳米微粒的电子结构与大块金属迥然不同。这就是纳米粒子的体积效应。
量子尺寸效应(小尺寸效应)
当粒子尺寸降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级、能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
纳米材料的制备方法
物理方法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。