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 欄目類別:知識點 >> 初中 >> 化學(xué)

納米材料

更新時間:2016/9/5 17:01:00  手機版

  定義:

  材料的基本結(jié)構(gòu)單元至少有一維處于納米尺度范圍(一般在11100nm),并由此具有某些新特性的材料(1微米=1000納米)。

  納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nanometermaterial),是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米~100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度,它的性質(zhì)因為強相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且,其尺度已接近光的波長,加上其具有大表面的特殊效應(yīng),因此其所表現(xiàn)的特性,例如:熔點、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等,往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質(zhì)。

  材料分類:

  納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟,是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

  (1)納米粉末

  又稱為超微粉或超細粉,一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒,是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料?捎糜冢焊呙芏却庞涗洸牧;吸波隱身材料;磁流體材料;防輻射材料;單晶硅和精密光學(xué)器件拋光材料;微芯片導(dǎo)熱基片與布線材料;微電子封裝材料;光電子材料;先進的電池電極材料;太陽能電池材料;高效催化劑;高效助燃劑;敏感元件;高韌性陶瓷材料(摔不裂的陶瓷,用于陶瓷發(fā)動機等);人體修復(fù)材料;抗癌制劑等。

 。2)納米纖維

  指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。可用于:微導(dǎo)線、微光纖(未來量子計算機與光子計算機的重要元件)材料;新型激光或發(fā)光二極管材料等。靜電紡絲法是制備無機物納米纖維的一種簡單易行的方法。

 。3)納米膜

  納米膜分為顆粒膜與致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起,中間有極為細小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級的薄膜?捎糜冢簹怏w催化(如汽車尾氣處理)材料;過濾器材料;高密度磁記錄材料;光敏材料;平面顯示器材料;超導(dǎo)材料等。

 。4)納米塊體

  納米塊體是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結(jié)晶而得到的納米晶粒材料。主要用途為:超高強度材料;智能金屬材料等。

  發(fā)展歷程:

  1861年,隨著膠體化學(xué)的建立,科學(xué)家們開始了對直徑為1~100nm的粒子體系的研究工作。

  真正有意識的研究納米粒子可追溯到20世紀30年代的日本的為了軍事需要而開展的“沉煙試驗”,但受到當(dāng)時試驗水平和條件限制,雖用真空蒸發(fā)法制成了世界第一批超微鉛粉,但光吸收性能很不穩(wěn)定。

  到了20世紀60年代人們開始對分立的納米粒子進行研究。1963年,Uyeda用氣體蒸發(fā)冷凝法制的了金屬納米微粒,并對其進行了電鏡和電子衍射研究。1984年德國薩爾蘭大學(xué)(Saarland University)的Gleiter以及美國阿貢實驗室的Siegal相繼成功地制得了純物質(zhì)的納米細粉。Gleiter在高真空的條件下將粒子直徑為6nm的鐵粒子原位加壓成形,燒結(jié)得到了納米微晶體塊,從而使得納米材料的研究進入了一個新階段。

  1990年7月在美國召開了第一屆國際納米科技技術(shù)會議(International Conference on Nanoscience&Technology),正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個新分支。

  自20世紀70年代納米顆粒材料問世以來,從研究內(nèi)涵和特點大致可劃分為三個階段:

  第一階段(1990年以前):主要是在實驗室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體,研究評估表征的方法,探索納米材料不同于普通材料的特殊性能;研究對象一般局限在單一材料和單相材料,國際上通常把這種材料稱為納米晶或納米相材料。

  第二階段(1990~1994年):人們關(guān)注的熱點是如何利用納米材料已發(fā)掘的物理和化學(xué)特性,設(shè)計納米復(fù)合材料,復(fù)合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。

  第三階段(1994年至今):納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)材料體系正在成為納米材料研究的新熱點。國際上把這類材料稱為納米組裝材料體系或者納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系。

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