現(xiàn)代納米材料

現(xiàn)代納米材料第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六一.納米技術(shù)的發(fā)展第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六231第一階段的發(fā)展重點是要準確地控制原子數(shù)量在100個以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計算機設(shè)計／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。這個階段的市場規(guī)模約為5億美元。第二個階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復合材料的制造將達到實用化水平。其中包括從有機碳酸鈣中制取的有機納米材料，其強度將達到無機單晶材料的3000倍。該階段的市場規(guī)模在50億至200億美元之間。在第三個階段，大量制造復雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級的計算機設(shè)計／制造系統(tǒng)、目標設(shè)計技術(shù)、計算機模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場規(guī)?？蛇_100億至1000億美元。第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六54納米計算機將在第四個階段中得以實現(xiàn)。這個階段的市場規(guī)模將達到2000億至1萬億美元在第五階段里，科學家們將研制出能夠制造動力源與程序自律化的元件和裝置，市場規(guī)模將高達6萬億美元。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六二.納米材料的特性

力學性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的材料強度與粒徑成反比。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六

磁學性質(zhì)：利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導體器件。

熱學性質(zhì)：納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六

光學性質(zhì)：由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導體微粒的吸收光譜一般存在藍移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測器材料。

生物醫(yī)藥材料應(yīng)用：納米粒子比紅血細胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運動，如果利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對人體進行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運更加方便。

第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六三.納米材料的應(yīng)用納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上.陶瓷領(lǐng)域第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來照明。同時，燈管發(fā)熱也會影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個問題提供了一個新的途徑。20世紀80年代以來，人們用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強的紅外線反射能力。紅外反射材料第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六

納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強得多，因此大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標，起到了隱身作用。某些幾十納米厚的固體薄膜的吸收效果與比它厚1000倍的現(xiàn)有吸波材料相同，美國研制的納米隱身涂料超黑粉對雷達波的吸收率達99%。隱身材料第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六目前國內(nèi)外研究的納米雷達波吸收劑有幾種類型，其中主要的一種類型是用納米氧化物吸收劑，包括Fe3O4、ZnO、NiO、MoO2等單一氧化物和LaFeO3等復合氧化物納米微粉，它們不僅吸波性能優(yōu)異，而且還建有抑制紅外輻射等數(shù)種功能。另外Al2O3、Fe2O3、SiO2和TiO2的復合粉體與高分子纖維結(jié)合對中紅外波段有很強的吸收性能。第一代隱身飛機F-117第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六美國B2隱形轟炸機第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六在血管中運動的納米機器人，它正在使用納米切割機和真空吸塵器來清除血管中的沉積物納米醫(yī)學的應(yīng)用第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六檢查體內(nèi)疾病

重慶科研人員開發(fā)的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”估計三年內(nèi)可以上市。該醫(yī)生長得像一顆膠囊，把它吞進肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕上一目了然第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六納米在機械工業(yè)的應(yīng)用

采用納米材料技術(shù)對機械關(guān)鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。納米齒輪第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六納米技術(shù)在各國發(fā)展情況納米技術(shù)在美國2010年:80萬納米科技人才,GDP1萬億美元,200萬個就業(yè)機會能源部的8項優(yōu)先研究中，6項有關(guān)納米材料本世紀前10年幾個關(guān)鍵領(lǐng)域之一制定了“國家納米技術(shù)倡議”(NNI):軍工:隱形飛機表面涂料、艦船表面納米涂料美國總統(tǒng)布什2003.12.3日簽署了《21世紀納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，批準聯(lián)邦政府在從2005財政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進納米技術(shù)的研究開發(fā)第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六納米技術(shù)在各國發(fā)展情況納米技術(shù)在日本1962年,久保(Kubo):久保理論(量子尺寸效應(yīng))國會:21世紀前20年的立國之本著名大企業(yè):納米實用化技術(shù)的計劃三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六納米技術(shù)在各國發(fā)展情況納米技術(shù)在中國的發(fā)展清華大學:氮化鎵納米棒中國科技大學:從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽為“稻草變黃金”中科院化冶所“七五攻關(guān)”:納米碳化硅“八五863”:納米阻燃劑中科院化學所納米領(lǐng)帶超雙疏性界面材料

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納米聚丙烯管材高強度、抑菌功能第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六納米技術(shù)在各國發(fā)展情況納米技術(shù)在其它國家韓國：全國納米技術(shù)研究院、納米顯示技術(shù)印度：像抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣抓納米科技德國：把發(fā)展納米技術(shù)定位在新能源、新環(huán)境，全面帶動納米技術(shù)在各個領(lǐng)域的發(fā)展法國