納米材料的定義、特點和應用前景

文章來源:[db:出處] 時間:2011-04-07 00:00:00

    什么是納米材料?

    納米(nm)和米、微米等單位一樣,是一種長度單位,一納米等于十的負九次方米,約比化學鍵長大一個數量級。納米科技是研究由尺寸在0.1至100納米之間的物質組成的體系的運動規律和相互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。可衍生出納米電子學、機械學、生物學、材料學加工學等。

    納米材料是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(1-100nm)的材料,它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。由于其組成單元的尺度小,界面占用相當大的成分。因此,納米材料具有多種特點,這就導致由納米微粒構成的體系出現了不同于通常的大塊宏觀材料體系的許多特殊性質。納米體系使人們認識自然又進入一個新的層次,它是聯系原子、分子和宏觀體系的中間環節,是人們過去從未探索過的新領域,實際上由納米粒子組成的材料向宏觀體系演變過程中,在結構上有序度的變化,在狀態上的非平衡性質,使體系的性質產生很大的差別,對納米材料的研究將使人們從微觀到宏觀的過渡有更深入的認識。

    納米材料的特點?

    當粒子的尺寸減小到納米量級,將導致聲、光、電、磁、熱性能呈現新的特性。比方說:被廣泛研究的II-VI族半導體硫化鎘,其吸收帶邊界和發光光譜的峰的位置會隨著晶粒尺寸減小而顯著藍移。按照這一原理,可以通過控制晶粒尺寸來得到不同能隙的硫化鎘,這將大大豐富材料的研究內容和可望得到新的用途。我們知道物質的種類是有限的,微米和納米的硫化鎘都是由硫和鎘元素組成的,但通過控制制備條件,可以得到帶隙和發光性質不同的材料。也就是說,通過納米技術得到了全新的材料。納米顆粒往往具有很大的比表面積,每克這種固體的比表面積能達到幾百甚至上千平方米,這使得它們可作為高活性的吸附劑和催化劑,在氫氣貯存、有機合成和環境保護等領域有著重要的應用前景。對納米體材料,我們可以用“更輕、更高、更強”這六個字來概括。“更輕”是指借助于納米材料和技術,我們可以制備體積更小性能不變甚至更好的器件,減小器件的體積,使其更輕盈。第一臺計算機需要三間房子來存放,正是借助與微米級的半導體制造技術,才實現了其小型化,并普及了計算機。無論從能量和資源利用來看,這種“小型化”的效益都是十分驚人的。“更高”是指納米材料可望有著更高的光、電、磁、熱性能。“更強”是指納米材料有著更強的力學性能(如強度和韌性等),對納米陶瓷來說,納米化可望解決陶瓷的脆性問題,并可能表現出與金屬等材料類似的塑性。

    納米材料的應用前景

    納米材料的應用前景是十分廣闊的,如:納米電子器件,醫學和健康,航天、航空和空間探索,環境、資源和能量,生物技術等。我們知道基因DNA具有雙螺旋結構,這種雙螺旋結構的直徑約為幾十納米。用合成的晶粒尺寸僅為幾納米的發光半導體晶粒,選擇性的吸附或作用在不同的堿基對上,可以“照亮”DNA的結構,有點像黑暗中掛滿了燈籠的寶塔,借助與發光的“燈籠”,我們不僅可以識別燈塔的外型,還可識別燈塔的結構。簡而言之,這些納米晶粒,在DNA分子上貼上了標簽。目前,我們應當避免納米的庸俗化。盡管有科學工作者一直在研究納米材料的應用問題,但很多技術仍難以直接造福于人類。2001年以來,國內也有一些納米企業和納米產品,如“納米冰箱”,“納米洗衣機”。這些產品中用到了一些“納米粉體”,但冰箱和洗衣機的核心作用任何傳統產品相同,“納米粉體”賦于了它們一些新的功能,但并不是這類產品的核心技術。因此,這類產品并不能稱為真正的“納米產品”,是商家的銷售手段和新賣點。現階段納米材料的應用主要集中在納米粉體方面,屬于納米材料的起步階段,應該指出這不過是納米材料應用的初級階段,可以說這并不是納米材料的核心,更不能將“納米粉體的應用”等同與納米材料。

上一條:納米材料及其應用前景

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