高分子材料纳米技术

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1、青岛职业技术学院生物化工学院高分子材料纳米技术姓名：专业班级：学号：日期：纳米材料的研究现状、应用与未来发展摘要纳米材料与软物质的研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在诞生之初就显现出蓬勃的生命力，而且对它们的研究经久不衰。在知识与学科互相交叉的今天，纳米材料与软物质有可能相互结合，在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。关键词特性效应应用发展展望纳米发展小史1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的

2、机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。什么是纳米材料纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几

3、百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。正文一、纳米材料的特性所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点：（1）纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级（1-100nm）；（2）有大量的界面或自由表面；（3）各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性，使纳米材料具有一些独特的效应，也使纳米材料受到各国科学家的

4、追捧。物质尺度到了纳米量级后，由于表面电子能级（费米面）的变化（Kubo效应）导致了纳米材料具有许多奇特的性能，从而使其具备奇异性和反常性，能使多种多样的材料改性，用途极为广泛。表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应、界面相关效应，这五种效应是纳米材料的基本特性，它们使纳米粒子和纳米固体呈现出许多奇异的物理性质、化学性质和力学性质，它们是纳米技术应用的理论基础。1.表面效应粒子直径减少到纳米量级，表面原子数和比表面积、表面能都会迅速增加；处于表面的原子数增多，使大部分原子的周围（晶场）环境和结合能与块材内部原子有很大的不同；表面原子周

5、围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合，故具有很大的化学活性。2.量子尺寸效应纳米粒子尺寸下降到某一定值时，费米能级附近的电子能级将由连续能级变为分立能级。这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。3.体积效应当纳米粒子的尺寸变小时，周期边界条件将被破坏，使得物理化学性质发生变化，甚至是发生突变。如果颗粒尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，金属微粒均失去原有的光泽而呈黑色（光的吸收特性变化）；磁性超微颗粒在尺寸小到一定范围时，会失去铁磁性，而表现出顺磁性或超顺磁；非铁磁性也可转化为铁磁性；

6、铁电态变为顺电态、超导相向正常相转变等。4.宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近来年，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化。库仑堵塞效应——只能单电子传输，电荷宇称效应——电荷数奇偶性。5.界面相关效应由于纳米结构材料中有大量的界面，与块材相比，纳米结构材料具有反常高的扩散率，它对蠕变、超塑性等力学性能有显著影响；可以在较低的温度对材料进行有效的掺杂，并可使不混溶金属形成新的合金相；出现超强度、超硬度、超塑性等。二、纳米材料的研究现状及

7、其应用目前，纳米陶瓷、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料、微乳液、纳米纤维、纳米磁性材料、纳米储锂材料、纳米吸波材料等新型材料已经崭露头角，有的已经应用在实际产品中。2009年IDF上，英特尔带来了全球第一块22纳米工艺的芯片。美国科学家开发出一种简单、可行的碳纳米管混合物的净化方式，可以借助紫外线和空气中的氧生成净化的半导体纳米管，对发展下一代计算机芯片具有非凡价值。7月13日一个中德小组在期刊《自然·纳米技术》网络版上报告说，他们通过研究首次证明把钴元素掺入由氧化锌制成的纳米导线，能使纳米导线具有内禀磁性，这一成果对研制运算速度快且能耗

8、低的新型磁性半导体材料具有重要意义。9月27日的《NatureNanotechnology》报道，辛辛那提大学的生物工程研究人员使用一种