納米材料(納米材料的基本知識)
1.納米材料的基本知識
從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化的細(xì)小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1~100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。 納米金屬材料是20世紀(jì)80年代中期研制成功的，后來相繼問世的有納米半導(dǎo)體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料等。 納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料（nanometer material），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?yàn)閺?qiáng)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(diǎn)、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)。 納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子（nano particle）組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1~100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的稀土納米材料
光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。 納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。 納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。 納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結(jié)，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。 就熔點(diǎn)來說，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點(diǎn)下降，同時納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料。 一般常見的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優(yōu)異的磁性材料。 納米粒子的粒徑（10納米~100納米）小于光波的長，因此將與入射光產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用。金屬在適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強(qiáng)烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測器材料。 納米技術(shù)在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進(jìn)國家水平，研究隊(duì)伍也在日漸壯大。
2.有關(guān)于納米的知識
什么是納米？ 納米是尺寸或大小的度量單位，是一米的十億分之一（千米→米→厘米→毫米→微米→納米）， 4倍原子大小，萬分之一頭發(fā)粗細(xì)。
納米技術(shù)是是指制造體積不超過數(shù)百個納米的物體，其寬度相當(dāng)于幾十個原子聚集在一起。 納米科技及其研究內(nèi)容 納米科學(xué)技術(shù)是研究在千萬分之一米（10-8）到億分之一米（10-9米）內(nèi)，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運(yùn)動和變化的學(xué)問；同時在這一尺度范圍內(nèi)對原子、分子進(jìn)行操縱和加工又被稱為納米技術(shù)。
用掃描隧道顯微鏡的針尖將 原子一個個地排列成漢字， 漢字的大小只有幾個納米。納米科技的研究內(nèi)容包括： 創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料，設(shè)計(jì)、制備各種納米器件和裝置，探測和分析納米區(qū)域的性質(zhì)和現(xiàn)象 。
納米科技研究目標(biāo)和可能的應(yīng)用 材料和制備：更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計(jì)；長壽命和低維修費(fèi)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復(fù)； 微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)：2010年實(shí)現(xiàn)線條為100nm的芯片，納米技術(shù)的目標(biāo)為：納米結(jié)構(gòu)的微處理器，效率提高一百萬倍；10倍帶寬的高頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；集成納米傳感器系統(tǒng)； 醫(yī)學(xué)與健康 快速、高效的基因團(tuán)測序和基因診斷和基因治療技術(shù)；用藥的新方法和藥物“導(dǎo)彈”技術(shù)；耐用的人體友好的人工組織和器官；復(fù)明和復(fù)聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統(tǒng) 航天和航空 低能耗、抗輻照、高性能計(jì)算機(jī)；微型航天器用納米測試、控制和電子設(shè)備；抗熱障、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料 環(huán)境和能源 發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境； 孔徑為1nm的納孔材料作為催化劑的載體；MCM-41有序納孔材料（孔徑10-100nm）用來祛除污物；納米顆粒修飾的高分子材料 生物技術(shù)和農(nóng)業(yè) 在納米尺度上，按照預(yù)定的大小、對稱性和排列來制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖、核酸等。在納米材料和器件中植入生物材料產(chǎn)生具有生物功能和其他功能的綜合性能。
生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料，動植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。 納 米 技 術(shù) 簡 介 納米（nanometer）：長度單位的一種，1納米=10-9米，即十億分之一米。
大約相當(dāng)于頭發(fā)粗細(xì)的八萬分之一?！皀anometer“"源自拉丁文，意思是"矮小"。
納米的確微乎其微，然而納米構(gòu)建的世界卻是神奇而宏大的。21世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和納米科學(xué)技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。
人們普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是信息和生命科學(xué)技術(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。納米技術(shù)所帶動的技術(shù)革命及其對人類的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子技術(shù)。
納米技術(shù)：于細(xì)微之處顯神奇 納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi)，通過對物質(zhì)反應(yīng)、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造新的材料、器件和充分利用它們的特殊的性能，并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動的新現(xiàn)象和新規(guī)律。由于納米正好處于原子、分子為代表的微觀世界和以人類活動空間為代表的宏觀世界的中間地帶，被稱為納米世界，也是物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及信息科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)地。
納米材料中包含了若干個原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設(shè)計(jì)和制備。幾十個原子、分子或成千個原子、分子"組合"在一起時，表現(xiàn)出既不同于單個原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，這種"組合"被稱為"超分子"或"人工分子"。
"超分子"的性質(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。當(dāng)"超分子"繼續(xù)長大或以通常的方式聚集成大塊材料時，奇特的性質(zhì)又會失去。
通俗來說，納米材料一方面可以被當(dāng)作一種"超分子"，充分地展現(xiàn)出量子效應(yīng)；而另一方面它也可以被當(dāng)作一種非常小的"宏觀物質(zhì)"，以至于表現(xiàn)出前所未有的特性。同時， 許多化學(xué)和生物反應(yīng)的過程也發(fā)生在納米尺度的層面上，因此探測納米尺度內(nèi)物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的變化，將加深對生命科學(xué)的理解。
對由數(shù)量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規(guī)律的認(rèn)識和如何操縱或組合他們，是當(dāng)今納米科學(xué)技術(shù)的主要問題之一。當(dāng)前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)等方面。
納米材料：材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿 納米科技發(fā)展中，納米材料是它的前導(dǎo)，因?yàn)榧{米材料集中體現(xiàn)了小尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高集成度和強(qiáng)相互作用以及高比表面積等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，其中最應(yīng)該指出的是納米材料是將量子力學(xué)效應(yīng)工程化或技術(shù)化的最好場合之一，可能會產(chǎn)生全新的物理、化學(xué)現(xiàn)象。現(xiàn)在可以用物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法制備出只包含幾百個或兒千個原子、分子的 "顆粒"。
這些"顆粒"的尺寸只有幾個納米，它們很容易與外界的氣體、流體甚至固體的原子發(fā)生反應(yīng)，也就是說十分活潑。實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，一遇到空氣就會燃燒，發(fā)生爆炸。
有人認(rèn)為用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會有更大的推力。另外，用納米金屬顆粒粉體做催化劑，可加快化學(xué)反應(yīng)過程，大。
3.關(guān)于納米的知識
什么是納米？
納米是尺寸或大小的度量單位，是一米的十億分之一（千米→米→厘米→毫米→微米→納米）， 4倍原子大小，萬分之一頭發(fā)粗細(xì)。納米技術(shù)是是指制造體積不超過數(shù)百個納米的物體，其寬度相當(dāng)于幾十個原子聚集在一起。
納米科技及其研究內(nèi)容
納米科學(xué)技術(shù)是研究在千萬分之一米（10-8）到億分之一米（10-9米）內(nèi)，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運(yùn)動和變化的學(xué)問；同時在這一尺度范圍內(nèi)對原子、分子進(jìn)行操縱和加工又被稱為納米技術(shù)。 用掃描隧道顯微鏡的針尖將 原子一個個地排列成漢字， 漢字的大小只有幾個納米。納米科技的研究內(nèi)容包括： 創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料，設(shè)計(jì)、制備各種納米器件和裝置，探測和分析納米區(qū)域的性質(zhì)和現(xiàn)象 。
納米科技研究目標(biāo)和可能的應(yīng)用
材料和制備：更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計(jì)；長壽命和低維修費(fèi)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復(fù)；
微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)：2010年實(shí)現(xiàn)線條為100nm的芯片，納米技術(shù)的目標(biāo)為：納米結(jié)構(gòu)的微處理器，效率提高一百萬倍；10倍帶寬的高頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；集成納米傳感器系統(tǒng)；
醫(yī)學(xué)與健康 快速、高效的基因團(tuán)測序和基因診斷和基因治療技術(shù)；用藥的新方法和藥物'導(dǎo)彈'技術(shù)；耐用的人體友好的人工組織和器官；復(fù)明和復(fù)聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統(tǒng)
航天和航空 低能耗、抗輻照、高性能計(jì)算機(jī)；微型航天器用納米測試、控制和電子設(shè)備；抗熱障、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料
環(huán)境和能源 發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境； 孔徑為1nm的納孔材料作為催化劑的載體；MCM-41有序納孔材料（孔徑10-100nm）用來祛除污物；納米顆粒修飾的高分子材料
生物技術(shù)和農(nóng)業(yè) 在納米尺度上，按照預(yù)定的大小、對稱性和排列來制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖、核酸等。在納米材料和器件中植入生物材料產(chǎn)生具有生物功能和其他功能的綜合性能。，生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料，動植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。
4.納米的知識
納米（nm），又稱毫微米，是長度的度量單位，1納米=10^-9米。
納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。1993年，國際納米科技指導(dǎo)委員會將納米技術(shù)劃分為納米電子學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米加工學(xué)和納米計(jì)量學(xué)等6個分支學(xué)科。
其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。納米科技是90年代初迅速發(fā)展起來的新興科技，其最終目標(biāo)是人類按照自己的意識直接操縱單個原子、分子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。
納米科技以空前的分辨率為我們揭示了一個可見的原子、分子世界。這表明，人類正越來越向微觀世界深入，人們認(rèn)識、改造微觀世界的水平提高了前所未有的高度。
有資料顯示，2010年，納米技術(shù)將成為僅次于芯片制造的第二大產(chǎn)業(yè)。
5.納米材料有什么優(yōu)點(diǎn)知識
納米材料的優(yōu)點(diǎn)：
除味、殺菌、韌性強(qiáng)、延長老化時間等。
缺點(diǎn)：
一、點(diǎn)缺陷，如空位，溶質(zhì)原子和雜質(zhì)原子等，這是一種零維缺陷。
二、線缺陷，如位錯，一種一維缺陷，位錯的線長度及位錯運(yùn)動的平均自由程均小于晶粒的尺寸。
三、面缺陷，如孿晶、層錯等，這是一種二維缺陷。納米晶粒內(nèi)的位錯具有尺寸效應(yīng)，當(dāng)晶粒小于某一臨界尺寸時，位錯不穩(wěn)定，趨向于離開晶粒，而當(dāng)粒徑大于該臨界尺寸時，位錯便穩(wěn)定地存在于晶粒內(nèi)。
位錯與晶粒大小之間的關(guān)系為：
1）當(dāng)晶粒尺寸在50~100nm之間，溫度<0.5mTm時，位錯的行為決定了材料的力學(xué)性能。隨著晶粒尺寸的減小，位錯的作用開始減小。
2）當(dāng)晶粒尺寸在30—50nm時可認(rèn)為基本上沒有位錯行為。
3）當(dāng)晶粒尺寸小于10nm時產(chǎn)生新的位錯很困難。
4）當(dāng)晶粒小于約2nm時，開動位錯源的應(yīng)力達(dá)到無位錯晶粒的理論切應(yīng)力。
【擴(kuò)展】
納米材料
①納米定義：納米是長度單位，1nm=10-9m即：十億分之一米；
②當(dāng)材料的微粒小到納米尺寸時，材料的性能就會發(fā)生顯著變化.如：黃金在正常情況下呈金黃色，而它的納米顆粒卻變成了黑色，且熔點(diǎn)顯著下降；
6.納米材料
納米是一個長度單位。
我們知道，1米=100厘米，1厘米=10毫米，那么1米又等于多少納米呢？1米=1000000000納米，即1米=109納米?？梢?納米是很小很小的長度單位。
1980年的一天，在澳大利亞的茫茫沙漠中有一輛汽車在高速奔馳。駕車人是德國物理學(xué)家格蘭特教授，他正獨(dú)自橫穿澳大利亞的一個大沙漠。
陽光照射在無邊無際的沙漠上，細(xì)小的沙粒晶體反射著光線，灼灼發(fā)亮。寂寞、孤獨(dú)和空曠的環(huán)境，使格蘭特的思維特別活躍和敏銳，他長期從事晶體材料研究，知道晶體中的晶粒雖然微小，卻對材料性能有極大影響，晶粒越小，材料的強(qiáng)度越高。
望著茫茫無際的巨大沙丘，格蘭特想到它們都是由微小的沙粒組成的：如果組成材料的晶粒細(xì)到只有幾個納米那么大，材料的性能又會是怎樣的呢？這次旅行給了格蘭特很大的啟發(fā)。 回國后，他立即開始實(shí)驗(yàn)。
1984年，他終于得到了只有幾個納米大的超細(xì)粉末，而且他發(fā)現(xiàn)，任何材料都可以制成納米大小的超細(xì)粉末。更有趣的是，一旦變成納米大小的粉末，無論是金屬還是陶瓷，從顏色上看都是黑的，其性能也就發(fā)生了天翻地覆的變化。
納米材料一誕生，即以其異乎尋常的特性引起了材料界的廣泛關(guān)注。 無論在航天還是在軍事或民用工業(yè)中，納米材料都顯示出了巨大的優(yōu)越性。
