毕业论文
材料科学与工程学院二零一五年六月
天津工业大学
毕业论文
MnO2微纳米材料的可控制备及其性能研究
姓名邹学敏
学院材料科学与工程
专业复合材料
指导教师王立敏
职称教授
2015年6月
天津工业大学毕业设计（论文）任务书
院长教研室主任指导教师
毕业设计（论文）开题报告表
2015 年4月3日
摘要
本文分别采用直接沉淀法、超声法、C球模板法、水热法制备了不同晶型和形貌的二氧化锰，运用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）等手段对所制备的产品进行了表征。KMnO4和MnSO4溶液在80℃水浴下直接沉淀，得到了纳米线和纳米颗粒共存的MnO2，相比较于室温下直接沉淀法，得到产物的形貌较规整、结晶度更高；超声辅助下得到了成团的纳米线状二氧化锰，但在加入表面活性剂SDS之后却引起了小颗粒聚集，只得到了不规则球状物；C球为模板与KMnO4直接发生氧化还原反应得到的产物并不理想，但是在超声辅助下，C球表面生成了纤维状二氧化锰纳米线；水热法得到的产物形貌较好，结晶度较高，加入甘油作溶剂得到了立方体状的形貌，加入EDTA得到由纳米薄片组装成的花球状结构，加入表面活性剂SDS得到由较厚纳米片组成的生长不完全的花球状结构。
对于所制得的产物进行了吸附降解亚甲基蓝溶液性能测试，经吸附反应120min后，不同方法得到的二氧化锰对亚甲基蓝溶液有不同的降解率。结果表明，二氧化锰的吸附降解性能跟产品的形貌有很大关系，形貌规整、比表面积大的产品有更多的活性位点和更大的接触面积，因而有更好的吸附降解性能。
关键词：二氧化锰；超声辅助；水热法；吸附降解；亚甲基蓝
ABSTRACT
In this paper, direct precipitation method, ultrasonic method, carbon sphere template method and hydrothermal method have been used to synthesize manganese dioxide with different crystal types and morphologies. The as-prepared products have been characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscope (SEM) and so on. Coexisting MnO2nanowires and nanoparticles have been obtained by using KMnO4 and MnSO4 solution under 80℃water bath through the direct precipitation method, and the products are more uniform and have higher crystallinity compared with that through the direct precipitation at room temperature. Clouds of nanowires have been obtained by ultrasonic-assisted method, but irregular spheres caused by the aggregation of small particles have been produced after adding surfactant SDS. The samples through redox reaction between carbon sphere and KMnO4 were not ideal, but fibrous nanowires have been generated on the surface of the sphere under the ultrasonic-assisted method. By contrast, the products under hydrothermal method present better morphologies and higher crystallinity, cube-like morphology has been obtained by adding glycerol as part of the solvent, flower sphere assembled by nanosheets has been produced by adding EDTA, underdeveloped flower spherical structure assembled by thick sheets has been generated by adding surfactant SDS.
The adsorption performance tests of the obtained products have been performed via the degradation of methylene blue solution. Manganese dioxide prepared by different methods have different degradation rate to methylene blue solution after the 120 min of adsorption reaction. The results show that the adsorption degradation performance of manganese dioxide has much to do with the morphology of products. The products with uniform morphology and large specific surface area have more active sites and larger contact area, and thus have better adsorption degradation performance.
Key words:Manganese dioxide; Ultrasonic-assisted; Hydrothermal; Adsorption degradation; Methylene blue
目录
第一章绪论 (1)
1.1前言 (1)
1.2纳米材料 (2)
1.2.1纳米材料的简介 (2)
1.2.2纳米材料的发展 (2)
1.2.3纳米材料的分类及特性 (3)
1.2.4纳米材料在环境领域方面的发展现状 (4)
1.3二氧化锰 (5)
1.3.1锰 (5)
1.3.2二氧化锰的结构及分类 (5)
1.3.3二氧化锰的制备方法 (6)
1.3.4二氧化锰的应用 (7)
第二章实验部分 (11)
2.1实验试剂与仪器 (11)
2.1.1实验试剂 (11)
2.1.2实验仪器 (11)
2.1.3实验测试设备 (11)
2.2二氧化锰的制备 (12)
2.2.1直接沉淀法 (12)
2.2.2超声法 (12)
2.2.3C球模板法 (13)
2.2.4水热法 (13)
第三章二氧化锰的表征与分析 (15)
3.1直接沉淀法制备的二氧化锰的表征 (15)
3.2超声法制备的二氧化锰的表征 (16)
3.3C球模板法制备的二氧化锰的表征 (18)
3.4水热法制备的二氧化锰的表征 (19)
3.5本章小结 (20)
第四章二氧化锰的性能研究 (23)
4.1有机染料亚甲基蓝介绍 (23)
4.2二氧化锰吸附亚甲基蓝实验 (24)
4.2.1直接沉淀法制备的二氧化锰吸附亚甲基蓝实验 (24)
4.2.2超声法制备的二氧化锰吸附亚甲基蓝实验 (25)
4.2.3C球模板法制备的二氧化锰吸附亚甲基蓝实验 (25)
4.2.4水热法制备的二氧化锰吸附亚甲基蓝实验 (26)
4.3本章小结 (27)
第五章结论 (29)
参考文献 (31)
附录一 (33)
附录二 (39)
致谢 (47)
第一章绪论
1.1前言
随着社会的不断发展，人类从自然获取的能源不断增多，尤其是工业的快速崛起，使得全球水资源遭到了巨大的污染。中国作为一个发展中国家，在水体污染方面的问题更是暴露无遗，自从20世纪中业特别是80年代以来，我国水体总体上呈现出恶化趋势，由于生产生活所排放的污染物总量逐年增加，而且污染成分也表现出多样性和复杂性，这使得自然水体的自我净化能力遭到极大的减弱。主要江河和淡水湖水体呈现恶化趋势，表现在水质下降、水污染范围扩大、危害加剧等诸多方面，并且还呈现出新的发展趋势[1]。2003年，调查数据显示在列入全国水资源综合污染指数评价的约10万千米长河中，33.3％以上的河段受到不同程度的污染[2]。2005年的监测中发现，情况并没有得到好转，污染指数排序一样，但是这些水系的废水排放量同期增加了11%。我国流水污染还相当严重，再者，值得我们注意的是全国流域水污染面积一直呈一个上升趋势。
水体污染主要可以分自然污染和人为污染这两大类。人类的生产活动产生的污染物给我国重点流域造成了比较严重的水污染，主要来自工业、农业和生活三方面产生的污染物。工业废水的成分相当复杂，处理起来具有很大的难度，一般都是含有重金属、有机污染物的废水，自然环境降解周期长或者无法降解，是造成水体污染的最大来源。农业污染源包括农药、化肥、牲畜粪便等，伴随着严重的水土流失和流失的氮磷钾营养元素，造成了江河湖泊不同程度富营养化和藻类等生物异常繁殖，水体中的氧气含量急剧下降，鱼虾等生物无法生存，变得浑浊，动植物的腐烂又会引起水中微生物的增多，恶性循环，水质恶化。生活污染源主要是城市生活中的生活废料和排泄物，包括各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等含氮、磷、硫较多，多为无毒的无极盐类，污水的成分及其变化取决居民的生活状况，生活水平及生活习惯[3]。中国一直在走―先污染后治理‖的环境保护之路，落后的经济发展方式和生产方式给我国的水体带来了严重的污染。生产生活的废水未经处理直接排放，小型企业产生的工业污水不经任何处理直接排放到河流中，自我环保意识相对薄弱，缺乏严谨的环境监管制度，污染处理设施严重不够等多方面原因，使得我国水体污染的状况不断加重，急需探索出一套健全的体制结合全新的处理技术来改善这种局面。
以往的由于工业生产而产生的污水的解决方案可以分为化学物理和生物两种办法。只是这两种方法在实践的过程中发现存在很多问题，诸如实施难度大，条件苛刻，治理过程复杂，成本很高，并且容易产生二次污染，降解效果有限，催化效率较低，催化对象单一，如何找到一种节约成本，性能优异，高效率的水污染处理方法亟待解决。
使用纳米材料和技术处理有机工业用水成为了解决水污染问题的重要方法，其优点众多，例如直接利用光能、不存在二次污染、强氧化性、有机污水完全矿化等等。在环境保护领域，尤其是工业有机废水的处理和新能源的利用开发方面表现出了广泛的应用前景。快速发展的纳米科技，日新月异的纳米材料为制得性能优异，催化效率高的催化剂奠定了坚实的基础。
1.2纳米材料
1.2.1纳米材料的简介
纳米材料是指构成材料的结构单元能达到纳米级尺度，特征维度尺寸在1~100nm范围内的固态材料（包括粉体、块体、薄膜和纤维等）[4]。因为纳米材料的长度和电子相干波长已经非常接近，强烈的相干作用所产生的自组织让它的性质产生较大变化。再加上纳米材料拥有特殊的大表面效应，因此其所表现的性质，比如导热、导电、磁性、熔点、光学特性等等，常常和该物体在完全体情况时所呈现的性质不一样[5]。纳米颗粒的奇妙世界是我们平常肉眼或者一般显微镜所无法窥探到的，必须借助扫描隧道显微镜和原子力显微镜才能观察到。可见光的波长为400~760纳米，一般烟尘颗粒尺寸为数微米，但是，纳米颗粒的尺寸比可见光波长还短，跟细菌相当（一般细菌的尺寸在几十纳米）。
1.2.2纳米材料的发展
自20世纪80年代末以来，纳米材料的理论有了一定的发展，纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的超常特征，引起了世界各国政府和科学家的广泛兴趣，纷纷将纳米技术列入高科技发展计划中，并投入相当的人力物力。纳米材料和纳米科技正式登上科学技术的舞台是在1990年7月美国召开的国际第一届纳米科学技术学术会议上。全球性的纳米风暴，各国政府领导和科学家都认识到纳米技术将引导21世纪的发展，纳米结构的研究与应用将诱发新的一次工业革命。纳米材料的不断研究给我们的生活带来了翻天覆地变化，使得很多不曾想过的事情变成现实，为社会的进步和发展做出了巨大的贡献。
纳米材料和纳米技术正以前所未有的速度向各个领域渗透，推动着人类社会的快速进步，给我们的生活带来了难以估计的影响。从最初被动的纳米结构发展到主动结构，再到可用多种技术进行人工组装的3维纳米系统，现在正朝着分子纳米系统阶段快速发展[6]。其实纳米材料早在1000多年前就被人类制备并用于日常生活，但是那时候并没有纳米材料这个概念出现。如中国古代用于制墨和染料的纳米炭黑就是利用燃烧的蜡烛烟雾。
我国纳米科技的研究是从上世纪80年代开始，和世界纳米科技的研究有着相同的历史，同时在很多领域也取得了众多的研究成果，部分达到了世界先进水
平。从过去十年间我国纳米技术方面在国际上所发表的论文研究和申请的专利来看，在纳米技术所涉及的所有领域中，中国都已处于世界前三名，部分领域论文发表量和专利申请量更是占据世界第一。科技部、国家自然科学基金委员会和中国科学院通过―国家科技支撑计划‖、―863计划‖、―973计划‖、―国家自然科学基金‖等一系列科技计划，从不同层面部署了一批重大和重点项目，对纳米技术的研究和开发应用给予了支撑，使我国在科技技术研究方面的部署得到进一步加强。
目前世界各国纳米技术的应用主要在电子信息技术、生物医药技术、能源材料技术、环境材料技术和功能材料技术等方面。未来发展趋势主要为：纳米技术投入由基础研究向应用研究及产业化的转变；纳米技术向多科学交叉和融合的方向发展；纳米技术向集团化和国际化方向发展；纳米技术更加依赖于新的仪器设备的研制。在过去十年中，新兴学科纳米科学和纳米技术已经以惊人的速度成长，这无与伦比的技术突破主要是由于全球政府和大规模工业投资的推动。更多有关纳米科技方面的知识被创造，更多有限尺寸的材料被改造或重铸，精心设计的纳米结构有着无尽的可能性使其从业者的状态很难跟上技术的步伐。
1.2.3纳米材料的分类及特性
纳米材料通常按照维度进行分类，可分为0维材料（如原子团簇、纳米微粒等）、1维材料（如纳米线、纳米管、纳米棒等）、2维材料（如纳米薄膜、石墨烯等）和3维纳米材料（如纳米块等）。纳米材料还可以按成分、材料的成键方式、物理性质、用途和物理效应来划分。
下面是纳米材料的独特性能的几种基本效应：
1）表面与界面效应
纳米晶体材料的粒径很小加上含有大量的晶界，表面原子占有的比例急剧增大。表面原子数的增加、原子配位数的不足导致表面的活性位置增加，具有极大的表面积自由能。如：颗粒粒径为1nm时，每个微粒包含30个原子，表面原子所占比例高达90％；颗粒粒径为20nm时，每个颗粒所包含的原子数为2.5×105，表面原子数所占比例只有10％。
2）小尺寸效应
随着纳米材料的组成相的尺寸的减小，纳米材料的性能也会发生变化，当小到某一临界值时，材料的性能将发生明显的变化或者突变。当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小的时候，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现特殊的现象。
3）量子尺寸效应
当粒子的尺寸到达纳米级的时候，金属费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级的现象，以及半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象称为量子尺寸效应。
4）宏观量子隧道效应
科学研究发现微观粒子具有贯穿势垒的能力，称为隧道效应。
1.2.4纳米材料在环境领域方面的发展现状
随着全世界工业化进程的迅速发展，大量工业废水、废气排放到自然界，使人类的生存环境受到严重污染，纳米科技为环境保护和环境治理方面提供了新途径。纳米技术与环境保护的有机结合，正逐步解决许多环保难题：大气污染、污水处理、噪声污染控制、固体废弃物的处理等。近几年，纳米科技在环保方面的应用急剧增长，越来越多的纳米环境新材料应用于现实生活和生产生活中，新型的纳米吸附材料正广泛应用于污水的处理和净化；碳纳米管不仅能提供一种有效而清洁的储氢方式，还能处理污水中的重金属离子和一些有害的无机物；纳米催化材料如纳米TiO2能降解空气中的有害物质、废水中的有机物，在空气净化和废水处理等方面具有广阔的应用前景。美国把纳米技术向环境领域切入，作为纳米技术启动的重要内容，并注意发展纳米环境产业和能源产业。美国把海水淡化应用纳米技术列为重点发展的九大技术之一，并重点发展纳米技术在清洁能源、能量转换和高效电池等方面的应用。德国重点发展了太阳能利用方面的纳米技术的应用，尤其是生活污染和工业污染处理方面的纳米技术的研究与应用。从全世界范围来看，日本在汽车尾气处理上全方位地采用纳米技术。韩国从1999年开始重点研究纳米光催化材料，近几年在水处理和空气净化领域的研究也有了一定的发展。英国一家公司研制出一种新型常温光催化剂，在紫外线的照射下通过纳米TiO2催化剂迅速降解工业废水和被污染的地下水中的多氯联苯类。―十一五‖期间，我国也对纳米技术在环境领域做了大量的投入，资助了一系列相关研究项目，国家预计投入超过14000亿元用于环保。
近年来全球气候变暖、水资源紧缺、环境遭到极大破坏，世界各国政府和科学家都在投入大量的资金去保护环境，环保产业有着巨大的市场需求。纳米技术和纳米材料的高速发展必将为环境保护领域带来突破性的变化，充分利用纳米材料的特殊功能和活性，特别是高效吸附、电磁催化、光催化等特点，分解污染物，治理、改善已经污染的环境成为环境保护发展的必然趋势。一批新型纳米技术支撑的节能环保型的产业正在兴起[7]。
1.3二氧化锰
1.3.1锰
地球上锰的蕴藏量相当之大，广泛分布于地壳之中，丰度为0.13％。中国锰矿资源较多，居世界第三位，分布在全国21个省（区），在目前探明储量213处矿区中，矿石储量总保有5.66亿吨。
1774年，瑞典的甘恩从软锰矿中分离出了锰，柏格曼将它命名为锰，从此锰开始进入科学家的研究世界。锰是周期表中第25号元素，在基态时其电子构型是1s22s22p63s23p63d54s2，密度7.44g/cm3，熔点1244℃，沸点1962℃[8]。锰的化合价有+2、+3、+4、+6和+7，其中以+2、+4、+6、+7为稳定的氧化态。锰有四种同素异形体存在α锰（体心立方），β锰（立方体），γ锰（面心立方），δ锰（体心立方），其主要三种异形体的平衡如下：
室温下的稳定形式是α-Mn，硬而脆，能刻划玻璃，具体心立方晶核结构。Mn-Mn间距范围从224~291pm，这种复杂的结构，人们认为可能是由于存在着不同价态的Mn原子的缘故。β-Mn，在α-β转变温度之上可以方便的用淬火法在室温下分离出来，跟α-Mn相似。Mn—Mn间距在236~267pm之间变化。由电沉积法得到的γ-Mn在室温下不稳定，在低温下可保持γ型。室温下为面心晶格结构，高温下为面心立方晶格结构。δ-Mn在高温（1140~1240℃）X射线衍射实验证实了锰的第四种同素异形体具有体心立方晶格结构。
1.3.2二氧化锰的结构及分类
MnO2呈灰色或灰黑色，是软锰矿的主要成分。二氧化锰并非按照Mn:O=1:2 的化学计量比来结合的,一般将其分子式表示为MnO x，其中x为含氧量，通常x 小于2，MnO2只是习惯上的表示方法。此外它的水含量和氧化程度都是可变的，晶格结构也比较复杂[9]。当基本结构单元（即，[MnO6]八面体）以不同的方式连接时，二氧化锰可以以不同的结构形式存在，α-，β-，γ-，和δ-类型等。现在科学家已经证明了，MnO2中的锰元素化合价主要是以+4价存在，同时也会有少量的锰元素以+2和+3价存在。
隧道状二氧化锰结晶化合物是由[MnO6]八面体为基础单元，通过共棱和共角的方式在空间构成一维、二维或三维的特殊隧道结构，这些隧道中常含有水分子或者阳离子（如Li+、K+或NH4+等）。
二氧化锰一维隧道是由双MnO6八面体由两个边缘和角落共享连接而成的。例如，α-二氧化锰是从边缘的双链构建共享其在角部连接形成MnO6八面体（2×2）+（1×1）的隧道结构（（2×2）+（1×1）隧道大小分别是0.46纳米和0.189纳米）。
两者的中间层和隧道能够容纳阳离子，并且所引入的阳离子能形成稳定的晶体结构。常见的一维隧道状二氧化锰结晶化合物：β-型软锰矿、α-型钡锰矿、硬钡锰矿、钙锰矿等等。
层状二氧化锰含有由碱性/碱土阳离子或水分子占据的层间区域边缘共享MnO6八面体形成的二维层。水钠锰矿型二氧化锰，也记为δ-MnO2，具有二维层状结构，间距离0.73纳米。常见的层状二氧化锰结晶化合物有三种，分别为(l×∞)构型的Vemadite(水轻锰矿)、(2×∞)构型的Bimessite(水钠锰矿或水钾锰矿)和(3×∞)构型的Buserite(布塞尔矿)[10]。
1.3.3二氧化锰的制备方法
目前，合成二氧化锰纳米材料的技术已有了很大的发展，每种制备方法所得到的产物的晶体的形貌、结构和性质都会存在一定的差异，常见的主要包括：水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、模板法、固相反应法、化学沉淀法等。每种制备的方法的条件稍作改变都有可能引起二氧化锰晶体形貌、性质的变化，如温度、pH值、时间、反应物的量比、溶剂和加入金属离子等，因此，找出该种制备方法条件变化的影响规律对于合成出理想产物变得很重要。
1）水热法
水热法是指以水为溶剂，将反应物加入到特定的密闭高压釜中，通过高温高压的作用反应一定的时间，制备出无机纳米材料。水热合成方法表现出纳米结构的可控制备一种非凡的能力。直到现在，通过该方法获得的纳米结构几乎覆盖了传统的无机半导体材料。在2000到2011年，科学出版物上用水热法制备纳米材料的文献以每年1.5倍的数量迅速增加也证明了水热法的强大。
精确控制水热合成条件是成功制备二氧化锰纳米结构的一个关键，该可控条件可被归类为系统内部反应条件（如浓度，pH值，时间，压力，有机添加剂或模板）和外部环境反应条件（如输入能量的模式）。根据两种条件的调整，已经开发了二氧化锰的各种水热合成方法，基于该内部反应系统的调整的方法可被归为四种类型：无模板水热合成、有机添加剂辅助水热合成、模板辅助水热合成及基板辅助水热合成。除了控制通常温度参数，基于所述外部反应环境的调整的方法包括微波辅助和磁场辅助水热路线。Gao Cheng等人[11]未使用任何表面活性剂，经由NaClO3和MnSO4在硫酸溶液中，用水热法制备出由两个纳米棒组成的钳形MnO2。郑德山[12]以Mn(NO3)2为锰源，NaH2PO3为氧化剂，160℃水热反应12h后，得到了一维MnO2纳米棒。
2）溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是制备纳米材料重要的方法，基本原理是以金属醇盐或无机盐作为前驱体，溶于水中形成均匀溶液，反应后生成物聚集成粒子并形成溶胶，再
将溶胶干燥、煅烧，最后得到所需的晶体材料。该法具有以下优点：烧结温度比高温固相反应温度低，可获得粒径很小的纳米粒子，粒径分布均匀，晶型和粒度可控，产品纯度高。王佳伟等人[13]用溶胶-凝胶法通过控制pH值在8.0、干凝胶焙烧温度在350℃制得性能良好的MnO2，呈纤维状，内部结构松散，孔道较大，用其组装的超级电容器有利于电子传输和离子扩散。
3）微乳液法
微乳液法是在纳米级反应器中制备纳米材料，反应被限制在胶束内部进行，以此空间为反应场所可以合成1~100nm的纳米微粒。
4）模板法
模板合成法是利用微孔结构作为模板，结构基质包括多孔玻璃、沸石分子筛、大孔离子交换树脂、Nafion膜等，结合其他化学方法，使反应物或单体在微多孔层或间质反应的微/纳米尺度空间中聚集成管状，直链或层状等结构材料。通过合成适宜尺寸、结构的模板对合成材料的大小、形貌、结构和排布进行有效控制。徐伟等人[14]采用碳球作为模板，高锰酸钾作氧化剂，成功制备了粒径较为均一的二氧化锰球壳。该合成方法具有模板合成有针对性、合成工艺比较简单、易于控制、尺寸均一、形状可控和分散性稳定等优点。
5）固相反应法
固相合成则是直接将锰的金属盐或金属氧化物固体按一定比例充分混合，研磨后进行煅烧，通过合成反应直接获得MnO2粉末。该法制得的二氧化锰粒径均匀、且粒度可控、污染少、工艺简单、还可避免团聚。韩莹[15]将已经研磨成细粉的KMnO4和MnCl2 ? 4H2O按摩尔比2:3充分混合，在研磨机中研磨4小时后水浴加热24小时，洗涤烘干后得到MnO2粉末，其为α-MnO2和γ-MnO2的混合晶相，成为了一种有效的电极材料。
6）化学沉淀法
化学沉淀法分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法，采用+7价锰盐和+2价锰盐在水溶液中发生氧化还原反应，控制适当的条件（水浴加热、超声辅助等），使溶质转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到MnO2纳米颗粒。王艳菲等人[16]在室温下按一定比例直接将MnSO4溶液逐滴加入到KMnO4溶液中，搅拌反应一段时间后，洗涤干燥沉淀，得到新型针状δ-MnO2。
常见的反应体系有Mn2+/MnO4-、Mn2+/(NH4)2S2O8、MnO2+/O2或Cl2、MnO2+/ MnO4-等。
1.3.4二氧化锰的应用
二氧化锰由于其结构多样、物理化学性质独特、成本低、活性高(稳定在碱性/中性介质)，环境兼容性好等诸多优点，已经被广泛的研究并应用于吸附、催
化、传感器、充电锂电池、超级电容器和离子交换等方面[17]。到现在为止，各种纳米结构二氧化锰，如纳米颗粒、纳米棒、纳米带、纳米线、纳米管、纳米纤维、纳米片，还有中孔分子筛和支链的结构，海胆/兰花状和其它分级结构，都通过不同的方法合成出来了。
1）超级电容器
超级电容器是一种介于传统电容器和电池间的一种新型、高效的储能装置，具有温度特性、使用寿命长、对环境无污染、快速充放电等优点。其作为2l 世纪新型能源器件越来越受到人们的重视，广泛应用于航天航空、电动汽车等领域。
近年来，纳米尺度的电极材料已经引起了研究者极大的兴趣，因为它们高的表面面积和尺寸的效果可以有效地提高比容量和循环寿命。二氧化锰具有较好的电容性，其表面积大，加上其成本低，环境友好，制备方法多样性等优点，而原先的电极材料氧化钌和氧化铱等贵金属氧化物的价格昂贵，正在逐步被纳米MnO2电极材料所取代。文献调查显示，二氧化锰样品的电化学性能受合成方法的影响，各种方法如热分解法、共沉淀法、溶胶- 凝胶法、电化学沉积法、水溶液法和固态反应法都经常使用的方法。由上述方法制备的二氧化锰的比电容通常为150?400Fg-1 [18]。
2）电致变色应用
电致变色材料是在外电场作用下颜色能发生可逆转变的材料，多数过渡金属氧化物薄膜和许多有机化合物，都具有电致变色性能。电致变色是一个由化学引起的氧化-还原反应过程，电解质层和离子存储层的电子和金属的注入和抽出在电致变色过程中起着决定作用。
电致变色材料目前主要集中在对无机材料的研究，主要由于无极材料具有制备方法简单、使用寿命长和响应时间短的优点。目前研究比较广泛的阴极着色材料是WO3，其在还原过程中由无色变为蓝色[19]；阳极着色材料中MnO2被一致认为是最具有发展潜力的变色材料，在氧化过程中MnO2由浅黄色变为深棕色[20]。目前，对其研究虽然有了一定的进展，但是对其电致变色机理还需要付出很多的努力进行研究。
3）吸附催化应用
微纳米MnO2由于其颗粒直径小，形貌多样(海胆型、花球状、针状等)，有着常规颗粒材料不具有的表面效应和纳米尺寸效应，成为制备高性能吸附材料的重点研究对象。对于MnO2纳米粒子的吸附机理：一方面MnO2纳米粒子具有大的比表面积，另一方是由于纳米粒子的表面羟基作用，表面存在的羟基能够和某些阳离子键合，双重作用使得废水中的金属离子和有机物的吸附程度达到较高的水平。
早在20世纪60年代，国外就有文献报道水合MnO2对溶液中的重金属离
子有很好的吸附效果[21]。例如，Chen等人[22]合成了多孔二氧化锰微球吸附甲基蓝。Kanungo等人[23]发现一些有毒金属（钴（II），镍（Ⅱ），铜（II）和Zn（II）离子）可以有效地被二氧化锰通过静电引力和形成内球络合物吸附。Pan等人[24]用水合二氧化锰作为一个潜在的吸附剂从水选择性地除去铅，镉和锌离子。Kim 等人[25]制备分层的MnO2包被的磁性纳米复合材料，用于从污染水系统中除去重金属离子性能良好。
同时纳米MnO2还有着很强的催化氧化作用，对双氧水有着良好的催化特性，可以催化双氧水降解染料分子。其在生物传感器方面也有着很大的潜在应用前景，成为了研究热点。在有机合成中，我们经常使用MnO2作为催化剂将酮类氧化为醇类。
纳米MnO2除上述领域的应用外，在其他方面也有着广泛的应用，包括锂离子二次电池、离子交换、催干剂和磁学等方面。
纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。 一、应用 由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。 （1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。 （2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其
产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。 （3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。 （4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。 二、特点 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
纳米材料的热学特性 【摘要】：纳米材料的应用及其广泛，涉及到各个领域。本文将从纳米材料的热容，晶格参数，结合能，内聚能，熔点，溶解焓，溶解熵及纳米材料参与反应时反应体系的化学平衡等方面对纳米材料的热学性质的研究进行阐述，并对纳米材料热学的研究和应用前景进行了展望。 【关键词】：纳米材料热学特性发展前景 【正文】： （一）纳米材料 纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l 5 ～5 0 ％。纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。 纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。 （二）热学特性 一热容 1996年，在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减50 %。1998年，通过研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明:过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。2002年，又把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小，二.晶格参数，结合能，内聚能 纳米微粒的晶格畸变具有尺寸效应，利用惰性气体蒸发的方法在高分子基体上制备了1. 45nm 的pd纳米微粒，通过电子微衍射方法测试了其晶格参数，发现Pd 纳米微粒的晶格参数随着微粒尺寸的减小而降低。结合能的确比相应块体材料的结合能要低。通过分子动力学方法，模拟Pd 纳米微粒在热力学平衡时的稳定结构，并计算微粒尺寸和形状对 晶格参数和结合能的影响，定量给出形状对晶格参数和结合能变化量的贡献研究表明:在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低，在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形纳米微粒的相应量。 三纳米粒子的熔解热力学 熔解温度是材料最基本的性能，几乎所有材料的性能如力学性能，物理性能以及化学性能都是工作温度比熔解温度( T /Tm )的函数，除了熔解温度外，熔解焓和熔解熵也是描述材料熔解热力学的重要参量；熔解焓表示体系在熔解的过程中，吸收热量的多少，而熔解熵则是体系熔解过程中熵值的变化。几乎整个熔解热力学理论就是围绕着熔解温度，熔解熵和
纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重，所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量的界面，晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应，量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值，美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法
又称为物理气相沉积法，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法，研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源，使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源，使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材，成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物，如用电子束照射 Al2O3 后，表层的Al-O 键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝，形核、长大，形成Al的纳米微粒，但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法
纳米材料应用的新进展 来源：全球电源网 世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数， 理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将 纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复 合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀
磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
纳米材料的应用及发展前景 摘要 纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并简述了纳米材料在各方面的应用及其在涂料和力学性能材料方面的发展前景。 关键词：纳米材料、纳米技术、应用、发展前景 一、前言 从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1 纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展
纳米材料的特性和应用 摘要本文简要介绍了纳米材料的分类及特性，并对纳米材料在化工、生物医学、环境、食品等领域的应用进行了综述，最后对纳米材料的发展趋势进行了展望。关键词纳米材料；分类；特性；应用；发展 1 引言 有科学家预言, 在21 世纪纳米材料将是“最有前途的材料”, 纳米技术甚至会超过计算机和基因学, 成为“决定性技术”。国际纳米结构材料会议于1992 年开始召开(两年一届) , 并且目前已有数种与纳米材料密切相关的国际期刊。德国科学技术部预测到2010 年纳米技术市场为14 400 亿美元, 美国政府自2000 年 克林顿总统启动国家纳米计划以来, 已经为纳米技术投资了大约20 亿美元。同时, 欧盟在2002～2006 年期间将向纳米技术投资10 多亿美元。日本2002 年的纳米技术开支已经从1997 年的1. 20 亿美元提高到7. 50 亿美元。 2 纳米材料及其分类 纳米材料（nano- material）又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。粒子尺寸范围在1-100 nm 之间，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，将纳米材料大致可分成四种类型，即零维的纳米粉末（颗粒和原子团簇）、一维的纳米纤维（管）、二维的纳米膜、三维的纳米块体。 3 纳米材料的特性1 3.1 小尺寸效应 当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时, 周期性的边界条件将被破坏, 使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化。如银的熔点约为900℃, 而纳米银粉熔点仅为100℃, 一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%～50%。 3.2 表面效应 纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质变化。纳米晶粒的减小, 导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大, 致使它表现出很高的活性,如日本帝国化工公司生产的T iO2平均粒径为15 nm , 比
纳米材料的特性及应用 （齐齐哈尔大学材料科学与工程学院高分子专业） 摘要：纳米材料是当今及未来最有发展潜力的材料，由于其独特的表面效应、体积效应以及量子尺寸效应 ,使得材料的电学、力学、磁学、光学等性能产生了惊人的变化。本文分别从纳米材料的定义，发展，分类，特性，应用及未来发展方面进行了详细的论述。 引言 很多人都听说过"纳米材料"这个词,但什么是纳米材料级简称为纳米材料，是指其的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间,广义上是中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。由于它的尺寸已经接近电子的，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的，加上其具有大表面的特殊效应。因此它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力 关键词：?纳米材料纳米材料分类特性应用 一.什么是纳米材料 纳米级简称为纳米材料(nanometermaterial)。从尺寸大小来说，通常产生显着变化的细小的尺寸在0.1以下（注1米=100，1=10000微米，1
微米=1000，1=10），即100以下。因此，颗粒尺寸在1～100的微粒称为超微粒材料，也是一种材料。其中，纳米是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米薄膜、纳米、纳米瓷性材料和材料等。 二.纳米材料发展简史 纳米材料的应用实际上很早就有了，只是没有上升成纳米材料的概念。早在1000多年前，我国古代利用燃烧蜡烛来收集的碳黑作为墨的原料及染料。这是应用最早的纳米材料。我国古代的铜镜表面长久不发生锈钝。经检验发现其表面有一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜。十八世纪中叶，胶体化学建立，科学家们开始研究直径为1-10nm的粒子系统。即所谓的胶体溶液。事实上这种液态的胶体体系就是我们现在所说的纳米溶胶，只是当时的化学家们并没有意识到，这样一个尺寸范围是人们认识世界的一个新的层次。在后来的催化剂研究中，人们制备出了铂黑，这大约是纳金属粉体的最早应用。把纳米材料正式作为材料科学的一个新的分支是在1990年7月在美国巴尔的摩召开的国际第一届纳米科学技术学术会议上确定的。所以纳米材料的发展将1990年7月作为界线，1990年7月以前为第一阶段，在这之前，从20世纪60年代末开始，人们主要在实验室探索用各种手段制备不同种材料的纳米粉末、合成块体(包括薄膜)、研究评估表征的方法、探索纳米材料。不同于常规材料的特殊性；但研究大部分局限性在单一材料。人们开始看到，当材料的尺寸处于纳米尺度范围内时，会呈现许多不同的性能特征，这对新材料的研究和发展提供了新的思路和方向。1990年以后，纳米材料得到了迅速发展。在理论研究方面，纳米科技的诞生，给人们的思维带来了一次革命。它告诉我们，任何一种物质的性
纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部
纳米材料的性能与应用 “纳米”是英文namometer的译名。另一种说法“纳米”一词源自于拉丁文“NANO”，意思是“矮小”。纳米是一个度量单位，是一个长度单位。纳米材料构筑的物质，是看不到，摸不着的微细物质。所谓纳米科技是以1~100nm尺度的物质或结构为研究对象的一门新兴学科，就是指通过一定的微细加工方式，按人的意志直接操纵原子、分子或原子团、分子团，使其重新排列组合，形成新的具有纳米尺度的物质或结构，研究其特性，并由此制造新功能的器件、机器以及其它各方面应用的科学与技术。 追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技形成独立学科领域是在20世纪90年代，1990年在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科技会议（Nano I），成立了常设机构——顾问委员会，中国是成员之一。1993年8月在莫斯科召开了第二届国际纳米科技会议(Nano Ⅱ)1996年在北京召开了第四届国际纳米科技会议(Nano Ⅳ)。2000年在德国举行了第六届国际纳米科技会议（Nano Ⅵ）。 2001年1月18日。中国成立了中国纳米科技指导协调委员会，制订发展中国纳米科技的计划。目前国家已初步规划在北京、上海成立北、南两个研发中心（纳米科技创新基地）。当前我国纳米科技发展的主要任务是：①加强纳米科技前沿的基础研究和基础性工作；②突破一批纳米科技发展共性关键技术；③开拓纳米材料和器件的应用，培育相关产业；④建设国家纳米科技基础设施和研究开发基地；⑤建设高素质的纳米科技骨干队伍。 (一) 纳米材料 1. 纳米材料与纳米结构的定义 广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1~100mm）或由他们作为基本单元构成的材料。纳米结构是指由纳米尺度的基本单元按照一定的规律构建或组装成的一维、二维或三维体系。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。 2. 纳米材料的特性 （1）表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。 （2）小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。 （3）量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。
纳米材料在现实生活中的应用 提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米技术，可能很多人并不一定清楚。著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，简写是nm，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理涵。纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。然而我们将就纳米技术在现实生活中的应用来看看纳米技术的应用前景。 关于纳米技术在显示生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在生活中的存在和应用也很普遍。
纳米材料的特性及应用 姓名：杨鹏学号：2014141276 （齐齐哈尔大学材料科学与工程学院高分子专业） 摘要：纳米材料是当今及未来最有发展潜力的材料，由于其独特的表面效应、体积效应以及量子尺寸效应 ,使得材料的电学、力学、磁学、光学等性能产生了惊人的变化。本文分别从纳米材料的定义，发展，分类，特性，应用及未来发展方面进行了详细的论述。 引言 很多人都听说过"纳米材料"这个词,但什么是纳米材料？纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间,广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应。因此它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力 关键词：纳米材料纳米材料分类特性应用 一.什么是纳米材料 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometermaterial)。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。其中，纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 二.纳米材料发展简史