!!!!!!!!!化!!!工!!!进!!!展!!!!!
!!!!!!!!!CHEM I CAL I NDUSTRY AND ENG I NEER I NG PROGRESS!!!!
纳米颗粒分散技术的研究与发展
宋晓岚!王海波!吴雪兰!曲!鹏!邱冠周
中南大学资源加工与生物工程学院无机材料系长沙41008S
摘!要!分析了纳米颗粒团聚形成的原因!阐述了研究纳米颗粒分散的意义!着重介绍了物理分散和化学分散技术研究进展!指出纳米颗粒分散技术的发展方向是设计高效分散机械!以提高有效分散体积和能量利用率"合成性能优异的超分散剂及研究不同的混合分散剂!以提高分散后的粒子稳定性!最终提高分散效果"加强纳米颗粒分散的基础理论研究及其与其他学科融合交叉!为纳米颗粒分散及分散剂的选择提供理论指导!并开发新的适合纳米材料制备的新工艺#
关键词!纳米颗粒!团聚!分散技术!研究与发展
中图分类号!TB S8S!!!!!文献标识码!A!!!!!文章编号!1000661S Z00501004706 Research and d evelo p m ent of d is p ers ion techni Son g X iaol an W an g Haibo W u Xuel an@u pen g@iu g uanzhou D e p art m ent of Inor g anic M aterials S chool of Resources P rocessi n g and B i oen g i neeri n g C entral S out h Uni versit y Chan g sha41008S Abs tract!T he causes of a gg l o m erati on i n nano p articles w ere anal y Zed and t he si g nificati ons of dis p ersi on of nano p articles w ere ex p ounded.P resent research stat us and devel o p m ent on tech-ni C ue of dis p ersi on usi n g che m ical or p h y sics m et hods are revi e w ed.T he m ai n devel o p m ent trend of dis p ersi on techni C ue f or nano p articles is t o desi g n eff ecti ve dis p erse m achi nes which t o en-hance t he vol u m e of dis p ersi on on nano p articles and usi n g rate of ener gy s y nt hesis so m e ex-celled dis p ersants and research on diff erent m i xdis p ersants which t o enhance t he stabilit y of dis-p ersed nano p articles and t he fi nall y dis p erse eff ect m ake m ore f urt her st udi es on basic t heori es of dis p ersi on on nano p articles and t he i nter ect w it h ot her sub ects of which t he p ur p ose is t o g i ve so m e directi on on t he dis p ersi on of nano p articles and t he select of diff erent dis p ersants and ex p l oit so m e ne w l y techni C ues fitti n g nano p article m ateri als. K e y words!nano p articles a gg l o m erati on dis p ersed m et hods and techni C ue research and devel-o p m ent !!纳米颗粒指特征维度尺寸在1～100n m范围介于块状物体与原子分子之间的固体颗粒因其体积效应和表面效应而在磁性电性催化性能吸附性能光吸收热阻等方面呈现出特异的性能从而受到人们的极大关注1但由于纳米颗粒具有极大的比表面积和较高的表面能在制备和使用过程中极易发生粒子团聚形成二次粒子使粒径变大从而大大影响纳米颗粒发挥优势失去纳米颗粒所具备的功能Z因此如何改善纳米颗粒在液相介质中的分散和稳定性成为十分重要的研究课题本文从纳米颗粒团聚体形成的原因出发综述了纳米颗粒分散技术研究意义及其研究现状并对 其发展趋势作了进一步的展望以期对纳米颗粒在各领域的应用有所助益 1!纳米颗粒团聚形成原因 纳米颗粒的团聚可分为两种软团聚和硬团聚S软团聚主要是由颗粒间的静电力和范德华力 收稿日期!Z0040718修改稿日期!Z0040910 基金项目!湖南省自然科学基金项目资助0SJJ Y S015及国家自然科学基金项目资助599Z541Z 第一作者简介!宋晓岚1964女副教授从事纳米颗粒化学合成及无机功能材料研究电话07S18877Z0S E m ail xlson g ＠https://www.doczj.com/doc/f15986366.html, 74 !!""#年第!$卷第%期 所致由于作用力较弱可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除硬团聚形成的原因除了静电力和范德华力之外还存在化学键作用因此硬团聚体不易破坏需要采取一些特殊的方法进行控制在制备纳米颗粒的过程中如果未采用分散措施颗粒团聚将很严重不能达到纳米粉末的基本要求实现不了纳米粉末的特殊功能因此研究纳米颗粒的团聚控制对纳米粉末制备极为重要引起纳米颗粒团聚的原因很多归纳起来主要是由于纳米颗粒所具有的特殊的表面结构在粒子间存在着有别于常规粒子颗粒间的作用能纳米作用能F n 纳米作用能是纳米颗粒易团聚的内在因素要得到分散性好粒径小粒径分布窄的纳米颗粒必须削弱或减小纳米作用能采取适当方法对纳米颗粒进行分散处理时纳米颗粒表面产 生溶剂化膜作用能F s 双电层静电作用能F r 聚合物吸附层的空间保护作用能F p 等在一定体系里纳米颗粒应是处于这几种作用能的平衡状态 当F n"F s+F r+F p 时纳米颗粒易团聚当F n# F s+F r+F p时纳米颗粒易分散[4]另外分子间力静电作用活性高的化学键如氢键通常也是引起纳米颗粒团聚的重要因素在纳米粒子中小尺寸效应和表面效应表现得更为强烈[5]由于纳米颗粒的量子隧道效应电荷转移和界面原子的相互耦合使纳米颗粒极易通过界面发生相互作用和固相反应而团聚因其极高的表面能和较大的接触界面使晶粒生长的速度加快因而颗粒尺寸很难保持不变[6]有些纳米粒子如C aCO S 由于水解作用表面呈较强的碱性羟基性或配位水分子它们可通过羟基和配位水分子缩合生成硬团聚显然防止纳米颗粒团聚获得分散性好的纳米粒子是目前该领域亟待解决的问题之一[7] Z!纳米颗粒分散技术的研究进展颗粒分散是近年来发展起来的新兴边缘学科是指粉体颗粒在液相介质中分离散开并在整个液相中均匀分布的过程通常包括分为三个阶段=d液体润湿固体粒子i通过外界作用力使较大的聚集体分散为较小的颗粒＠稳定分散粒子保证粉体颗粒在液相中保持长期均匀分散防止已分散的粒子重新聚集[89]根据分散方法的不同可分为物理分散和化学分散 2.1!物理分散 物理分散方法主要有三种=机械搅拌分散超声波分散和高能处理法分散[10] 机械搅拌分散是一种简单的物理分散主要是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米粒子在介质中充分分散事实上这是一个非常复杂的分散过程是通过对分散体系施加机械力而引起体系内物质的物理化学性质变化以及伴随的一系列化学反应来达到分散目的这种特殊的现象称之为机械化学效应机械搅拌分散的具体形式有研磨分散胶体磨分散球磨分散高速搅拌等在机械搅拌下纳米颗粒的特殊表面结构容易产生化学反应形成有机化合物支链或保护层使纳米颗粒更易分散高效分散机的研制也是目前的一个热点例如郑州大学研制的一种新型多级多层环形梳状齿高剪切均质分散机该设备均质分散效率高能耗低质量轻体积小占地面积少结构简单采用模块化设计与制造可用最少零部件组装成系列产品提高了零部件的标准化率和通用性使制造成本大幅度降低黏度适应范围很广可高达10 Pa s该设备可广泛用于涂料化工化妆品及饮料食品和医药等行业中悬浮液的均质分散超声波分散是降低纳米颗粒团聚的有效方法其作用机理认为与空化作用有关利用超声空化产生的局部高温高压或强冲击波和微射流等可较大幅度地弱化纳米颗粒间的纳米作用能有效地防止纳米颗粒团聚而使之充分分散超声波对化合物的合成聚合物的降解颗粒物质的分散具有重要作用纳米C r S i Z 粒子平均粒径10n m加入到丙 烯腈苯乙烯共聚物的四氢呋喃溶液中经超声分散可得到包覆高分子材料的纳米晶体[11]具有平 均粒度为100n m的B aSO 4 水悬浮液在超声分散时其最大分散作用的超声频率为960～1600 k H Z粒度增加其频率相应降低[1Z]S akka 等[1S]研究了Z0k H Z超声频率下2r O Z A l Z O S 浆料的黏度随超声时间的变化结果表明经过超声作用浆料黏度明显下降且超声功率越大黏度越低即较大的功率可更有效地破坏颗粒间的团聚但超声波分散时应避免超声时间过久而导致的过热因为随着温度的升高颗粒碰撞的概率也增加反而会进一步加剧团聚[14]因此应选择适宜的超声分散时间 高能处理法是通过高能粒子作用在纳米颗粒表面产生活性点增加表面活性使其易与其他物质发生化学反应或附着对纳米颗粒表面改性而达到易分散的目的高能粒子包括电晕紫外光微 84!!!!!!!!!!!!!!化!!!工!!!进!!!展!!!!!!!!!!!!!!!""#年第!$卷 波~等离子体射线等15]例如用紫外光辐射将甲基丙烯酸甲酯接枝到纳米M g O上这种表面改性的纳米颗粒在高密度聚乙烯中的分散性得到了明显改善16] 2.2!化学分散 纳米颗粒在介质中的分散是一个分散与絮凝平衡的过程尽管物理方法可较好实现纳米颗粒在液相介质中的分散但一旦外界作用力停止粒子间由于分子间力作用又会相互聚集而采用化学分散通过改变颗粒表面性质使颗粒与液相介质~颗粒与颗粒间的相互作用发生变化增强颗粒间的排斥力将产生持久抑制絮凝团聚的作用因此实际过程中应将物理分散和化学分散相结合用物理手段解团聚用化学方法保持分散稳定以达到较好分散效果 化学分散实质上是利用表面化学方法加入表面处理剂来实现分散的方法可通过纳米颗粒表面与处理剂之间进行化学反应改变纳米颗粒的表面结构和状态达到表面改性的目的17];另外还可通过分散剂吸附改变粒子的表面电荷分布产生静电稳定和空间位阻稳定作用来增强分散效果 Z.Z.1!偶联剂法 偶联剂具有两性结构其分子中的一部分基团可与颗粒表面的各种官能团反应形成强有力的化学键合另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕经偶联剂处理后的颗粒既抑制了颗粒本身的团聚又增强了纳米颗粒在有机介质中的可溶性使其能较好地分散在有机基体中增大了颗粒填充量从而改善制品的综合性能特别是抗张强度~冲击强度~柔韧性和挠曲强度1819]例如制备聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合材料时用甲基丙酰氧基丙基三甲氧基硅烷做偶联剂其碳碳双键与聚甲基丙烯酸甲酯共聚丙基三甲氧基硅烷基团则与正硅酸乙酯水解生成二氧化硅键合从而使复合体系分散均匀且稳定Z0] Z.Z.Z!酯化反应 金属氧化物与醇的反应称为酯化反应用酯化反应对纳米颗粒表面修饰重要的是使原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面这种表面功能的改性在实际应用中十分重要Z1]酯化反应表面改性对于表面为弱酸性和中性的纳米粒子最有效例如S i O Z~Fe Z O S~2n O Z~A l Z O S~2n O和M n Z O S 等ZZ]Z.Z.S!分散剂分散 选择一种或多种适宜的分散剂提高悬浮体的分散性改善其稳定性及流变性常用的分散剂主要有由亲油基和亲水基组成的表面活性剂如长链脂肪酸~十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等;小分子量的无机电解质或无机聚合物如硅酸钠~六偏磷酸钠等;大分子量的聚合物和聚电解质如明胶~羧甲基纤维素~聚甲基丙烯酸盐~聚乙烯亚铵等但应注意当加入分散剂的量不足或过大时可能引起絮凝因此使用分散剂分散时必须对其用量加以控制 (1)分散机理 分散剂分散纳米颗粒的机理有以下几种 (a)静电排斥稳定机理(DLVO理论)!DLVO 理论主要是通过粒子的双电层理论来解释分散体系稳定的机理及影响稳定性的因素根据双电层理论带电粒子溶于极性介质(如水)后在固体与溶液接触的界面上形成双电层粒子周围被离子氛所包围如图1所示 图1!颗粒表面双电层 !!当两个粒子趋近而离子氛尚未重叠时粒子间并无排斥作用;当离子相互接近到离子氛发生重叠时处于重叠区中的离子浓度显然较大破坏了原来电荷分布的对称性引起了离子氛中电荷的重新分布即离子从浓度较大区间向未重叠区间扩散使带正电的粒子受到斥力而相互脱离这种斥力是通过粒子间距离表示当两个这样的粒子碰撞时在它们之间产生了斥力从而使粒子保持分离状态如图Z所示可通过调节溶液p H值增加粒子所带电荷加强它们之间的相互排斥;或加入一些在液体中能电解的物质如六偏磷酸钠~氯化钠~硝酸钾~柠檬酸钠等于溶液中这些电解质电解后产生的离子对纳米颗粒产生选择性吸附使得粒子带上正电荷或负电荷从而在布朗运动中两粒子碰撞时产生排斥作用阻止凝聚发生实现粒子分散 94 !第%期!!!!!!!!!!!!!宋晓岚等纳米颗粒分散技术的研究与发展 !! Z!颗粒表面离子氛重叠状态 !!由图S可知当两粒子相距较远时离子氛尚未重叠粒子间远距离的吸引力在起作用即引力占优势曲线在横轴以下总位能为负值随着距离的缩短离子氛重叠此时斥力开始出现总位能逐渐上升为正值斥力也随距离变小而增大至一定距离时出现一个能峰位能上升至最大点意味着两粒子间不能进一步靠近或者说它们碰撞后又会分离开来如越过位能峰位能即迅速下降说明当粒子间距离很近时离子氛产生的斥力正是颗粒避免团聚的重要因素离子氛所产生的斥力的大小取决于双电层厚度因此可通过调节溶液p H值增加粒子所带电荷加强它们之间的相互排斥也可通过向分散系中加入能电解的物质如氯化钠硝酸钠于悬浮液中这些电解质电解后产生的离子对纳米颗粒产生选择性吸附使得粒子带上正电荷或负电荷从而在布朗运动中两粒子碰撞时产生排斥作用阻止凝聚发生实现粒子分散也可以加入与颗粒表面电荷相同的离子表面活性剂因为它们的吸附会导致表面动电位增大从而使体系稳定性提高 图S!两颗粒位能与距离曲线 空间位阻稳定机制!高分子聚合物吸附在纳米颗粒的表面上形成一层高分子保护膜包围了纳米颗粒把亲液基团伸向水中并具有一定厚度这一壳层增大了两粒子间最接近的距离减小了范德华力的相互作用从而使分散体系得以稳定吸附了高分子聚合物的粒子在互相接近时将产生两种情况d吸附层被压缩而不发生互相渗透i吸附层能发生互相渗透互相重叠这两种情况都会导致体系能量升高自由能增大第一种情 况由于高分子失去结构熵而产生熵斥力位能第二种情况由于重叠区域浓度升高导致产生渗透斥力位能和混合斥力位能因而吸附了高分子的纳米粒子如果再发生团聚将十分困难.从而实现了粒子的分散刘颖等[ZS]研究表明利用阴离子表面活性剂能得到稳定性很好的纳米A l Z O S Fe Z O S 分散体系而非离子表面活性剂的分散作用则不如阴离子表面活性剂好这可能是后者在纳米粒子表面产生吸附改变了粒子的表面电荷分布对粒子同时起到了静电稳定和空间位阻稳定作用有效地防止 了纳米A l Z O S F e Z O S 形成团聚体T an g F en gC i u 等[Z4]研究了分散剂对纳米2r O Z 悬浮液表面化学特 性的影响发现在纳米2r O Z 悬浮液中加入阴离子型高分子聚合物电解质<聚甲基丙烯酸铵>时粉末的等电位点转至更低的p H值而当加入阳离子型高分子聚合物电解质<聚乙烯亚胺>时粉末的等电位点转至更高的p H值两种聚合物电解质均能改变 表面电荷条件使纳米2r O Z 颗粒呈单分散状态 在高固含量浆料的制备中静电位阻作用是获得稳定浆料的最有效途径之一目前常用的聚电解质类分散剂有聚丙烯酸聚甲基丙烯酸腐殖酸及其盐类静电位阻稳定的悬浮液稳定性与p H值分散剂浓度等密切相关聚电解质类分散剂由于其离解度随p H值发生变化其在颗粒表面的吸附状态及吸附量也将随之改变通常阴离子型分散剂在碱性条件下可改善浆料的稳定性而阳离子型分散剂则在酸性条件下起作用 如前所述纳米颗粒在液体中的分散分为润湿解团聚及分散颗粒稳定化阶段要使液体润湿固体必须控制液体在固体表面上的铺展系数大于零添加分散剂降低固/液和液/气两界面张力使接触角为0 即可达此目的一旦液体润湿粒子则粒子簇逐渐分散分散剂的存在有利于粒子簇分散因为分散剂分子吸附于固体粒子的微小裂缝 05!!!!!!!!!!!!!!化!!!工!!!进!!!展!!!!!!!!!!!!!!!""#年第!$卷 上可以减少固体断裂的机械能且降低其自愈合能力若吸附的是离子型分散剂同种电荷之间的静电斥力还能导致粒子间排斥能增大更有利于分散作用而且吸附了分散剂的粒子其表面自由能降低则体系的热力学不稳定性降低在水介质中分散剂分子的亲水基团朝向水相产生空间势垒可进一步减小粒子聚集的倾向因而可防止已分散的粒子的重新聚集 对于以水为介质的非极性纳米粒子的分散通常应用离子型分散剂因为此时可形成阻止颗粒聚集的电势垒D ear m itt等[Z5]用十二烷基苯磺酸钠作为稳定剂制备聚吡咯胶体分散体系获得成功得到的分散相粒子直径在Z0～80n m体系可稳定数月而不加分散剂时聚吡咯粒子很快从介质中沉淀出来因为在加入离子型分散剂时不带电的分散相粒子表面因吸附分散剂粒子而带电同种电荷相互排斥从而形成了一个阻止粒子聚集的电势垒;且分散剂在粒子表面上形成的定向吸附层是疏水基指向粒子表面而极性基朝水相因而降低了固/液界面的界面张力更利于纳米粒子在水中的分散分散剂在非极性纳米粒子上的吸附效率随其疏水基的碳链增长而增加所以长碳链的离子型分散剂的分散效果好于短碳链对于荷电纳米粒子的分散可采用非离子型分散剂作为分散剂非离子型分散剂分子的一部分基因吸附于粒子表面另一部分伸于液相从而产生一种空间势垒该势垒随分子深入液相的距离增大而增大因而阻止粒子间的相互吸引和聚集的效率也随非离子型分散剂分子链长而提高聚氧乙烯类就是一类很好的分散剂因为它们分子上高度水化的氧乙烯链以螺旋状伸入水相中产生很大的空间位阻;而且氧乙烯链的水化作用使周围形成很厚的水化层该水化层本质上接近于水介质这将使体系的有效H a m aker常数A值降低同样有利于体系稳定徐佳英等[Z6]在研究高密度压井液时曾发现微量脂肪醇酞胺类非离子型分散剂存在时压井液的表观黏度升高滤失量降低体系稳定性增强例如密度为1.60g/c m S的压井液含有和不含有脂肪醇酰胺(0.17%)时体系在0.70mPa压力下S0m i n的滤失量分别为16.4mL和ZZ.0mL而表观黏度分别为59.75mPa s和48.Z5mPa s但脂肪醇酞胺加量继续增大时分散体系的稳定性又降低 对于非水介质的分散体系由于体系的介电常 数较低电性势垒对于体系分散或凝聚作用的贡献通常是极微小的分散相粒子周围的空间势垒是体系分散稳定的主要因素但是若体系中存在微量水电性斥力仍可成为稳定体系的主要原因例如用AOT稳定的氧化铝-环己烷体系氧化铝粒子能稳定地分散于体系中主要是吸附于粒子表面上的分散剂发生解离使粒子间产生斥力所致该稳定作用仅发生于体系含有微量水条件下若含水量增多体系的沉降速度又会增大 S!纳米颗粒分散技术发展方向 3.1!研制高效分散机械 有研究表明[Z7]大多数分散机械的有效体积为总体积的1%而能量传输给团聚体的效率也只有1%在分散过程中分散体系温度大幅度上升能量浪费严重用于分散的能量部分微乎其微;另外团聚体分散的效率很低说明分散的有效区域较小原因主要在于团聚体进入有效区域内的概率较小限制了分散效率以及能量低水平传输给团聚体则通过设计合适的分散机械以提高体积和能量利用率已成为纳米颗粒分散技术发展的方向之一设计出高效率的分散机械能使团聚体局限在一个合适的能量密度区域内如前述采用超声波分散可使体积利用率提高到100%但其能量利用率却还是很低 3.2!高效分散剂的研究与开发 各种分散技术在纳米颗粒制备尤其是纳米复合材料制备过程中被大量采用并收到了较好的效果而研究开发具有多种活性基团的高性能分散剂来分散稳定纳米颗粒则是目前研究得比较活跃的一个领域近年来出现了超分散剂分散和混合分散剂协同作用分散是利用分散剂所含各基团间的以及不同分散剂间的协同效应达到对浆料团聚的有效控制超分散剂分散克服了传统分散剂在非水体系中的局限性与传统分散剂相比它可以在颗粒表面可形成多点锚固提高了吸附牢固程度不易被解析;其溶剂化链比传统分散剂亲油基团长可起到有效的空间稳定作用;形成极弱的胶束易于活动而迅速移向颗粒表面起到润湿保护作用;不会在颗粒表面导入亲油膜从而不至影响最终产品的应用性能混合分散剂协同作用分散是将分散剂通过一定的比例进行复配后形成的混合分散剂的某一性质(如临界胶束浓度及其对应的表面张力~起泡能力~洗涤能力等)均优于理想混合体系的分 15 !第%期!!!!!!!!!!!!!宋晓岚等:纳米颗粒分散技术的研究与发展!! 散剂~两分散剂的混合物在一定条件下比各自的组分本身具有更为明显的界面性质~这种协同作用主要表现在水溶液/空气界面上的混合单分子层的表面张力低于分散剂组分表面张力的平均值乃至低于各自分散剂组分的表面张力;水介质中混合胶束的临界胶束浓度 着重与新的理论如分形理论等相结合~对液相中颗粒团聚的机理进行深入研究~为纳米粉体分散及分散剂的选择提供理论指导 3.4!注重与其他学科的融合交叉 注重颗粒分散学与其他学科~如生物学高分子科学陶瓷学等的交叉~在充分研究各种因素对纳米颗粒浆料分散性影响的基础上~开发新的适合纳米材料制备的新工艺~如陶瓷的胶态成型等 参考文献 1W u X J~Su F.[J].M ater.R es.S S m P.proc.~199S~ Z G leiter H.[J].Zeit achri f t f ur M etllkrnde~1984~75<4>= Z6S～Z68 S Pa m p achr~H aber kck.C era m ic Pow ers[M].Am sterda m= E lsevier S cientific Pub.C o m p an y~198S.6ZS～650 4徐国财~张立德.纳米复合材料[M].北京=化学工业出版社~Z000.56 5Subero~N i n g Z~Ghadiri m~et al.[J].po I er T echnolo gS~ 1999~<105>=66 6毋伟~邵磊~卢寿慈.[J].化工新型材料~Z000~ 7Pal m C vist A E C~Johansson E M~Jaras S G.[J].C at al S sis L etters~1998~56<1>=69～7S 8王相田~胡黎明~顾达.[J].化学通报~1995~<5>=1S～17 9高濂~孙静~刘阳桥.纳米粉体的分散及表面改性[M].北京=化学工业出版社~Z00S.140 10黄新民~吴玉程~郑玉春.[J].功能材料~Z000~S1<4>= 419～4Z0 11郑水林.颗粒表面改性[M].北京=建材工业出版社~1995.6S 1Z李廷盛~尹其光.超声化学[M].北京=科学出版社~1995. 186 1S S akka Y~Nakano K~H ira g a K.[J].J.Am.C era m.Soc.~ Z001~84=Z1SZ～Z1S4 14孙静~高濂.郭景坤.[J].无机材料学报~1999~14 15胡圣飞.[J].中国塑料~1999~1S<6>=Z5～Z8 16E s p iard P~G u y ot A.[J].pol S m er~1995~S6 17周祖康~顾惕人~马季铭.胶体化学基础[M].北京=北京大学出版社~1996 18K atsuki M~W an g S R~Y asu m ot o K.[J].Soli d S t ate ionics~ Z00Z~154～155=589 19邓祥义~胡海平.[J].化工进展~Z00Z~Z1<10>=761～76Z Z0K rist off ersson A~La p asi n R~G alassi C.[J].J ournal o f t he Euro P ean C era m ic iociet S~1998~18<4>=Z1SS～Z140 Z1张立德~牟秀美.纳米材料和纳米结构[M].北京=科学出版社~Z001 ZZ邓丽~吉捷~蒋惠亮.[J].日用化学工业~Z00Z~SZ<5>=14～16 ZS王焕英~宋秀芹.[J].河北师范大学学报<自然科学版>~ Z00Z~Z6<5>=489 Z4T an g F en gC i u~Huao X ian~et al.[J].J.C era m ics international~Z000~ Z5D ear m itt C~A r m es S P.[J].Lan g m uir~199S~<9>=65Z Z6徐桂英~张莉~李干佐.[J].日用化学工业~1997~ Z7W i nkler J~K li nke E~et al.[J].J ournal o f C oatin g T echnolo gS~1987~59<754>=S5～45 Z8叶金鑫.[J].现代纺织技术~Z00Z~<10>=ZZ～Z6 !编辑!郑宇印!黄丽娟" - Z5 -!!!!!!!!!!!!!!化!!!工!!!进!!!展!!!!!!!!!!!!!!!""#年第!$卷 纳米颗粒分散技术的研究与发展 作者：宋晓岚， 王海波， 吴雪兰， 曲鹏， 邱冠周， Song Xiaolan， Wang Haibo， Wu Xuelan ， Qu Peng， Qiu Guanzhou 作者单位：中南大学资源加工与生物工程学院无机材料系,长沙,410083 刊名： 化工进展 英文刊名：CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 年，卷(期)：2005,24(1) 被引用次数：28次 参考文献(28条) 1.Wu X J;Su F查看详情 1993(296) 2.Gleiter H查看详情 1984(04) 3.Pampachr Haberkck Ceramic Powers 1983 4.徐国财;张立德纳米复合材料 2000 5.Suberoj;Ningz;Ghadirim查看详情[外文期刊] 1999(105) 6.毋伟;邵磊;卢寿慈查看详情 2000(02) 7.Palmqvist A E C;Johansson E M;Jaras S G Total oxidation of methane over doped nanophase cerium oxides[外文期刊] 1998(01) 8.王相田;胡黎明;顾达查看详情 1995(05) 9.高濂;孙静;刘阳桥纳米粉体的分散及表面改性 2003 10.黄新民;吴玉程;郑玉春纳米功能复合涂层[期刊论文]-功能材料 2000(04) 11.郑水林颗粒表面改性 1995 12.李廷盛;尹其光超声化学 1995 13.Sakka Y;Nakano K;Hiraga K查看详情[外文期刊] 2001 14.孙静;高濂;郭景坤查看详情 1999(03) 15.胡圣飞查看详情 1999(06) 16.Espiard P;Guyot A POLY(ETHYL ACRYLATE) LATEXES ENCAPSULATING NANOPARTICLES OF SILICA .2. GRAFTING PROCESS ONTO SILICA[外文期刊] 1995(23) 17.周祖康;顾惕人;马季铭胶体化学基础 1996 18.Katsuki M;Wang S R;Yasumoto K The oxygen transport in Gd-doped ceria[外文期刊] 2002(part b special issue) 19.邓祥义;胡海平纳米粉体材料的团聚问题及解决措施[期刊论文]-化工进展 2002(10) 20.Kristoffersson A;Lapasin R;Galassi C查看详情 1998(04) 21.张立德;牟秀美纳米材料和纳米结构 2001 22.邓丽;吉捷;蒋惠亮表面活性剂工业应用新探——制备超细碳酸钙[期刊论文]-日用化学工业 2002(05) 23.王焕英;宋秀芹化学沉淀法制备纳米氧化锆的研究[期刊论文]-河北师范大学学报(自然科学版) 2002(05) 24.Tang Fengqiu;Huao Xian查看详情 2000(26) 25.Dearmitt C;Armes S P查看详情[外文期刊] 1993(09) 26.徐桂英;张莉;李干佐查看详情 1997(03) 27.Winkler J;Klinke E查看详情 1987(754) 28.叶金鑫查看详情 2002(10) 本文读者也读过(6条) 1.袁文俊.周勇敏.YUAN Wenjun.ZHOU Yongmin纳米颗粒团聚的原因及解决措施[期刊论文]-材料导报2008,22(z3) 2.冯拉俊.刘毅辉.雷阿利纳米颗粒团聚的控制[期刊论文]-微纳电子技术2003,40(7) 3.牛永效.王毅.王恩德.杨朝强纳米颗粒分散技术的研究进展[会议论文]- 4.马文有.田秋.曹茂盛.高正娟.陈玉金.朱静纳米颗粒分散技术研究进展——分散方法与机理(1)[期刊论文]-中国粉体技术2002,8(3) 5.朱燕萍.徐连来.李长福纳米颗粒团聚问题的研究进展[期刊论文]-天津医科大学学报2005,11(2) 6.马文有.田秋.曹茂盛.清华大学材料科学与工程研究院(北京).高正娟.陈玉金.朱静纳米颗粒分散技术研究进展——分散方法与机理(1)[会议论文]-2002 引证文献(28条) 1.张荣波.许崇海.赵诗奎.孝煦.冯曰美两相纳米陶瓷复合粉体悬浮液分散性的研究[期刊论文]-山东轻工业学院学报（自然科学版） 2008(2) 2.李颖.李变晓.赵盟月.邹文俊.董企铭水性介质中纳米金刚石分散行为研究[期刊论文]-超硬材料工程 2010(2) 3.牛永效.王毅.王恩德.付建飞纳米SiO2在水性介质中的分散稳定性研究[期刊论文]-中国粉体技术 2006(3) 4.王毅.牛永效.王恩德.付建飞硅酸钠和PAM对纳米SiO2分散性能的影响[期刊论文]-东北大学学报（自然科学版） 2007(5) 5.胡震.谢利群.杨昌南.赵岩.李艳萍纳米CeO2的表面改性工艺研究[期刊论文]-化工科技 2007(3) 6.张慧娟.伍明华纳米石墨在非水介质中的分散[期刊论文]-化学工程 2009(8) 7.高飞鹏.刘世英.张琼元.韦彦锦.李文珍纳米SiC颗粒增强ADC12铝基复合材料的制备及性能[期刊论文]-特种铸造及有色合金 2009(12) 8.盘荣俊.何宝林.刘光荣.王然紫外-可见光谱分析在纳米颗粒超声分散中的应用[期刊论文]-中南民族大学学报（自然科学版） 2006(1) 9.钞占府.杜芳林表面活性剂对纳米氧化铈/不饱和聚酯复合材料分散行为的影响[期刊论文]-青岛科技大学学报（自然科学版） 2011(5) 10.谭寿再.李建钢.王玫瑰.刁宏先无机纳米粉体表面处理设备与工艺研究[期刊论文]-国外塑料 2006(6) 11.高卫卫.俞科静.曹海建.钱坤.骆冬冬DOPO-氢氧化铝复合型阻燃剂的研究与制备[期刊论文]-现代化工 2012(2) 12.刘琼琼.柳峰.徐冬梅.丛后罗纳米莫来石在水介质中的分散稳定性[期刊论文]-矿业快报 2008(10) 13.徐金宝.李荣.王永红.钟国伦纳米TiO2在介质中分散性研究进展[期刊论文]-科技通报 2009(6) 14.王志远液相法生长钴及其氧化物纳米颗粒过程中的粒径控制方法研究[学位论文]硕士 2006 15.石琛.毛大恒.毛向辉纳米二硫化钨颗粒的分散稳定性[期刊论文]-中南大学学报（自然科学版） 2010(2) 16.聂海龙.何晓晓.霍希琴.海罗.伍旭.葛佳.谭蔚泓不同功能化基团修饰的硅壳纳米颗粒分散性研究[期刊论文]-高等学校化学学报 2008(3) 17.张振华.郭忠诚复合镀中纳米粉体分散的研究[期刊论文]-精细与专用化学品 2007(2) 18.文嘉杰.郭孝东.钟本和.刘恒改进湿化学法制备锂离子正极材料[期刊论文]-化工新型材料 2011(5) 19.牛永效纳米SiO<,2>粒子在水性介质中的分散稳定性研究[学位论文]硕士 2005 20.刘国杰功能性硅烷偶联剂在涂料中的应用[期刊论文]-现代涂料与涂装 2009(2) 21.郭晓玲.王向东.本德萍.吴生.李勇.徐周杰纳米TiO2在水性介质中的分散研究[期刊论文]-纺织高校基础科学学报 2009(4) 22.万静.张晓雪.马晨PEG在均相沉淀法制备超细氧化铈粉体中的应用研究[期刊论文]-西南民族大学学报（自然科学版） 2010(6) 23.曹宁.李木森.沈翔.王成祥.白允强纳米羟基磷灰石粉体的合成与分散技术进展[期刊论文]-生物骨科材料与临床研究 2006(6) 24.徐雪青.沈辉.许家瑞.谢明强.徐刚纳米水基磁性液体在肿瘤治疗领域的研究进展[期刊论文]-化工进展 2006(5) 25.李敬生.昌庆.沈玉堂.沈琴金属胶体纳米材料及研究新进展[期刊论文]-计算机与应用化学 2006(6) 26.李协吉纳米二氧化钛在环境卫生领域的应用基础研究[学位论文]硕士 2005 27.方海红自蔓延溶胶凝胶方法制备纳米氧化镁的研究[学位论文]硕士 2006 28.李敬生.昌庆.沈玉堂.沈琴金属胶体纳米材料及研究新进展[期刊论文]-计算机与应用化学 2006(6) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/f15986366.html,/Periodical_hgjz200501011.aspx 纳米技术发展史 【摘要】纳米技术是21世纪科技发展的制高点，是新工业革命的主导技术，它将引起一场各个领域生产方式的变革，也将改变未来人们的生活方式和工作方式，使得我们有必要认识一下纳米技术的发展史。纳米技术的发展史是一个很长的过程，同时也是一个广泛应用的过程。 【关键词】发展纳米技术纳米材料 纳米技术基本概念 纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺度在0.1～100nm范围内材料的性质及其应用，制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手 段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为 基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手 段，是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物 理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域，各传统学科之间的界限变得模糊，各学科高度交叉和融合。 纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。 过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于 自然界，只是以前没有认识到这个尺度 范围的性能。第一个真正认识到它的性 能并引用纳米概念的是日本科学家，他 们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。2、纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。3、纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物， 纳米材料导论复习题(2016) 一、填空： 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束，仅能在个方向自由运动，即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的，又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面，包括、等 9.根据原料的不同，溶胶-凝胶法可分为： 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成：、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动，即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为 14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题：（每题5分，总共45分） 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象 7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响？画简图说明 1. 纳米科学技术 (Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术 2、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：纳米材料：把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料，即三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料，大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类；纳米材料有两层含义： 其一，至少在某一维方向，尺度小于100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm，如纳米晶合金中的晶粒;其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系 3、什么是纳米科技？ 答：纳米科技是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 4、什么是纳米技术的科学意义？ 答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望 5、纳米材料有哪4种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维：纳米块体 6、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应 答：小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应 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当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料 纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院 1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。 纳米光电子技术的发展及应用 摘要:纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。 关键词：纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用 一、前言 纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳 米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 二、纳米技术及其发展史 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。 2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等. 3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分 聚合物基纳米复合材料的研究进展 摘要:本文总结了聚合物基纳米复合材料的研究进展，主要涉及纳米复合材料的制备方法、性能介绍和应用情况等方面，对聚合物基纳米复合材料的合成技术方法、不同的类型和相应性能特点进行了重点分析。对于聚合物基纳米复合材料，纳米填料的分散性、与聚合物基体的界面性能以及基体的性质都是影响其物理、热性能、机械等性能的重要参数。最后，简要介绍了目前在聚合物基纳米复合材料研究领域存在的问题，并对中国在该领域的未来发展以及纳米复材的产业化应用提出了相关建议。 关键词：纳米复合材料；聚合物；进展 Progress in Polymer Nanocomposites Development Abstract：This article summarizes some of the highlights of newest development in polymer nanocomposites research. It focuses on the preparation, properties and applications of polymer nanocomposites. The various manufacturing techniques, analysis of kinds of polymer nanocomposites and their applications have been described in detail. In the case of polymer nanocomposites, filler dispersion, intercalation/exfoliation, orientation and filler-matrix interaction are the main parameters that determine the physical, thermal, transport, mechanical and rheological properties of the nanocomposites. Finally, the recent situation of research in polymer nanocomposites was introduced and some constructive suggestions were proposed about the industrialization of polymer nanocomposites in China. Keywords：nanocomposites; polymer; progress 中药制剂纳米技术研究进展 中药学：张生杰 104753091411 摘要:纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于100nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂，具有增加药物对血脑屏障或生物膜的穿透性等特点。本文详细介绍了纳米中药的定义、特点，同时介绍了纳米中药制剂技术方面的进展。指出了纳米中药制剂存在的问题，并作了展望。 关键词:纳米技术；中药制剂；中药现代化 1.前言 纳米即十亿分之一米，相当于10个氢原子排成直线的长度。纳米技术(nanotechnology)是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化，以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体。纳米技术作为高新技术，可广泛应用于材料学、电子学、生物学、医药学、显微学等多个领域，并起着重要的作用。1998年，徐辉碧教授等[2]率先提出了“纳米中药”的概念，进行了卓有成效的探索。纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于lOOnm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。因纳米材料和纳米产品在性质上的奇特性和优越性，将增加药物吸收度，建立新的药物控释系统，改善药物的输送，替代病毒载体，催化药物化学反应和辅助设计药物等研究引入了微型、微观领域，为寻找和开发医药材料、合成理想药物提供了强有力的技术保证。运用纳米技术的药物克服了传统药 物许多缺陷以及无法解决的问题。将纳米技术应用于中药领域是中药现代化发展的重要方向之一。 中药作用的物质基础来自于中药中的活性成分，这些化学成分可能是某单一化合物(即有效成份)，也有可能是所提取的某一有效部位或有效部位群，有些中药甚至以全药入药。对于从中药中提取的单一有效成份如紫杉醇、喜树碱等而言，其纳米化制备类似于合成药，因而其研究在技术上相对较易实现。纳米载药系统在这方面的应用已有一些报道，目前这类药物已有多种制剂进入临床研究阶段。从目前的情况来看，可以大量获得单一有效成份的中药并不多，这就意味着纳米载药系统在这一层次上的应用受到一定限制。中药有效部位为主要活性成份的制剂占有相当比例，这一方面体现了中药多成份、多靶点的特点，同时具有原料较有效成份容易获得，成本相对低廉的特点。因此，以有效部位作为纳米载药系统在中药研究中的切入点无疑具有更现实的意义。对于中药有效部位，由于其组成的多样性其纳米化制备是较复杂的，要研究的问题还很多。利用其结构或性质相近的特点选择适当的辅料和工艺，使其多组分同时实现纳米化，可能是解决问题的途径之一。对于中药(植物、动物和矿物)的全药，由于组成复杂且性质差异较大，实现纳米化的方法除超细粉碎以外有待进一步开发。总之纳米技术应用于中药制剂还处于起步阶段，但前景是很好的。 2．纳米中药的制备 2.1超细粉碎 粉碎是中药材加工最常用的方法之一。随着科学技术的进步，新的粉碎机械不断涌现，粉碎所能达到的粒度越来越小，使中药粉末的粒度由细粉的尺度10μm-1000μm进入到超细粉的尺度0.1μm-10μm。经过超细粉碎的中药材，最直接的效应就是由于表面积增大而导致的药物吸收增加，相应地生物利用度得到提高，服用剂量减小，资源的利用率提高。 但是，超细粉碎在中药研究中的应用还存在一些问题，首先，中药材的超细粉碎虽然 第37卷第6期2009年6月化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 137No 16 ?61? 基金项目:江西省自然科学基金(24064001)和江西省教育厅科技重点项目(20072126)资助作者简介:周小平(1983-),男,在读硕士研究生,主要研究方向:碳纳米管及其复合材料。联系人:侯豪情。 多壁碳纳米管的表面修饰及其在溶剂中的分散性 周小平 余腊妹 郭乔辉 周政平 侯豪情3 (江西师范大学化学化工学院,南昌330022) 摘 要 利用高温催化裂解生长多壁碳纳米管,用硝酸氧化使其表面羧酸化,并经酰氯化后与十二烷基胺反应形成表面酰胺化,通过红外、核磁、微量热天平等方法进行表征。结果表明:硝酸氧化后的碳纳米管在水等强极性溶剂中有良好的分散性;酰胺化后,十二烷基脂肪链使碳纳米管表面极性大为降低,因此在氯仿等弱极性溶剂中有良好的分散性。 关键词 碳纳米管,表面修饰,分散性,十二烷基酰胺 Surface modif ication of multiw alled carbon nanotubes and their dispersion in solvents Zhou Xiaoping Yu Lamei Guo Qiaohui Zhou Zhengping Hou Haoqing (Instit ute of Chemist ry and Chemical Engineering ,Jiangxi Normal University ,Nanchang 330022)Abstract Multiwalled carbon nanotubes ,formed by catalysis pyrolysis ,were dealt with concentrated nitric acid to produce the surface 2carboxylated carbon nanotubes.The later was treated with thionyl chloride and dodecyl amine to form the surface 2amidated carbon nanotubes.Characterized using IR 、NMR 、T GA.The carbon nanotubes ,treated with nitric acid had a good dispersion in strong 2polar solvent i.e.water due to the strong polarity on their surface ;The surface 2amid 2ated ,had a low polarity ,which made them a good dispersion in low 2polar solvent i.e.chloroform. K ey w ords carbon nanotube ,surface modification ,dispersion ,dodecyl amide 碳纳米管(CN Ts )自发现以来因其优良的力学、电学和热学性能受到广泛关注[1]。随着碳纳米管的合成技术和纯化研究的不断完善[2],人们的研究兴趣主要集中在碳纳米管的应用领域。但碳纳米管是既不溶于水也不溶于有机溶剂,而悬浮液又易团聚的物质,这种难于分散的性质限制了其在许多领域的应用。对碳纳米管进行表面化学修饰,改善其表面性能是解决碳纳米管分散性和溶解性的有效途径[3]。化学修饰法是使碳纳米管与改性剂[4]之间进行化学反应,改变碳纳米管的表面结构和状态,达到改性目的。常用的是强酸或混酸使碳纳米管表面的缺陷氧化成羧基,然后利用醇类或胺类化合物与之作用形成酯或酰胺[5],而改善碳纳米管的溶解性和分散性。 Liu Jie 等[6]用浓硫酸和浓硝酸的混合物氧化碳纳米管, 将之裁剪成端头上带羧基的150～180nm 的“短管”。在此基础上,Chen Jian 等[7]通过羧基和氨基的反应,在碳纳米管的端头连接上了十八胺和42十四烷基苯胺。这些经修饰的碳纳米管可溶于氯仿、二氯甲烷及芳香族溶剂等。此法在引入羧基的同时,碳纳米管的尺寸被截断得较短,降低了其长径比,也破坏了碳纳米管的部分管壁结构。Shi Zujin 等[8]成功制备出了碳纳米管的水溶胶并测定了它的三阶光学非线性,证明碳纳米管在光信息过程中有潜在应用价值。这些工作为研究碳纳米管的表面修饰和化学改性开辟了新途径。 本实验以甲苯为碳源,二茂铁为催化剂制备碳纳米管,用浓HNO 3将其羧酸化,并将羧基酰氯化后与十二胺反应,形成脂肪族烷基酰胺修饰的碳纳米管。这样修饰的碳纳米管在三氯甲烷等有机溶剂中具有良好的溶解性和分散性,为制备高性能的聚合物/碳纳米管复合材料,如电纺聚酰亚胺/碳纳米管复合纳米纤维,奠定了基础。 1 实验部分 111 仪器及试剂 红外光谱分析仪(FTIR ):WQ F 2410型(Bruker );热失重 分析仪(T GA ):XM T 21型(上海祖发实业有限公司);旋转蒸发仪:RE 252AA (上海亚荣生化仪器厂);核磁共振仪:AV400,400M Hz (Bruker 公司);高温反应炉(上海电炉厂),配有110cm 长,45cm 内径的钢质管式反应器。 碳纳米管(CN Ts ):自制;二茂铁(AR ),广东省汕头市西陇化工厂;甲苯(AR ),天津市福晨化学试剂厂;十二胺(98%,AR ),阿法埃莎化学有限公司;氯化亚砜(SOCl 2,AR ),北京化学试剂厂;浓硝酸,南昌市鑫光化学试剂厂;N ,N 2二甲基甲酰胺(DMF ,AR ),天津市福晨化学试剂厂;H 2(99199%),华东特种气体有限公司;氩气(99199%),华东特种气体有限公司。 112 碳纳米管的合成及表面修饰 11211 碳纳米管的合成 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 纳米科技的发展及未来的发展方向 论文 理学院 08光信息科学与技术 张箐 0836017 纳米科技的发展及未来的发展方向 一：纳米科技的起源： 纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R．Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇怪现象。 与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。 纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM 不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。 与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微 碳纳米管的研究 摘要:综述了碳纳米管／聚合物复合材料制备过程中碳纳米管预先分散所使用的方法。为实现碳纳米管在聚合物中的分散，首先要求加入的碳纳米管本身具备足够的分散度。碳纳米管的分散方法主要有：表面化学修饰、分散剂分散、超声分散、机械分散、溶剂分散。 引言：自从1991年日本电镜专家Iijima首先在高分辨透射电子显微镜(HRTEM)下发现碳纳米管以来，碳纳米管优异的各项性能已经激起了众多研究人员对其结构、性能、应用的研究，并已取得了显著进展。纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出许多独特的物理化学性质。20世纪80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注。它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带米新的机遇。近年来，新型纳米材料和纳米技术在涂料工业中获得了大量应用，为提高涂料性能和赋予其特殊功能开辟了一条新途径。作为一种极具发展潜力的新型纳米材料，碳纳米管（CarbonNanotubes，CNTs）具有金属或半导体的导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等特性，将其应用于涂料领域，可使传统涂层的性能得到提升并赋予其新的功能。 1、碳纳米管的合成制备 1.1、碳纳米管主要制备法方法有电弧法、热解法和激光刻蚀法。其中电弧法（与Wolfgang-Kratschmer 法制备富勒烯类似）为在惰性气体气氛中，两根石墨电极直流放电，阴极上产生碳纳米管。热解法就是采用过渡金属作催化剂，700－1600K 的条件下，通过碳氢化合物的分解得到碳纳米管。激光刻蚀法采用激光刻蚀高温炉中的石墨靶子，碳纳米管就存在于惰性气体夹带的石墨蒸发产物中。碳纳米管的形成过程游离态的碳原子或者碳原子团，发生重新排布的过程。制备SWNT 时，必须添加一定数量的催化剂，如过渡元素（Ni、Co、Fe 等），或者镧系元素（Ld、Nd、La、Y 等），或者它们的混合物。催化剂在SWNTs 的生长过程中，能够降低弯曲应力，促进碳原子排列整齐并且阻止SWNTs 两端的富勒烯分子的形成。得到的碳纳米管的直径和直径分布主要取决于制备方法、催化剂的种类、生长温度等反应条件。 1.2、碳纳米管的进一步加工--- CNTs 的功能化（以SWNTs 为例）： 目的：提高CNT 的溶解度，有助于纯化，并引入新的性能。 方式（与图中对照）： ·共价功能化： A：端口功能化B：侧壁功能化 ·非共价功能化： C：表面活化剂功能化D：聚合物功能化E：内腔功能化 纳米材料与技术作业 1.纳米材料按维度划分，可分为几类？ (1) 0维材料quasi-zero dimensional—三维尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。 (2) 1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。 (3) 2维材料—厚度为1 — 100 nm的薄膜。 (4) 体相纳米材料(由纳米材料组装而成)。 (5)纳米孔材料(孔径为纳米级) 2. 详细说明纳米材料有那几大特性？这几大特性的特点是什么？为什么纳米材料具有这些特性？ (1) 表面效应：我们知道球形颗粒的比表面积是与直径成反比的，故颗粒直径越小，比表面积就会越大，因此，纳米颗粒表面具有超高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧，也正是基于表面活性大的原因，纳米金属颗粒可以看成新一代的高效催化剂，储气材料和低熔点材料； (2) 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变会引起颗粒宏观物理性质的质变。特殊的光学性质：所有的金属在超微颗粒状态都呈现为玄色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，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；特殊的热学性质：固体颗粒在超微细化后其熔点将明显降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为明显；特殊的磁学性质：超微的磁性颗粒可以使鸽子、海豚等生物在微弱的地磁场中辨别方向，利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，可以做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等；利用超顺磁性，可以将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体；特殊的力学性质：由于纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很轻易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。 (3)宏观量子隧道效应：处于分子、原子与大块的固体颗粒之间的超微纳米颗粒具有量子隧道效应，例如：在知道半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子的波长时，电子就会通过隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。 3.半导体纳米材料光催化特性产生的原因是什么？为什么一些半导体纳米材料的光催化特性要远远好于非纳米结构的半导体材料？ (1)光催化特性是半导体具有的独特性能之一，在光的照射下，半导体价带中的电子跃迁到导带，从而价带产生空穴，导带中产生电子。空穴具有很强的氧化性，电子具有很强的还原性；(2)光激发和产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的分离和符合这两个相互竞争的过程，因此为了提高催化效率，需要加入电子或者空穴捕获剂，纳米半导体材料相比于一般的半导体材料具有更大的比表面积，因此具有更好的催化效果。 4.详细说明零维纳米材料具有哪些优良的物理化学特性？产 纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题 21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。 纳米生物技术是国际生物技术领域的前沿和热点问题，在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景，特别是纳米药物载体、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等，将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用。 目前，国际上纳米生物技术在医药领域的研究已取得一定的进展。美国、日本、德国等国家均已将纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展。 纳米技术：于细微之处显神奇 纳米技术是在纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊的性能，并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。由于纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。几十个原子、分子或成千个原子、分子"组合"在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种"组合"被称为"超分子"或"人工分子"。"超分子" ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、 的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当"超分子"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。通俗来说，纳米材料一方面可以被当作一种"超分子"，充分地展现出量子效应；而另一方面它也可以被当作一种非常小的"宏观物质"，以至于表现出特性。同时，许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将加深对生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合他们，是当今纳米科学技术的主要问题之一。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等方面。 在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、 纳米技术与未来生活 “正像七十年代微电子技术引发了信息革命一样，纳米科学技术将成 为下世纪信息时代的核心。” ——IBM的首席科学家Amotro ●纳米技术的起源与发展 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后甚至可以根据人类的意愿，逐个排列原子或分子，制造超晶态产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术（Nano-technology）一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明观察纳米结构的重要工具－－扫描隧道显微镜（STM），揭示了一个可直接探测的原子、分子世界，对当时称为“介观物理”（Mesoscopic Physics）的研究和发展产生了积极的促进作用。并且，只有在介观体系中才显得那么重要的表面和界面问题也开始发展成为科学。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。 ●纳米与纳米技术 所谓纳米，它仅仅是一个长度单位，一个纳米相当于十亿分之一米，是人类毛发直径的一万分之一，是可见光最短波长的四百分之一。如果做一个纳米的小球，把它放在一个乒乓球上，就好像把乒乓球放在地球上。纳米一个比微观尺度（原子大小为0.1纳米）大，又比宏观尺度（光学显微镜分辨极限的微米尺度）小的世界。这个世界里的研究工作是从基础物理学对这个尺度上的结构（纳米结构——Nano-structure）所表现出的奇异特性开始的。如果考察电子通过纳米圆环所组成电路，它的行为将不遵守欧姆定律，而表现出彼此之间的关联性（AB效应）。在这个尺度上的物质，表面原子或分子占了相当大的比例，已经无法区分它们是长程有序（晶态）、短程有序（液态），还是完全无序（气态）了，而成为物质的一种新的状态——纳米态。并且，人们很早就注意到这种纳米态的性质不主要取决于其体内的原子或分子，而是主要取决于表面或界面上分子排列的状态。由于它们具有量子力学上的强关联性而表现出完全不同于宏观和微观世界的介观性质，这就是纳米材料。 而通常讲的纳米科技就是对待这样一个数量级的微观世界的科学技术。其精髓是从对原子分子的精确控制出发，构建具有全新分子、全新排列形式的人造结构。也就是说，纳米技术希望能够操纵一个一个原子、一个一个分子，并用这种办法来做成一些材料和器件。1959年，加州理工学院的一位教授就提出了这样一种设想：做一种万能制造机，一面放上各样的分子、原子，另一面想出来什么东西，就通过原子的组排，轻松实现。而从原理上讲，利用纳米技术，是有可能的。可见纳米技术的神奇了。 作为纳米技术，本身它并不神秘，实际上从微米技术到纳米技术，应该说啊是科学发展的一个自然的结果。我们现在生活在微米时代。在微米时代，我们用计算机，录像机、电视，都是微米技术的结晶。比如奔腾芯片已经做到了0.17-0.18个微米，相当于几百个纳米。也就是说，从尺度上来讲，微米技术已经逐渐进入到纳米尺度。所以从某种意义上讲，从诶米科技到纳米科技是科学发展的必然结果。 然而，纳米技术不仅仅是微米技术的简单延伸，实际上纳米技术是建立在人们对纳米世= 466～469=56～59纳米技术发展史
纳米材料与技术思考题2016
纳米材料的研究进展及其应用全解
纳米光电子技术的发展及应用
纳米材料科学与技术
中药制剂纳米技术研究进展
多壁碳纳米管的表面修饰及其在溶剂中的分散性
纳米材料的制备技术及其特点
纳米技术的应用与前景
纳米科技的发展及未来的发展方向
碳纳米管分散综述
纳米材料与技术作业
纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题
纳米技术与未来生活
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