纳米材料的特性及相关应用

纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。

纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。

其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。

另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。

纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。

2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。

由于纳米粒子具有壳层结构。

粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。

纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。

纳米材料的特性及应用摘要系统阐述了纳米材料的特性,并重点介绍了纳米材料在陶瓷领域,医学上,皮革制品上,环境保护等方面的应用。

并对纳米材料未来的应用前景进行了展望。

关键词：纳米材料特性应用前言纳米，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于万分之一头发丝粗细。

当物质到纳米尺度以后，大约是在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[1]。

纳米材料处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，即接近于分子或原子的临界状态。

在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。

纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。

纳米相材料跟普通的金属、陶瓷，和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。

由于纳米材料从根本上改变了材料的结构，使得它成为当今新材料研究领域最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象[2]。

近年来，纳米材料取得了引人注目的成就。

例如，存储密度达到每平方厘米400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世[3]。

充分显示了纳米材料在高技术领域应用的巨大应用潜力。

纳米材料诞生多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。

进入90年代后，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。

一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。

纳米技术在建筑材料中的应用越来越广泛，其主要优势是可以带来材料的高性能和多功能特性，进而提高建筑材料的性能、耐久性和安全性。

以下是纳米技术在建筑材料中的一些发展与应用：
1. 纳米改性剂：通过添加纳米改性剂，可以对建筑材料进行表面改性，提高材料的耐久性、抗污染性和防水性等，从而提高材料的性能和寿命。

2. 纳米氧化物：纳米氧化物如二氧化钛和氧化锌等，可以用于建筑涂料和玻璃幕墙的制备，具有防紫外线、自清洁、抗菌等多种功能。

3. 纳米碳管：纳米碳管可以用于增强混凝土和增加其力学性能，同时还可以降低混凝土的渗透性和提高其耐久性。

4. 纳米气凝胶：纳米气凝胶可以用于隔热、保温和吸声等方面，可以有效地提高建筑墙体的节能性能。

5. 纳米硅酸盐：纳米硅酸盐可以用于制备高性能水泥基材料，如高强度混凝土、自密实混凝土等，同时还可以提高材料的抗裂性和耐久性。

总之，纳米技术在建筑材料中的应用领域广泛，可以带来很多新的功
能和性能，进而提高建筑材料的质量和安全性，促进建筑行业的可持续发展。

块体半导体与半导体 纳米晶的能带示意图
2) 表面效应：纳米颗粒大 的表面张力使晶格畸变， 晶格常数变小。对纳米氧 化物和氮化物的研究表明， 第一近邻和第二近邻的距 离变短，键长的缩短导致 纳米颗粒的键本征振动频 率增大，结果使红外吸收 带移向高波数。
CdSe纳米颗粒的吸收光谱蓝移现象 A.P.Alivisatos, J. Phys. Chem. 100, 13227 (1996)
h
纳米氮化硅、碳化硅以及三氧化二铝粉等对红外有一个 宽频带强吸收谱。
不同温度退火下纳米三氧化二铝材料的红外吸收谱 1－4分别对应873，1073，1273和1473K退火4小时的样品
纳米材料的红外吸收谱宽化的主要原因
1) 尺寸分布效应：通常纳米材料的粒径有一定分布，不同颗粒的表面张 力有差异，引起晶格畸变程度也不同。这就导致纳米材料键长有一个分 布，造成带隙的分布，这是引起红外吸收宽化的原因之一。 2) 界面效应：界面原子的比例非常高，导致不饱和键、悬挂键以及缺陷 非常多。界面原子除与体原子能级不同外，互相之间也可能不同，从而 导致能级分布的展宽。与常规大块材料不同，没有一个单一的、择优的 键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光作用下对红外 光吸收的频率也就存在一个较宽的分布。
5nm
>10nm
激子带的吸收系数随粒径的减小而增 加，即出现激子的增强吸收并蓝移。
CdSexS1-x玻璃的吸收光谱
曲线1所代表的粒径大于10nm 曲线2所代表的粒径为5nm
5、纳米微粒发光现象
当纳米微粒的尺寸小到一定值时可在 一定波长的光激发下发光。所谓光致发光 (photoluminescence)是指在一定波长光照射 下被激发到高能级激发态的电子重新跃回到 低能级被空穴俘获而发射出光子大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移” 现象，即吸收带移向短波长方向。 例如，纳米 SiC 颗粒和大块 SiC 固体的红外吸收频率峰值 分别为814cm-1和794cm-1。纳米SiC颗粒的红外吸收频率较大 块固体蓝移了20cm-1。

02
03
生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
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03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
01
纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
02
纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
03
纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
01
药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。

导热材料纳米粉末
导热材料纳米粉末是一种用于提高材料热传导性能的粉末状材料。

这些纳米粉末通常由金属、陶瓷或其他高导热材料制成，其粒径在纳米级别（100纳米以下）。

以下是关于导热材料纳米粉末的一些关键特性与应用。

特性：
1.高的热导率：纳米粉末由于其微观结构，具有很高的热导率。

这使得它们成为提高复合材料热传导性能的理想添加剂。

2.小的粒径：纳米级的粒径可以使得粉末在基体材料中更容易分散，从而提高整体的热传导性能。

3.良好的兼容性：某些纳米粉末可以与塑料、橡胶、陶瓷和金属等基体材料良好兼容，便于制造具有特定热性能的复合材料。

4.增强的热稳定性：纳米粉末通常具有较高的热稳定性，使得复合材料在高温环境下仍能保持良好的热传导性能。

应用：
1.电子设备：在电子设备中，导热材料纳米粉末可以用于制造散热片、热管和散热器等，以提高热传导效率，防止设备过热。

2.发光二极管（LED）：在LED封装中，纳米粉末可以用于制造散热材料，以提高LED的散热性能，延长其使用寿
命。

3.太阳能电池：纳米粉末可以用于提高太阳能电池的热传导性能，从而提高电池的转换效率。

4.建筑材料：在建筑材料中，纳米粉末可以提高墙体、屋顶等的热传导性能，有助于室内温度的调节。

5.汽车零部件：在汽车行业，导热材料纳米粉末可以用于制造发动机罩、保险杠等零部件，以提高热传导性能，降低汽车的整体重量。

总之，导热材料纳米粉末由于其独特的特性和广泛的应用前景，在许多高科技领域中都发挥着重要作用。

在实际应用中，纳米粉末的选用和添加量需要根据具体的应用要求和性能目标进行优化。

纳米材料在高分子材料中的应用班级:Z090162 学号:Z09016206 姓名:张欢纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。

纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。

近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。

一、纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响1·1纳米粒子的特性纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。

由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。

(1)表面与界面效应。

纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。

由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。

利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。

(2)小尺寸效应。

当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。

如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。

应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度大大改善。

(3)量子尺寸效应。

即纳米材料颗粒尺寸小到定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。

其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质等。

纳米材料的特性与其在化学化工的应用关键词:纳米材料；特殊性质；化学化工；应用摘要：纳米科技的发展，将促进人类对客观世界认知的革命。

人类在宏观和微观理论充分完善之后，在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。

纳米科技也将促进传统科技“旧貌换新颜”。

它的巨大影响还在于使纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。

该领域可大致包括纳米材料学、纳米化学、纳米计量学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米力学等7个新生学科，这里主要介绍纳米材料的特性与其在化工领域中的几种应用。

正文纳米材料（又称超细微粒材料、超细粉末）是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单元构成的材料，纳米材料处在原子簇和宏观物体交界过渡区域，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子，显示出许多奇异的特性。

一．纳米材料的特性纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子百分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，晶界原子达15%～50%，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊性质。

所有的纳米材料具有三个共同的结构特点：即纳米尺度结构单元、大量的界面或自由表面以及纳米单元之间存在着强或弱的交互作用。

●表面效应表面效应是指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。

●小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及- 1 - / 8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；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的效应，称为小尺寸效应。

●量子尺寸效应当粒子尺寸下降到接近或小于某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续态变为离散能级态的现象和纳米半导体微粒存在能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

纳米是一种很小的单位，纳米技术则是一种非常具有市场潜力的新兴科学技术。

关于纳米技术的研究，是很多国家研究的一个重要方向，2011年，欧盟通过了纳米材料的定义，纳米材料，即一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。

这标志着科学史上又一个里程碑。

那么，纳米材料的特点和用途有哪些呢？一、纳米材料的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、纳米材料的用途纳米材料应用在信息产业、环境产业、能源环保、生物医药等领域，帮助着产品的进步与发展，为人们的社会发展、科研进步、医药发展带去了很好的辅助。

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。

生物纳米材料的研究与应用随着科技不断发展，生物纳米材料逐渐成为材料科学领域的热点研究方向。

生物纳米材料的独特性质和应用潜力，正在受到越来越多的关注。

本文将介绍生物纳米材料的概念、性质、合成方法及其应用领域，以及当前的研究局限，探讨其未来的发展方向。

一、生物纳米材料的概念与性质生物纳米材料是一种由生物分子组成的尺寸在纳米级别的材料。

因其具备独特的物理、化学和生物学特性，在生物医学、药物递送、纳米生物传感器等领域有广泛的应用前景。

相比于其它材料，生物纳米材料具有以下优越性质：1、天然生物材料：生物纳米材料大多来源于生物体内的天然物质，通过改变其尺寸和结构，可以赋予其新的性质和功能。

2、独特的生物相容性和生物通透性：生物纳米材料能够通过细胞膜进入细胞内部，并在体内与生物分子（如蛋白质、荷尔蒙等）相互作用。

3、独特的光学性质：生物纳米材料具有许多金属、半导体、磁性等材料所不具备的光学性质，如表面增强拉曼散射（SERS）、荧光与磷光等效应。

4、高度可控性：生物纳米材料的形态、尺寸、表面功能化均可通过不同的合成方法和表面修饰实现高度可控。

二、生物纳米材料的制备方法1、绿色制备法：采用植物或微生物等天然物质进行合成，具有环保、安全、无毒等特点。

2、物理制备法：例如水相凝胶法、高压均质法、光解法等。

3、化学制备法：例如溶胶凝胶法、淀粉酸钙沉淀法、金属有机框架（MOF）法等。

4、生物制备法：通过植物、微生物、动物等进行生物合成，具有代表性的有温和、低成本的植物合成法和微生物法。

三、生物纳米材料的应用领域1、药物递送：通过改变生物纳米材料相关的生物学特性，可以实现有效的药物递送。

2、纳米生物传感器：生物纳米材料具有广泛的生物分子识别和传感应用。

3、生物光子学及分子影像学：生物纳米材料能够通过光学方法进行生物成像。

4、免疫疗法：将生物纳米材料用于免疫疗法的治疗。

四、生物纳米材料的研究局限及未来发展方向目前，虽然生物纳米材料已经在许多领域得到了应用，但是还存在以下局限：1、生产成本较高：生物纳米材料的制备过程需要高技术和复杂的设备，导致生产成本较高。

纳米材料概述摘要本文简要介绍了纳米材料定义及分类特性，并对纳米材料的特性以及在化工、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. 引言纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9m)的超细材料。

它的微粒尺寸一般为1-100nm。

它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子，二是粒子间的界面。

前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。

1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。

从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。

在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。

高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。

纳米相材料跟普通的金属、陶瓷和其他固体材料都是由同样的原子组成。

只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。

纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点,其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。

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1-100nm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3.1 尺寸效应当超细微粒子尺寸与光波波长及传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏从而产生一系列新奇的性质[1]。

纳米材料的特性及其应用近年来，随着科技的不断发展，纳米技术已经成为一个备受关注的领域。

纳米材料是指具有尺寸在1到100纳米之间的材料，其独特的物理、化学、生物学特性使得其具有广泛的应用前景。

本文将从纳米材料的特性以及其在各个领域的应用入手，简述其在现代科技中的重要性。

首先，纳米材料具有独特的物理特性。

由于纳米材料的尺寸远小于光的波长，因此其表现出一些传统材料所不具有的物理性质。

比如说，纳米颗粒可以表现出量子尺寸效应。

在量子力学中，有个非常著名的定理——不确定性原理。

这个定理讲明了，如果粒子的位置被测得非常准确，那么粒子的动量就变得十分不确定。

换句话说，通过测量粒子的位置，我们已经干扰了它的动量，这就造成了粒子的效应。

在纳米颗粒中，电子的有效半径与颗粒的尺寸相同，因此其位置变得极其不确定，这种现象就称为量子尺寸效应。

另外，纳米材料由于表现出高比表面积和更高的狭缝面积，因此在光学、磁性和电学等方面也表现出非常不同寻常的特性。

纳米材料的化学特性也非常独特。

目前，科学家们正在研究如何利用纳米粉体的化学反应特性来开发新的材料。

比如说，在纳米粉体中，由于表层原子与内部原子之间的化学键进行了重新组合，因此其化学反应与传统的化学反应也有很大的不同。

这种性质使得纳米材料可以被用来制造各种独特的金属、陶瓷、玻璃、金属氧化物等材料。

此外，纳米技术也对制药和生物技术领域的研究带来了希望。

通过纳米材料，医生们可以制造出更精密的药物交付系统或是更精确的治疗方法。

此外，在纳米材料与生物分子相互作用的过程中，也可能会出现一些不同寻常的化学反应。

观察纳米材料的生物学特性时，我们不得不提到的是纳米颗粒的毒性问题。

由于纳米颗粒比传统材料更加容易穿过细胞膜，进入人体重要器官，因此其毒性也更加强烈。

现在，纳米颗粒可能会对身体造成损害的潜在问题正在受到广泛关注。

最后，纳米材料在生活的各个领域的应用前景也是广阔的。

在电子学领域，由于纳米技术能够制造出比传统微电子元件更为微小和高效的器件，因此人们已经开始研究如何运用纳米技术开发出电子元件的下一代。

纳米材料的定义、特点和应用前景中国科学院上海硅酸盐研究所作者：张青红图1图2图3什么是纳米材料？纳米(nm)和米、微米等单位一样，是一种长度单位，一纳米等于十的负九次方米，约比化学键长大一个数量级。

纳米科技是研究由尺寸在0.1至100纳米之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。

可衍生出纳米电子学、机械学、生物学、材料学加工学等。

纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，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。

由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。

因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。

纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域，实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中，在结构上有序度的变化，在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别，对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。

纳米材料的特点？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得到不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望得到新的用途。

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，可以得到带隙和发光性质不同的材料。

也就是说，通过纳米技术得到了全新的材料。

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平方米，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。

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13.1 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 , 比表面积高达80～110 m2/g 2。

2741 纳米材料的性质纳米材料由无数晶体组成，尺寸在1~100 nm，主要具有下面四点性质：（1）小尺寸效应。

颗粒尺寸进入到纳米级时，与光波波长、德布罗意波长相当或更小，导致小尺寸效应，由此带来许多性能的改变，如纳米尺寸下的金属Cu不再导电，而绝缘的SiO 2在20 nm时却开始导电。

（2）量子尺寸效应。

当材料粒子尺寸小到一定程度时，费米能级附近的电子能级由连续变成离散能级的现象就称为量子尺寸效应，因此很多物质尺寸到纳米级别后分子光谱谱线会发生蓝移。

（3）表面与界面效应。

随着材料尺寸的减小，表面原子在材料中原子总数的比例就会明显增加，即比表面积增加，超高的比表面积会带来一系列特殊的性质，比如纳米Au颗粒在空气中可以燃烧。

（4）宏观量子轨道效应。

因具有宏观量子轨道效应，纳米材料在微电子、光电子器材等领域也有很大的应用。

2 纳米材料的制备方法经过科研人员数十年的努力，现在已经有很多制备纳米材料的方法，下面就常用的几种方法进行简单地介绍：（1）气相沉积法。

气相沉积法是将气态原料导入反应室中，采用特殊方法将原料反应产生纳米材料沉积到原件表面上，分为化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法，CVD是将含有特定元素的原料在加热、光照等情况下发生化学反应产生沉淀，该法制备的纳米颗粒尺寸比较均匀，分散性好。

例如2017年清华大学常家兴用化学气相沉积法在1200 ℃下制备了直径为50~100 nm的SiC纳米线。

（2）溶胶-凝胶法。

该法是将易溶解的金属化合物溶于水成均匀溶液，溶质发生水解反应生成金属纳米粒子溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶，再通过干燥等后处理得到纳米产物。

到目前为止已经有大量使用溶胶凝胶法制备SiO 2、TiO 2纳米材料和金属纳米合金的报道。

例如南京大学唐少龙采用改进的溶胶-凝胶法制备了纳米级的CoPd合金。

（3）水热法和溶剂热法。

热水法就是指在特定的密封反应容器中，采用水溶液作为反应体系，在高温高压等条件下进行无机纳米材料的制备。

纳米材料的应用摘要：纳米材料由于其独特的效应，使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。

近年来，随着科学技术尤其是纳米技术的发展，纳米材料已经从高精尖领域逐渐走到百姓的生活之中，它的科学价值及应用价值逐渐被发现和认识，纳米技术的研究得到了更多的关注。

本文将从纳米材料的概况、发展、应用与前景进行介绍、分析和总结。

关键词：纳米材料；应用；纳米技术1 纳米材料的概况纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9m)的超细材料。

它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为1~102nm。

它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子，二是粒子间的界面。

前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。

材料的结构决定材料的性质。

纳米材料的特殊结构决定了纳米材料具有一系列的特异效应(如：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等)，因而出现常规材料所没有的一些特别性能，从而使纳米材料己获得和正在获得广泛的应用。

2 纳米材料的发展自上世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料,至今已有30多年的历史,但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。

因此,从其研究的内涵和特点来看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,用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,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能。

1984年,格雷特采用气体冷凝方法,制备成功铁纳米微粉。

随后,美国、德国和日本科学家先后制成多种纳米材料粉末及烧结块体材料,开始了纳米材料及技术的研究时代。

对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。

研究的对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。

第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,通常采用纳米微粒与纳米微粒复合,纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索,一度成为纳米材料研究的主导方向。

4.2.在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的非凡性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。