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浅谈纳米材料的利与弊摘要：纳米材料不仅在生物医学等领域对人类文明进步起了巨大的推进作用，同时其安全性问题也引起了全世界的关注。
纳米材料安全性问题对人类健康、纳米科技和纳米产业发展有很到的危害性，纳米材料安全性问题亟待解决，故我国要发展符合我国国情、符合科学发展观的绿色纳米产业。
关键词：纳米材料；纳米安全性；科学发展一、纳米技术与纳米材料简介纳米（nano）本是一个长度单位，1纳米为10-9米，即十亿分之一米。
大部分原子和分子的尺寸约为0.1-100nm，当很多宏观物质的尺度降低到纳米量级时会表现出很多与我们平时所观察到的不同的现象，所以研究材料在0.1-100nm尺度范围内的性质和应用就形成了当前非常热门的纳米科学与技术。
90年代末，纳米技术在我国也有着快速发展。
纳米科技与以往的科技领域有所不同，它涉及物理学、化学、生物学和电子学等科学技术领域，并引发核派生了纳米物理学、纳米化学、纳米生物学和纳米材料学等诸多新领域。
其中纳米材料学是研究纳米材料的设计、制备、性能和应用的一门纳米应用科学[1]。
如纳米尺度的结构材料能在不改变物质化学成分的情况下，通过调节器纳米尺寸的大小来控制材料的基本性质，如熔点、磁性、强度和颜色等。
纳米材料是纳米科技的基础，只有提高纳米材料的性能才能实现需要的功能。
所以，纳米材料在整个纳米产业中占有很大的市场份额。
二、纳米材料的健康效应1、正面效应：纳米医学纳米材料已经或正在走进我们生活的诸多方面，如生物医学领域的纳米制药和疾病监测的方面。
因为纳米材料尺度小、活性强，用纳米材料制成的药物可以准确的杀死病变细胞不会对健康细胞产生影响，这是常规药物所不能实现的。
纳米生物芯片技术将传统的生物样品检测实验室集成到一个芯片上来，大大增强了检测速度和精度。
纳米材料技术与生物技术结合为生物医学领域带来了全新的视野，纳米材料也医药学方面和生物芯片方面取得了显著的成绩。
随着纳米材料在生物医学领域更为广泛的应用，疾病诊断、临床治疗等将会变得更有效率，治疗费用也会随着纳米技术的不断成熟又逐步降低，从而我们的生命健康保障将会得到很大提高。
纳米材料与纳米技术理学院物理系010070126 X云霞摘要：纳米技术已开展成为一门多学科穿插与渗透的新兴学科。
本文简单介绍了纳米的概念，以及纳米材料的特性和各领域的应用。
关键词：纳米技术；纳米材料；应用；进展第一节纳米的概念1、1 纳米的定义如果将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描述，我们可以得到人类智力所延伸到的物质世界的范围。
目前人类能够研究的物质世界的最大尺度是1025m〔约10亿光年〕，这是我们已观测到的宇宙大致范围，人类所研究的物质世界的最小尺度为10-19m〔0.1阿米〕。
纳米技术中的“纳米〞为10-9m，用符号表示为nm，是lmm的100万分之一，也就是十亿分之一米，约相当于45个原子串在一起的长度〔原子的直径为0.1-0.3nm，研究小于10-10m以下的原子内部构造属于原子核物理、粒子物理的范畴。
〕纳米技术〔nano-technology〕是指在纳米尺度〔1nm到l00nm之间〕上研究物质〔包括原子、分子的操纵〕的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科穿插的科学和技术，如：〔1〕纳米体系物理学、〔2〕纳米化学、〔3〕纳米材料学、〔4〕纳米生物学、〔5〕纳米电子学、〔6〕纳米加工学、〔7〕纳米力学等。
当物质小到1-100nm〔10-9--10-7m〕时，其量子效应、物质的局域性及巨大的外表及界面效应使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。
纳米技术的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。
1、2纳米技术概念的提出最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼。
1959年他在一次著名的讲演中提出：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，但他同时也指出，需要新型的微型化仪器来操纵纳米构造并测定其性质。
纳米材料与纳米技术简介：纳米材料和纳米技术是当代科学和技术领域中备受关注的热门话题。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性，广泛应用于各个领域，如材料科学、生物科学、医学等。
纳米技术则是指通过控制和调节纳米尺度物质的制备、性能与应用，以实现对物质的精细控制和设计。
本文将从不同角度探讨纳米材料和纳米技术的相关内容。
1. 纳米材料的特性及应用领域1.1 纳米尺度的定义纳米尺度通常被定义为1到100纳米之间的范围，这个尺度可以理解为物质的“纳米级别”。
在这个尺度下，物质的物理、化学和生物学特性会发生显著变化。
1.2 纳米材料的特性纳米材料具有以下独特的特性：- 巨大的比表面积：纳米材料的比表面积相对于其体积非常大，这使得纳米材料具有优异的吸附性能和反应活性。
- 尺寸效应：纳米材料的尺寸和形状对其物理和化学特性有重要影响，如磁性、光学性能等。
- 量子效应：在纳米尺度下，物质的电子结构和能级将发生变化，导致纳米材料特有的电学和光学性质。
1.3 纳米材料的应用领域纳米材料在各个领域具有广泛的应用，包括但不限于：- 环境保护：纳米材料在水处理、空气净化等环境保护领域发挥重要作用。
- 新能源：纳米材料在太阳能电池、燃料电池等领域有很大的应用潜力。
- 医学诊疗：纳米材料在生物传感、药物传递和肿瘤治疗等医学领域有广阔的应用前景。
- 电子器件：纳米材料在柔性显示器、传感器、存储器等电子器件中有重要的应用。
2. 纳米技术的发展和应用2.1 纳米技术的定义纳米技术是一种通过控制和调节纳米材料的制备、结构、性能和应用，进行对物质的精细控制和设计的技术体系。
2.2 纳米技术的发展历程纳米技术的发展可以追溯到20世纪50年代，但直到近几十年才取得了重大突破。
在过去的几十年里，纳米技术经历了几个重要阶段，从被视为科幻的概念到成为现实的技术。
发展历程包括纳米材料的制备方法改进、纳米器件的研发以及与其他科学领域的交叉融合等。
2.3 纳米技术的应用领域纳米技术已经应用于多个领域，并取得了卓越的成就，如：- 纳米电子学：纳米技术在电子器件的制备和设计方面具有重要应用，如纳米晶体管。
纳米技术是一种跨学科的领域，它涉及到材料科学、物理学、化学和生物学等多个学科。
在纳米技术中，科学家们致力于制造和控制尺寸在1到100纳米之间的纳米材料，并利用它们的独特特性来解决各种问题。
纳米材料是指在纳米尺度下具有特定结构、形态和性能的材料。
纳米材料具有许多特殊的性质，这是由于它们的尺寸和结构导致的。
例如，纳米颗粒比宏观颗粒更大比表面积，因此具有更高的反应活性。
纳米材料还可以改变光谱吸收和透射特性，从而在光学和电子领域有广泛的应用。
此外，纳米材料的独特结构可以使其具有更好的机械强度和导热特性。
纳米技术在各个领域都有着广泛的应用。
在医学领域，纳米技术被用于制造更小、更具有靶向性的药物传递系统。
通过利用纳米粒子的小尺寸和表面功能化，药物可以更好地靶向肿瘤细胞，并减少对健康细胞的影响。
此外，纳米技术还可以用于生物传感器的制造，以及体内图像的改进。
在能源领域，纳米技术也有广泛的应用。
通过利用纳米材料的特殊性质，科学家们可以制造更高效的太阳能电池和储能设备。
纳米颗粒的高表面积使得太阳能电池可以更有效地吸收太阳光，并将其转化为电能。
此外，纳米材料可以用于制造更高效的催化剂，以提高化学反应的速率和选择性。
这对于化学工业的可持续发展非常重要。
在材料科学领域，纳米技术也有着重要的应用。
一些具有纳米结构的材料，如金属、陶瓷和塑料，具有超强的力学性能和导电性能。
这使得它们在航空航天、汽车和电子设备等领域有着广泛的应用。
通过纳米技术的进步，科学家们可以制造出更高品质和更可持续的材料，有助于推动现代科技的发展。
尽管纳米技术和纳米材料在各个领域都有着广泛的应用，但研究人员也面临一些挑战。
首先，纳米材料的制备和表征需要高度的技术和设备支持，这对科研机构和实验室来说是一项巨大的投资。
其次，纳米材料的环境和生物安全性也是一个关键问题。
由于纳米颗粒的小尺寸，它们可能对环境和生物体产生未知的影响，这需要更多的研究来评估和管理。
纳米技术与纳米材料的发展对于人类社会的进步和可持续发展具有重要意义。
1.1 纳米科技及纳米材料应用进展纳米(nanometer)是一个长度单位，简写为nm。
1nm = 10-3 μm = 10-6 mm = 10-9 m。
在晶体学和原子物理中还经常使用埃(.)作单位，1. = 10-10m，所以1nm = 10.。
氢原子的直径为1.，所以1nm等于10个氢原子一个挨一个排起来的长度。
由此可知，纳米是一个极小的尺寸，但从微米进入到纳米代表人们认识上的一个新的层次。
纳米正好处于以原子、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，也是物理学、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。
1.1.1 纳米科技进展纳米科学技术是20世纪80年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。
纳米科技是研究尺寸在0.1nm～100nm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。
纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学。
1.1.2 纳米材料的种类纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的材料。
它包含了三个层次，即：纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。
1. 纳米微粒纳米微粒是指线度处于1～100nm之间的粒子的聚合体，它是处于该几何尺寸的各种粒子聚合体的总称。
2. 纳米固体纳米固体是由纳米微粒聚集而成的凝聚体。
从几何形态的角度可将纳米固体划分为纳米块状材料、纳米薄膜材料和纳米纤维材料。
这几种形态的纳米固体又称作纳米结构材料。
3. 纳米组装体系由人工组装合成的纳米结构材料体系称为纳米组装体系，也叫纳米尺度的图案材料。
它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元，在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
纳米技术与纳米材料纳米技术和纳米材料是当今科技领域中备受关注的热门话题。
自20世纪80年代后期以来，纳米技术已经成为众多领域的研究重点，其在材料科学、医学、电子学和能源等领域中的广泛应用引起了广泛的关注。
本文将探讨纳米技术的定义、应用以及对社会和环境的影响等方面。
1. 纳米技术的定义纳米技术是一种研究和操控纳米级别尺度物质的科学和工程技术领域。
在纳米技术中，人们通过设计和操控物质在纳米尺度下的结构和性质，以便制造出具有特殊功能和性能的材料和器件。
纳米技术的关键在于其高度精确的控制能力，能够将材料的性质调整至最佳状态，从而实现一些常规材料无法达到的性能。
2. 纳米材料的种类和特点纳米材料是指具有至少一种维度在1-100纳米尺寸范围内的材料。
基于纳米技术的研究和制备方法不同，纳米材料可以分为纳米结构材料和纳米复合材料两大类。
纳米结构材料是纳米级别下材料的晶体、薄膜和颗粒等，具有较大的比表面积和特殊的物理和化学性质；纳米复合材料则是以纳米材料为基质和增强体的复合材料，通过纳米级别的掺杂和混合可以获得理想的综合性能。
纳米材料的特点主要包括以下几个方面：1) 纳米级结构：纳米材料具有粒径较小的特点，其尺寸与物理特性之间存在强烈的相关性；2) 高比表面积：纳米材料比传统材料具有更大的比表面积，增加了与周围环境的接触面积，有助于提高各种物理和化学反应的效率；3) 尺寸效应：当纳米材料的尺寸达到纳米级别时，其电子、光学和磁性等特性会发生明显的变化；4) 界面效应：纳米材料的界面对材料的性能起着决定性的影响，界面上的能量和物质传递对纳米材料的性能具有重要作用。
3. 纳米技术的应用领域纳米技术已经广泛应用于许多领域，包括材料科学、医学、电子学和能源等。
以下是几个应用领域的例子：3.1 材料科学领域纳米技术在材料科学领域中的应用主要涉及新型材料的合成和表征。
通过纳米技术，可以制备出具有特殊性能的纳米材料，如高强度、高韧性的纳米复合材料、高导热导电性的纳米材料等。
纳米材料与纳米技术纳米材料与纳米技术是当今科技领域中备受关注的热门话题。
纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料，而纳米技术则是利用这些纳米材料进行制备和应用的技术。
纳米材料与纳米技术的发展不仅在材料科学领域有着重要的应用，同时也在生物医学、能源环境、信息技术等领域展现出巨大的潜力。
首先，纳米材料具有特殊的物理、化学和生物学性质，这使得它们在材料科学领域具有独特的优势。
例如，纳米材料的比表面积大大增加，使得其具有优异的光学、电学、磁学等性能，这为其在传感器、催化剂、电子器件等方面的应用提供了广阔的空间。
此外，纳米材料还可以通过调控其结构和形貌来实现对性能的精密调控，从而满足不同领域对材料性能的需求。
其次，纳米技术的发展为纳米材料的制备和应用提供了重要的技术支撑。
通过纳米技术，人们可以制备出各种形态和结构的纳米材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等，从而实现对材料性能的精确调控。
同时，纳米技术还可以将纳米材料应用于生物医学领域，如纳米药物载体、纳米诊断试剂等，为医学诊疗提供新的思路和方法。
此外，纳米材料与纳米技术的发展也为能源环境和信息技术领域带来了新的机遇和挑战。
在能源领域，纳米材料被广泛应用于太阳能电池、燃料电池、储能材料等方面，为清洁能源的开发和利用提供了新的途径。
在信息技术领域，纳米材料的特殊性质为新型电子器件、传感器、光电器件等的制备提供了新的可能，为信息技术的发展注入了新的活力。
总的来说，纳米材料与纳米技术的发展为人类社会的可持续发展提供了新的机遇和挑战。
在未来的发展中，我们需要不断深入研究纳米材料的特性和制备技术，加强纳米技术的创新应用，推动纳米材料与纳米技术在各个领域的广泛应用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
纳米材料与纳米技术Introduction纳米材料和纳米技术是当代科学和工程领域中备受关注的热门话题。
它们在许多领域都表现出了独特的性能和应用潜力，如电子、医学、材料科学等。
本文将介绍纳米材料和纳米技术的基本概念，以及它们在不同领域的应用。
I. 纳米材料的定义和特性纳米材料是材料中最小单元在纳米尺度范围内的材料。
纳米尺度范围通常定义为1到100纳米之间。
纳米材料具有以下特性：1. 尺寸效应：纳米材料的尺寸与其性能之间存在着密切的关系。
当材料的尺寸减小到纳米级别时，其性能可能会发生显著变化。
2. 表面效应：由于纳米材料具有巨大的比表面积，其与周围环境之间的相互作用增强，导致了独特的表面和界面性质。
3. 量子效应：在纳米尺度下，量子效应开始显现，电子和光子行为受到限制和调控，导致了一系列奇特的性质和现象。
II. 纳米技术的基本原理与应用纳米技术是对纳米材料进行制备、操控和应用的技术。
它包括以下几个基本原理：1. 自下而上组装：纳米技术通过控制原子、分子、颗粒等基本单位的自组装来构建纳米结构和纳米材料。
2. 自上而下加工：利用传统的加工方法，如光刻、电子束曝光等，对宏观材料进行精确加工和调控，制备出具有纳米特征的结构。
3. 纳米探针与仪器：纳米技术利用纳米尺度的探针和仪器对纳米材料进行表征和分析，以了解其结构和性能。
纳米技术在各个领域都有着广泛的应用。
以下是几个常见领域的例子：1. 电子与计算机科学：纳米技术可以用于制造更小、更快的电子器件和计算机芯片，提高计算和存储能力。
2. 医学与生物学：纳米技术可以在体内进行精确的药物传递和组织修复，提供更有效的治疗方法。
3. 材料科学与工程：纳米技术可以制备出具有特殊性能的纳米材料，如超硬材料、防护涂层等。
4. 环境与能源：纳米技术可以提高太阳能电池和储能设备的效率，减少能源消耗和污染排放。
III. 纳米材料与纳米技术的挑战与前景纳米材料和纳米技术的发展还面临着一些挑战：1. 安全性：由于纳米材料和纳米技术的特殊性质，它们可能对环境和人体健康产生潜在的风险，需要加强研究和管理。
纳米技术与纳米材料纳米技术是近十年来蓬勃兴起的新科技，纳米技术是一种在纳米尺度空间内的生产方式和工作方式。
纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件,实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。
纳米技术作为一门崭新的、面向21世纪的科学技术,它已渗透于精细化工的方方面面，逐步形成纳米精细化工学，可以预言，随着纳米科学技术的飞速发展，会有越来越多的新型纳米材料在精细化工方面得到广泛的应用，精细化工学也会发生巨大的变革。
第一节概述一、纳米技术与纳米材料的概念1．纳米技术纳米科学技术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；在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工称为纳米技术。
我国纳米科学家，国家重点基础研究计划（973计划）纳米材料和纳米结构项目首席科学家、中国科学院固体物理研究所张立德研究员作了总结性的定义：“纳米科技是研究由尺寸在0.1～100nm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”。
纳米技术包括的内容有：创造和制备优异性能的纳米材料；设计、制备各种纳米器件和装置；探测和分析纳米区域的性质和现象。
2．纳米材料纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)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0.1～102nm。
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。
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。
纳米材料与纳米技术纳米材料与纳米技术近年来备受瞩目，被认为是科技领域的巨大突破和创新。
本文将就纳米材料与纳米技术的特点、应用以及对人类社会的影响进行探讨。
一、纳米材料的特点纳米材料是指尺寸在纳米级别的物质，其特点主要体现在以下几个方面。
1. 尺寸效应：纳米材料的特殊之处在于其粒子尺寸在纳米级别，与传统材料相比，其表面积相对较大，使得纳米材料具备了更强的化学活性和物理性能。
2. 量子效应：纳米材料的电子结构受限于其尺寸，存在量子效应，使得纳米材料具有独特的光、电、磁等特性。
例如，纳米颗粒会呈现出与体材料不同的光学性能，具备更强的荧光和吸收能力，这为纳米材料在生物荧光探针、光催化等领域的应用提供了可能性。
3. 界面效应：由于纳米材料具有大量的表面原子及分子团簇，相对于体相材料，纳米材料通常通过表面与外界相互作用。
这使得纳米材料在催化、传感等领域具有更广泛的应用。
4. 低维效应：纳米材料通常具有多孔结构和高表面积，这种低维效应使得纳米材料在储存、分离等方面具备独特的优势。
例如，纳米多孔材料可以应用于气体分离、药物释放等领域。
二、纳米技术的应用领域纳米技术是通过控制、操作和改变纳米材料的结构和组成来实现特定功能的技术。
下面将介绍纳米技术在不同领域的应用。
1. 生物医学领域：纳米技术在生物医学领域具有广阔的应用前景。
纳米材料可以用作药物传递系统，通过改变纳米粒子的表面性质实现对药物的控制释放，提高疗效并降低毒副作用。
同时，纳米技术也可以应用于癌症治疗、诊断和生物成像等方面，如利用纳米颗粒作为生物标记物，用于早期癌症检测和跟踪治疗效果。
2. 环境保护领域：纳米材料和纳米技术在环境监测、水处理、空气净化等方面具有潜在应用。
纳米吸附剂可以有效地去除水中的重金属离子和有机污染物，而纳米材料的光催化性能可以用于有机废水的处理。
此外，纳米材料还可以用作传感器，用于监测环境中的污染物。
3. 新能源领域：纳米技术在新能源领域具有巨大的潜力。
纳米技术与纳米材料纳米技术和纳米材料都是基于纳米科学，在纳米级别上来进行研究和应用。
纳米科学是研究和控制物质的结构和性质，以及尺寸在纳米级别时，材料会出现的特殊性质。
纳米级别是物质的尺寸在1到100纳米之间，与常规材料相比，纳米材料具有更高的比表面积，更大的表面活性和量子效应等独特性质。
纳米技术的应用非常广泛，涵盖了多个领域，如电子、材料、医药、环境等。
在电子领域，纳米技术可以用于制造更小更强大的电子器件，如纳米晶体管和纳米存储器件。
在材料领域，纳米技术可以改变材料的性质和特性，制造出更轻更坚固的材料，如纳米涂层和纳米复合材料。
在医药领域，纳米技术可以用于制造纳米药物传输系统，以及精确控制药物的释放和作用，如纳米粒子和纳米基因传递系统。
同时，纳米技术还可以用于环境领域，如纳米催化剂和纳米吸附剂，用于处理废水和空气等。
纳米材料是纳米技术的产物，具有诸多独特的性质和潜在的应用。
由于纳米材料具有更高的比表面积和更大的表面活性，所以纳米材料常常表现出与传统材料不同的性质。
例如，纳米粒子在电子传导性、磁性、光学等方面展现出来的性质常常与其尺寸有关，纳米线或纳米管的高比表面积也使其具有更强的光学和电子性能。
此外，纳米材料还具有更好的力学性能，如纳米陶瓷材料具有更高的硬度和强度，纳米纤维具有更高的拉伸强度。
纳米技术和纳米材料也面临着一些挑战和问题，如安全性、环境影响、可持续发展等。
由于纳米材料具有更大的表面活性和能够穿透细胞膜的能力，所以对于纳米材料的安全性和生物相容性需要进行更深入的研究。
此外，纳米材料的生产和应用也会带来环境污染和资源消耗等问题，所以需要更加注重环境影响和可持续发展。
总之，纳米技术和纳米材料是当前科技进步中的重要领域。
纳米技术的应用涵盖了多个领域，纳米材料具有独特的性质和潜在的应用。
但同时也面临着一些挑战和问题，需要进行深入研究和探讨。
随着纳米技术和纳米材料的不断发展，希望能够为人类的科技进步和社会发展做出更大的贡献。
纳米技术与纳米材料简介
纳米技术与纳米材料简介
摘要：简单介绍了纳米、纳米结构的基本概念和涵义,阐述了纳米技术的内涵及其产生、发展和前景。
并介绍了纳米材料与常规块体材料迥异的独特性能及其应用潜力。
Introduction of nanotechnology and nano-materials
（Class mining 08-2 ，Resources and Environmental Sciences, Shandong University of Science and Technology）
Summary：A brief introduction of the nano, nano-structure of the basic concepts and meanings, explained the meaning of nanotechnology and the production, development and prospects. And introduces the nano-materials with conventional bulk materials and the unique properties of different potential applications
1.前言：纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。
21世纪将是纳米技术的时代,随着其制备和改性技术的不断发展,纳米材料在诸多领域将会得到日益广泛的应用,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有关广泛的应用前景。
纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
2.纳米结构与纳米技术
1 m的十亿分之一是纳米技术领域的测量单位,在纳米技术中100 nm的尺寸是重要的,
因为在这个范围内,根据量子物理学定律,可以观察到新物性。
当物质小到1~100 nm时,其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应使物质的很多性能发生质变,呈现出许多既不同于宏观物体,也不同于单个孤立原子的奇异现象。
纳米技术是20世纪80年代末延生并崛起的高科技,它的基本涵义是指在纳米尺寸范围内研究物质的组成,通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。
纳米技术的出现标志着人类的认知领域已拓展至原子、分子水平,标志着人类科学技术的新时代———纳米科技时代的来临。
纳米技术是一门以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,是现代科学(量子学、分子生物学)和现代技术(微电子技术、计算机技术、高分辨显微技术和热分析技术)结合的产物。
纳米技术在不断渗透到现代科学技术的各个领域的同时,形成了许许多多的与纳米技术相关的研究纳米自身规律的新兴学科,如:纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学及纳米力学等,正是这些新兴学科构成了纳米科技的主要内容。
3.纳米材料及其特性
广义上,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,即纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系,或纳米结构排列于
一定基体中分散形成的体系,包括纳米超微粒子、纳米块体材料和纳米复合材料等。
组成纳米材
料的基本单元在维数上可分为三类:①零维。
指在空间三维尺寸均在纳米尺度内。
如纳米尺度颗粒、原子簇等;②一维。
指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;
③二维。
是指在三维空间中有一维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。
构成纳米材料的物质的类别可以有多种,分为金
属纳米材料、半导体纳米材料、纳米陶瓷材料、有机-无机纳米复合材料及纳米介孔固体与介孔复合体材料等。
处于纳米尺度下的物质,其电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响,诸如熔点、磁学性能、电学性能、光学性能、力学性能和化学活性会出现与传统材料迥然不同的性质,表现出的独特性能无法用传统的理论体系解释。
以下总结了导致纳米材料表现独特性能的4种基本效应。
3.1表面效应
当微粒的直径降低到纳米尺度时,其表面粒子数、表面积和表面能均会大幅增加。
由于表面粒子的空位效应,周围缺少相邻的粒子,出现表面粒子配位不足;同时高的表面能也使得
表面原子具有高的活性,极不稳定,易于通过与外界原子结合而获得稳定,如金属的纳米颗粒
在空气中会燃烧,无机的纳米颗粒暴露在空气中会吸附气体并与气体发生反应,皆由表面效
应所致。
3.2小尺寸效应
随着颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
纳米颗粒尺寸小,比表面积大,在熔点、磁学性能、电学性能和光学性能等都较大尺寸颗粒发生了变化,产生出一系列奇异的性质。
如金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加,而直径为2 nm的金和银的纳米颗粒,其熔点分别降为330℃和100℃。
3.3量子尺寸效应
处于纳米尺度的材料,其能带将裂分为分立的能级,即能级的量子化,而金属大块材料的能带,可以看成是连续的。
纳米材料能级之间的间距随着颗粒的尺寸的减小而增大。
当能级间距大于热能、光子能量、静电能以及磁能等的平均能级间距时,就会出现一系列与块体材料截然不同的反常特性,这种效应称之为量子尺寸效应。
量子尺寸效应将导致纳米微粒在磁、光、电、声、热以及超导电性等特性与块体材料的显著不同,例如,纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能。
3.4宏观量子隧道效应
微观粒子具有穿越势垒的能力称之为隧道效应。
近年来,人们发现一些宏观的物理量,如微小颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化。
这种效应和量子尺寸效应一起,将会是未来微电子器件的基础,它们确定了微电子器件进一步微型化的极限。
4结语
纳米技术以其带给人类的全新的对物质领域的认识,无疑正在掀起一场技术革命。
纳米技术已经向我们初步展示了在新材料、新能源、计算机技术、生物医学以及航天领域中的应用。
同时,纳米技术并不是孤立的,它涉及到如量子力学、材料科学、胶体化学、物理化学、高分子化学、生物化学、凝聚态物理和微电子技术学等诸多领域学科,因此,只有进行多学科的交叉渗透,才能更好地有助于我们认识纳米科学,掌握纳米技术。
参考文献
[ 1 ]张立德,牟季美·纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2001·
[ 2 ]张立德·纳米材料[M].北京:化学工业出版社, 2000
[ 3 ]方云,杨澄宇·纳米技术与纳米材料（1）[J]。
