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纳米材料的制备技术综述纳米材料的制备技术，听上去是不是有点高大上？其实也没那么神秘，咱们聊聊就能搞懂。
说实话，纳米这个词说得多了，很多人可能还不太明白，啥叫“纳米”？其实就是非常非常小的东西，咱们说得简单点，就是比我们眼睛能看到的还要小得多得多的小东西。
要是你拿个针尖放大个几百倍，可能就能看到这些纳米级的玩意儿。
为什么大家对这些小东西这么感兴趣呢？因为它们能做的事儿太牛了！从医学到能源，从环境保护到电子产品，几乎无所不能。
不过，要把这些纳米材料做出来，可不是随便乱搞的事儿，它需要技术、需要工艺，得讲究“心思”。
现在就让咱们来聊聊这些技术。
想要制备纳米材料，最常见的办法之一就是化学气相沉积（CVD）。
这个名字听起来挺吓人，其实不难懂，就是把一些气体材料，通过加热、反应等方式，沉积到一个表面上，最后变成纳米级的薄膜、颗粒什么的。
说白了，就是通过“气体变成固体”这件事儿，把小小的东西固定下来。
要是你还记得小时候吹过的泡泡，那泡泡里的水蒸气凝结成液滴差不多，CVD的原理就有点像这个。
只不过它可不是吹泡泡那么简单，而是需要高温、特殊的气氛、精准的控制，才能让这些纳米材料顺利“成型”。
是不是有点神奇？再来说说溶胶凝胶法，这也是一种特别有意思的技术。
其实它的名字就告诉你大概是怎么回事：先把一些材料溶解在液体里，形成溶胶，然后通过化学反应把它们凝结成固体，也就是纳米材料。
这个方法简单来说就像做菜一样，先把材料“泡”在液体中，激活它们，让它们变得“活跃”，然后等到合适的时机，它们就会自己变成纳米颗粒，接着凝聚成你想要的形态。
你要是做过豆腐脑，就知道这个道理。
豆腐脑一开始也是液体，经过“老母鸡”和大豆的“配合”，慢慢变成了一个个嫩滑的块状物。
这种方法不需要特别复杂的设备，也能做到高质量的纳米材料，所以很多研究者都喜欢用它。
再说说球磨法，简单说就是用机械力把大颗粒的材料磨成小颗粒。
你可以想象一台超级强力的“搅拌机”，把大块的材料放进去，几千转的高速旋转让它们变得越来越小，最后变成纳米级别的颗粒。
材料科学领域纳米材料设计方法综述引言：随着纳米科学与技术的迅猛发展，纳米材料引起了广泛关注，并在各个领域展现出巨大的潜力。
纳米材料具有特殊的物理、化学和生物学性质，以及较大的比表面积和界面效应等独特特性。
纳米材料的设计方法和制备技术对于开发新型材料、提高材料性能和创新功能材料具有重要意义。
在材料科学领域，纳米材料的设计方法一直是研究热点之一。
本文将对目前纳米材料设计方法进行综述，包括理论模拟计算方法、实验设计方法以及混合方法等。
一、理论模拟计算方法1. 密度泛函理论（DFT）密度泛函理论是纳米材料设计中经常采用的一种计算方法。
它基于量子力学原理，通过求解Schrödinger方程获得材料的电子结构和物理性质。
DFT可以预测纳米材料的能带结构、原子和分子间的相互作用等重要性质，并能够通过模拟计算进行材料的优化和组装。
然而，DFT也存在一些局限性，如计算复杂度较高，对于大尺寸纳米材料的计算非常困难。
2. 分子动力学模拟（MD）分子动力学模拟是一种基于经典力学原理的计算方法，适用于研究纳米材料的结构和动力学行为。
通过分子间的相互作用力和运动方程，可以模拟出纳米材料的力学性质、热力学性质等。
分子动力学模拟可以预测纳米材料的形貌，优化材料的构型，研究材料的力学响应等。
然而，分子动力学模拟也存在一些局限性，如模拟的时间尺度和空间尺度有限。
二、实验设计方法1. Top-down方法Top-down方法是一种将大尺寸的材料通过加工和刻蚀等方法逐渐减小至纳米尺寸的方法。
例如，通过光刻和电子束曝光等技术，可以在大面积的材料上制备出纳米图案。
Top-down方法适用于制备尺寸较大的纳米材料，具有操作简单、可扩展性强的优点。
但是，这种方法对原料材料的选择和加工工艺的控制要求较高。
2. Bottom-up方法Bottom-up方法是指通过分子自组装和化学合成等方法逐步构建起纳米尺寸的材料。
通过控制反应条件和材料的自组装过程，可以精确调控纳米材料的形貌和结构。
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。
把自己的题目写在此地兰州交通大学2013年7月15日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。
纳米材料综述范文纳米材料是自上世纪90年代以来兴起的一项新兴科技，其具有独特的物理、化学和生物性能，因此受到了广泛的关注和研究。
本文将综述纳米材料的定义、制备方法、应用领域以及潜在的风险和挑战。
首先，纳米材料是指至少在一个维度上具有纳米级尺寸（1-100纳米）的材料。
由于其尺寸处于微观和宏观之间，纳米材料往往具有与传统材料不同的物理和化学性质。
例如，纳米颗粒表面积大大增加，导致其在催化、光学和磁性等方面具有更高的活性和敏感性。
此外，纳米材料还具有较高的比表面积和功率密度，使其在能源存储、传感器和生物医学等领域有着广泛的应用前景。
纳米材料的制备方法多种多样，但可以分为两大类：自下而上和自上而下。
自下而上方法是通过控制和组装分子、原子或离子来构建纳米结构。
例如，溶液法、气相沉积和电化学沉积等方法可以制备出纳米颗粒、纳米薄膜和纳米线等结构。
自上而下方法则是通过纳米加工工艺将材料从大尺寸逐渐减小到纳米级。
常见的自上而下方法包括球磨、机械研磨和激光刻蚀等。
纳米材料具有广泛的应用领域，包括能源、环境、生物医学、电子等。
在能源领域，纳米材料被广泛应用于太阳能电池、燃料电池和储能材料中。
纳米材料的高比表面积可以提高电池的能量密度和效率。
在环境领域，纳米材料可以用于水处理、污染物检测和空气净化等方面。
例如，纳米颗粒可以作为催化剂用于有害气体的催化转化和光催化分解。
在生物医学领域，纳米材料可以用于药物输送、分子成像和组织修复等方面。
纳米颗粒可以通过控制其大小和表面修饰来实现药物的靶向输送和释放。
在电子领域，纳米材料可以用于制备纳米电子元件和纳米传感器等。
纳米材料的尺寸效应和表面效应使其在电子器件的性能和灵敏度方面具有巨大的优势。
然而，纳米材料的应用也面临着一些潜在的风险和挑战。
首先，纳米材料的生产和处理过程中可能释放出有害物质，并对环境和人体健康造成潜在风险。
此外，由于纳米材料的小尺寸和特殊性质，其对生物体的毒性和生物互作性尚不完全了解。
纳米材料的自组装综述纳米材料的自组装是一种具有巨大潜力的新兴领域，通过利用分子间的相互作用和动力学行为来自组装出具有特殊结构和性质的纳米材料。
自组装方法不仅能够制备出高度有序的纳米结构，还能够在纳米尺度上控制物质的形貌、结构和性能，因此被广泛应用于纳米科学、纳米技术和材料科学等领域。
自发性自组装是指纳米材料在适当条件下，由于分子间的相互作用和动力学行为，自行组装形成特定的纳米结构。
自发性自组装方法包括溶液中的自组装、蒸发结晶法、自组装膜的自发生成等。
其中，溶液中的自组装是一种常见的方法，通过溶液中的分子之间的静电相互作用、范德华力、水合作用等力来实现自组装。
在适当的溶剂和浓度条件下，纳米材料可以通过纳米粒子的互相吸引和排斥形成特定结构。
蒸发结晶法是一种将溶液中的纳米材料通过蒸发水分使其自行形成纳米结构的方法。
自组装膜的自发生成是指将自组装分子散布在固体基底上，通过控制其组装行为，使其在固体基底上形成自组装膜。
外界控制下的自组装是指通过外界参数的调控来实现纳米材料的自组装。
外界控制下的自组装方法包括利用电场、磁场、光场、温度等外界参数的调控来实现纳米材料的组装行为。
例如，电场可以通过调控分子之间的电荷来实现纳米材料的组装行为；磁场可以通过控制磁性纳米材料的相互作用来实现纳米材料的组装行为；光场可以通过控制光的强度、波长和方向来实现纳米材料的组装行为；温度可以通过调控纳米材料的热运动来实现纳米材料的组装行为。
纳米材料的自组装不仅能够制备出具有特殊结构和性能的纳米材料，还能够为纳米技术和材料科学的发展提供新的方法和途径。
自组装方法可以实现纳米材料的可控制备和自组装膜的可控形成，为纳米技术的实现和材料科学的发展提供了重要的基础。
此外，纳米材料的自组装还具有很多独特的优势，例如可以在大面积上实现纳米尺度的组装、可以制备出高度有序的纳米结构、可以通过改变组装条件来调控纳米材料的性能等。
总之，纳米材料的自组装是一种具有巨大潜力的新兴领域，通过自发性自组装和外界控制下的自组装方法，可以实现纳米材料的有序组装和控制形貌、结构和性能。
纳米材料分散的综述一、纳米材料简介纳米材料是指尺寸在纳米级别的材料，具有优异的物理、化学和机械性能。
由于其独特的性质，纳米材料在能源、环保、医疗、信息技术等领域具有广泛的应用前景。
二、纳米材料制备方法纳米材料的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及生物法。
物理法包括机械球磨法、真空蒸发法等；化学法包括溶液法、气相法等；生物法则利用生物分子的自我组装和生物模板法。
不同的制备方法适用于不同类型的纳米材料，且具有各自的优势和局限性。
三、纳米材料的应用领域纳米材料因其优异的性能被广泛应用于以下领域：1.能源领域：太阳能电池、燃料电池、储能电池等；2.环保领域：空气净化器、水处理设备等；3.医疗领域：药物输送、生物成像、癌症治疗等；4.信息技术领域：电子器件、量子计算等。
四、纳米材料的分散技术纳米材料的分散技术是实现其应用的关键。
纳米材料由于其高比表面积和表面能，容易发生团聚，因此需要对其进行分散。
分散技术可分为物理分散和化学分散。
物理分散包括机械搅拌、超声波分散等；化学分散则是利用表面活性剂或偶联剂进行分散。
五、纳米材料分散的物理化学原理纳米材料分散的物理化学原理主要包括表面能作用、静电力作用和空间位阻作用。
表面能作用是纳米材料分散的主要驱动力，静电力作用则是在带电纳米粒子间的相互作用，空间位阻作用则是利用高分子物质对纳米粒子进行稳定分散。
六、纳米材料分散的方法与技术纳米材料分散的方法与技术主要包括以下几种：1.机械搅拌分散：通过机械搅拌的方式将纳米材料分散在溶剂中，可加入适量的表面活性剂或分散剂以增强分散效果。
2.超声波分散：利用超声波的振动能将纳米材料打散在溶剂中，可有效破解团聚现象。
3.化学分散：利用化学反应改变纳米材料的表面性质，如通过偶联剂对纳米材料进行改性，使其具有更好的分散稳定性。
4.溶剂热法：在高温高压条件下，利用溶剂的性质将纳米材料溶解分散在溶剂中。
此方法可用于制备一些具有特殊性质的纳米材料。
从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代江业革命之前)、毫米时代江业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)>i n。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleite}2]提出‘纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级通常指1一100 rm)的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料哟米微粒久一维材料值径为纳米量级的纤维久二维材料(}度为纳米量级的薄膜与多层膜久以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域。
1国内外研究现状50年代末，美国著名物理学家Richard.P Feyn-man曾经设想“如果有一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹?”他提出逐级地缩小生产装置，以致最后直接由人类按需排布原子以制造产品。
这在当时只是一个美好的梦想。
然而，随着时间的推移和科学技术的日益发展，这个梦想正在逐渐地变成现实。
进入60年代后，人们就开始对分立的纳米粒子进行了真正有效的研究;70年代末，德雷克斯勒成立了NST (NanoscaleScience & Technology)研究组;1984年德国科学家G 1e ite r首先制成了金属纳米材料，同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议，使纳米材料成为世界性的热点之一;1990年在美国巴尔的摩生;1994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议，表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。
近年来，世界各国先后对纳米材料给予了极大的关注，对纳米材料的结构与性能、制备技术以及应用前景进行了广泛而深入的研究，并纷纷将其列人近期高科技开发项目。
北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY碳纳米管的性质与应用姓名：赵开专业：应用化学班级： 0804学号： 0801050972011年05月文献综述前言本人论题为《碳纳米管的性质与应用》。
碳纳米管是一维碳基纳米材料，其径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口。
碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等力学，电磁学特点。
近年来，碳纳米管在力学、电磁学、医学等方面得到了广泛应用。
本文根据众多学者对碳纳米管的研究成果，借鉴他们的成功经验，就碳纳米管的性质及其功能等方面结合最新碳纳米管的应用做一些简要介绍。
本文主要查阅近几年关于碳纳米管相关研究的文献期刊。
碳纳米管（CNT）是碳的同素异形体之一，是由六元碳环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。
碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。
由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管（SWNT），多层石墨平面卷曲形成多壁碳纳米管（MWNT）。
自从1991年日本科学家lijima发现碳纳米管以来，其以优异的力学、热学以及光电特性受到了化学、物理、生物、医学、材料等多个领域研究者的广关注。
一、碳纳米管的性质碳纳米管的分类研究碳纳米管的性质首先要对其进行分类。
（1）按照石墨层数分类，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
（2）按照手性分类，碳纳米管可分为手性管和非手性管。
其中非手性管又可分为扶手椅型管和锯齿型管。
（3）按照导电性能分类，碳纳米管可分为导体管和半导体管。
碳纳米管的力学性能碳纳米管无缝管状结构和管身良好的石墨化程度赋予了碳纳米管优异的力学性能。
其拉伸强度是钢的100倍，而质量只有钢的1/ 6，并且延伸率可达到20 %，其长度和直径之比可达100～1000，远远超出一般材料的长径比，因而被称为“超强纤维”。
纳米薄膜应用综述引言纳米技术作为21世纪的一个新兴领域，正日益受到人们的关注和重视。
纳米材料具有尺寸效应、表面效应和量子效应等特性，展现出许多与传统材料不同的奇特性能，被广泛应用于材料、生物、医学、环境、电子信息等领域。
纳米薄膜作为纳米材料的一种重要形式，具有极大的表面积和高度的界面能，被广泛应用于涂层、传感器、光伏、生物医学等领域。
一、纳米薄膜的制备方法1. 物理气相沉积法物理气相沉积法包括热蒸发法、溅射法、分子束外析等，通过在真空环境下使材料直接蒸发或溅射，然后在基底表面沉积形成纳米薄膜。
该方法制备的纳米薄膜均匀度高，结晶度好，但设备成本高，生产效率低。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法包括液相沉积法、气相沉积法等，通过在气相反应体系中使一种化学气体在基底表面发生化学反应，生成纳米薄膜。
该方法成本低，易于实现大面积生产，但纳米薄膜的结晶质量相对较差。
3. 溶液法溶液法包括溶液浸渍法、溶液旋涂法等，通过在溶液中将纳米材料溶解或悬浮，然后在基底表面沉积成薄膜。
该方法简单易行，设备成本低，但纳米薄膜的结晶度较低。
以上是一些常见的纳米薄膜制备方法，不同方法适用于不同的应用场景，制备出来的纳米薄膜性能也各有差异。
二、纳米薄膜在涂层领域的应用1. 自清洁涂层自清洁涂层是一种能够在接触光线、风力、水汽等环境下自动清洁的功能涂层，可以减少人工清洁成本，保持表面光亮。
纳米薄膜可以使涂层具有一定的光催化和亲水性能，使涂层在受光照射下具有氧化有机污染物的分解能力，保持表面清洁。
2. 防护涂层防护涂层是一种用于防止金属、塑料等基底受到外部侵蚀、氧化等危害的功能涂层，可以提高材料的使用寿命。
纳米薄膜可以提高涂层的硬度和耐磨性，防止基底受到腐蚀和氧化，延长材料的使用寿命。
3. 共价键涂层共价键涂层是一种将纳米材料与涂层基底形成共价键结构的功能涂层，可以提高涂层的附着力和稳定性。
纳米薄膜可以在涂层基底表面形成稳定的共价键结构，增强涂层的附着力，提高涂层的稳定性。
纳米材料综述目录1引言 (2)2 应用现状与应用前景 (2)2.1纳米材料各方面的性能在实际中的应用归纳如下： (2)2.2 应用前景 (3)2.2.1 微电子和光电子领域 (3)2.2.2 陶瓷领域 (4)2.2.3生物医学中的纳米技术应用 (4)3 纳米材料的概述 (4)3.1 纳米材料的定义 (4)3.2 纳米材料的分类 (5)3.3 纳米材料的特性 (6)3.4 纳米材料的制备 (7)3.4.1物理制备方法 (7)3.4.2化学制备方法 (8)4 国内发展情况 (9)1引言一纳米等于十亿分之一米，相当于人的头发丝直径的八万分之一。
纳米材料被誉为“21一世纪最具有前途的材料”，与信息技术和生物技术并成为21世纪社会经济发展的三大支柱之一和战略制高点。
材料的结构决定材料的性质，纳米材料的特殊结构决定它具有一些特异性质，从而纳米材料具有常规材料没有的性质，从而使纳米材料得到更广泛的应用。
纳米材料在化工、工程材料、信息、生物医学、军事等领域都得到了充分的应用。
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小。
新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。
纳米材料和纳米结构是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，也是纳米科技最为活跃、最接近应用的重要组成部分。
顾研究纳米材料对我国未来的发展具有重要作用。
2 应用现状与应用前景2.1纳米材料各方面的性能在实际中的应用归纳如下：2.2 应用前景由于纳米微粒具有特殊的物理效应,使得它们在磁、光、电和对周围环境(温、气氛、光、湿度等)敏感等方面呈现出常规材料不具备的特性。
因此,纳米材料在催化、传感、电子材料、光学材料、磁性材料、高致密度材料的烧结、陶瓷增韧以及仿生材料等方面有广阔的应用前景[14-17]。
目前纳米材料的应用主要侧重于如下方面:微电子和光电子领域,生物和医学领域,催化剂领域,磁学领域,陶瓷领域等。
现将纳米材料在微电子、光电子领域以及陶瓷领域中的应用,作简要说明。
2.2.1 微电子和光电子领域纳米电子学立足于最新的物理学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信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破,纳米电子学将成为本世纪信息时代的核心。
随着纳米技术的发展,微电子和光电子的结合更加紧密,在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面,使光电器件的性能大大提高。
将纳米技术用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高几十倍至几百倍,甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。
有报导,可以运转的“分子马达”已被制备出来,这将在“分子”水平上的纳米器件及信息处理上有潜在的应用价值[19]。
纳米团簇在量子激光器、单电子晶体管等许多领域都有重要应用[20]。
另外,量子元件还可以使元件的体积大大缩小,使电路大为简化,因此,量子元件的兴起将导致一场电子技术的革命。
2.2.2 陶瓷领域随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生。
精细陶瓷是以人工合成的高纯度纳米粉末为原料,经过粉体处理、成形、烧结、加工及设计等高技术工艺制成的含微细结构及卓越性能的无机非金属材料。
它具有坚硬、耐磨、耐高温、耐腐蚀的性能,有些陶瓷材料还具有能量转换、信息传递功能等。
此外,纳米陶瓷的高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗,特别是光吸收效应都将成为材料开拓应用的一个崭新领域,并对高技术及新材料的发展产生重要作用[21]。
例如,现已证实,纳米陶瓷CaF2和TiO2在常温下具有很好的韧性和延展性能。
德国Saddr-land大学的研究发现,CaF2和TiO2纳米陶瓷材料在80~180℃内可产生约100%的塑性形变,而且烧结温度降低,能在比大晶粒样品低600℃的温度下达到类似于普通陶瓷的硬度[22]。
许多专家认为,如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题,则纳米陶瓷将具备高硬度、高韧性、低温超塑性和易加工等优点。
2.2.3生物医学中的纳米技术应用正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。
将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。
植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。
纳米生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。
各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。
另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。
3 纳米材料的概述3.1 纳米材料的定义纳米（Nanometer），是一种长度单位，即1米的十亿分之一，单位符号为 nm。
纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。
其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。
用纳米这么小的微粒制成的材料就是纳米材料。
和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光、电、磁、热和力、化学等方面的性质。
图1 纳米颗粒材料SEM图对于纳米材料的研究包括两个方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和光谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型纳米材料，包括新型纳米材料合成方法的探索和对常规材料的纳米修饰与改性。
目前，在纳米材料的应用中所遇到的关键技术问题是：在大规模制备的质量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化。
3.2 纳米材料的分类纳米材料可从维数、组成相数、导电性能等不同角度进行分类。
由于纳米材料主要特征在于其外观尺度，从三维外观尺度上对纳米材料进行分类是流行的分类方法。
3.3 纳米材料的特性（1）力学性能许多纳米金属的室温硬度比相应粗晶高2~ 7倍; 纳米材料具有更高的强度, 例如, 6nm 的纳米铁晶体的强度比多晶铁提高12 倍, 硬度提高了2~ 3 个数量级; 韧性更大, 如美国Argonnel 实验室制成的纳米CsF2 陶瓷晶体在室温下可弯曲100%。
室温下的纳米TiO2 陶瓷晶体表现出很高的韧性, 压缩至原长度的1/4 仍不破碎。
（2）热学性能一般纳米金属材料的热容是传统金属的2 倍; 直径为10nm 的Fe、Au 和Al 熔点分别由其粗晶熔点的1540 ℃、1063 ℃和660 ℃降到33 ℃、27 ℃和18 ℃。
2nm的金的颗粒熔点仅为330 ℃ , 比通常金的熔点低700 ℃以上, 而纳米银粉的熔点仅为100 ℃ ; 此外, 纳米材料的热膨胀可调, 可用于具有不同热膨胀系数的材料的连接。
（3）磁学性能当晶粒尺寸减小到纳米级时, 晶粒之间的铁磁相,互作用开始对材料的宏观磁性有重要影响, 使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力, 低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20 倍, 而饱和磁矩是普通金属的1/2。
（4）光学性能各种纳米微粒几乎都呈黑色, 它们对可见光的反射率将显著降低, 一般低于1%。
粒度越细, 光的吸收越强烈, 利用这一特性, 纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料。
（5）电学性能电导率低, 纳米固体中的量子隧道效应使电子运输表现出反常现象, 例如, 纳米硅氢合金中的氢含量大于5% ( 原子分数) 时, 电导率下降2 个数量级, 并出现通道电阻效应。
纳米材料的电导率随颗粒尺寸的减小而下降。
（6）高扩散性纳米晶体的自扩散速率为传统晶体的1016至1019倍, 是晶界扩散的100 倍。
高的扩散速率使纳米材料的固态反应可在室温或低温下进行。
（7）表面活性随着纳米微粒粒径减小, 比表面积增大, 表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等, 使得纳米微粒具有高的表面活性, 适于作催化剂和贮氢材料。
例如, 纳米晶Li- MgO 对甲烷向高级烃转化的催化激活温度比普通Li 浸渗的MgO 至少低200℃；又如, 普通多晶Mg2Ni 的吸氢只能在高温下进行, 低温吸氢需长时间或高压力, 而纳米晶Mg2Ni 在200℃以下, 即可吸氢, 无须活化处理3.4 纳米材料的制备3.4.1物理制备方法（1）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供给热能,通过球磨让物质使材料之间发生界面反应,使大晶粒变为小晶粒,得到纳米材料。
范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。
xiao等利用金属羰基粉高能球磨法获得纳米级的Fe-18Cr-9W合金粉末。
机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉,尤其适用于制备脆性材料的超微粉。
超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度,使相间传质和微观混合得到极大的加强,从而制备纳米材料。
刘建伟等以氨气和硝酸锌为原料,应用超重力技术制备粒径20nm—80nm、粒度分布均匀的ZnO纳米颗粒。
（2）气相法气相法包括蒸发冷凝法、溶液蒸发法、深度塑性变形法等。
蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中通过电阻加热、高频感应、等离子体、激光、电子束、电弧感应等方法使原料气化或形成等离子体并使其达到过饱和状态,然后在气体介质中冷凝形成高纯度的纳米材料。
Takaki等在惰性气体保护下,利用气相冷凝法制备了悬浮的纳米银粉。
杜芳林等制备出了铜、铬、锰、铁、镍等纳米粉体,粒径在30nm—50 nm范围内可控。
魏胜用蒸发冷凝法制备了纳米铝粉。
溶液蒸发法是将溶剂制成小滴后进行快速蒸发,使组分偏析最小,一般可通过喷雾干燥法、喷雾热分解法或冷冻干燥法加以处理。
深度塑性变形法是在准静态压力的作用下,材料极大程度地发生塑性变形,而使尺寸细化到纳米量级。
有文献报道,Φ82mm的Ge 在6GPa准静压力作用后,再经850℃热处理,纳米结构开始形成,材料由粒径100nm的等轴晶组成,而温度升至900℃时,晶粒尺寸迅速增大至400nm。
（3）磁控溅射法与等离子体法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,使得靶材料表面的原子或分子从靶材料表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。
