超导纳米材料的特性与应用

纳米材料的结构与性能特性及其应用前景

【摘 要】文章简要地概述了纳米材料的结构和特殊性质、纳米材料的制备技术和方法以及纳米材料的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料在各个领域中的应用前景。

【关键词】纳米材料；结构；效应；性能；制备；应用；前景

20世纪90年代，以前人们从未探索过的纳米物质（Nanostructured materials）一跃成为科学家十分关注的研究对象。新奇的纳米材料刚刚诞生才几年，以其所具有的独特性和新的规律，如材料尺度上的超细微化而产生的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能，已引起人们的高度重视，使这一领域成为跨世界材料科学研究领域的"热点"]1[。

1、纳米和纳米材料

纳米是一种长度的量度单位，1纳米（nm）等于10-9米，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的10万分之一。

纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。

纳米材料（nanostructure materials或nanomaterials）是纳米级结构材料的简称。狭指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米，在通常情况下不超过10纳米；从广义上说，纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1～100nm）限制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团簇（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维纳米纤维；二维纳米微粒膜（涂层）及三维纳米材料。

2、纳米材料的结构特征

纳米材料的结构特点是：纳米尺度结构单元，大量的界面或自由表面，以及结构单元与大量界面单元之间存在的交互作用]2[。在结构上，大多数纳米粒子呈现为理想单晶，也有呈现非晶态或亚稳态的纳米粒子。纳米材料的结构上存在两种结构单元；即晶体单元和界面单元。晶体单元由所有晶粒中的原子组成，这些原子严格地位于晶格位置；界面单元由处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来]3[。界面原子密度低，界面上邻近原子配位数发生 变化，界面原子间距差别大。

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。世界许多国家都将纳米科学技术的研究和发展作为一项重要的国家项目，加大投资力度。这也说明了纳米材料的研究仍然是将来最有发展前途的科研领域。

先进材料有哪些

先进材料是指在材料科学与工程领域具有特殊性质或功能的材料。这些材料具有其它常规材料所不具备的特点，能够满足特定领域的需求。下面是一些先进材料的例子：

1. 纳米材料：纳米材料是具有纳米级尺寸的材料，拥有独特的物理、化学和生物学特性。纳米材料被广泛用于各种领域，如电子学、光学、医学和能源等。

2. 超导材料：超导材料在极低温下能够无阻碍地传导电流，具有极高的电导率。超导材料可以用于制造超导电缆、磁悬浮列车等高技术产品。

3. 复合材料：复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料。它们具有各种不同的性能，如高强度、低重量和优异的耐腐蚀性。复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和运动器材等领域。

4. 智能材料：智能材料是能够感知和响应外部环境的材料。它们可以根据外界刺激改变自身的特性，如形状、颜色、导电性和磁性。智能材料广泛用于传感器、执行器和自适应结构等领域。

5. 生物可降解材料：生物可降解材料是可以被生物体分解和吸收的材料。它们被广泛应用于医疗领域，如可降解缝线、人工组织和药物缓释系统。

6. 硬质合金：硬质合金是由金属和非金属元素组成的材料，具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。硬质合金广泛应用于切削工具、矿山钻头和汽车发动机零件等领域。

7. 炭纳米管：炭纳米管是由碳原子构成的管状结构，具有惊人的机械强度和导电性。炭纳米管被广泛应用于电子设备、储能器件和强化材料等领域。

8. 抗菌材料：抗菌材料是具有抑制细菌生长的特性的材料。它们被广泛应用于医疗设备、包装材料和消毒产品等领域。

9. 高温合金：高温合金可以在极高温度下保持其结构和性能稳定。它们被广泛应用于航空航天、石油化工和能源领域。

总之，先进材料在各个领域中具有重要的应用，为科技的发展和人类社会的进步做出了重要贡献。随着科学技术的不断进步，我们可以期待更多功能性更强的先进材料的出现。

纳米技术在哪些领域有应用？

随着科技发展的日新月异，纳米技术被视为未来科技的重要方向之一。纳米技术的应用领域也越来越广泛，下面将会为大家介绍纳米技术在哪些领域有应用。

一、医疗领域

1.癌症治疗

癌症一直是医学上的一大难题。而纳米技术可以通过纳米颗粒给药技术和纳米材料药物载体技术，将抗癌药物直接送达癌细胞并释放药效，达到更好的治疗效果。

2.病毒检测

纳米技术在病毒检测方面的应用也十分广泛，可以通过纳米荧光探针、纳米电极、纳米生物传感器等手段，快速检测病毒的存在并及时采取治疗措施。

3.组织修复

通过纳米科技，可以制备纳米材料，这些纳米材料不仅可以在人体内充当修复组织的建筑块，而且可以加速人体修复的速度。

二、能源领域

1.太阳能电池

纳米技术可以制备纳米级材料，这些材料可以更好地吸收太阳能，并将其转化为电能。

2.污水处理

纳米技术在污水处理方面的应用也十分广泛，例如针对油污水，可以通过纳米材料吸附技术，实现对油脂的高效过滤分离。

3.电池材料

利用纳米材料的特性，可以制备出更高效、更稳定的电池材料，为能源领域带来更高的效率。

三、材料领域

1.超导材料

纳米技术制备的超导材料可以实现更好的导电效果，可以在电子设备中得到广泛的应用。

2.高强材料

纳米技术可以制备出高强度、抗变形的材料，这些材料可以在航空、汽车等行业中得到应用。

3.防腐蚀材料

通过利用纳米材料制备出的具有良好抗腐蚀性、高强度的材料，可以很好地应用于海洋工程、油气运输等领域。

四、环境领域

1.净水技术

利用纳米技术制备的纳米级材料能够很好地过滤水中有害物质，提高净水效果。

2.烟气净化

利用纳米材料可以有效吸附烟气中的有害物质，达到烟气净化的目的。

3.环保材料

纳米技术还可以制备出对环境没有污染的环保材料，可以在塑料、建筑等领域中为环保事业做贡献。

综上所述，纳米技术在医疗、能源、材料、环保等领域中都有着广泛的应用。相信在未来不久的将来，纳米技术会有更多的领域需要探索和应用。