1、6.6 6.6 纳米技术纳米技术6.6.1 6.6.1 纳米科技纳米科技的的基本概念基本概念和和内涵内涵纳米科技主要包括纳米科技主要包括：(1)(1)纳米体系物理学；纳米体系物理学；(2)(2)纳米化学；纳米化学；(3)(3)纳米材料学；纳米材料学； (4)(4)纳米生物学；纳米生物学；(5)(5)纳米电子学纳米电子学 (6)(6)纳米加工学；纳米加工学；(7)(7)纳米力学。纳米力学。6.6.2 6.6.2 纳米技术纳米技术研究的对象和发展研究的对象和发展的历史的历史一、纳米技术一、纳米技术研究的对象研究的对象纳米颗粒限制到纳米颗粒限制到1 1100 nm100 nm范围。范围。纳米材料的纳
2、米材料的基本单元基本单元可以分为可以分为三类三类：纳米材料纳米材料可分为可分为人工制备人工制备与与天然天然二、纳米技术二、纳米技术发展简史发展简史10001000多年前多年前。中国古代。中国古代墨墨、染料染料；中国古代中国古代铜镜铜镜表面的表面的防锈层防锈层，证实为，证实为纳米纳米氧化锡颗粒氧化锡颗粒构成的一层薄膜；构成的一层薄膜；18611861年年，对直径为，对直径为1 1100 nm100 nm的粒子系统即的粒子系统即所谓所谓胶体胶体的研究的研究19621962年年，久保及其合作者针对，久保及其合作者针对金属超微粒金属超微粒子子的研究，提出了著名的的研究，提出了著名的久保理论久保理论20
3、20世纪世纪7070年代末到年代末到8080年代初年代初，对一些，对一些纳纳米颗粒米颗粒的的结构结构、形态形态和和特性特性进行了比较进行了比较系统的研究。描述金属颗粒费米面附近系统的研究。描述金属颗粒费米面附近电子能级状态的电子能级状态的久保理论日臻完善久保理论日臻完善，在，在用用量子尺寸效应量子尺寸效应解释解释超微颗粒超微颗粒的某些特的某些特性时性时获得成功获得成功。19901990年年7 7月月在美国在美国巴尔的摩巴尔的摩召开了国际第一届召开了国际第一届纳米科学技术学术会议，正式把纳米科学技术学术会议，正式把纳米材料科纳米材料科学学作为作为材料科学的一个新的分支材料科学的一个新的分支公布于
4、世，公布于世，这标志着纳米材料学作为一个相对比较独立这标志着纳米材料学作为一个相对比较独立学科学科的诞生。的诞生。纳米材料发展的纳米材料发展的3 3个阶段个阶段第一阶段第一阶段(1990(1990年以前年以前) )：主要是在：主要是在实验室探实验室探索索用各种手段制备各种材料的用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体纳米颗粒粉体，合成块体合成块体( (包括薄膜包括薄膜) )，研究评估表征的方法，研究评估表征的方法，探索探索纳米材料纳米材料不同于常规材料的不同于常规材料的特殊性能特殊性能。研究的对象一般局限在研究的对象一般局限在单一材料单一材料和和单相材料单相材料，国际上通常把这类纳米材料称国际上通
5、常把这类纳米材料称纳米晶纳米晶或或纳米纳米相材料相材料。6.6.3 6.6.3 纳米材料与其他学科的纳米材料与其他学科的交叉、渗透交叉、渗透纳米材料纳米材料凝聚态物理凝聚态物理纳米材料纳米材料半导体材料半导体材料纳米材料纳米材料化学化学纳米材料纳米材料复合材料复合材料纳米材料纳米材料医学药物医学药物6.6.4 6.6.4 纳米材料纳米材料在在高科技高科技中的地位中的地位以单电子隧道效应为基础的以单电子隧道效应为基础的单电子晶体管单电子晶体管（日本）（日本）高速数据处理提供高速数据处理提供分子电子器件及阵列分子电子器件及阵列（德国）（德国）开始用开始用分子电子器件分子电子器件、量子效应器件开发量
6、子效应器件开发生物生物计算机计算机（日本）。（日本）。21世纪电子工业的关键材料都具有世纪电子工业的关键材料都具有纳米结构纳米结构 比例比例芯片芯片中的各个元件之间的耦合，纳米尺寸的开中的各个元件之间的耦合，纳米尺寸的开关材料、敏感材料、纳米级半导体关材料、敏感材料、纳米级半导体/铁电体、纳米级半铁电体、纳米级半导体导体/铁磁体、纳米金属铁磁体、纳米金属/纳米半导体集成的超结构材料、纳米半导体集成的超结构材料、单电子晶体管材料、用于存储的巨磁阻材料、超小型单电子晶体管材料、用于存储的巨磁阻材料、超小型电子干涉仪所需材料、电子过滤器材料、智能材料、电子干涉仪所需材料、电子过滤器材料、智能材料、新
7、型光电子材料等。新型光电子材料等。6.6.5 6.6.5 纳米结构纳米结构和和纳米材料纳米材料的应用的应用一、纳米结构的应用一、纳米结构的应用1 1、量子磁盘与高密度磁存储、量子磁盘与高密度磁存储2 2、高密度记忆存储元件、高密度记忆存储元件3 3、高效能量转化纳米结构、高效能量转化纳米结构(1) (1) 高效再生锂电池高效再生锂电池：(2)(2)太阳能电池太阳能电池： (3)(3)热电转化热电转化4、微型传感器、微型传感器(1) 气体传感器气体传感器 (2) 红外线传感器红外线传感器(3) 湿敏传感器：湿敏传感器：5、纳米结构高效电容器阵列、纳米结构高效电容器阵列二、纳米材料二、纳米材料的应
8、用的应用1 1、陶瓷增韧、陶瓷增韧2 2、磁性材料、磁性材料得益于这项技术，得益于这项技术，硬盘硬盘在近年来迅速在近年来迅速变得变得越来越小越来越小。(2) 新型的新型的磁性液体磁性液体 旋转轴的动态密封旋转轴的动态密封 新型的润滑剂新型的润滑剂 增进扬声器功率增进扬声器功率 作阻尼器件作阻尼器件(3) 新型的磁记录材料新型的磁记录材料 磁性纳米微粒磁性纳米微粒由于尺寸小，具有单磁畴结由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量料可以提高信噪比，改善图像质量三、在生物和医学上的应用三、在生物和医学上的应用1、
9、利用、利用纳米微粒纳米微粒进行进行细胞分离细胞分离2、细胞内部染色：容易分辨各种组织、细胞内部染色：容易分辨各种组织3、表面包敷的磁性纳米粒子在药物上的应用、表面包敷的磁性纳米粒子在药物上的应用 表面载有高分子和蛋白的表面载有高分子和蛋白的磁性纳米微粒磁性纳米微粒作为药作为药物的载体，然后静脉注射到动物体内，在物的载体，然后静脉注射到动物体内，在外加外加磁场磁场的作用下，使其的作用下，使其移向病变部位移向病变部位，达到，达到定向定向治疗治疗的目的。的目的。 磁性纳米粒子磁性纳米粒子在在分离癌细胞分离癌细胞和正常细胞方面经和正常细胞方面经动物临床试验己获成功。动物临床试验己获成功。包覆聚苯乙烯的
10、包覆聚苯乙烯的Fe3O4纳米微粒纳米微粒分分离小鼠骨髓离小鼠骨髓液癌细胞液癌细胞实验示意图实验示意图四、光学应用四、光学应用1、红外反射材料、红外反射材料主要红外线反射膜的组成、材料、制造方法主要红外线反射膜的组成、材料、制造方法形形 式式组组 成成材材 料料制造方法制造方法金属薄膜金属薄膜Au，Ag，Cu金属金属真空蒸镀法真空蒸镀法透明导电膜透明导电膜SnO2，In2O3金属金属氧化物氧化物其他化合物其他化合物真空蒸镀法真空蒸镀法溅射法溅射法喷雾法喷雾法多层干涉膜多层干涉膜(1)(电介质电介质-电介质电介质)ZnS - MgF2TiO2 - SiO2Ta2O3 - SiO2有机金属化合有机金
11、属化合物物氧化物氧化物其他化合物其他化合物真空蒸镀法真空蒸镀法CVD法法浸渍法浸渍法多层干涉膜多层干涉膜(2)(电介质电介质-金属金属-电介电介质质)TiO2Ag-TiO2TiO2-MgF2-Ge-MgF2氧化物氧化物金属金属真空蒸镀法真空蒸镀法溅射法溅射法红外线反射膜的特点红外线反射膜的特点 金属金属-电解质复电解质复合膜合膜导电膜导电膜电解质多层膜电解质多层膜光学特性光学特性优优中中良良耐热性耐热性差差良良优优成本成本中中低低高高2、优异的光吸收材料、优异的光吸收材料(1)紫外吸收紫外吸收 Al2O3粉掺合到稀土荧光粉吸收粉掺合到稀土荧光粉吸收185 nm，提高日，提高日光灯管使用寿命。因
12、为这种光灯管使用寿命。因为这种185 nm的紫外光对日的紫外光对日光灯管的寿命有影响。光灯管的寿命有影响。防晒油、防晒油、防止塑料、树脂和橡胶类的高聚物老化、防止塑料、树脂和橡胶类的高聚物老化、油漆脱落油漆脱落(2)红外吸收红外吸收：红外线进行屏蔽红外线进行屏蔽 增加保暖作用增加保暖作用3、隐身材料、隐身材料五、在其他方面的应用五、在其他方面的应用 纳米抛光液纳米抛光液 纳米静电屏蔽材料纳米静电屏蔽材料 纳米微粒消毒杀菌纳米微粒消毒杀菌 纳米导电浆料纳米导电浆料 纳米助燃剂、阻燃剂纳米助燃剂、阻燃剂 纳米印刷油墨纳米印刷油墨 提高橡胶耐磨性提高橡胶耐磨性 改善了玻璃的脆性、改善了玻璃的脆性、 提高提高Al合金的强度和韧性合金的强度和韧性
