1、科学世界材料化学之纳米技术材料化学之纳米技术机械工程学院机械工程学院机械设计制造及其自动化系机械设计制造及其自动化系机自机自6班班 王庆周王庆周学号：学号：200623272007-04-08 内容提要纳米技术简介纳米技术简介纳米技术在世界各国纳米技术在世界各国纳米技术的相关知识纳米技术在当代中国纳米技术在当代中国1.1 1.1 纳米纳米1 1纳米纳米(nm):nm):1 1毫米毫米(mm)mm)的百万分之一的百万分之一1.2 1.2 纳米技术纳米技术在纳米尺度上对物质和材料进行研究和在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术处理的技术被称为纳米技术1.3 1.3 纳米材料纳米
2、材料纳米材料纳米材料:在纳米量级在纳米量级(1100nm)内调控内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料物质结构制成的具有特异性能的新材料四大特点四大特点:尺寸小、比表面积大、表面能尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大高、表面原子比例大四大效应四大效应:小尺寸效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应宏观量子隧道效应、表面效应1.4 1.4 进一步认识纳米进一步认识纳米蛋白质、蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在病毒，都在1100nm的范围的范围光合作用在光合作用在“纳米车间纳米车间”进行进行细胞中的一些结构单元都是执行某种功细胞中的一些结构单元都是执行某种
3、功能的能的“纳米机械纳米机械”，细胞象一个，细胞象一个“纳米纳米工厂工厂”纳米结构是生命现象中基本的东西纳米结构是生命现象中基本的东西1.5 1.5 纳米技术前景展望纳米技术前景展望 钱学森钱学森(1991)：“我认为，纳米左右和纳我认为，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重米以下的结构是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将在点，会是一次技术革命，从而将在21世世纪又是一次产业革命。纪又是一次产业革命。”纳米技术将改变生产方式，导致生活方纳米技术将改变生产方式，导致生活方式变革，式变革，带领我们进入崭新的带领我们进入崭新的21世纪世纪。2.1 2.1 国外纳米技术进展国外
4、纳米技术进展1990年，年，IBMIBM公司用原子排出公司用原子排出“IBM”1991年，年，NECNEC实验室观察到碳纳米管实验室观察到碳纳米管合成了其它纳米管材料合成了其它纳米管材料2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展实心的纳米棒、纳米线、量子线实心的纳米棒、纳米线、量子线2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展朗讯公司和牛津大学朗讯公司和牛津大学:纳米镊子纳米镊子碳纳米管碳纳米管“秤秤”，称量一个病毒的重量，称量一个病毒的重量称量单个原子重量的称量单个原子重量的“纳米秤纳米秤”2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展DNADNA开关开关2.2 2.2 纳米技术
5、在美国纳米技术在美国20102010年年:80:80万纳米科技人才万纳米科技人才,GDPGDP1 1万亿美万亿美元元,200,200万个就业机会万个就业机会本世纪前本世纪前10年几个关键领域之一年几个关键领域之一制定了制定了“国家纳米技术倡议国家纳米技术倡议”(NNI):NNI):纳米材料纳米材料纳米电子学、光电子学和磁学纳米电子学、光电子学和磁学纳米医学和生物学纳米医学和生物学 2.2 2.2 纳米技术在美国纳米技术在美国军工军工:隐形飞机表面涂料、隐形飞机表面涂料、舰船表面纳舰船表面纳米涂料米涂料美国总统布什美国总统布什2003.12.3日签署了日签署了21世世纪纳米技术研究开发法案，批准
6、联邦纪纳米技术研究开发法案，批准联邦政府在从政府在从2005财政年度开始的财政年度开始的4年中共投年中共投入约入约37亿美元，用于促进纳米技术的研亿美元，用于促进纳米技术的研究开发究开发2.3 2.3 纳米技术在日本纳米技术在日本1962年年,久保久保(Kubo):久保理论久保理论国会国会:21世纪前世纪前20年的立国之本年的立国之本著名大企业著名大企业:纳米实用化技术的计划纳米实用化技术的计划 三菱化工建立了三菱化工建立了(富勒烯富勒烯)纳米碳管生产线纳米碳管生产线 自洁净玻璃、光催化净化水或空气自洁净玻璃、光催化净化水或空气2.4 2.4 纳米技术在其它国家纳米技术在其它国家韩国韩国：全国
7、纳米技术研究院、纳米显示：全国纳米技术研究院、纳米显示技术技术印度印度：像抓软件产业那样抓纳米科技：像抓软件产业那样抓纳米科技德国德国：把发展纳米技术定位在新能源、：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展的发展法国法国：国家纳米科技中心、纳米产业基：国家纳米科技中心、纳米产业基金金世界世界都在迎接纳米时代的到来都在迎接纳米时代的到来2.5 2.5 纳米技术在中国纳米技术在中国1993年，年，中科院中科院操纵原子写字操纵原子写字2.5 2.5 中国纳米技术进展中国纳米技术进展中科院物理所中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵制备出大面积
8、碳纳米管阵列列;合成了当时最长的纤维级碳纳米管合成了当时最长的纤维级碳纳米管中国科技大学中国科技大学:氮化镓粉体氮化镓粉体清华大学清华大学:氮化镓纳米棒氮化镓纳米棒中国科技大学中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为纳米粉，被誉为“稻草变黄金稻草变黄金”2.5 2.5 中国纳米技术应用中国纳米技术应用中科院化冶所中科院化冶所“七五攻关七五攻关”:纳米碳化硅纳米碳化硅“八五八五863”:纳米阻燃剂纳米阻燃剂中科院化学所中科院化学所纳米领带纳米领带超双疏性界面材料超双疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色防水、防油、防污、防褪色 纳米聚丙烯管材纳米聚丙烯管材高强度、
9、抑菌功能高强度、抑菌功能2.5 2.5 纳米技术应用纳米技术应用全国范围全国范围 三百多三百多家纳米企业家纳米企业以以“纳米纳米”注册的企业近百家注册的企业近百家数十条纳米材料生产线数十条纳米材料生产线资金约百亿元资金约百亿元3.1 3.1 纳米技术与经济纳米技术与经济材料人类文明的四大技术支柱之一材料人类文明的四大技术支柱之一材料是人类物质文明的基础材料是人类物质文明的基础材料支撑着其它新技术的前进材料支撑着其它新技术的前进纳米材料是纳米技术的基础纳米材料是纳米技术的基础纳米材料纳米材料是材料家族中的重要新成是材料家族中的重要新成员员3.2 3.2 纳米技术与经济纳米技术与经济科学科学 发现
10、新材料、提出新方法发现新材料、提出新方法 知识创新知识创新 将将“钱钱”转化为转化为“知识知识”技术技术 工业化制备纳米材料工业化制备纳米材料 清洁生产工艺清洁生产工艺 商品化技术商品化技术 将将“知识知识”转化为转化为“钱钱”3.3 3.3 纳米材料制备综述纳米材料制备综述对纳米材料的要求对纳米材料的要求尺寸可控尺寸可控(小于小于 100 100 nm)nm)成分可控成分可控形貌可控形貌可控晶型可控晶型可控表面物理和化学特性可控表面物理和化学特性可控(表面改性和表面包覆表面改性和表面包覆)3.4 3.4 纳米材料制备综述纳米材料制备综述化学法化学法物理法物理法3.4.1 3.4.1 化学方法
11、制备纳米材料化学方法制备纳米材料气相法气相法气溶胶法气溶胶法激光法激光法等离子法等离子法裂解法裂解法氧化法氧化法水解法水解法燃烧法燃烧法3.4.1 3.4.1 化学方法制备纳米材料化学方法制备纳米材料液相法液相法化学沉淀法化学沉淀法(均匀沉淀法均匀沉淀法,共沉淀法共沉淀法)水解法水解法(醇盐醇盐,卤化物卤化物)溶胶溶胶-凝胶法凝胶法水热法水热法3.4.2 3.4.2 物理方法制备纳米材料物理方法制备纳米材料气相法气相法惰性气体冷凝法惰性气体冷凝法固相法固相法高能球磨法高能球磨法搅拌磨法搅拌磨法震动磨法震动磨法3.5 3.5 某纳米颗粒的制备某纳米颗粒的制备 4 4 纳米科技与当代中国纳米科技与
12、当代中国 近代中国的机遇与挑战近代中国的机遇与挑战二百年回顾二百年回顾蒸汽机技术、电气化技术、微电子技蒸汽机技术、电气化技术、微电子技术的高潮都错过术的高潮都错过ITIT产业、网络通讯与西方差距不大产业、网络通讯与西方差距不大纳米技术使大家都面临着重新变革，纳米技术使大家都面临着重新变革，相当于相当于5 5千米赛跑，都才跑出千米赛跑，都才跑出500500米，米，我们落后得不是很多，有的还不落后我们落后得不是很多，有的还不落后4.1 4.1 纳米技术对竞争力的提升纳米技术对竞争力的提升能源领域能源领域 石油、煤等不可再生资源石油、煤等不可再生资源环保领域环保领域 解决水污染的问题解决水污染的问题
13、 解决空气污染的问题解决空气污染的问题微电子微电子 纳米纳米电子电子器件、纳米线、器件、纳米线、纳米传感器纳米传感器信息领域信息领域 光纤、发光器件光纤、发光器件4.2 4.2 纳米技术对竞争力的提升纳米技术对竞争力的提升功能性涂料功能性涂料、薄膜、薄膜 防静电涂料防静电涂料 特殊视觉涂料特殊视觉涂料 紫外线吸收涂层紫外线吸收涂层 耐磨耐磨、防腐、耐高温、耐冲刷涂层、防腐、耐高温、耐冲刷涂层机械机械纳米结构单元和纳米机械纳米结构单元和纳米机械结构陶瓷结构陶瓷增强、增韧、助烧结增强、增韧、助烧结4.3 4.3 纳米技术对竞争力的提升纳米技术对竞争力的提升化学化工化学化工 催化剂催化剂、助、助催化
14、剂催化剂、阻燃、阻燃剂剂 镍催化氧化丙醛，当镍的粒径在镍催化氧化丙醛，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发以下，反应选择性发生急剧变化，生成酒精的转化率迅速增大生急剧变化，生成酒精的转化率迅速增大塑料和橡胶塑料和橡胶 制品成型剂制品成型剂、补强剂补强剂、抗老化、抗老化剂剂OA（OFFICE AUTOMATION）领域领域 复印机和激光打印机的墨粉复印机和激光打印机的墨粉 喷墨打印机墨水喷墨打印机墨水、高级、高级墨水墨水4.4 4.4 纳米技术对竞争力的提升纳米技术对竞争力的提升纳米药物纳米药物 磁性纳米粒子药物磁性纳米粒子药物卫生保健品卫生保健品 防晒霜防晒霜纺织品纺织品 反射红外线型化纤反射红外线型化纤杀菌灭菌除臭型化纤杀菌灭菌除臭型化纤4.5 提升国防科技纳米探测系统纳米探测系统纳米材料提高武器打击纳米材料提高武器打击纳米材料提高防护能力纳米材料提高防护能力纳米机械系统制造的小型机器人纳米机械系统制造的小型机器人雷达隐身技术雷达隐身技术美国美国:“:“超黑粉超黑粉”,”,对雷达波的吸收率达对雷达波的吸收率达9999法国法国:Co-NiCo-Ni纳米颗粒包覆绝缘层纳米颗粒包覆绝缘层
