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第二讲纳米材料(1)

Nanometer-Materials天文望远镜人类科技发展绐终朝两个目标奋斗：
一个是向着越来越大、越远的宏观世界进军，发明了望远镜向着世界的广度进军，探索宇宙的起源和进化；
另一个是向着越来越小、越深的微观世界发展，发明了各种显微镜、粒子加速器，向着分子、原子、原子核、基本粒子的微观层次不断地探索物质起源和结构。
19世纪末到20世纪初，人们对微观世界的认识已延伸到十分微小的层次．时间已缩短到纳(n)秒(10-9秒)、皮(p)秒(10-12秒)和飞(f)秒(10-15秒)的数量级。描述这些微观体系的学科相继建立，如原子核物理、粒子物理、量子力学等。在向着这两个极端目标无尽的征途中，人们蓦然回首，发现我们对原子、分子和宏观物体之间的中间领域，即纳米领域，却尚未认识和开拓。20世纪60年代人类社会进入了一个被称为“后工业社会”、“信息社会”、“新经济社会”、“知识社会”等拥有多种名称的社会。科学家已经在新材料和新加工技术的开发中创造新的社会文化。
在材料科学的积累和进步中，以及在探测材料组织设备的不断更新和完善的基础上，信息与通讯材料、电子材料、光子材料正创造着“信息时代”；航空航天材料、高聚物、复合材料等也开创了“太空时代”；医学材料、高级陶瓷、生物材料、转基因食物、克隆材料又开启了“生命复制时代”等等。在信息、航空、生命等不同领域的背后，人们都可以纳米材料的身影。纳米材料出现许多既不同于宏观体系，也不同于微观体系的奇异性能，而且这个领域才是对人类自身关系最密切的物质层次，于是人们集中精力开展纳米科技的研究。纳米科学技术的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，人类科学技术已进入一个新的纳米科学技术时代，人类即将从“毫米文明”和“微米文明”迈向即将到来的“纳米文明”。以纳米技术为代表的新兴科技将给人类带来第三次工业革命，纳米技术的发展将推动信息、材料、能源、环境、生物、农业、国防等领域的技术创新，给传统产业带来极大的变革，进而为人类创造出许多新材料、新产品，彻底改变人们千百年来形成的生活习惯和生产模式。
纳米技术必将成为21世纪科技发展的领头羊。纳米的定义1、纳米的定义
纳米(nanometer)是一种几何尺寸量度单位，简写为nm
1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m
1纳米是1米的10亿分之一
在原子物理中使用埃(Å)作为计量单位
1Å=10-10m，1nm=10Å
1nm=1000皮米pm(picometre)
1pm=1000飞米fm(femtometre)
1fm=1000阿米am(attometre)
氢原子直径为1Å
1nm=10个氢原子一个挨一个排起来的长度
纳米是一个极小的尺寸单位1千米可分辨城市居民区的建筑排列
10米可看清在足球场上的人
1厘米可分辨皮肤表面皱纹的局部
100微米可分辨人体细胞、大小约17微米1微米可看到聚集的染色体
100纳米可分辨染色体的两部分
1纳米可分辨DNA的分子结构
100皮米看到电子云笼罩下的原子轮廓
1nm=1000皮米100飞米可以从整体上分辨出原子核
10飞米可看清原子核中的质子和中子
1飞米可分辨出组成质子和中子的夸克
100阿米进一步看清夸克，大小为10-10米纳米尺寸的量度
人的身高10亿nm
人头发的直径60,000-80,000nm
血液中的红血球6,000-9,000nm
细菌2,000-3,000nm
病毒尺寸几十nm纳米材料的定义在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。
现在，广义地，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内，或以它们作为基本单元构成的材料。按维数、纳米材料的基本单元可分为：
零维在空间三继尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；
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；
二维指在三维空间中有—维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。
因为这些单元往往具有量子性质，所以，对零维、一维和二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之称。纳米Au颗粒
JanaetalAdv.Mater.2001,13,13891µm一维金纳米线熟悉的纳米材料最早的人工纳米材料—墨
著名的文房四宝中的墨就包含碳的纳米微粒。
我国古代的劳动人民早就掌握了用简单方法获得纳米材料。2000多年前，他们用石蜡做成蜡烛，用光滑的陶瓷在蜡烛火焰的上方收集烟雾，经冷凝后变成很细的碳粉。
这种碳粉不但是制墨的原料，而且还可以用做染料。用这种方法获得的碳粉实际上就是纳米粉体。我们的祖先并不知道纳米材料的概念，也没有任何手段来分析这些纳米颗粒，他们却知道用这种方法获得的超细碳粉所做成的墨具有良好的性能。
色泽细腻
附着力强
经久不变
古代松烟制墨图早期的墨，是用天然