纳米功能材料及应用.ppt

教学内容及要求
第一章绪论
第二章纳米微粒的基本性质
第三章纳米微粒的结构及物理化学特性
第四章纳米微粒的制备方法
第五章纳米功能材料的制备
第六章纳米功能材料在航天航空工业中的应用
第七章纳米功能材料在能源、化工、环保中的应用
第八章纳米功能材料在机、电中的应用
第九章纳米功能材料在信息、通讯中的应用
第十章纳米功能材料在生物、医学中的应用
p.2什么是纳米？
什么是纳米科技？
为什么人们对纳米及纳米科学如此看重？
研究纳米的基本方法是什么？
什么是纳米材料？

什么是纳米？纳米首先是一个尺度概念p.5p.6p.7p.8p.9<1nm(原子尺度)---物理学
~nm(分子尺度)---化学
nm-0.1mm----知识的鸿沟
0.1mm-100mm(晶粒)----材料科学
>0.1mm(器件，肉眼)----机械制造、力学、航空航天
>??（望远镜）----天文学所谓“纳米科技”，就是在0.1-100纳米的尺度上，
研究原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术。人和动物坚硬牙齿的外表面，即牙釉质，是由纳米尺寸的微晶组成。
天体陨石的碎片和海洋中存在的亚微米胶体粒子
蜜蜂的定向：蜜蜂的体内存在磁性的纳米粒子，具有“罗盘”的作用，可以为蜜蜂的活动导航。以前人们认为蜜蜂是利用北极星或通过摇摆舞向同伴传递信息来辨别方向。最近，英国科学家发现，蜜蜂利用罗盘来判明方向。海龟在大西洋的巡航—头部磁性粒子的导航
螃蟹的横行—磁性粒子“指南针”定位作用的紊乱
莲花效应—莲花出污泥而不染
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。表面上有许多微小的乳突乳突的平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的突起组成的。壁虎飞檐走壁
每只脚底部长着数百万根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有约400根至1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生分子引力。纳米纪事
最早的纳米材料：
中国古代的铜镜的保护层：纳米氧化锡
中国古代的墨及染料
1857年，法拉第制备出金纳米颗粒
1861年，胶体化学的建立
1962年，久保(Kubo)提出了著名的久保理论
上世纪七十年代末至八十年代初，开始较系统的研究
1985年，Kroto和Smalley等人发现C60
1990年7月，在美国巴尔的摩召开第一届纳米科技会议
1994年，在波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米材料工程中国古代利用蜡烛来燃烧收集碳黑作为墨的原料（中国古代字画历经千年而不褪色），是最早的纳米材料。
中国古代铜镜表面的防锈层经检验为纳米氧化锡颗粒构成的一层薄膜。
古代的宝剑等微晶化增强已经得到科学证实。欧冶子
但当时人们并不知道这其中的原因，不知道是纳米技术的作用，因为人的肉眼根本就看不到纳米尺度小颗粒。他们只知道这样的工艺所做的工件好。1959年12月29日，美国著名物理学家、诺贝尔物理奖得主费因曼Feynman，在美国物理学会召开的年会上，作了一个题为：《底层大有可为》“There‘sPlentyofRoomattheBottom”的著名演讲。在演讲中，费因曼满怀激情地说：“当我们深入并游荡在原子的周围，我们是在按不同的定律活动，我们会遇到许许多多新奇的事情，能以全新的方式生产，完成异乎寻常的工作。如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生什么样的奇迹？！”他我们描述了一副激动人心的画面：通过人为地操纵单个原子，来构造我们需要的特定功能的物质如同用原子来搭积木！由于光波长及其相干性，其极限分辨率~0.1mm,用光学显微镜是看不到纳米尺寸的物体的。
1932年，德国的Ruska发明了世界上第一台透射电子显微镜，为探索微观物质世界打下了基础。1986年诺贝尔物理奖
到1998年，透射电子显微镜的分辨率已达到0.13nm。但是透射电子显微镜只能看，不能搬动原子。分辨率0.2nm
1981年，IBM公司的G.Binning和H.Rohrer根据电子的隧道效应发明了扫描隧道电子显微镜（ScanningTunnelingMicroscope,STM），获1986诺贝尔物理奖。

目前，人们可以利用扫描隧道电子显微镜来观察原子、分子和直接操纵安排原子。至今，具有最高的分辨率。Z轴分辨率达到0.01nm。1990年，美国加州的IBM研究室等人利用STM在4K和超真空环境中，在Ni的表面上将35个氙原子排布成最小的IBM商标。这张放大了的照片登在《时代》周刊上，被称为当年最了不起的公司广告。
每个字母高5nm。Xe原子间最短距离约为1nm。这种原子搬迁的方法就是使显微镜探针针尖对准选中的Xe原子、使针尖接近Xe原子、使原子间作用力达到让Xe原子跟