納米技術(shù)的推進(jìn)實際運(yùn)用范文

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材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代人們把信息、材料和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。80年代以高技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命，又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。新材料的出現(xiàn)以及材料科學(xué)技術(shù)的重大突破，都會引起科學(xué)技術(shù)的重大變革，都會加速社會發(fā)展的進(jìn)程。納米科技是上世紀(jì)末才逐步發(fā)展起來的新興科學(xué)領(lǐng)域，它的迅猛發(fā)展將在21世紀(jì)促使幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場革命性的變化。納米材料是未來社會發(fā)展極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，許多科技新領(lǐng)域的突破都迫切需要納米材料和納米科技支撐，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升也急需納米材料和技術(shù)的支持。

1納米及納米材料

納米是物理上的長度單位，用nm表示。1m等于10億nm。l納米相當(dāng)于45個原子排列起來的長度。通俗一點說，相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。長度單位主要有；光年、千米、米、分米、厘米、毫米、絲米、忽米、微米、納米、埃。所以納米是長度單位中非常小的單位。用肉眼是看不到這么小的長度，所以必須利用顯微鏡才能觀察到。納米是一個長度單位，本身并沒有物理內(nèi)涵。當(dāng)物質(zhì)顆粒大小達(dá)，到納米尺度以后，大約是在lnm~100nm這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既不同于原來的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。第一個真正認(rèn)識判定它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們在20世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20nm~30nm大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。

2納米材料的種類

納米材料分為納米顆粒和納米固體，納米顆粒（顆粒的尺寸，一般指直徑不超過10nm最大不超過100nm）也稱超微粒。納米固體也稱為納米結(jié)構(gòu)材料，由納米顆粒凝聚而成的塊體、薄膜、多層膜和纖維等統(tǒng)稱為納米固體。

3納米材料的制備方法

納米材料的制備方法很多，一般有物理的、化學(xué)的、機(jī)械的方法等等。最常見的方法是在惰性氣體環(huán)境中采用凝聚技術(shù)制備納米材料。制作過程就是將金屬原材料置于一個電加熱的蒸發(fā)皿中，然后將蒸發(fā)皿放在充滿惰性氣體的密閉容器內(nèi)加熱蒸發(fā)。在蒸發(fā)皿的上部放置一個冷凝系統(tǒng)使得受熱蒸發(fā)的金屬原子（或原子簇）在冷凝器外壁沉積下來，蒸發(fā)、冷凝過程結(jié)束后，抽出惰性氣體，在真空狀態(tài)下，取下冷凝器上的金屬微細(xì)顆粒。壓制成塊，便得到這種金屬的納米固體材料。納米材料制備技術(shù)迫切需要解決的問題是如何提高制備的速度和率，降低成本，盡快使納米材料的科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

4納米材料的奇異特性

在納米量級內(nèi)，物質(zhì)顆粒的尺度已經(jīng)很接近原子的大小。材料的純度越來越高，缺陷卻越來越少。因而，納米結(jié)構(gòu)材料與普通結(jié)構(gòu)材料相比，在力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等方面都有很大差異。第一，強(qiáng)度和硬度都有很大提高。例如，由納米的鐵晶體顆粒壓制而成的鐵納米結(jié)構(gòu)材料與普通鋼鐵材料相比，強(qiáng)度提高12倍，硬度提高超過100倍；第二，熔點降低。例如金的熔點為1064℃，加工成10nm左右的粉末的熔點降到940℃，加工至2nm左右時，熔點降到327℃；第三，表面活性增強(qiáng)，具有很強(qiáng)的催化作用。因納米材料是由眾多尺度很小的納米顆粒所制成。表面積顯著增大，表面能也相應(yīng)增加，同時隨著顆粒尺度的藏小，顆粒表面的原子數(shù)占顆粒的總原子數(shù)的比例迅速增大。因此，納米顆粒的表面活性大大增強(qiáng)，因而使材料具有很強(qiáng)的催化作用，例如：在火箭燃料中添加少量的鎳納米顆粒。可以成倍提高燃料的燃燒效率；第四，納米顆粒對光有極強(qiáng)的吸收能力。例如，金屬納米顆粒對光的反射率很低，一般低于1%，所有的金屬在納米顆粒狀態(tài)下都呈現(xiàn)為黑色。納米顆粒尺寸越小，材料顏色越黑。第五，材料的磁學(xué)性能和電學(xué)性能與常規(guī)材料卻有很大差別。很多在常規(guī)下導(dǎo)電的物質(zhì)，當(dāng)制成納米材料時就不導(dǎo)電了，而不導(dǎo)電的物質(zhì)在制成納米材料后卻能夠?qū)щ姟?/p>

5納米材料的神奇妙用

第一，納米陶瓷發(fā)動機(jī)。一般材料制成的發(fā)動機(jī)所能承受的溫度比較低，燃料因此不能充分燃燒，不僅效率低，造成能源的浪費(fèi)，而且會污染環(huán)境。陶瓷材料所能經(jīng)受的溫度比金屬高得多，因此納米陶瓷發(fā)動機(jī)具有耐高溫、效率高、燃料能充分燃燒、減少大氣污染等優(yōu)點；第二，納米傳感器。可用納米材料制成光傳感器、可燃?xì)怏w泄漏報警器、濕度傳感器等等；第三，可制成納米微機(jī)械零件與微電子器件，從而使未來的計算機(jī)、衛(wèi)星、電視、機(jī)器人等的體積變得越來越小；第四，納米催化劑。銅的納米顆粒是冶金和石油化工中的優(yōu)良催化劑，在制造高分子聚合物化學(xué)工業(yè)的反應(yīng)中，銅的納米顆粒催化劑有極高的活性和選擇性；第五，納米光學(xué)材料。納米材料具有普通光學(xué)材料不具備的光學(xué)特征。因而在現(xiàn)代的光學(xué)通訊中有著許多重要的應(yīng)用。用納米材料制成的光纖材料可能降低傳輸光信號的損耗；第六，納米機(jī)械—細(xì)菌大小的機(jī)器人。用納米技術(shù)可以制成比細(xì)菌還小的機(jī)器人。這種機(jī)器人中的發(fā)動機(jī)，依靠人體細(xì)胞中一種叫做磷酸腺苷的物質(zhì)分子所驅(qū)動，這種物質(zhì)能夠給細(xì)胞提供能量。可以用這種機(jī)器人來治療心腦疾病；第七，碳納米管的妙用。所謂碳納米管是指一種柵網(wǎng)組成的膠帶狀的石墨薄片，厚度只有一個碳原子大小，大約在百萬分之一毫米到百萬分之十毫米之間。它具有極高的強(qiáng)度和柔軟性以及極強(qiáng)的導(dǎo)電能力。主要用來制成人工肌肉、航天器的燃料儲罐等等。