学期论文之纳米材料.docx

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学期论文之纳米材料

学期论文之纳米材料

纳米材料的介绍

纳米材料的最新成果

纳米材料的应用

纳米材料在中国的发展

金材三班第四小组

纳米材料的简单介绍

纳米是英文namometer的译音，纳米是长度单位，大小为十亿分之一米（10-9m），当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发显著著变化，出现特殊性能。

这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。

在纳米世界，许多“异想天开”将可能成为现实。

纳米机器人可注入人体血管进行全身检查；运用碳纳米管制造太空升降机将是人类移民外星球最理想的工具；纳米卫星与微型飞船，原子精密度的计算机等，将像雨后春笋般的涌现。

中国当然不甘人后，1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。

纳米材料的最新成果

在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。

新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。

新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。

举例

华盛顿1月13日电美国加州大学圣克鲁兹分校张劲（音译）教授领导的包括中国、美国和墨西哥三国研究人员之内的研究小组日前在《物理化学杂志》网站上发表文章表示，他们成功研制出一种能高效率将太阳能转换成电能的纳米薄膜材料。

该成果不仅能极大地提高太阳能电池光电转化率，而且可以用于其他能源技术中。

2008年2月，美国佐治亚理工学院发明可利用人体运动产生电能的新型纳米纤维。

这种比头发丝还细1000倍的纤维材料将应用于未来生活的方方面面。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发出一种高功能纳米材料，可将核燃料及核反应产生的放射线直接转换成电能。

美国佐治亚理工学院发明可利用人体运动产生电力的新型纳米纤维，这种比发丝还细1000倍的纤维材料可用来设计、织造“智能布”，每平方米织物输出功率可达80毫瓦，足以驱动iPod播放器或者为手机电池充电，生物医学领域以及环境监测使用的微型传感器也可靠它供电。

2008年01月15日 10:

52 科技日报

　　记者毛黎

　　本报华盛顿1月13日电美国加州大学圣克鲁兹分校张劲（音译）教授领导的包括中国、美国和墨西哥三国研究人员之内的研究小组日前在《物理化学杂志》网站上发表文章表示，他们成功研制出一种能高效率将太阳能转换成电能的纳米薄膜材料。

该成果不仅能极大地提高太阳能电池光电转化率，而且可以用于其他能源技术中。

　　为开发高效且廉价的太阳能电池，近来利用纳米结构的新材料成为重点研发方向。

人们发现，两种制造太阳能电池材料的纳米技术方法显示出了独特的前景。

一是将其他元素（如氮）掺杂于金属氧化纳米颗粒（例如二氧化钛）形成的薄膜中；二是用能强吸收可见光的量子点（纳米尺寸的晶体）向金属氧化薄膜注入电子。

掺杂和量子点利用的目的都是增强金属氧化材料对可见光的吸收能力。

　　张劲领导研究小组将上述两种方法结合起来，获得的太阳能电池材料的性能比单独使用任何一种方法产生的都要好。

在测试中，新的纳米复合材料的性能大于两种单独成分之和。

他表示：

“我们起初以为能实现的最好结果是达到两者之和。

而且假如出现偏差，我们可能得到更糟糕的结果。

但是令人吃惊的是，这些材料更为理想。

”

　　研究中，张劲他们借助高技术仪器来了解新的纳米复合材料的特性，其中有原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱仪和光电化学技术。

他们制作的二氧化钛金属膜的厚度在150纳米至1100纳米之间，二氧化钛粒子的平均尺寸是100纳米。

他们将二氧化钛晶格材料掺杂了氮原子，同时用化学方式将硒化镉制成的量子点连接在其上，用于敏化。

　　新的复合材料体现出了两种技术联合的优势。

氮掺杂让新材料吸收广泛的光能，包括电磁波谱中的可见光波段；量子点则增强可见光吸收，并增加光电转换。

与仅掺杂了氮或者仅嵌入了硒化镉量子点的材料相比，新的纳米复合材料表现出了更高的“光电转化率（IPCE）”。

张劲表示，这种纳米复合材料的IPCE是其他两种材料的IPCE之和的3倍。

其原因是电荷更易于在同时拥有量子点敏化和氮掺杂的纳米材料内跳跃。

　　新的纳米复合材料不仅可以用于改进太阳能电池，而且还可以作为其他能源技术的组成部分。

张劲他们的长期目标之一就是让高效的太阳能电池与最先进的光电化学电池相结合，这样的装置在理论上可能利用阳光产生的能量分解水生产氢燃料。

此外，新的纳米复合材料还可能有潜力用于把二氧化碳转化为碳氢燃料（例如甲烷）的装置。

纳米材料在方方面面的应用

其实我们已经生活在纳米的世界中了

举例

碳纳米管

碳纳米管自1991年问世以来，一直是材料科学研究领域的焦点。

碳纳米管是由石墨层卷成的无缝、中空管体，由于独特的化学结构，碳纳米管显示了极其优异的室温导电率，高达104S/cm。

彭慧胜课题组通过化学反应或物理作用把聚二炔连接到碳纳米管表面，制备出具有良好导电性能的聚二炔/碳纳米管复合纤维，当加载超过临界值的电流时，该复合纤维在两秒钟内指示颜色变化；卸载电流后，该复合纤维的颜色又在两秒钟内恢复如前。

该复合纤维还显示了良好的机械性能，断裂强度超过1兆帕。

该复合纤维适于大规模生产，具有工业化前景。

相关技术已申请了多项国际国内专利。

另外，与普通化学纤维相似，聚二炔/碳纳米管复合纤维可以根据实际需要方便地编织成各种形状结构，可以应用在非常广泛的领域。

纳米技术在防腐中的应用

纳米技术对防锈颜料及涂料发展的促进作用。

目前，新型的纳米防腐涂料相继上市。

代表公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒防锈颜料，有的性能不错，甚至已可与与铬酸盐相比。

纳米材料在军事上的应用

纳星在军事上的应用----纳星武器

纳米电子技术在军事领域的应用

纳米涂料在隐形飞机方面的应用

五花八门的纳米武器

美国用于军事而研制的纳米机器人的手臂

涂有纳米涂料的战斗机

美国的纳米武器“蚂蚁”

纳米材料在生活中的应用

衣主要体现在面料方面，纳米材料作为助剂已在纺织行业的多个领域应用。

食更健康，更安全。

住许多新型纳米材料的应用让我们的住房更舒适，更安全。

行纳米材料在水、路、空三方面的应用让我们的出行更方便。

医纳米医生问世。

纳米材料在医学方面的贡献尤为突出

所谓纳米医生也就是将治疗水平推到纳米级别上去，较有代表性的应该是大家熟悉的纳米级生物导弹，利用这种生物导弹能将药物更精确的带到患处，从而提高治疗效果

纳米材料的负面

纳米材料以“小”著称，“越小越好”几乎成了业内的共同目标。

可是，当某种物质小到一定程度时，它的“个性”也随之发生变化。

比如一些原本“惰性”十足的金属，一旦被分割为纳米级别的微小单位，它便会变得“活泼开朗”起来。

在相关试验中，两批实验鼠分别呆在直径为20纳米和120纳米的聚四氟乙烯塑料颗粒空气中生活15分钟，前者大多数在随后的4小时内死亡，而后者则安然无恙。

　　“纳米技术是把双刃剑，在利用其同时，也必须防范它带来的弊端。

”本市纳米专家认为，为了尽可能避免危险发生，最行之有效的办法就是借助法律规范的确立，使纳米技术得到有限制地推广

纳米技术在中国的发展

中国纳米材料产业研发现状。

中国纳米材料的研发力f分布中国政府对纳米材料及纳米技术的研究一直给予高度重视，国家和各地方通过“国家攻关计划”、“863计划”、“973计划”的实施，积极投入力量和资金，使中国纳米的研发水平获得了很大发展。

中国纳米材料和纳米技术的研究，已初步形成以各具特色的两大纳米研发中心—北方中心和南方中心为核心，辐射四周的格局。

北方纳米研究开发中心以北京为中心，包括中科院的纳米科技中心、化学所、物理所、金属所、化冶所、感光所、半导体所，以及北大、清华、北京建材科研院、北京钢铁研究总院、北京科技大学、北京化工大学、北京理工大学、天津大学、南开大学、吉林大学等;南方纳米研究开发中心以上海为中心，包括中科院的冶金所、硅酸盐所、原子核所、固体物理所、上海技术物理所，以及上海交大、复旦、同济、华东理工大学、华东师范大学、中科大、浙江大学、南京大学、山东大学等单位。

除上述两大中心外，西北的西安、兰州，西南的成都，以及中南的武汉等，也在该领域有所建树。

北方中心的主要研究领域包括:

纳米碳管、纳米磁性液体材料、纳米半导体、纳米隐身材料、高聚物纳米复合材料、纳米界面材料、纳米功能涂层、纳米材料的制备技术、纳米功能薄膜;南方中心则在纳米医学、纳米电子、纳米微机械、纳米生物、纳米材料、纳米材料制备与应用及产业化等领域，具有较强的优势。

从地域分布上分析约80%的纳米研发力量，集中在经济较发达的华东和华北地区。

但表面上相对集中，实际仍很分散，比如以上海为中心的南方纳米研究开发中心，有相当一部分的研究力量又分散在合肥、南京等地，尚未形成规模优势。

纳米研发的科技经费来源分析

根据19%年至2000年中国纳米科技的资金投入强度统计，纳米研发经费呈逐年增长态势，其中，国家自然科学基金的资助投入占70%以上，实行产学研相结合的社会企业资助投入则增长较快。

在过去的十多年里，纳米基金项目保持平稳增长趋势，年平均增长率在20-30%,2000年批准的纳米基金项目明显增多。

本次调研，就课题带有“纳米”字样的项目作了统计:

1990至2000年间、至少有536个题目带有“纳米”字样的项目;在1999年和2000年中，科学基金新批准和资助的在研纳米基金项目，总经费达8000万元左右。

中国纳米材料及技术专利现状

1985年至2000年，中国超细材料、纳米技术领域已公开的专利数共L024项，其中已授权专刊的465项，占45.4%，公开尚未授权的559项，占54.6%。

在所有1024项超细材料和纳米技术领域的专利中，涉及纳米材料领域已经公开的专利数共有582项，其中已授权的107项，占18.4%，公开尚未授权的475项，占81.6%e从申报的数f分析纳米材料和超细材料领域的专利总数比较相近，但纳米材料已获得授权的专利数，远远低于超细材料，仅为其1/3;在“已公开尚未授权”的专利中，纳米材料又远远高于超细材料，超过其5.65倍。

从申报的时间分析大致可分为三个阶段:

19851990年为初期介入阶段，这个阶段专利数量少，发展速度缓慢;1990-1998年是快速发展阶段，这个阶段专利数量快速增长，至19971998年达到发展的相对高峰;随后，主要因为近两年申请的专利尚未到公开期，呈现出骤降现象。

这与中国纳米材料的发展步伐基本一致:

20世纪80年代中后期，中国纳米材料刚刚起步，199219%年，国家加大了纳米材料和纳米技术研发力度，各研究院校纷纷涉足纳米领域，纳米材料和纳米技术取得长足进展，1997年以后达到颠峰。

中国纳米科技成果的转化途径

中国纳米科技成果的转化方式主要有技术转让、技术入股，以及自行生产等，但产业化率普遍较低，不足20%e造成这种现象的主要原因，一是技术成果本身不具备产业化条件，二是由于信息不通，造成科研成果转化的渠道不畅通，缺少资金的有力支持。

如果将中国纳米产品的成熟程度按中试、批量生产和规模化生产划分，明显呈剧烈递减态势。

研究开发和规模化生产的距离较大，大量成果在实验室小试已经完成，大约只有5%的实验室成果最终能够转化为规模化生产。

根据对上述加所高等院校和14家科研单位较为成熟的纳米项目的抽样比较分析:

这些较成熟项目的平均研发时间为3.12年，已成功转让或着手进行转化工作的约为I/30在被抽样统计的54个项目中，希望通过“技术转让”方式转化的项目约占1/2，希望通过“技术入股”方式转化的项目约占I/3，而希望“自行组织生产”的项目只有约10%。

但在已成功转让或着手进行转化土作的18个项目中，实现技术入股的占55%，实现技术转让的占28%，着手自行组织生产的占17%，显示科研人员的主观愿望与实际存在一定的差距。

技术入股和技术转让两种方式正好换位，既反映出实施项目转化的公司一般都希望与科技发明人员形成长久合作的关系，同时也反映出现在一般企业后续科研力量的匮乏。

小结

时间已进入21世纪，在未来的日子里纳米材料将走进我们生活的方方面面。

同样我们也将离不开纳米技术，所以希望同学们能够多多关注纳米材料、纳米技术的发展。

以上是我们论文的全部内容

小组成员：

徐少昌、淡海东、骆顺存、魏志成、欧俊协、庞建华、王均帅

谢谢！