納米材料(納米材料的基本知識)
1.納米材料的基本知識
從尺寸大小來(lái)說(shuō)，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著(zhù)變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1~100納米的微粒稱(chēng)為超微粒材料，也是一種納米材料。 納米金屬材料是20世紀80年代中期研制成功的，后來(lái)相繼問(wèn)世的有納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫學(xué)材料等。 納米級結構材料簡(jiǎn)稱(chēng)為納米材料（nanometer material），是指其結構單元的尺寸介于1納米~100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長(cháng)度，它的性質(zhì)因為強相干所帶來(lái)的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長(cháng)，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現的性質(zhì)。 納米顆粒材料又稱(chēng)為超微顆粒材料，由納米粒子（nano particle）組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1~100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀(guān)物體交界的過(guò)渡區域，從通常的關(guān)于微觀(guān)和宏觀(guān)的觀(guān)點(diǎn)看，這樣的系統既非典型的微觀(guān)系統亦非典型的宏觀(guān)系統，是一種典型的介觀(guān)系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應。當人們將宏觀(guān)物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的稀土納米材料
光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時(shí)相比將會(huì )有顯著(zhù)的不同。 納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著(zhù)重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結構、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。 納米材料具有一定的獨特性，當物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時(shí)，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時(shí)則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。 納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿(mǎn)了階梯狀結構，此結構代表具有高表面能的不安定原子。這類(lèi)原子極易與外來(lái)原子吸附鍵結，同時(shí)因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。 就熔點(diǎn)來(lái)說(shuō)，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動(dòng)的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點(diǎn)下降，同時(shí)納米粉末將比傳統粉末容易在較低溫度燒結，而成為良好的燒結促進(jìn)材料。 一般常見(jiàn)的磁性物質(zhì)均屬多磁區之集合體，當粒子尺寸小至無(wú)法區分出其磁區時(shí)，即形成單磁區之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時(shí)，將成為優(yōu)異的磁性材料。 納米粒子的粒徑（10納米~100納米）小于光波的長(cháng)，因此將與入射光產(chǎn)生復雜的交互作用。金屬在適當的蒸發(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱(chēng)為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應用于紅外線(xiàn)感測器材料。 納米技術(shù)在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數國家，雖然已經(jīng)初具基礎，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現仍然方興未艾。我國已努力趕上先進(jìn)國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。
2.有關(guān)于納米的知識
什么是納米？ 納米是尺寸或大小的度量單位，是一米的十億分之一（千米→米→厘米→毫米→微米→納米）， 4倍原子大小，萬(wàn)分之一頭發(fā)粗細。
納米技術(shù)是是指制造體積不超過(guò)數百個(gè)納米的物體，其寬度相當于幾十個(gè)原子聚集在一起。 納米科技及其研究?jì)热?納米科學(xué)技術(shù)是研究在千萬(wàn)分之一米（10-8）到億分之一米（10-9米）內，原子、分子和其它類(lèi)型物質(zhì)的運動(dòng)和變化的學(xué)問(wèn)；同時(shí)在這一尺度范圍內對原子、分子進(jìn)行操縱和加工又被稱(chēng)為納米技術(shù)。
用掃描隧道顯微鏡的針尖將 原子一個(gè)個(gè)地排列成漢字， 漢字的大小只有幾個(gè)納米。納米科技的研究?jì)热莅ǎ?創(chuàng )造和制備優(yōu)異性能的納米材料，設計、制備各種納米器件和裝置，探測和分析納米區域的性質(zhì)和現象 。
納米科技研究目標和可能的應用 材料和制備：更輕、更強和可設計；長(cháng)壽命和低維修費；以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破壞過(guò)程中納米級損傷的診斷和修復； 微電子和計算機技術(shù)：2010年實(shí)現線(xiàn)條為100nm的芯片，納米技術(shù)的目標為：納米結構的微處理器，效率提高一百萬(wàn)倍；10倍帶寬的高頻網(wǎng)絡(luò )系統；兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；集成納米傳感器系統； 醫學(xué)與健康 快速、高效的基因團測序和基因診斷和基因治療技術(shù)；用藥的新方法和藥物“導彈”技術(shù)；耐用的人體友好的人工組織和器官；復明和復聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統 航天和航空 低能耗、抗輻照、高性能計算機；微型航天器用納米測試、控制和電子設備；抗熱障、耐磨損的納米結構涂層材料 環(huán)境和能源 發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復被破壞的環(huán)境； 孔徑為1nm的納孔材料作為催化劑的載體；MCM-41有序納孔材料（孔徑10-100nm）用來(lái)祛除污物；納米顆粒修飾的高分子材料 生物技術(shù)和農業(yè) 在納米尺度上，按照預定的大小、對稱(chēng)性和排列來(lái)制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖、核酸等。在納米材料和器件中植入生物材料產(chǎn)生具有生物功能和其他功能的綜合性能。
生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料，動(dòng)植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。 納 米 技 術(shù) 簡(jiǎn) 介 納米（nanometer）：長(cháng)度單位的一種，1納米=10-9米，即十億分之一米。
大約相當于頭發(fā)粗細的八萬(wàn)分之一。“nanometer“"源自拉丁文，意思是"矮小"。
納米的確微乎其微，然而納米構建的世界卻是神奇而宏大的。21世紀，信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和納米科學(xué)技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。
人們普遍認為，納米技術(shù)是信息和生命科學(xué)技術(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎。納米技術(shù)所帶動(dòng)的技術(shù)革命及其對人類(lèi)的影響，遠遠超過(guò)電子技術(shù)。
納米技術(shù)：于細微之處顯神奇 納米技術(shù)是在納米尺度內，通過(guò)對物質(zhì)反應、傳輸和轉變的控制來(lái)實(shí)現創(chuàng )造新的材料、器件和充分利用它們的特殊的性能，并且探索在納米尺度內物質(zhì)運動(dòng)的新現象和新規律。由于納米正好處于原子、分子為代表的微觀(guān)世界和以人類(lèi)活動(dòng)空間為代表的宏觀(guān)世界的中間地帶，被稱(chēng)為納米世界，也是物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及信息科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)地。
納米材料中包含了若干個(gè)原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設計和制備。幾十個(gè)原子、分子或成千個(gè)原子、分子"組合"在一起時(shí)，表現出既不同于單個(gè)原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，這種"組合"被稱(chēng)為"超分子"或"人工分子"。
"超分子"的性質(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。當"超分子"繼續長(cháng)大或以通常的方式聚集成大塊材料時(shí)，奇特的性質(zhì)又會(huì )失去。
通俗來(lái)說(shuō)，納米材料一方面可以被當作一種"超分子"，充分地展現出量子效應；而另一方面它也可以被當作一種非常小的"宏觀(guān)物質(zhì)"，以至于表現出前所未有的特性。同時(shí)， 許多化學(xué)和生物反應的過(guò)程也發(fā)生在納米尺度的層面上，因此探測納米尺度內物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的變化，將加深對生命科學(xué)的理解。
對由數量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規律的認識和如何操縱或組合他們，是當今納米科學(xué)技術(shù)的主要問(wèn)題之一。當前納米技術(shù)的研究和應用主要在材料和制備、微電子和計算機技術(shù)、醫學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農業(yè)等方面。
納米材料：材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿 納米科技發(fā)展中，納米材料是它的前導，因為納米材料集中體現了小尺寸、復雜結構、高集成度和強相互作用以及高比表面積等現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，其中最應該指出的是納米材料是將量子力學(xué)效應工程化或技術(shù)化的最好場(chǎng)合之一，可能會(huì )產(chǎn)生全新的物理、化學(xué)現象。現在可以用物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法制備出只包含幾百個(gè)或兒千個(gè)原子、分子的 "顆粒"。
這些"顆粒"的尺寸只有幾個(gè)納米，它們很容易與外界的氣體、流體甚至固體的原子發(fā)生反應，也就是說(shuō)十分活潑。實(shí)驗上發(fā)現如果將金屬銅或鋁做成幾個(gè)納米的顆粒，一遇到空氣就會(huì )燃燒，發(fā)生爆炸。
有人認為用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會(huì )有更大的推力。另外，用納米金屬顆粒粉體做催化劑，可加快化學(xué)反應過(guò)程，大。
3.關(guān)于納米的知識
什么是納米？
納米是尺寸或大小的度量單位，是一米的十億分之一（千米→米→厘米→毫米→微米→納米）， 4倍原子大小，萬(wàn)分之一頭發(fā)粗細。納米技術(shù)是是指制造體積不超過(guò)數百個(gè)納米的物體，其寬度相當于幾十個(gè)原子聚集在一起。
納米科技及其研究?jì)热?/p>
納米科學(xué)技術(shù)是研究在千萬(wàn)分之一米（10-8）到億分之一米（10-9米）內，原子、分子和其它類(lèi)型物質(zhì)的運動(dòng)和變化的學(xué)問(wèn)；同時(shí)在這一尺度范圍內對原子、分子進(jìn)行操縱和加工又被稱(chēng)為納米技術(shù)。 用掃描隧道顯微鏡的針尖將 原子一個(gè)個(gè)地排列成漢字， 漢字的大小只有幾個(gè)納米。納米科技的研究?jì)热莅ǎ?創(chuàng )造和制備優(yōu)異性能的納米材料，設計、制備各種納米器件和裝置，探測和分析納米區域的性質(zhì)和現象 。
納米科技研究目標和可能的應用
材料和制備：更輕、更強和可設計；長(cháng)壽命和低維修費；以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破壞過(guò)程中納米級損傷的診斷和修復；
微電子和計算機技術(shù)：2010年實(shí)現線(xiàn)條為100nm的芯片，納米技術(shù)的目標為：納米結構的微處理器，效率提高一百萬(wàn)倍；10倍帶寬的高頻網(wǎng)絡(luò )系統；兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；集成納米傳感器系統；
醫學(xué)與健康 快速、高效的基因團測序和基因診斷和基因治療技術(shù)；用藥的新方法和藥物'導彈'技術(shù)；耐用的人體友好的人工組織和器官；復明和復聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統
航天和航空 低能耗、抗輻照、高性能計算機；微型航天器用納米測試、控制和電子設備；抗熱障、耐磨損的納米結構涂層材料
環(huán)境和能源 發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復被破壞的環(huán)境； 孔徑為1nm的納孔材料作為催化劑的載體；MCM-41有序納孔材料（孔徑10-100nm）用來(lái)祛除污物；納米顆粒修飾的高分子材料
生物技術(shù)和農業(yè) 在納米尺度上，按照預定的大小、對稱(chēng)性和排列來(lái)制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖、核酸等。在納米材料和器件中植入生物材料產(chǎn)生具有生物功能和其他功能的綜合性能。，生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料，動(dòng)植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。
4.納米的知識
納米（nm），又稱(chēng)毫微米，是長(cháng)度的度量單位，1納米=10^-9米。
納米技術(shù)是一門(mén)交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領(lǐng)域。1993年，國際納米科技指導委員會(huì )將納米技術(shù)劃分為納米電子學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米加工學(xué)和納米計量學(xué)等6個(gè)分支學(xué)科。
其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內容。納米科技是90年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新興科技，其最終目標是人類(lèi)按照自己的意識直接操縱單個(gè)原子、分子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。
納米科技以空前的分辨率為我們揭示了一個(gè)可見(jiàn)的原子、分子世界。這表明，人類(lèi)正越來(lái)越向微觀(guān)世界深入，人們認識、改造微觀(guān)世界的水平提高了前所未有的高度。
有資料顯示，2010年，納米技術(shù)將成為僅次于芯片制造的第二大產(chǎn)業(yè)。
5.納米材料有什么優(yōu)點(diǎn)知識
納米材料的優(yōu)點(diǎn)：
除味、殺菌、韌性強、延長(cháng)老化時(shí)間等。
缺點(diǎn)：
一、點(diǎn)缺陷，如空位，溶質(zhì)原子和雜質(zhì)原子等，這是一種零維缺陷。
二、線(xiàn)缺陷，如位錯，一種一維缺陷，位錯的線(xiàn)長(cháng)度及位錯運動(dòng)的平均自由程均小于晶粒的尺寸。
三、面缺陷，如孿晶、層錯等，這是一種二維缺陷。納米晶粒內的位錯具有尺寸效應，當晶粒小于某一臨界尺寸時(shí)，位錯不穩定，趨向于離開(kāi)晶粒，而當粒徑大于該臨界尺寸時(shí)，位錯便穩定地存在于晶粒內。
位錯與晶粒大小之間的關(guān)系為：
1）當晶粒尺寸在50~100nm之間，溫度<0.5mTm時(shí)，位錯的行為決定了材料的力學(xué)性能。隨著(zhù)晶粒尺寸的減小，位錯的作用開(kāi)始減小。
2）當晶粒尺寸在30—50nm時(shí)可認為基本上沒(méi)有位錯行為。
3）當晶粒尺寸小于10nm時(shí)產(chǎn)生新的位錯很困難。
4）當晶粒小于約2nm時(shí)，開(kāi)動(dòng)位錯源的應力達到無(wú)位錯晶粒的理論切應力。
【擴展】
納米材料
①納米定義：納米是長(cháng)度單位，1nm=10-9m即：十億分之一米；
②當材料的微粒小到納米尺寸時(shí)，材料的性能就會(huì )發(fā)生顯著(zhù)變化.如：黃金在正常情況下呈金黃色，而它的納米顆粒卻變成了黑色，且熔點(diǎn)顯著(zhù)下降；
6.納米材料
納米是一個(gè)長(cháng)度單位。
我們知道，1米=100厘米，1厘米=10毫米，那么1米又等于多少納米呢？1米=1000000000納米，即1米=109納米。可見(jiàn)1納米是很小很小的長(cháng)度單位。
1980年的一天，在澳大利亞的茫茫沙漠中有一輛汽車(chē)在高速奔馳。駕車(chē)人是德國物理學(xué)家格蘭特教授，他正獨自橫穿澳大利亞的一個(gè)大沙漠。
陽(yáng)光照射在無(wú)邊無(wú)際的沙漠上，細小的沙粒晶體反射著(zhù)光線(xiàn)，灼灼發(fā)亮。寂寞、孤獨和空曠的環(huán)境，使格蘭特的思維特別活躍和敏銳，他長(cháng)期從事晶體材料研究，知道晶體中的晶粒雖然微小，卻對材料性能有極大影響，晶粒越小，材料的強度越高。
望著(zhù)茫茫無(wú)際的巨大沙丘，格蘭特想到它們都是由微小的沙粒組成的：如果組成材料的晶粒細到只有幾個(gè)納米那么大，材料的性能又會(huì )是怎樣的呢？這次旅行給了格蘭特很大的啟發(fā)。 回國后，他立即開(kāi)始實(shí)驗。
1984年，他終于得到了只有幾個(gè)納米大的超細粉末，而且他發(fā)現，任何材料都可以制成納米大小的超細粉末。更有趣的是，一旦變成納米大小的粉末，無(wú)論是金屬還是陶瓷，從顏色上看都是黑的，其性能也就發(fā)生了天翻地覆的變化。
納米材料一誕生，即以其異乎尋常的特性引起了材料界的廣泛關(guān)注。 無(wú)論在航天還是在軍事或民用工業(yè)中，納米材料都顯示出了巨大的優(yōu)越性。
