纳米金属材料发展

2024-05-15

纳米金属材料发展（精选十篇）

纳米金属材料发展篇1

关键词：纳米材料,应用,前景

1 概述

由于独特的微结构和奇异性能, 纳米材料引起了科学界的极大关注, 成为世界范围内的研究热点, 其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前, 广义的纳米材料的主要包括:清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜;人造超晶格和量子讲结构;功半结晶聚合物和聚合物混和物;纳米晶体和纳米玻璃材料;金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。

经过最近十多年的研究与探索, 现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展, 研究成果日新月异, 研究范围不断拓宽。以下主要从材料科学与工程的角度, 介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。

2 纳米材料的制备与合成

材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。这些方法可大致归类为“两步过程”和“一步过程”。“两步过程”是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积 (PVD) 、化学气相沉积 (CVD) 、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等, 其中, PVD法以“惰性气体冷凝法”最具代表性。“一步过程”则是将外部能量引入或作用于母体材料, 使其产生相或结构转变, 直接制备出块体纳米材料。诸如, 非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前, 关于制备科学的研究主要集中于两个方面:a.纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量;b.纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。

3 纳米材料的奇异性能

3.1 原子的扩散行为

原子扩散行为影响材料的许多性能, 诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14~16个量级, 比Cu的晶界自扩散系数大3个量级。Wurshum等最近的工作表明:Fe在纳米晶N中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶Pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散, 这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。

3.2 力学性能

目前, 关于纳米材料的力学性能研究, 包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有 (或很少) 孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷, 早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展, 使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。

尽管按照常规力学性能与晶粒尺寸关系外推, 纳米材料应该既具有高强度, 又有较高韧性。但迄今为止, 得到的纳米金属材料的韧性都很低。晶粒小于25nm时, 其断裂应变仅为<5%, 远低于相应粗晶材料。主要原因是纳米晶体材料中存在各类缺陷、微观应力及界面状态等。用适当工艺制备的无缺陷、无微观应力的纳米晶体Cu, 其拉伸应变量可高达30%, 说明纳米金属材料的韧性可以大幅度提高。纳米材料的塑性变形机理研究有待深入。

3.3 纳米晶金属的磁性

Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和Ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸 (50mm~7nm) 无关, 但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小, 矫顽力显著增加。Schaefer等报道, 纳米晶Ni中界面原子的磁拒降低至0.34m B/原子 (块状Ni为0.6m B/原子) , 界面组份的居里温度 (545K) 比块状晶体Ni的 (630K) 低。最近的研究还发现, 制备时残留在纳米晶Ni中的内应力对磁性的影响很大, 纳米晶Ni的饱和磁化强度与粗晶Ni基本相同。

3.4 催化及贮氢性能

在催化剂材料中, 反应的活性位置可以是表面上的团簇原子, 或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置, 因此很适宜作催化材料。事实上, 早在术语“纳米材料”出现前几十年, 已经出现许多纳米结构的催化材料, 典型的如Rh/Al2O3、Pt/C之类金属纳米颗粒弥散在情性物质上的催化剂。已在石油化工、精细化工合成、汽车排气许多场合应用。

Sakas等报道了纳米晶5% (in mass) Li-Mg O (平均直径5.2nm, 比表面面积750m2·g-1) 的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好, 催化激活温度比普通Li浸渗的Mg O至少低200°C, 尽管略有烧结发生, 纳米材料的平均活性也比普通材料高3.3倍。

4 纳米材料应用示例

4.1 高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料

纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中, 力学性能提高约一个量级, 还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤:起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂, 可以抑制烧结过程中的晶粒长大。

4.2 纳米结构软磁材料

Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals, 德国的Vacuumschmelze Gmb H和法国的Imply等公司推向市场, 已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金, 该公司与用户合作, 不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。

4.3 电沉积纳米晶Ni

电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构, 但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、p H值和镀池的成份, 电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大, 添加溶质并使其偏析在晶界上, 以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应, 可实现结构的稳定。

4.4 Al基纳米复合材料

Al基纳米复合材料以其超高强度 (可达到1.6GPa) 为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子, 合金元素包括稀土 (如Y、Ce) 和过渡族金属 (如Fe、Ni) 。通常必须用快速凝固技术 (直接淬火或由初始非晶态通火) 获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似, 即室温下超常的高屈服应力和加工软化 (导致拉神状态下的塑性不稳定性) 。这类纳米材料 (或非晶) 可以固结成块材。

结束语

纳米金属材料发展篇2

资料来源：前瞻网：2013-2017年中国纳米材料行业发展前景与投资预测分析报告，百度报告名称可查看报告详细内容。

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（1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度。

纳米材料行业发展现状：

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。

纳米材料自问世以来，受到科学界追捧，成为材料科学现今最为活跃的研究领域。纳米材料根据不同尺寸和性质，在电子行业、生物医药、环保、光学等领域都有着开发的巨大潜能。在将纳米材料应用到各行各业的同时，对纳米材料本身的制备方法和性质的研究也是目前国际上非常重视和争相探索的方向。

中国在纳米科技领域的研究起步较早，基本上与国际发展同步。中国已经初步具备开展纳米科技的研究条件，国家重点研究机构及相关高科技技术企业对纳米材料的研究步伐不断加快；在纳米科技领域，我国“十五”、“十一五”期间取得了一批重要的研究成果，在部分领域已达到国际先进水平。这些都为实现跨越式发展提供了可能。

中国在经济高速发展、在节省能源和资源方面，纳米材料和纳米技术将发挥重要作用。结合国家战略需求，纳米材料和纳米技术在能源、环境、资源和水处理产业应用近年来出现了良好的开端。纳米净化剂、纳米助燃剂、纳米固硫剂、用于水处理的纳米絮凝剂等新型产品相继开发成功，在这些产品基础上，发展了一些新型纳米产业，前景看好。

纳米材料行业前景趋势分析：

市场成长迅速、国家对高科技新材料产业的重视、中国的纳米材料技术水平的进一步突破、纳米材料与日常起居结合紧密、纳米材料应用领域不断开拓等等这些因素必将使中国的纳米产业未来更加光明。

前瞻网：2013-2017年中国纳米材料行业发展前景与投资预测分析报告，共十二章。首先介绍了纳米材料的定义、分类和特性等，接着全面分析了新材料产业的发展，然后对国际国内纳米材料产业发展状况做出了细致透析，并具体介绍了纳米复合材料、纳米塑料、纳米涂料、纳米金属、纳米陶瓷等的发展。随后，报告对纳米材料行业做了区域发展分析，还详细剖析了纳米材料科研技术发展、应用领域以及重点企业的经营状况。最后，报告重点分析了纳米材料行业的投资状况，并对纳米材料行业前景趋势做出了科学的预测。

纳米技术在建筑材料中的发展与应用篇3

摘要：近年来，随着纳米技术的不断发展，由于其本身具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特点，使得其能够区别于传统的材料。纳米技术本身的理论价值比较深刻，且由于其独特的性质，获得了广泛的应用。这也是科学技术不断发展逐渐产生的高薪技术。在当前的社会中，纳米技术已经逐渐渗透到一些传统的产业中。在建筑材料中应用纳米技术，对建筑产业的发展有积极的应用。

关键词：纳米技术；建筑材料；应用

納米技术对未来社会经济的发展有重要的意义，纳米技术对建筑材料的发展也是十分巨大的。在近年来，人们对建筑行业的要求越来越高，对建筑材料的要求也越来越严格。通过在建筑材料中应用纳米技术，对促进建筑材料、建筑产业的进一步发展有积极的促进意义。

一、纳米科技的内涵、产生与发展

（一）纳米技术的内涵

纳米本身是一个长度单位，1nm=10-9m。纳米粒度是介于原子簇和宏观物体交界之间的过渡区域的。所谓纳米材料就是指该材料的几何尺寸基本可以叨叨纳米级，且该材料还具有特殊的性能。比较常见的纳米材料包括纳米结构晶体或三维纳米结构、二维纳米结构或纤维状纳米结构、一维纳米结构或层状纳米结构以及零维原子簇或簇组装四大类[1]。因为纳米材料自身的结构比较独特，因此还具有一些传统的的材料不具备的性质。

纳米技术最早是在胶体化学出现后，在科学家对直径1-100nm的微粒系统研究的过程中，物理学家在演讲中提出了纳米科技与纳米技术的问题。随后，就有学者将纳米微粒作为结构单元成功的合成了纳米块体材料。

（二）纳米科技的发展

在上世纪末，科学技术不断发展，出现了扫描隧道显微镜、原子力显微镜等以及原子操纵加工技术，能够直接对物资表面的原子结构进行观察，这对纳米科技的不断发展贡献出巨大的力量。学者与专家通过利用惰性气体蒸发原位加热法制出了具有清洁特性的纳米晶体材料，这也就预示着纳米技术从纳米科技中逐渐分离出来。通过不断促进纳米技术的发展，人类就可以根据自己的需求，对单个的原子与分子进行操纵，这也是21世纪科学不断发展的新课题。

二、纳米技术在建筑材料中的具体应用

随着人们生活水平的逐渐提高面对建筑材料的要求越来越高。通过在建筑材料中应用纳米技术，能够开发出具有更高价值与更多功能的建筑材料，从而促进建筑行业的不断发展。将一些具有特殊功能的纳米材料与建筑材料进行复合作用，从而能够使建筑材料具备新的功能。

（一）纳米技术在陶瓷材料的应用

在当前的建筑陶瓷材料中，应用纳米技术，使得传统的陶瓷材料逐渐向纳米陶瓷和纳米陶瓷基复合材料转变是主要的发展形势。因为传统的陶瓷材料质地较脆，且其韧性与强度都较差，这就使得其在建筑工程中的应用受到一定的限制。通过在陶瓷材料中应用纳米技术，及可以使传统的陶瓷材料中的晶粒细化，这也可以促使晶粒内的滑移实现，从而使材料更加具有可塑性[2]。同时，晶粒细化也可以有效的减少陶瓷材料中的缺陷与气孔。在陶瓷基体中加入纳米材料，还能有效的改善材料的强度、韧性及其高温性能。可以通过应用纳米SiC、Si3N、SiO2等制成的陶瓷材料，其硬度、强度与韧性都得到有效的提升，且具有低温超塑性等特点。这就使得纳米陶瓷作为具备耐热性、耐磨性等特性的新型材料，在建筑工程中获得更加广泛的应用。

（二）纳米技术在玻璃、塑料和橡胶制品的应用

纳米技术在玻璃、塑料以及橡胶等建筑材料领域也获得了较为广泛的应用，

纳米材料在玻璃、塑料和橡胶等领域都能发挥重要作用。在橡胶材料中加入纳米Al2O3和SiO2，可以使其介电性和耐磨性得到有效的提升，且与传统的用炭黑做填料的橡胶相比，其弹性也有明显的增强。在一些有机玻璃的生产中加入经过表面修饰的SiO2，不仅不会影响该玻璃材料的透明度，还能使该玻璃材料的韧性与强度得到提升，还能有效的屏蔽紫外线，其功能的完善性远远超出了传统的钢化玻璃与镀膜玻璃。通过在透明塑料的生产中加入Al2O3和SiO2，发挥其本身的可塑性强，粒度小和透光的特点，能够使塑料材料的透明度、强度和韧性得到较大的提高，同时还能减少外界紫外线对材料的损害，从而在建筑塑料中获得广泛的应用。

（三）纳米技术在粘合剂、密封胶和润滑剂方而的应用

在一些国家中已经大胆的将国外已将纳米SiO2作为添加剂的一种，将其加入到建筑用粘合剂和密封胶中，从而能够使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能得到有效的改善与提高。主要是因为在SiO2外，即在其表面上形成并覆盖有机材料，该材料形成后就具有永久的功效，应用纳米技术将其添加到密封胶中，就可以形成纳米硅石结构，其胶体流动就会逐渐形成网络结构，其粘结效果得到有效的提升[3]。且因为使用纳米技术后，其颗粒更小，其密封性也就得到了进一步的提高。在一般的建筑工程施工时，大型的器械都会发出较大的噪音，通过使用纳米技术制成的润滑剂，因为在其表面已经形成了半永久性的固态膜，其润滑效果得到有效的提升，就可以使噪音得到控制与降低，同时也能使该设备的寿命延长。

结束语

纳米技术由于其独特的功能，在建筑材料中与传统的材料结合起来，获得了广泛的应用，使得传统的建筑材料产业得到了进一步的发展。且在近年来在建筑行业不断发展的基础上，越来越多的纳米技术应用其中，必将会对建筑材料、建筑行业的发展产生深远的影响为了能够进一步实现纳米技术与建筑材料的发展，还需要进一步开发具有新功能的纳米材料，并逐渐扩展纳米技术在建筑材料中的应用。

参考文献：

[1]张浩，刘秀玉.纳米技术在建筑涂料中的应用及发展前景[J].涂料工业，2012，05：72-74.79.

[2]张瑞锐，郭永聪，罗刚，刘雄伟.纳米材料在绿色建筑中的应用及其挑战[J].硅酸盐通报，2014，06：1408-1412.1417.

聚乙烯纳米材料发展现状及前景篇4

1 超高分子量聚乙烯的性能及发展现状

1.1 性能

1.1.1 耐冲击

超高分子量聚乙烯具有非常优异的耐冲击性能, 冲击试验证明, 采用普遍使用的冲击试验方法无法使其遭到破坏。尤其是它的强度可以随着分子量的增大而提高, 当分子量达到最大值的时候, 它又会随着分子量的继续升高而下降。除此之外, 超高分子量聚乙烯材料的反复冲击面非常高。

1.1.2 耐磨损

聚乙烯纳米材料的耐磨性甚至可以超过一些金属, 充分说明了它具有非常强的耐磨性, 而且这种材料的耐磨性与分子量是成正比的关系, 分子量越大, 它的耐磨性就越好。

1.1.3 自润滑性

由于超高分子量聚乙烯极低的摩擦因数, 使得它的自润滑性非常好, 当它的工作形式为滑动或转动的时候, 它的自润滑性比钢和黄铜还要好。

1.1.4 耐化学腐蚀

除强氧化酸液外, 超高分子量聚乙烯材料在一定温度和浓度范围内可以不被任何腐蚀性介质侵害, 这也充分说明了这种材料具有良好的耐化学腐蚀性能。

1.2 发展现状

由聚乙烯纳米材料的良好性能可以看出, 这种材料可以广泛应用于各个领域, 统计表明, 它不仅可以用于机械、纺织、矿业、化工以及运输等领域, 也可以作为心脏瓣膜和矫形外壳零件等被广泛应用于临床医学上。聚乙烯纳米材料最早是由美国某一公司进行的工业化生产, 之后德国、美国以及日本一些石油化学公司也进入了工业化生产的阶段。我国关于聚乙烯纳米材料的工业化生产从1964年开始, 随着我国科学技术的不断进步和发展, 使得聚乙烯纳米材料的分子量越来越高, 性能也越来越好。聚乙烯纳米材料的良好性能使其广泛应用于各个领域, 我国对于聚乙烯纳米材料的生产年平均增长率在30%以上, 年需求量更是随着社会经济的快速发展而扩大。但是, 聚乙烯纳米材料在应用中也存在一些缺陷, 主要是与其他工程塑料相比, 聚乙烯纳米材料的耐热性、刚度以及硬度偏低, 再加上它的分子量比较大, 熔融粘连度高, 进一步加大了聚乙烯纳米材料的加工难度。因此, 在聚乙烯纳米材料广泛应用于各个领域的同时, 为了完全发挥出聚乙烯纳米材料的优势, 利用聚乙烯纳米材料为各个领域进一步发展提供充分的保障, 就必须针对聚乙烯纳米材料存在的一些问题, 进行深入的探讨和研究, 从而找出科学、有效的解决方法, 尽量减小聚乙烯纳米材料的加工难度, 实现聚乙烯纳米材料广泛应用的重要意义。

2 聚乙烯纳米材料的一般加工技术及发展前景

2.1 聚乙烯纳米材料的一般加工技术

通过长期的经验总结, 目前普遍使用的聚乙烯纳米材料的加工技术主要包括压制烧结、挤出成型、注塑成型以及吹塑成型, 而应用一些特殊的加工技术一般为冻胶纺丝、注塑等技术。本文主要对聚乙烯纳米材料的一般生产技术进行讨论:

2.1.1 压制烧结

压制烧结是一种比较原始的聚乙烯纳米材料加工技术, 这种方法在过去很长一段时间内发挥着极为重要的作用, 但是这种加工技术的生产效率比较低, 而且在加工过程中容易出现氧化和降解的情况, 对于聚乙烯纳米材料的加工会形成极为不利的影响作用。随着科学技术的进步和完善, 为了提高聚乙烯纳米材料的生产效率, 石油化工公司开发出了新的超高度熔结加工方法, 并采用了叶片式的混合机, 有效提高了生产效率和生产质量。

2.1.2 挤出成型

挤出成型加工需要应用到一些设备, 上世纪60年代聚乙烯纳米材料加工中一般应用的是柱塞式挤出机。随后, 随着科学技术的不断进步和发展, 对挤出成型加工设备也进行了优化和创新, 为提高聚乙烯纳米材料生产效率和生产质量奠定了坚实的基础。

2.1.3 吹塑成型

由于在聚乙烯纳米材料加工过程中, 物料从模挤出之后容易因为弹性产生一定的回缩, 容易造成一定的破坏问题, 为了解决这个问题, 逐渐开发出吹塑成型的加工技术。除此之外, 注塑成型则是日本某石油化工公司研发出的加工技术, 这种加工技术具有一定的优势, 在聚乙烯纳米材料加工中的应用也发挥着极为重要的作用。

2.2 聚乙烯纳米材料的发展前景

通过聚乙烯纳米材料的加工技术可以看出, 石油化工公司为了提高聚乙烯纳米材料的生产效率和生产质量, 一直致力于研究加工技术, 研究和开出了多种加工技术, 将这些加工技术合理应用于聚乙烯纳米材料生产中, 有效提高了生产效率。从聚乙烯纳米材料年增长率和年需求率可以看出, 这种综合性能良好的热塑性工程塑料在各个领域的应用具有十分重要的意义, 其未来的发展前景和需要进一步深挖的潜力非常大。因此, 必须不断对聚乙烯纳米材料的加工技术进行深入的研究, 实现加工技术优化和创新的重要目标。

3 结束语

综上所述, 随着科学技术的不断进步, 对聚乙烯纳米材料的不断优化, 使得这种工程塑料的性能越来越突出, 与其他工程塑料不一样, 超高分子量聚乙烯具有非常良好的耐冲击、耐磨损、自润滑性以及耐化学腐蚀的性能, 可以应用于各种工程环境, 对各个领域的进一步发展具有十分重要的意义。

摘要：聚乙烯纳米材料又被称为超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) , 主要是因为纳米材料的结构单元非常小, 仅在1-100nm之间, 将聚乙烯与纳米材料进行融合就得到了超高分子量聚乙烯。作为一种综合性能良好的热塑性工程塑料, 聚乙烯纳米材料的应用范围非常广泛。文章主要从聚乙烯纳米材料的性能出发, 分析它应用聚乙烯纳米材料的必要性, 探讨聚乙烯纳米材料的一般技术和发展前景。

关键词：聚乙烯纳米材料,性能,一般技术,发展现状,前景

参考文献

纳米材料与纳米技术论文篇5

学院：自动化学院

专业年级： 2015级物联网工程学生姓名：梁建业学号：3115001473

4班摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要了解纳米材料和纳米技术，介绍它的一些相关的应用及其在国内外的现状，并尝试预测它的发展趋势。与此同时，也共同探讨下其存在的问题。首先，让我们来简单地了解下纳米材料和纳米技术吧！一．什么是纳米材料？

纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1~100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。

按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。

按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料。

按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。

按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等）。

二．什么是纳米技术？

纳米技术（nanotechnology）是指在0.1~100nm空间尺度上操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科。其实通俗的讲就是“use little things to finish the big work”。我们在分子原子这样的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技产品，他们往往具有相比于一般材料更优良的性能，具有很高的实用价值和研究价值。而将纳米应用到测量等方面，又可以达到高精度的效果，比如扫描隧道显微镜(STM)、原子显微镜(AFM)的发明等。另外还有：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等方面的应用。

三．纳米技术的特异性质及其相关的应用。

1.纳米技术的具有的个性效应。

小尺寸效应是指：随着颗粒尺寸的不断减小，当进入纳米量级的时候，颗粒的光、声、电磁和热力学等物理性质将发生根本性变化的一类现象。比如磁性的纳米颗粒的矫顽力异常之高，而且其有很多应用，磁性车票、磁性钥匙、磁性信用卡等都是应用这一性质；又如纳米二氧化钛陶瓷一改传统陶瓷在室温下可弯曲，塑性形变可达到100%，这就克服了传统陶瓷性非常脆的弱点。

量子尺寸效应是指：随着颗粒的尺寸进入纳米量级，电子能级也随之从连续转变为离散的，也就是量子化的了，而且能级间距也发生了分裂。这时纳米微粒的磁、光、声、热、电等性能有了根本性的转变，例如实验结果表明，纳米银是绝缘体。表面效应是指：伴随着颗粒尺寸的不断减小，颗粒总的表面积大幅度变大，表面原子数急剧上升，与此同时，纳米材料的表面能也急剧变大，这种现象称之为表面效应。由于表面原子活化能大，所以它们具有非常高的活性，很不稳定，就更容易与其他物质结合。我们熟悉的现象：纳米金属微粒在空气中就能够燃烧。

宏观量子隧道效应是指：一些宏观量，例如量子相干器件中的磁通量、纳米颗粒的电导率、超微颗粒的磁化强度等也具有隧道效应的现象。

2.纳米技术的特殊性质。

（一）力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

（二）磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

（三）电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

（四）热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。

（五）光学性质

纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。

（六）生物医药材料应用

纳米粒子比红血细胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。

纳米材料和纳米技术的现状：一．国内的研究现状：

与国外相比,由于我们自身的某些特殊原因,国内对纳米材料的研究起步晚,确切的应该是20世纪80年代,到现在仅仅三十来年的时间,但在纳米材料其特异性能的诱惑下，在以中科院为龙头的引导下，我国对纳米材料的研究一直保持高速发展，并取得很多重大成果，使我国对纳米材料的研究在总体水平上达到国际先进水平，当然这些成就的取得得益于国家对纳米高端技术的高度重视，近年来纳米材料已经成为社会热点话题，纳米材料的应用研究正如火如荼地进行，我国已经进入了基础研究与应用研究并重的新局面。由于我国纳米材料研究方面已经取得的骄人成果，使我们的研究情况在国际上都占有一定的地位。目前，我国纳米材料研究资助项目，主要以金属和无机非金属材料主，占80%左右，高分子和化学合成材料是另一个重要方向，都有所突破。而纳米结构材料研究集中在纳米晶、纳米粉、纳米薄膜、纳米材料、纳米材料改性、增强增韧、纳米结构和纳米特性研究;纳米功能材料的重点领域为纳米信息材料、纳米环境材料、纳米传感材料、热电光磁环境下的特性研究。信息领域包括纳米信息材料、纳米电子学、纳米器件等，是材料、物理、信息相互交叉、促进的领域。生命领域主要集中资助生物材料及应用，如生物纳米传感、检测等。矿物和岩土介质中纳米颗粒的分布和形成机理及应用研究则是地球科学的主要内容。

二．国外的研究现状：

科学家很早就预言纳米技术将在21世纪科技舞台上扮演重要的角色。日本通产省政府与1990年做出资助两项十年计划的重要决定，分别是量子装置计划和关于原子技术的计划，因此日本也就成为了世界上大规模大投入研究纳米技术的先导国。日本的公司和研究所主要集中研究材料的加工和制造，包括先进的医疗诊断器械和微电子应用方面。纳米技术广泛而细致，包括如纳米颗粒的合成、加工，以及具有纳米结构的材料的制造等。目前，从总体实力上客观评价，在纳米材料合成和组装研究方面美国处于领先地位，欧洲和日本紧随其后；在生物方法以及其实际应用方面，美国和欧洲又要强一点，日本稍逊一点点；纳米分散和涂层方面美国与欧洲相近，日本的研究较晚一些，但日本在纳米装置领域和固体材料方面相当强悍，比美国、欧洲都先进。发展趋势

一．纳米材料的发展趋势

(1)纳米尺度。通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元,制备更轻更强的材料,并具有寿命长、维修费用低等特点;以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的生物材料和仿生材料;由于纳米技术能使物质的物理、化学性能发生根本的改变,如纳米陶瓷硬如钢铁,而纳米钢却能像橡胶那样富有弹性等。所以,纳米技术被认为是21世纪材料技术的发展方向。(2)航天和航空。这方面的研究主要包括:研制低能耗、抗辐射、高性能计算机;微型航天器用纳米集成的测试、控制仪器和电子设备;抗热胀、耐磨损的纳米结构涂层材料。(3)国家安全。通过纳米电子器件在信息控制中的应用,使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应;用纳米机械设备控制,国家核防卫系统的性能将大大提高;通过纳米材料的应用,可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性有很大提高,可用于舰船、潜艇和战斗机等。二．纳米技术的发展趋势(1)微电子和计算机。纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍,并实现兆兆比特的存储器(提高1000倍);研制集成纳米传感器系统。(2)环境和能源。发展绿色能源和环境处理技术,减少污染和恢复被破坏的环境;制备孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体,用以消除水和空气中的污染;成倍提高太阳能电池的能量转换效率。

(3)医学。纳米粒子将使药物在人体内的传输更方便,将来用纳米结构“组装”一种寻找病毒的药物进入人体后,可对艾滋病、癌症、病毒性感冒等进行治疗;在人工器官外涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应;研究与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件等。

(4)生物。在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等,在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能,生物仿生化学药品和生物可降解材料;动植物的基因改善和治疗,测定DNA的基因芯片等。存在的问题：一．社会危害

纳米材料（包含有纳米颗粒的材料）本身的存在并不是一种危害。只有它的一些方面具有危害性，特别是他们的移动性和增强的反应性。只有某些纳米粒子的某些方面对生物或环境有害，我们才面临一个真的危害。二．健康问题

纳米颗粒进入人体有四种途径：吸入，吞咽，从皮肤吸收或在医疗过程中被有意的注入（或由植入体释放）。一旦进入人体，它们具有高度的可移动性。在一些个例中，它们甚至能穿越血脑屏障。

纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题。基本上，纳米颗粒的行为取决于它们的大小，形状和同周围组织的相互作用活动性。它们可能引起噬菌细胞（吞咽并消灭外来物质的细胞）的“过载”，从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们可能因为无法降解或降解缓慢，而在器官里集聚。还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜在危险。由于极大的表面积，暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附他们遇到的大分子。这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制。三．环境问题

主要担心纳米颗粒可能会造成未知的危害。四．社会风险

纳米技术的使用也存在社会学风险。在仪器的层面，也包括在军事领域使用纳米技术的可能性。（例如，在MIT士兵纳米技术研究所[1]研究的装备士兵的植入体或其他手段，同时还有通过纳米探测器增强的监视手段。

尽管到目前为止，纳米材料与纳米技术仍然是个饱受争议的话题，对人类的危害还是个未知数，但随着科技的发展,我相信这些问题都将会被妥善解决。纳米的应用领域将不断拓展,将会产生革命性的变革。预计不久的将来,纳米科技将深入到各行各业乃至千家万户,并将成为今后二三十年科技发展的主导技术。

朝阳产业纳米塑木复合材料篇6

近年来，国内WPC产能年增长率高达50％以上，产量已超过200万吨／年，产值可超过200亿元。专家预测，在未来的10年内，我国WPC产量仍将以很快的速度增长，并发展成为一个年产量超过5000万吨、年产值达4000亿元左右的新兴产业。新产业意味着新机遇，率先进入这一全新的空白市场，抢占更多市场空间，必将成就终生财富!

业内统计，纳米塑木复合材料广泛用于建筑建材、园林景观、室内装饰、公路、铁路、地铁、船舶、港口、码头、航空、广告、礼品包装、物流，车用部件、工业、农业、教学器材、体育器材、民用设施、市政设施、商业场所、家用电器及日常生活用品等领域。这种材料主要原料是废旧塑料和废弃农作物秸秆，在许多领域可以替代木材和钢材，真正实现以塑代木、以塑代钢，可生产制作成各种二次、三次产品，不但减少了废旧塑料造成的“白色污染”，解决农村大量闲置的秸杆资源利用问题，还可以缓解森林资源危机，提高产品的附加值，市场前景极为广阔，极具商业价值，是名副其实的朝阳产业。

纳米科技与纳米材料的应用现状篇7

纳米是长度计量单位,1纳米等于10- 9米,形象地讲,1纳米的物体放到1个乒乓球上,相当于1个乒乓球放在地球上。20世纪80年代末纳米科技迅速发展。1982年,宾尼希等人发明了扫描隧道显微镜。该显微镜为人类进入纳米世界打开了一扇更宽广的门。

二、纳米科技的应用现状

纳米科技指在纳米尺度 ( 1 ~100纳米) 上研究物质 ( 包括原子、分子的操纵) 的特性和相互作用,以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技用途广泛,涉及领域多,体现多学科交叉性质的前沿领域,包含纳米物理学、纳米电子学等学科领域。

1.纳米电子学

量子元器件是纳米电子器件中最有应用前景的。这种利用量子效应制作的器件具有体积小、高速、低耗、电路简化等优点。

2.纳米材料学

由于纳米材料具有较大的界面,界面的原子排列很混乱的,在外力变形的条件下原子易迁移,因此纳米材料表现出优越的韧性与延展性。陶瓷材料通常呈脆性,而由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料却有很好的韧性。

当前材料研究领域中最热门的纳米材料是具有未来超级纤维之称的碳纳米管,可做成纳米开关或极细的针头用于给细胞 “打针” 等。纳米材料现已用于研究太空升降机、纳米壁挂电视、纳米固体燃料、纳米隐身飞机等。

3.纳米机械学

用原子、分子操纵技术、纳米加工技术、分子自组装技术等新科技,科学家们已经制造了纳米齿轮、纳米电池、纳米探针、分子泵、分子开关和分子马达等。美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达,研制出了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备——— “纳米直升机”。

美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家用DNA ( 脱氧核糖核酸) 制造出了一种纳米级的镊子,每条臂长只有7纳米。

还可用极微小部件组装一辆比米粒还小,能够运转的汽车、微型车床,可望钻进核电站管道系统检查裂缝; 组装提供化工使用的火柴盒大小的反应器; 组装驰骋未来战场上的纳米武器,如蚂蚁士兵、蚊子导弹、苍蝇飞机、间谍草等。

21世纪,纳米技术将广泛应用于信息、医学和新材料领域。

三、纳米材料的应用现状

纳米材料是纳米科技的基础。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或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料大都是人工制备的,属于人工材料,但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体,如陨石碎片、牙齿皆由纳米微粒构成的。纳米材料是一种新型的材料,具有以下优点:

1.特殊的光学性能

1991年海湾战争中,美国F - 117A型隐身战斗机外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒,强烈吸收不同波段的电磁波来欺骗雷达,实现隐形, 成功地打击了伊拉克的重要军事目标。

2.特殊的热学性能

固态物质在其形态为大尺寸时,熔点固定,超细微化后将显著降低熔点, 当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。

3.特殊的磁学性能

研究发现,鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。

4.特殊的力学性能

陶瓷材料通常呈脆性,陶瓷水杯一摔就碎,而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料,可像弹簧一样具有良好的韧性。研究表明,人的牙齿具有很高的强度是由于它是由磷酸钙等纳米材料构成的。纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3 ~ 5倍。金属 - 陶瓷复合纳米材料的应用前景很广。

钱学森曾说: “纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点, 会是一次技术革命,从而将是21世纪又一次产业革命。” 在不久的将来,纳米科技和纳米材料的发展和应用必将促进人类文明的进步!

摘要：纳米科技包括纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学这三个研究领域。纳米材料是纳米科技的基础,纳米材料是一种新型的材料,具有特殊的光学、热学、磁学、力学等性能。本文分别阐释纳米科技与纳米材料的应用现状。

超强纳米材料篇8

据国外媒体报道, 科学家已制造出一种革命性的超强纳米材料, 它可用于从牙齿矫正器和医学植入物到电缆、太阳能电池板和手机等各种装置。《科学》杂志刊登了他们的研究成果。研究人员用嵌入镍钛形状记忆合金基质的铌纳米线开发出一种复合材料, 解决这个问题。中国北京石油大学的郝世杰是这项研究负责人。参与这项研究的科学家之一、西澳大利亚大学教授刘一农说:“通过这种嵌入基质的新纳米线, 将制造出可用于电缆、丝带和管子的超强结构材料。它们的弹性应变比普通电线高60%, 这在以前是前所未闻的。

负载型纳米金属材料的最新研究进展篇9

纳米金属材料是指晶粒尺寸在100nm以下的金属材料,由于纳米粒子体积相对较小,在单位面积内的附着率高,使得该金属材料具有更强的稳定性及延展性,在催化、信息存储、环境修复等领域中发挥出了不可忽视的促进作用。将纳米金属材料附着在特殊结构功能的载体上以提高该材料的活性成为当前科研界关注的重要内容。鉴于此,本文现在梳理现有研究成果基础上对负载型纳米金属材料的最新研究进展做一综述,内容如下:

1 膨润土负载纳米金属材料的研究进展

膨润土(bentonite)又被称之为斑脱岩或者是皂土,是一种由蒙脱石构成的非金属矿物质,因其层状结构中包含着大量的铜(Cu)、镁(Mg)、钠(Na)、钾(K)等金属离子,具有良好的离子交换性,被赞誉为“万能土”[1]。将膨润土作为纳米金属材料的负载体所具有的突出优势在于吸附性及竞技性较好,而其具体的制备工作则可以通过液相还原法来实现。通常情况下是将膨润土置于一种或者是多种可溶性金属盐类溶液之中,将其所蕴含的各种金属离子经由化学反应形成离子或者是分子状态,之后依据负载型金属纳米材料的具体用途将与之相匹配的沉淀剂促使各种金属离子能够均匀沉淀或者是结晶出来,最后将所的物质进一步通过脱水或者是加热分解等方式处理即可以获得相应的金属材料。经由液相还原法处理后形成的负载型纳米金属材料中纳米铁的离子粒径一般在8nm以下,远小于处于游离状态的10nm,并且纳米铁离子负载之后的表面积得到了大幅增加。

2 活性炭负载纳米金属材料的研究进展

活性炭(Activated Carbon)既可以是无定形碳,也可以是晶体碳,但是绝大多数是以无定形碳呈现在人们面前。由于活性炭表面分布有数量众多的孔隙,表面积增大的同时,其所具有的吸附性随之提高[2]。将活性炭作为负载型纳米金属材料的负载体,旨在提高该金属材料的催化性能。其制备的方法多种多样,除了液相还原法外,还包括初湿浸渍法,用来将活性炭负载纳米铂。制备所得的催化剂之中纳米铂并没有原有的晶型结构,而是以一种网状形态均匀分散附着在活性炭的表面上,并且由于分散性相对较高,既往制备工作中存在的团聚现象得到了有效遏制。在该特性的辅助下活性炭负载纳米金属材料有效地提高了催化剂吸附能力的反应活性。此外,该纳米金属材料还能够与其他纳米金属产生理想的协同作用,进一步提高植被而成的负载型纳米金属材料活性。

3 氧化物负载纳米金属材料研究进展

目前以氧化物作为负载体主要是用于制备贵金属催化剂,常用的氧化物负载体包括氧化铝、氧化镁、二氧化硅、三氧化二铁等,在上述氧化物之中,氧化铝的应用频率最高。国外大量研究成果中贵金属催化剂制备时首先将利用氧化镁通过化学反应形成改性的三氧化二铝并将其作为负载体,经由沉积沉淀法来获得金属离子粒径<4nm的催化剂。由于三氧化二铝分子相较于其他金属离子比表面积更大,使得制备而成的催化剂之中的活性组分与待反应物之间的接触面积更大,产生的化学反应更加充分,促使催化剂在该反应中催化效率得到了明显的提高,经济性优势更加明显[3]。此外,经由氧化物负载制备而成的负载型纳米金属材料在污染物降解处理工作中具有的重复利用性同样引人关注,逐渐成为了环保工作的重要应用材料。

4 碳纳米管负载纳米金属材料的研究进展

碳纳米管(carbon nanotubes)为当前最为常见的一维纳米材料,其重量相对更轻,并且在结构形态上维持着稳定的六边形结构,无论是力学特征还是电学、化学性能均十分突出。而上述性能决定了碳纳米管可作为最理想的催化剂载体之一,可经由化学沉淀法得到铁/碳纳米管负载复合材料,由于碳纳米管结构稳定,在形成的纳米金属材料中铁离子能够完整且均匀的覆盖在碳纳米管的表面位置,并且其所形成的粒径直径在15nm左右,催化活性更高。由于铁离子是目前人们最为熟知的金属离子,所以在碳纳米管负载纳米金属材料的研究中形成的成果占据了绝对的主力位置。但是,随着人们对于纳米金属离子性能认知的不断加深,近些年来基于纳米铂离子制备而成的铂/碳纳米管负载复合材料逐渐走入人们视野之中。相较于铁/碳纳米管负载复合材料,该复合材料制备方法为间歇微波加热法,使得铂离子粒径能够保持高度的一致性,平均粒径大小在5nm以下,并且能够以更加均匀的形态附着于碳纳米管表面,电催化活性以氧化还原活性得到了极大的强化。

5 结论

综上所述,负载型纳米金属材料具有的性能日益引起人们关注,各种金属材料的制备研究层出不穷,如本次研究中的膨润土、活性炭、氧化物、碳纳米管仅仅是其中几种具有代表性的负载体,相信随着基础理论的日益丰富以及各项研究的不断深入开展,将会有更多的负载体走入人们视野,为负载型纳米金属材料的开发提供强有力的帮助。

摘要：纳米金属材料作为一种新型金属材料,自上个世纪九十年代末逐渐引起世界科研界的高度关注,在得到各国大力扶持下步入了产业化发展阶段。负载型纳米金属材料是目前稳定性最高、回收利用性最好的纳米金属材料,但是在实际应用中却受到制备问题的困扰,导致其全面推广使用仍然遥遥无期。随着学术研究的不断深入开展,关于其制备的研究成果随之丰富。为此,本文将围绕负载型纳米金属材料负载方法做一综述,以为该种金属材料的应用提供借鉴参考。

关键词：负载型,纳米金属材料,研究进展

参考文献

[1]王珍珍,翟尚儒,翟滨等.基于对硝基苯酚还原模型反应的纳米金催化材料[J].化学进展,2014,10(Z1):234-247.

[2]孙晓岩,王锐,苏党生.纳米碳材料非金属催化的研究进展[J].催化学报,2013,11(03):508-523.