一、基本概念和内涵
纳米是一种长度单位纳米是 1 米的十亿分之一( 10 -9 m )。纳米科学技术( Nano-st )是二十世纪八十年代末期开始研究开发,并正在先进国家崛起的新科技,它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子来创新物质。
纳米科技是研究尺寸在 0.1nm~100nm 间物质所组成的体系,并就其运动规律、相互作用以及可能的实际应用中的技术问题进行研究分析的科学技术。
纳米科技是二十一世纪科技产业的重要内容之一,可以与产业革命相比拟。它是高度交叉的综合性学科,包括物理、化学、生物、材料学和电子学。它不仅包含以观测、分析和研究为主的基础学科,同时还有以纳米工程与加工学为主的技术科学,所以纳米科技是一个融合学术研究和高科技于一体的完整体系。
纳米科技主要包括:纳米物理学;纳米化学;纳米材料学;纳米生物学;纳米电子学;纳米加工学;纳米力学。
纳米科技研究的领域是人类过去从未涉及的既非宏观也非微观的中间领域,开辟人类认识世界的新境界,也使人类改造自然的能力直接还原到分子、原子,标志着人类的科学技术进入了一个新时代 — 纳米科技时代。纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重点,纳米新科技将成为二十一世纪科学的前沿和主导。
二、材料和技术领域
纳米材料定义,材料颗粒尺寸在 100nm 以内的范围,国际上将 0.1~100nm 的技术加工的公差作为纳米技术的标准。纳米材料是纳米科技最基本的组成部分,现在可以用物理、化学及生物学的的方法制备出包含几百个或几千个原子、分子的 “ 颗粒 ” ,这些颗粒的尺寸只有几纳米。实验发现,他们极易与外界气体,液体甚至固体的原子发生反应,性质非常活泼。
广义地,纳米材料是指在三度空间中至少有一度空间尺寸在纳米尺度范围内或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数定义纳米材料可以分为三类:
零维:指三度空间尺寸均为纳米尺度,如纳米颗粒、原子团簇等。
一维:指有两度空间尺寸处于纳米尺度内,如纳米丝、纳米棒、纳米管等。
二维:指在三度空间中有一度尺寸在纳米尺度内,如超薄膜、多层膜、超晶格等。
综观纳米材料发展的历史,大致可分为三个阶段。第一阶段( 1990 年以前)主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜)。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这类纳米材料称为纳米晶或纳米相( nanocrystalline or nanophase )材料。第二阶段( 1994 年前)人们关注的焦点是如何利用纳米材料以挖掘出来的奇特的物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料。这一阶段纳米复合材料的合成及物性探索一度成为纳米研究的主导方向。第三阶段( 1994 年到现在)主要研究的是纳米组装体系,人工组装合成纳米结构的材料体系。其基本内涵是以纳米颗粒以及组装的纳米丝、管为基本单元,在一度、二度和三度空间组合排列成纳米结构体系。
三、技术运用
1 、材料
烧结材料,催化材料,冶金材料,吸光材料,建筑材料,装甲材料,高熔点材料,陶瓷彩绘材料,磁记录材料,信息存储材料,超硬、高耐磨、耐高温材料。
2 、涂料
导电涂料,隐形涂料,染装薄膜,特殊涂料,冰箱,洗衣机,彩电之环保杀菌涂料,医院灭菌病房涂料。
3 、其他
地砖,墙砖,水泥,化纤,塑料,橡胶,造纸,农药,染料,油墨,复印,中药,西药,导电橡胶,粘接剂,气体传感器,玻璃,电池,电子元气件,滤波器,磁性流体,保健食品,(植物类、动物类),化妆品,洗洁剂、膏、粉,安全气囊,烟火,燃料。 |