納米材料的特點:?
當粒子的尺寸減小到納米量級,將導致聲、光、電、磁、熱性能呈現新的特性。比方說:被廣泛研究的II-VI族半導體硫化鎘,其吸收帶邊界和發光光譜的峰的位置會隨著晶粒尺寸減小而顯著藍移。按照這壹原理,可以通過控制晶粒尺寸來得到不同能隙的硫化鎘,這將大大豐富材料的研究內容和可望得到新的用途。
我們知道物質的種類是有限的,微米和納米的硫化鎘都是由硫和鎘元素組成的,但通過控制制備條件,可以得到帶隙和發光性質不同的材料。也就是說,通過納米技術得到了全新的材料。
納米顆粒往往具有很大的比表面積,每克這種固體的比表面積能達到幾百甚至上千平方米,這使得它們可作為高活性的吸附劑和催化劑,在氫氣貯存、有機合成和環境保護等領域有著重要的應用前景。對納米體材料,我們可以用“更輕、更高、更強”這六個字來概括。
“更輕”是指借助於納米材料和技術,我們可以制備體積更小性能不變甚至更好的器件,減小器件的體積,使其更輕盈。第壹臺計算機需要三間房子來存放,正是借助與微米級的半導體制造技術,才實現了其小型化,並普及了計算機。
無論從能量和資源利用來看,這種“小型化”的效益都是十分驚人的。“更高”是指納米材料可望有著更高的光、電、磁、熱性能。“更強”是指納米材料有著更強的力學性能(如強度和韌性等),對納米陶瓷來說,納米化可望解決陶瓷的脆性問題,並可能表現出與金屬等材料類似的塑性。?
納米材料的用途:
納米材料的應用前景是十分廣闊的,如:納米電子器件,醫學和健康,航天、航空和空間探索,環境、資源和能量,生物技術等。我們知道基因DNA具有雙螺旋結構,這種雙螺旋結構的直徑約為幾十納米。
用合成的晶粒尺寸僅為幾納米的發光半導體晶粒,選擇性的吸附或作用在不同的堿基對上,可以“照亮”DNA的結構,有點像黑暗中掛滿了燈籠的寶塔,借助與發光的“燈籠”,我們不僅可以識別燈塔的外型,還可識別燈塔的結構。
簡而言之,這些納米晶粒,在DNA分子上貼上了標簽。 目前,我們應當避免納米的庸俗化。盡管有科學工作者壹直在研究納米材料的應用問題,但很多技術仍難以直接造福於人類。2001年以來,國內也有壹些納米企業和納米產品,如“納米冰箱”,“納米洗衣機”。
這些產品中用到了壹些“納米粉體”,但冰箱和洗衣機的核心作用任何傳統產品相同,“納米粉體”賦予了它們壹些新的功能,但並不是這類產品的核心技術。
因此,這類產品並不能稱為真正的“納米產品”,是商家的銷售手段和新賣點。現階段納米材料的應用主要集中在納米粉體方面,屬於納米材料的起步階段,應該指出這不過是納米材料應用的初級階段,可以說這並不是納米材料的核心,更不能將“納米粉體的應用”等同與納米材料。
擴展資料:
納米材料應用範圍
1、 天然納米材料
海龜在美國佛羅裏達州的海邊產卵,但出生後的幼小海龜為了尋找食物,卻要遊到英國附近的海域,才能得以生存和長大。最後,長大的海龜還要再回到佛羅裏達州的海邊產卵。如此來回約需5~6年,為什麽海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢?它們依靠的是頭部內的納米磁性材料,為它們準確無誤地導航。
生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什麽從來不會迷失方向時,也發現這些生物體內同樣存在著納米材料為它們導航。
2、 納米磁性材料
在實際中應用的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質,納米粒子尺寸小,具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性,用它制成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好,而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體,用於電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。
3、 納米陶瓷材料
傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動,材料質脆,燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小,晶粒容易在其他晶粒上運動,因此,納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性,這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形,然後做表面退火處理,就可以使納米材料成為壹種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性,而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。
4、納米傳感器
納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此,可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀,檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。
5、 納米傾斜功能材料
在航天用的氫氧發動機中,燃燒室的內表面需要耐高溫,其外表面要與冷卻劑接觸。因此,內表面要用陶瓷制作,外表面則要用導熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結合在壹起。
如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續變化,讓金屬和陶瓷“妳中有我、我中有妳”,最終便能結合在壹起形成傾斜功能材料,它的意思是其中的成分變化像壹個傾斜的梯子。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合後燒結成形時,就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。
6、納米半導體材料
將矽、砷化鎵等半導體材料制成納米材料,具有許多優異性能。例如,納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低,電導熱系數也隨顆粒尺寸的減小而下降,甚至出現負值。這些特性在大規模集成電路器件、光電器件等領域發揮重要的作用。
利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由於納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力,因而它能氧化有毒的無機物,降解大多數有機物,最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等,所以,可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。
7、納米催化材料
納米粒子是壹種極好的催化劑,這是由於納米粒子尺寸小、表面的體積分數較大、表面的化學鍵狀態和電子態與顆粒內部不同、表面原子配位不全,導致表面的活性位置增加,使它具備了作為催化劑的基本條件。
鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機物的氫化反應是極好的催化劑,可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應的溫度從600 ℃降低到室溫。
8、 醫療上的應用
血液中紅血球的大小為6 000~9 000 nm,而納米粒子只有幾個納米大小,實際上比紅血球小得多,因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子註入到人體各個部位,便可以檢查病變和進行治療,其作用要比傳統的打針、吃藥的效果好。
參考資料: