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什么是纳米材料

2018-10-29 点击数：889

纳米材料是80年代初发展起来的新材料领域，它具有奇特的性能和广阔的应用前景，被誉为跨世纪的新材料，引起了科学界和企业界的极大关注

纳米材料是80年代初发展起来的新材料领域，它具有奇特的性能和广阔的应用前景，被誉为跨世纪的新材料，引起了科学界和企业界的极大关注。一些国家政府高度重视纳米材料，先后将其列入美国的“星球大战”、欧洲的“尤里卡”及日本的“高技术探索研究”等高技术研究计划，发展迅速。我国也及时地编制“863”计划，对其进行跟踪和研究开发，国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化，使纳米材料的研究开发取得了可喜的进展。

现代材料和物理学家所称的纳米材料是指固体颗粒小到纳米(1纳米=10-9米)尺度的超微粒子(也称之为纳米粉)和晶粒尺寸小到纳米量极的固体和薄膜。纳米材料的发现者是著名的美国物理学家，两次诺贝尔奖金获得者RichardFeynmen。他在60年代曾经预言：如果我们能控制物体微小规模上的排序，将获得很多具有特殊性能的物质。一些科学家认为，纳米材料不同于晶态与非晶态，是物质的第三态固体材料，其种类很多，可分为金属、陶瓷、有机与无机、复合纳米材料等。

纳米材料的特殊性能由于纳米材料的特殊结构——物质的颗粒尺寸＜100nm的超微粉末，它的比表面积很大，晶界处的原子数比率高达15%—50%，使之产生四大效应，即小尺寸效应、量子效应(含宏观量子隧道效应)、表面效应和界面效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。如Tio2纳米材料具有奇特韧性，在180℃经受弯曲不断裂；CaF2纳米材料在80—180℃温度下，塑性提高99%。

纳米材料的制造方法纳米材料的制造方法比较多，一些制取超细微粉的方法可以用来制纳米微粒。但是，高效率低成本获取优质纳米材料的技术，仍然是各国科学家研究的重点。目前，已经报道的工艺方法主要是以下几种：物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金熔合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。

纳米材料标志着人们对材料性能的发掘达到了新的高度，这项技术大范围地改造了传统材料，又源源不断地创造出新的材料，开辟了广阔的应用领域。在1984年，Glecter采用气体冷凝方法制备成功铁纳米微粉后，美国、德国和日本科学家先后制成多种纳米材料粉末及烧结块体材料，开始了纳米材料及技术的研究时代。为了总结和交流纳米材料的研究成果，推动纳米技术的发展，1990年在美国召开了“第一届纳米科学与技术讨论会”，这是纳米材料发展的一个里程碑。以后，各国科学家积极参与了对纳米材料物理和化学性能的研究，不断地发现纳米材料的特殊性能，引起各国科学家和政府的关注，特别是工业化国家给予专款支持，使纳米材料的性能开发、制备技术和实际应用得到了迅速发展。

目前定义纳米材料尺寸范围为0.1-100纳米。粒径小于100纳米以后，粒子表面的原子数与其体内数目可比，例如5纳米微粒，表面原子比例占百分之四十，比表面积达成180米2/克，导致纳米材料出现不同于传统固体材料的小尺寸，表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能。例如纳米ZrO2分可在1250℃烧结到理论密度百分之九十分以上(比微米级降低400℃)，具有400%超塑性变形；纳米粒子的室温可发射可见光；由量子效应可使绝缘体变成导体，具有共价键结构无极性相联系的压早效应和极高交流电导，常规磁性的铁基粒子如γ-Fe2O2在小于某一纳米尺寸时变成超顺磁体(即在有磁场作用才表现出磁性)，对人体细胞具有选择性吸收性能，目前已利用作为细胞医用炮弹载体和人体磁共振检验示踪剂的组员。

纳米ZnO2粒子具有良好的屏蔽紫外线性能，人们已开发出纳米ZnO2化妆品、纤维和衣服。因此纳米材料科学及工业应用已成为国内外跨新世纪研究开发热点，并开拓发展成为高技术产业，在电子、化工、机械、生物医学等工业领域内，具有日益广泛发展的应用前景。

美国、日本和德国在纳米材料的研制与发展方面处于世界水平。现在高能量纳米材料、纳米隐形材料、纳米磁性材料已有重大突破。某些纳米材料产品已在高技术开发和军事应用领域作出了突出贡献。

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