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纳米科技的论文

第一篇：纳米科技的论文纳米科学与技术摘要纳米技术是当今世界最有前途也是世界上最热的的决定性技术。本文简要地概述纳米尺度的四种效应：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，它们使得纳米微粒在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性。科学家们利用纳米技术制作纳米材料，并将纳米材料按照材料的四种形态分为纳米颗粒型材料、纳米固体材料、纳米膜材料和纳米磁性液体材料。现今纳米科学技术蓬勃发展，在世界上取得众多的举世瞩目的科技成果。本文还将就纳米科技在力学、磁学、电学、光学、催化、敏感性能以及生物医学方面的应用进行论述，并针对“纳米尺度的四种效应”、“几种典型的纳米材料”和“纳米科技的应用”的心得体会进行简要的介绍。关键词：纳米尺度的效应、纳米材料、纳米科技的应用心得体会纳米尺度的四种效应当颗粒的尺寸大小缩小到1~100nm的时候，我们把这种微粒叫做纳米粒子，也叫做超微颗粒，而此时的纳米微粒具有四种比较特殊的效应：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。1.1小尺度效应当超细微粒的尺寸与光波波长、电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，其内部晶体周期性边界条件将被破坏的现象叫做小尺寸效应。关于小尺度效应的一个有趣的现象是金银铁等金属以及金属以外的材料被制成超细粉末时它们的颜色一律都是黑色的。这个现象是1984年德国物理学家格莱特研究超细粉末时发现的。这是因为当材料的颗粒尺寸变小到小于光波的波长（1×10-7m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1%，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。1.2表面效应表面效应是指纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。实验证明，当纳米粒子的粒径接近于0时表面原子相对于全部原子数的比例将接近于100%。之后随着纳米粒子的粒径的逐渐增大，表面原子数占全部原子数的比例也逐渐减小（见图1）。这也就是说，纳米粒子的粒径越小，它的表面效应就越显著。例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应等。1.3量子尺度效应当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级出现准连续变为离散能级（能带理论）的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道（价带）和最低未被占据的分子轨道能级（导带），能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。当物质为固体时，它由无数的原子构成，每个单独原子的能级就合并成能带由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，看作是连续的。但是对于介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大（见图2），这可以解释固体的时候可以导电而变成纳米粒子的时候却成了绝缘体的现象和解释大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别。1.4宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。磁通量、磁场强度等都具有宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。因为在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。当微电子器件进一步细微化时，必须要考虑上述的量子效应。几种典型的纳米材料纳米材料的分类有很多种方法，下面我们就主要按照形态的分类方法介绍纳米材料。2.1纳米颗粒型材料应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。纳米颗粒型材料主要用于催化作用和储存器件等方面。超微颗粒催化剂，利用高表面积比与活性可以显著地提高催化效率，例如超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水。录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。目前用金属磁粉（20纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘其记录密度可达每厘米可记录4百万至4千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密度、低噪音和高信噪比等优点。2.2纳米固体材料纳米固体材料通常指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。由于纳米固体材料具有巨大的颗粒间界面，从而使得纳米材料具有高韧性。这可用于增加陶瓷的韧性，使纳米陶瓷具有高硬度、耐磨、抗腐蚀、高韧性的特点。一些复合纳米固体材料被运用到航天领域。含有20％超微钴颗粒的金属陶瓷是一种耐高温材料，被用于制作火箭喷气口。纳米陶瓷和金属的复合体可用于温差达1000°C的航天飞机隔热材料、核聚变反应堆的结构材料。2.3纳米膜材料纳米膜材料中比较重