纳米技术与应用课件.ppt

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1、多伦多大学化学工程与应用化学系 内容提要纳米技术简介纳米技术在世界各国纳米技术与经济纳米技术与当代中国本研究小组的工作与展望1.1 空间尺度的划分宇观(Cosmoscopic)遥观(Remote sensoscopic)宏观(Macroscopic)显微观(Optico-microscopic)介观(Mesoscopic) 或纳米观(Nanoscopic): 1100nm1.2 空间尺度的划分微观(Microscopic)皮米观(Picosopic)飞米观(Fentoscopic)亚飞米观(Subfentoscopic)1.3 纳米？ 1纳米(nm): 1毫米(mm)的百万分之一头发的直径1.

2、4 纳米技术在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术1.5 纳米材料纳米材料: 在纳米量级(1100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应纳米材料特性取决于制备方法1.6 进一步认识纳米蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1100nm的范围光合作用在“纳米车间” 进行细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂”莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应”纳米结构是生命现象中基本的东西1.7 媒体中的纳米怪象纳米冰箱纳米洗衣机1.8

3、纳米技术前景展望 钱学森(1991)：“我认为，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将在21世纪又是一次产业革命。”纳米技术将改变生产方式，导致生活方式变革，带领我们进入崭新的21世纪。2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展1990年，IBM公司用原子排出“IBM”1991年，NEC实验室观察到碳纳米管合成了其它纳米管材料2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展实心的纳米棒、纳米线、量子线2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量称量单个原子重量的“纳米秤”2.1 2.1

4、 国外纳米技术进展国外纳米技术进展DNA开关2.2 2.2 纳米技术在美国纳米技术在美国2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就业机会能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料本世纪前10年几个关键领域之一制定了“国家纳米技术倡议”(NNI): 纳米材料 纳米电子学、光电子学和磁学 纳米医学和生物学 2.2 2.2 纳米技术在美国纳米技术在美国军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料美国总统布什2003.12.3日签署了21世纪纳米技术研究开发法案，批准联邦政府在从2005财政年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳米技术的研究开发2.3 2.3 纳米技术在日本

5、纳米技术在日本1962年, 久保(Kubo): 久保理论国会: 21世纪前20年的立国之本著名大企业: 纳米实用化技术的计划 三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线 自洁净玻璃、光催化净化水或空气2.4 2.4 纳米技术在其它国家纳米技术在其它国家韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术印度：像抓软件产业那样抓纳米科技德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金世界都在迎接纳米时代的到来2.5 2.5 纳米技术在中国纳米技术在中国1993年，中科院操纵原子写字2.5 2.5 中国纳米技术进展中国纳米技术进展中科院物理所制备出大面积

6、碳纳米管阵列;合成了当时最长的纤维级碳纳米管中国科技大学:氮化镓粉体清华大学:氮化镓纳米棒中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金”2.5 2.5 中国纳米技术应用中国纳米技术应用中科院化冶所 “七五攻关”: 纳米碳化硅 “八五863”: 纳米阻燃剂中科院化学所 纳米领带 超双疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 纳米聚丙烯管材 高强度、抑菌功能2.5 2.5 纳米技术应用纳米技术应用全国范围 三百多家纳米企业 以“纳米”注册的企业近百家 数十条纳米材料生产线 资金约百亿元3.1 3.1 纳米技术与经济纳米技术与经济材料人类文明的四大技术支柱之一材料是人类物质文明的基础

7、材料支撑着其它新技术的前进纳米材料是纳米技术的基础纳米材料是材料家族中的重要新成员3.2 3.2 纳米技术与经济纳米技术与经济科学 发现新材料、提出新方法 知识创新 将“钱”转化为“知识”技术 工业化制备纳米材料 清洁生产工艺 商品化技术 将“知识”转化为“钱”3.3 纳米材料制备综述纳米材料制备综述对纳米材料的要求 尺寸可控(小于 100 nm) 成分可控 形貌可控 晶型可控 表面物理和化学特性可控(表面改性和表面包覆)3.4 3.4 纳米材料制备综述纳米材料制备综述化学法物理法3.4.1 化学方法制备纳米材料纳米材料气相法 气溶胶法 激光法 等离子法 裂解法 氧化法 水解法 燃烧法3.4.

8、1 化学方法制备纳米材料纳米材料液相法 化学沉淀法(均匀沉淀法, 共沉淀法) 水解法(醇盐,卤化物) 溶胶-凝胶法 水热法3.4.2 物理方法制备纳米材料纳米材料气相法 惰性气体冷凝法固相法 高能球磨法 搅拌磨法 震动磨法3.5 某纳米颗粒的制备3.6 纳米粉体表面改性纳米材料实用化的关键 表面物理控制 化学特性控制 粉体松散、不团聚表面改性和表面包覆 化学法为主3.6.1 表面包覆 3.6.2 表面改性 3.6.3 表面改性 4 纳米科技与当代中国 近代中国的机遇与挑战 二百年回顾 蒸汽机技术、电气化技术、微电子技术的高潮都错过 IT产业、网络通讯与西方差距不大 纳米技术使大家都面临着重新变

9、革，相当于5千米赛跑，都才跑出500米，我们落后得不是很多，有的还不落后4.1 4.1 纳米技术技术对竞争力的提升能源领域 石油、煤等不可再生资源环保领域 解决水污染的问题 解决空气污染的问题微电子 纳米电子器件、纳米线、纳米传感器信息领域 光纤、发光器件4.2 4.2 纳米技术技术对竞争力的提升功能性涂料、薄膜 防静电涂料 特殊视觉涂料 紫外线吸收涂层 耐磨、防腐、耐高温、耐冲刷涂层机械 纳米结构单元和纳米机械结构陶瓷 增强、增韧、助烧结4.3 4.3 纳米技术技术对竞争力的提升化学化工 催化剂、助催化剂、阻燃剂 镍催化氧化丙醛，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，生成酒精的转化

10、率迅速增大塑料和橡胶 制品成型剂、补强剂、抗老化剂OA领域 复印机和激光打印机的墨粉 喷墨打印机墨水、高级墨水4.4 4.4 纳米技术技术对竞争力的提升纳米药物 磁性纳米粒子药物卫生保健品 防晒霜纺织品 反射红外线型化纤 杀菌灭菌除臭型化纤4.5 4.5 提升国防科技国防科技纳米探测系统纳米材料提高武器打击纳米材料提高防护能力纳米机械系统制造的小型机器人雷达隐身技术 美国:“超黑粉”,对雷达波的吸收率达99 法国:Co-Ni纳米颗粒包覆绝缘层5.1 本研究小组的工作研究方向 化学化工中与纳米相关的课题研究目的 创新：论文发表 应用：经济效益研究手段 实验研究 计算机模拟仿真5.2 纳米材料纳米材料合成 纳米白碳黑、纳米钛白、纳米锌白 耐磨有机玻璃应用 解决工业中的问题 创造社会效益