新材料化学学习教案.pptx

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1、会计学1新材料新材料(cilio)化学化学第一页，共87页。第六章第六章 新材料新材料(cilio)化学化学第一节 纳米材料(n m ci lio)第二节 复合材料(f h ci lio)第三节 生物材料第四节 智能材料第五节 新能源材料第1页/共87页第二页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)一、纳米材料一、纳米材料(n m ci lio)概述概述二、纳米材料二、纳米材料(n m ci lio)的主要制备方法的主要制备方法三、纳米材料三、纳米材料(n m ci lio)的应用领域的应用领域第2页/共87页第三页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m

2、ci lio)一、纳米材料概述一、纳米材料概述纳米材料又称为超微颗纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在颗粒，一般是指尺寸在1100nm间的粒子，间的粒子，是处在原子簇和宏观物是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。体交界的过渡区域。从通常的关于微观和宏从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系观的观点看，这样的系统既非典型统既非典型(dinxng)的微观系统的微观系统亦非典型亦非典型(dinxng)的的宏观系统，是一种典型宏观系统，是一种典型(dinxng)人介观系统人介观系统，它具有表面效应、小，它具有表面效应、

3、小尺寸效应和宏观量子隧尺寸效应和宏观量子隧道效应。道效应。原子原子(yunz)排成的排成的“原子原子(yunz)”字样字样1nm=1/101nm=1/10亿米，亿米，1010个氢原子紧密个氢原子紧密排列，排列，20nm20nm是头发丝直径的是头发丝直径的30003000分之一分之一第3页/共87页第四页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)纳米材料的基本特性：纳米材料的基本特性：1.量子尺寸量子尺寸(ch cun)效应效应2.表面效应表面效应3.小尺寸小尺寸(ch cun)效应效应4.宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应第4页/共87页第五页，共87页。第一节第一节 纳

4、米材料纳米材料(n m ci lio)1.表面表面(biomin)效应效应第5页/共87页第六页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)2.2.小尺寸效应小尺寸效应金属纳米金属纳米(n m)(n m)固体材料的电阻固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺增大与临界尺寸现象归因于小尺寸效应。当颗粒尺寸与电子运动寸效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小时，的平均自由程可比拟或更小时，小尺寸效应不容忽视。界面散射小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。为主因。e e_ _第6页/共87页第七页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)3.3

5、.3.3.量子尺寸效应量子尺寸效应量子尺寸效应量子尺寸效应 当纳米颗粒尺寸小到一定当纳米颗粒尺寸小到一定当纳米颗粒尺寸小到一定当纳米颗粒尺寸小到一定(ydng)(ydng)(ydng)(ydng)程度时，费米面附近电子程度时，费米面附近电子程度时，费米面附近电子程度时，费米面附近电子能级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致低温下导体能级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致低温下导体能级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致低温下导体能级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致低温下导体向绝缘体的转变向绝缘体的转变向绝缘体的转变向绝缘体的转变d （如如k

6、 kB BT T）第7页/共87页第八页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)4.4.宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应 隧道效应是基本隧道效应是基本(jbn)(jbn)的的量子现象之一，即当微观粒子的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故

7、称之为宏观量子隧道效变化，故称之为宏观量子隧道效应。应。第8页/共87页第九页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)由于纳米材料由于纳米材料由于纳米材料由于纳米材料(n m ci lio)(n m ci lio)(n m ci lio)(n m ci lio)的组织粒子极其小，其中所包含的组织粒子极其小，其中所包含的组织粒子极其小，其中所包含的组织粒子极其小，其中所包含的原子个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用宏的原子个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用宏的原子个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用宏的原子个数极少、质量极轻，

8、许多物理和化学性质表现就不能用宏观上块状物质的性质来描述，而是出现一些观上块状物质的性质来描述，而是出现一些观上块状物质的性质来描述，而是出现一些观上块状物质的性质来描述，而是出现一些“反常现象反常现象反常现象反常现象”。（1 1 1 1）光学性质）光学性质）光学性质）光学性质（2 2 2 2）力学性质）力学性质）力学性质）力学性质（3 3 3 3）热学性质）热学性质）热学性质）热学性质（4 4 4 4）磁学性质）磁学性质）磁学性质）磁学性质第9页/共87页第十页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)（1 1 1 1）光学性质）光学性质）光学性质）光学性质1 1 1

9、 1、宽频带强吸收、宽频带强吸收、宽频带强吸收、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种当尺寸减小到纳米级时，各种当尺寸减小到纳米级时，各种当尺寸减小到纳米级时，各种(zhn)(zhn)(zhn)(zhn)金属金属金属金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强吸收率、低反射率。低。这就是纳米材料的强吸收率、低反射率。低。这就是纳米材料的强吸收率、低反射率。低。这就是纳米材料的强吸收率、低反射率。例如，铂金纳米粒子的反射率为例如，铂金纳米

10、粒子的反射率为例如，铂金纳米粒子的反射率为例如，铂金纳米粒子的反射率为1%1%1%1%。纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频带强吸收谱。个宽频带强吸收谱。个宽频带强吸收谱。个宽频带强吸收谱。第10页/共87页第十一页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)2 2 2 2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应 纳米微粒分散于介质中

11、形成分散物系（溶胶），纳米微纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米微纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米微纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米微粒称为胶体（或分散相）。粒称为胶体（或分散相）。粒称为胶体（或分散相）。粒称为胶体（或分散相）。由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散物由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散物由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散物由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散物系具有系具有系具有系具有(jyu)(jyu)(jyu)(jyu)特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔

12、特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔效应效应效应效应如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂直方向上可以看到一个发光的圆锥体。垂直方向上可以看到一个发光的圆锥体。垂直方向上可以看到一个发光的圆锥体。垂直方向上可以看到一个发光的圆锥体。另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波长另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波长另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波长另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定

13、波长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。第11页/共87页第十二页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)（2 2）力学性质）力学性质 金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更高的强度和硬度，甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良高的强度和硬度，甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良好的塑性和韧性。如好的塑性和韧性。如A12O3A12O3基体中加入纳米基体中加入纳米SiCSiC晶粒制晶粒

14、制成的陶瓷材料，其最高强度大于成的陶瓷材料，其最高强度大于1500MPa1500MPa，最高使用，最高使用(shyng)(shyng)温度也可以原来的温度也可以原来的800800提高到提高到1200 1200，纳米纳米AgAg微粒只要低于微粒只要低于373K373K就开始熔化，而常规就开始熔化，而常规AgAg的熔的熔点却在点却在1173K1173K左右。左右。第12页/共87页第十三页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)（3 3 3 3）热学）热学）热学）热学(rxu)(rxu)(rxu)(rxu)性质性质性质性质纳米微粒的熔纳米微粒的熔点、烧结温度点、烧结温度和

15、晶化温度均和晶化温度均 比常规粉体低比常规粉体低得多。这是纳得多。这是纳米微粒量子米微粒量子(lingz)(lingz)效效应造成的。应造成的。第13页/共87页第十四页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)（4 4 4 4）磁学性质）磁学性质）磁学性质）磁学性质(xngzh)(xngzh)(xngzh)(xngzh)纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。应，

16、使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。主要主要主要主要(zhyo)(zhyo)(zhyo)(zhyo)表现为：超顺磁性、矫顽力、居里表现为：超顺磁性、矫顽力、居里表现为：超顺磁性、矫顽力、居里表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁化率。温度和磁化率。温度和磁化率。温度和磁化率。第14页/共87页第十五页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)超顺磁状态的起因：超顺磁状态的起因：超顺磁状态的起因：超顺磁状态的起因：由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比时，磁化方向就不再由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比时，磁

17、化方向就不再由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比时，磁化方向就不再由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比时，磁化方向就不再(b zi)(b zi)(b zi)(b zi)固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。性的出现。性的出现。性的出现。例如，粒径为例如，粒径为例如，粒径为例如，粒径为85nm85nm85nm85nm的纳米镍的纳米镍的纳米镍的纳米镍NiNi

18、NiNi微粒，矫顽力很高，而当粒径小于微粒，矫顽力很高，而当粒径小于微粒，矫顽力很高，而当粒径小于微粒，矫顽力很高，而当粒径小于15nm15nm15nm15nm时，其矫时，其矫时，其矫时，其矫顽力顽力顽力顽力Hc0Hc0Hc0Hc0，即进入了超顺磁状态。，即进入了超顺磁状态。，即进入了超顺磁状态。，即进入了超顺磁状态。第15页/共87页第十六页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)二、纳米材料的主要制备方法二、纳米材料的主要制备方法二、纳米材料的主要制备方法二、纳米材料的主要制备方法(fngf(fngf)1 1、物理方法、物理方法、物理方法、物理方法(fngf(fn

19、gf)(1)(1)真空冷凝法真空冷凝法真空冷凝法真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法用真空蒸发、加热、高频感应等方法用真空蒸发、加热、高频感应等方法用真空蒸发、加热、高频感应等方法(fngf(fngf)使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。求高。求高。求高。(2)(2)物理粉碎法物理粉碎

20、法物理粉碎法物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法(fngf(fngf)得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。但产品纯度低，颗粒分布不均匀。但产品纯度低，颗粒分布不均匀。但产品纯度低，颗粒分布不均匀。第16页/共87页第十七页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)(3)(3)(3)(3)机械球磨法机械球磨法机械球磨法机械球磨法 采用

21、球磨方法，控制适当的条件得到纯元素采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单点操作简单点操作简单点操作简单(jindn)(jindn)(jindn)(jindn)、成本低，但产品纯度低，颗粒分、成本低，但产品纯度低，颗粒分、成本低，但产品纯度低，颗粒分、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。布不均匀。布不均匀。布不均匀。第1

22、7页/共87页第十八页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)2.2.化学方法化学方法 (1)(1)气相沉积法气相沉积法 利用金属化合物利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。其特点产品纯度高，粒度分布窄。(2)(2)沉淀法沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到液中反应后，将沉淀热处理得到(d do)(d do)纳米材料。其特点简单纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。适合制备氧化物。(3)(3)水热合成法水热合成法 高温

23、高压下在水高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控点纯度高，分散性好、粒度易控制。制。第18页/共87页第十九页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)三、纳米材料的应用领域三、纳米材料的应用领域三、纳米材料的应用领域三、纳米材料的应用领域 由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、

24、电、敏感等方面宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、电、敏感等方面宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、电、敏感等方面宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、电、敏感等方面(fngmin)(fngmin)呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面(fngmin)(fngmin)有广泛的应用。有广泛的应用。有广泛的应用。有广泛的应用。1 1、纳

25、米技术在微电子学上的应用、纳米技术在微电子学上的应用、纳米技术在微电子学上的应用、纳米技术在微电子学上的应用 2 2、纳米技术在光电领域的应用、纳米技术在光电领域的应用、纳米技术在光电领域的应用、纳米技术在光电领域的应用 3 3、纳米技术在化工领域的应用、纳米技术在化工领域的应用、纳米技术在化工领域的应用、纳米技术在化工领域的应用 4 4、纳米技术在医学上的应用、纳米技术在医学上的应用、纳米技术在医学上的应用、纳米技术在医学上的应用 5 5、纳米技术在其它领域的应用、纳米技术在其它领域的应用、纳米技术在其它领域的应用、纳米技术在其它领域的应用 第19页/共87页第二十页，共87页。第一节第一节

26、 纳米材料纳米材料(n m ci lio)1.1.1.1.纳米技术在微电子学上的应用纳米技术在微电子学上的应用纳米技术在微电子学上的应用纳米技术在微电子学上的应用 原理纳米电子学的主要思想是基于纳米粒子的原理纳米电子学的主要思想是基于纳米粒子的原理纳米电子学的主要思想是基于纳米粒子的原理纳米电子学的主要思想是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件量子效应来设计并制备纳米量子器件量子效应来设计并制备纳米量子器件量子效应来设计并制备纳米量子器件 目标将集成电路进一步减小，研制出由单原子目标将集成电路进一步减小，研制出由单原子目标将集成电路进一步减小，研制出由单原子目标将集成电路进一步减小，

27、研制出由单原子或单分子构成、能在室温使用的各种器件。早在或单分子构成、能在室温使用的各种器件。早在或单分子构成、能在室温使用的各种器件。早在或单分子构成、能在室温使用的各种器件。早在1989198919891989年，年，年，年，IBMIBMIBMIBM公司的科学家已利用隧道扫描显微镜上的探针，成功公司的科学家已利用隧道扫描显微镜上的探针，成功公司的科学家已利用隧道扫描显微镜上的探针，成功公司的科学家已利用隧道扫描显微镜上的探针，成功地移动了氙原子，并利用它拼成了地移动了氙原子，并利用它拼成了地移动了氙原子，并利用它拼成了地移动了氙原子，并利用它拼成了IBMIBMIBMIBM三个字母。美国威三

28、个字母。美国威三个字母。美国威三个字母。美国威斯康星大学已制造斯康星大学已制造斯康星大学已制造斯康星大学已制造(zhzo)(zhzo)(zhzo)(zhzo)出可容纳单个电子的量子点。出可容纳单个电子的量子点。出可容纳单个电子的量子点。出可容纳单个电子的量子点。在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个。利用量子点在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个。利用量子点在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个。利用量子点在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个。利用量子点可制成体积小、耗能少的单电子器件，在微电子和光电子可制成体积小、耗能少的单电子器件，在微电子和光电子可制成体积小、耗能少的单电子器件，在微

29、电子和光电子可制成体积小、耗能少的单电子器件，在微电子和光电子领域将获得广泛应用领域将获得广泛应用领域将获得广泛应用领域将获得广泛应用第20页/共87页第二十一页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)2.2.2.2.纳米技术在光电领域的应用纳米技术在光电领域的应用纳米技术在光电领域的应用纳米技术在光电领域的应用 原理纳米激光器的微小尺寸可使光子被限制原理纳米激光器的微小尺寸可使光子被限制原理纳米激光器的微小尺寸可使光子被限制原理纳米激光器的微小尺寸可使光子被限制(xinzh)(xinzh)(xinzh)(xinzh)在少数几个状态上，而低音廊效应则使光在少数几个状态

30、上，而低音廊效应则使光在少数几个状态上，而低音廊效应则使光在少数几个状态上，而低音廊效应则使光子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，而能量阈则很低。纳米激光器实际上是一根弯曲成极而能量阈则很低。纳米激光器实际上是一根弯曲成极而能量阈则很低。纳米激光器实际上是一根

31、弯曲成极而能量阈则很低。纳米激光器实际上是一根弯曲成极薄面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器薄面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器薄面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器薄面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器的大小和形状能够有效控制它发射出的光子的量子行的大小和形状能够有效控制它发射出的光子的量子行的大小和形状能够有效控制它发射出的光子的量子行的大小和形状能够有效控制它发射出的光子的量子行为，从而影响激光器的工作。为，从而影响激光器的工作。为，从而影响激光器的工作。为，从而影响激光器的工作。第21页/共87页第二十二页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n

32、 m ci lio)应用应用应用应用（1 1 1 1）提高效率：纳米激光器工作时只需约）提高效率：纳米激光器工作时只需约）提高效率：纳米激光器工作时只需约）提高效率：纳米激光器工作时只需约100100100100微安的电流。最近，科学微安的电流。最近，科学微安的电流。最近，科学微安的电流。最近，科学家把光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，家把光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，家把光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，家把光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，此结构的光子状态数少于此结构的光子状态数少于此结构的光子状态

33、数少于此结构的光子状态数少于10101010个，接近了无能量运行所要求的条件，个，接近了无能量运行所要求的条件，个，接近了无能量运行所要求的条件，个，接近了无能量运行所要求的条件，但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院的研究人员的研究人员的研究人员的研究人员(rnyun)(rnyun)(rnyun)(rnyun)把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，把被激发的钡

34、原子一个一个地送入激光器中，把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子。每个原子发射一个有用的光子。每个原子发射一个有用的光子。每个原子发射一个有用的光子。第22页/共87页第二十三页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)（2 2 2 2）速度极快由于只需要极少的能量就可以发射激光，这）速度极快由于只需要极少的能量就可以发射激光，这）速度极快由于只需要极少的能量就可以发射激光，这）速度极快由于只需要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒类装置可以

35、实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒 钟钟钟钟200200200200亿次的速度开关，适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅亿次的速度开关，适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅亿次的速度开关，适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅亿次的速度开关，适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅速发展速发展速发展速发展(fzhn)(fzhn)(fzhn)(fzhn)，这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。，这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。，这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。，这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。第23页/共87页第二十四页

36、，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)评价纳米技术的发展，使微电子和光电子的结评价纳米技术的发展，使微电子和光电子的结评价纳米技术的发展，使微电子和光电子的结评价纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面示等方面示等方面示等方面(fngmin)(fngmin)(fngmin)(fngmin)，使光电器件的性能大大提高。将，使光电器件的性能大大提高。将，使光电器件的性能大大提高

37、。将，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10101010倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。但是要获取高分辨率图卫星上进行高精度的对地侦察。但是要获取高分辨率图卫星上进行高精度的对地侦察。但是要获取高分辨率图卫星上进行高精度的对地侦察。但

38、是要获取高分辨率图像，就必需先进的数字信息处理技术。科学家发现，将像，就必需先进的数字信息处理技术。科学家发现，将像，就必需先进的数字信息处理技术。科学家发现，将像，就必需先进的数字信息处理技术。科学家发现，将光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器件，将为实现光学高速数学运算提供可能。件，将为实现光学高速数学运算提供可能。件，将为实现光学高速数学运算提供可能。件，将为实现光学高速数学运算提供可能。第24页/共87页第二十五页，共87页。第一节

39、第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)3.3.3.3.纳米技术在化工领域的应用纳米技术在化工领域的应用纳米技术在化工领域的应用纳米技术在化工领域的应用 光催化剂纳米粒子作为光催化剂有许多优点。（光催化剂纳米粒子作为光催化剂有许多优点。（光催化剂纳米粒子作为光催化剂有许多优点。（光催化剂纳米粒子作为光催化剂有许多优点。（1 1 1 1）粒径）粒径）粒径）粒径小，比表面大，光催化效率高。（小，比表面大，光催化效率高。（小，比表面大，光催化效率高。（小，比表面大，光催化效率高。（2 2 2 2）纳米粒子生成的电子、空穴在）纳米粒子生成的电子、空穴在）纳米粒子生成的电子、空穴在）纳米粒子生成

40、的电子、空穴在到达表面之前，大部分不会重新结合。电子、空穴能够到达表面的数到达表面之前，大部分不会重新结合。电子、空穴能够到达表面的数到达表面之前，大部分不会重新结合。电子、空穴能够到达表面的数到达表面之前，大部分不会重新结合。电子、空穴能够到达表面的数量多，故化学反应活性高。（量多，故化学反应活性高。（量多，故化学反应活性高。（量多，故化学反应活性高。（3 3 3 3）纳米粒子分散在介质中往往具有透）纳米粒子分散在介质中往往具有透）纳米粒子分散在介质中往往具有透）纳米粒子分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手段明性，容易运用光学手段明性，容易运用光学手段明性，容易运用光学手段(shudu

41、n)(shudun)(shudun)(shudun)和方法来观察界面间的电荷转移、和方法来观察界面间的电荷转移、和方法来观察界面间的电荷转移、和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。例例例例1 1 1 1，工业上利用纳米二氧化钛，工业上利用纳米二氧化钛，工业上利用纳米二氧化钛，工业上利用纳米二氧化钛-三氧化二铁作光催化剂，用于废水处理三氧化二铁作光催化剂，用于废水处理三氧化二铁作光催化剂，用于废水处理三氧化二铁作光催化剂，用于废水

42、处理（含（含（含（含SO32-SO32-SO32-SO32-或或或或 Cr2O72-Cr2O72-Cr2O72-Cr2O72-系统），已取得了很好的效果。系统），已取得了很好的效果。系统），已取得了很好的效果。系统），已取得了很好的效果。第25页/共87页第二十六页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)例例例例2 2 2 2，用沉淀溶出法制备出的粒径约，用沉淀溶出法制备出的粒径约，用沉淀溶出法制备出的粒径约，用沉淀溶出法制备出的粒径约30nm30nm30nm30nm 60nm60nm60nm60nm的白色球状钛酸锌粉的白色球状钛酸锌粉的白色球状钛酸锌粉的白色球状钛酸

43、锌粉体，比表面大、化学活性高，用它作吸附脱硫剂，较固相烧结法制备的体，比表面大、化学活性高，用它作吸附脱硫剂，较固相烧结法制备的体，比表面大、化学活性高，用它作吸附脱硫剂，较固相烧结法制备的体，比表面大、化学活性高，用它作吸附脱硫剂，较固相烧结法制备的钛酸锌粉体效果明显提高钛酸锌粉体效果明显提高钛酸锌粉体效果明显提高钛酸锌粉体效果明显提高纳米静电屏蔽材料是纳米技术的另一重要应用。优点（纳米静电屏蔽材料是纳米技术的另一重要应用。优点（纳米静电屏蔽材料是纳米技术的另一重要应用。优点（纳米静电屏蔽材料是纳米技术的另一重要应用。优点（1 1 1 1）静电屏）静电屏）静电屏）静电屏蔽材料一般由树脂掺加碳

44、黑喷涂而成，用有半导体特性的纳米氧化物粒蔽材料一般由树脂掺加碳黑喷涂而成，用有半导体特性的纳米氧化物粒蔽材料一般由树脂掺加碳黑喷涂而成，用有半导体特性的纳米氧化物粒蔽材料一般由树脂掺加碳黑喷涂而成，用有半导体特性的纳米氧化物粒子如子如子如子如Fe2O3Fe2O3Fe2O3Fe2O3、TiO2TiO2TiO2TiO2、ZnOZnOZnOZnO做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静电屏蔽作用。（电屏蔽作用。（电屏蔽作用。（电屏蔽作用。（2 2 2 2）氧化物纳米微粒的颜

45、色各种各样，可通过复合控制）氧化物纳米微粒的颜色各种各样，可通过复合控制）氧化物纳米微粒的颜色各种各样，可通过复合控制）氧化物纳米微粒的颜色各种各样，可通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服静电屏蔽涂料的颜色，克服静电屏蔽涂料的颜色，克服静电屏蔽涂料的颜色，克服(kf)(kf)(kf)(kf)了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。单调性。单调性。单调性。第26页/共87页第二十七页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)遮蔽紫外线（遮蔽紫外线（遮蔽紫外线（遮蔽紫外线（1 1

46、 1 1）将纳米）将纳米）将纳米）将纳米TiO2TiO2TiO2TiO2粉体加到化妆品中，可有效地遮蔽紫粉体加到化妆品中，可有效地遮蔽紫粉体加到化妆品中，可有效地遮蔽紫粉体加到化妆品中，可有效地遮蔽紫外线。（外线。（外线。（外线。（2 2 2 2）用添加）用添加）用添加）用添加0.1%0.1%0.1%0.1%0.5%0.5%0.5%0.5%的纳米二氧化钛制成的透明塑料包装食品，的纳米二氧化钛制成的透明塑料包装食品，的纳米二氧化钛制成的透明塑料包装食品，的纳米二氧化钛制成的透明塑料包装食品，可防止紫外线对食品的破坏，还可使食品保持新鲜。（可防止紫外线对食品的破坏，还可使食品保持新鲜。（可防止紫外

47、线对食品的破坏，还可使食品保持新鲜。（可防止紫外线对食品的破坏，还可使食品保持新鲜。（3 3 3 3）金属纳米粒子掺）金属纳米粒子掺）金属纳米粒子掺）金属纳米粒子掺杂到化纤制或纸张中，可大大降低静电作用杂到化纤制或纸张中，可大大降低静电作用杂到化纤制或纸张中，可大大降低静电作用杂到化纤制或纸张中，可大大降低静电作用 纳米反应器利用纳米碳管独特纳米反应器利用纳米碳管独特纳米反应器利用纳米碳管独特纳米反应器利用纳米碳管独特(dt)(dt)(dt)(dt)的孔状结构，大的比表面，的孔状结构，大的比表面，的孔状结构，大的比表面，的孔状结构，大的比表面，较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反

48、应局限于一个很小较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。在纳米反应器中，反应物在分子水平上有一定的取向和有序的范围内进行。在纳米反应器中，反应物在分子水平上有一定的取向和有序的范围内进行。在纳米反应器中，反应物在分子水平上有一定的取向和有序的范围内进行。在纳米反应器中，反应物在分子水平上有一定的取向和有序排列，同时限制了反应物分子和中间体的运动排列，同时限制了反应物分子和中间体的运动排列，同时限制了反应物分子和中间体的运动排

49、列，同时限制了反应物分子和中间体的运动第27页/共87页第二十八页，共87页。第一节第一节 纳米材料纳米材料(n m ci lio)4.4.纳米技术在医学上的应用纳米技术在医学上的应用纳米技术在医学上的应用纳米技术在医学上的应用5.5.RNA RNA线度在线度在线度在线度在15nm20nm15nm20nm之间，生物体内的多之间，生物体内的多之间，生物体内的多之间，生物体内的多种病毒也是纳米粒子。种病毒也是纳米粒子。种病毒也是纳米粒子。种病毒也是纳米粒子。10nm10nm以下的粒子比血液中以下的粒子比血液中以下的粒子比血液中以下的粒子比血液中的红血球还要小，可在血管中自由流动。将超微的红血球还要

50、小，可在血管中自由流动。将超微的红血球还要小，可在血管中自由流动。将超微的红血球还要小，可在血管中自由流动。将超微粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断为监测和诊断为监测和诊断为监测和诊断(zhndun)(zhndun)疾病的手段。已成功利疾病的手段。已成功利疾病的手段。已成功利疾病的手段。已成功利用纳米用纳米用纳米用纳米SiO2SiO2微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒微粒进行了细胞分离，用