新材料及应用精.ppt

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1、新材料及应用新材料及应用第1页，本讲稿共38页新材料及其特点新材料指新近发展或已在发展中具有比传统材新材料指新近发展或已在发展中具有比传统材料更为优异性能的一类材料料更为优异性能的一类材料特点：知识与技术密集度高；与新工艺和新技特点：知识与技术密集度高；与新工艺和新技术关系密切；更新换代快；品种式样变化多术关系密切；更新换代快；品种式样变化多第2页，本讲稿共38页新材料的类型新材料新材料新型金属材料新型金属材料合金、稀有金属合金、稀有金属高分子合成材料高分子合成材料合成橡胶、塑料合成橡胶、塑料化学纤维化学纤维新型无机非金属材料新型无机非金属材料工业陶瓷、光导纤维工业陶瓷、光导纤维半导体材料半导

2、体材料复合材料复合材料纳米材料纳米材料光电子材料光电子材料第3页，本讲稿共38页一、新型金属材料非晶态金属：非晶态金属：又称为又称为“金属玻璃金属玻璃”，由沸腾的钢液经每秒，由沸腾的钢液经每秒100100万度的速万度的速度冷却而成度冷却而成,其内在结构发生了质变，其内在结构发生了质变，原子从有序排列变成了无序排列原子从有序排列变成了无序排列,具有具有极优异的物理磁性能、化学耐腐蚀性能极优异的物理磁性能、化学耐腐蚀性能和力学耐磨性能和力学耐磨性能,传统的车钳铣刨和强传统的车钳铣刨和强酸溶液对它们无可奈何酸溶液对它们无可奈何,可以在通信、可以在通信、交通、电子、家电、防盗等很多领域交通、电子、家电

3、、防盗等很多领域大显身手。大显身手。外表轻薄如纸、优雅华丽、用手可外表轻薄如纸、优雅华丽、用手可轻易撕断的带形金属玻璃轻易撕断的带形金属玻璃 “终结者终结者”的材料变现实的材料变现实第4页，本讲稿共38页一、新型金属材料合金材料：合金材料：新型合金材料包括许多种类，它们性能新型合金材料包括许多种类，它们性能各异，用途各不相同，铝合金、镁合金、钛合金、各异，用途各不相同，铝合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、稀贵金属合金等等铁镍铬及高温合金、稀贵金属合金等等形状记忆合金：形状记忆合金：能够使温度值变化时人为造成的能够使温度值变化时人为造成的形状变化，在温度恢复到特定值时，形状也自动形状变化，

4、在温度恢复到特定值时，形状也自动丝毫不差地恢复到原来的状态，坚韧性极强，可丝毫不差地恢复到原来的状态，坚韧性极强，可反复变形和复原反复变形和复原500500万次而不产生疲劳断裂，其广万次而不产生疲劳断裂，其广泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天线、飞机泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天线、飞机部件接头以及骨科整形等方面。部件接头以及骨科整形等方面。其他新型金属功能材料如其他新型金属功能材料如贮氢合金等贮氢合金等歼歼-11-11机体制造中使用大量钛合金材料机体制造中使用大量钛合金材料 镍钛记忆合金镍钛记忆合金“花瓣花瓣”在在相应的温度下慢慢绽放相应的温度下慢慢绽放形状记忆合金在太空自然恢复原状形状

5、记忆合金在太空自然恢复原状第5页，本讲稿共38页一、新型金属材料超导金属材料：超导金属材料：在特定条件下，电阻完全消在特定条件下，电阻完全消失，产生超导电性的材料。具有零电阻、完失，产生超导电性的材料。具有零电阻、完全抗磁性和载流能力强三个基本特征。全抗磁性和载流能力强三个基本特征。超导技术的应用：超导技术的应用：制造磁性极强的超导制造磁性极强的超导磁铁磁铁，用于磁约束核聚变反应、大容量储，用于磁约束核聚变反应、大容量储能设备、高能加速器、超导发电机、电力工能设备、高能加速器、超导发电机、电力工业输电和交通运输工具等。如美国实现超导业输电和交通运输工具等。如美国实现超导输电，每年可以节省输电，

6、每年可以节省100100亿美元的电力；亿美元的电力；制造超高速计算机和高灵敏度的探测制造超高速计算机和高灵敏度的探测设备、通信设备、航天系统等设备、通信设备、航天系统等。如。如19891989年日本研制出世界第一台超导电子计年日本研制出世界第一台超导电子计算机，其全部采用约瑟夫森超导器件，运算算机，其全部采用约瑟夫森超导器件，运算速度达每秒速度达每秒 1010亿次，功耗亿次，功耗 6.26.2毫瓦，仅毫瓦，仅为常规电子计算机功耗的千分之一为常规电子计算机功耗的千分之一超导磁悬浮列车原理超导磁悬浮列车原理第6页，本讲稿共38页二、高分子合成材料高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的分子高分

7、子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子材料的分子量在几量足够高的有机化合物。常用高分子材料的分子量在几百至几百万之间，有的可高达上千万。百至几百万之间，有的可高达上千万。高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂和涂料等，其中和涂料等，其中合成塑料、合成纤维、合成橡胶合成塑料、合成纤维、合成橡胶被称为被称为现代高分子三大合成材料。现代高分子三大合成材料。高分子材料特点：重量轻、高弹性、强度低、韧性好、粘弹高分子材料特点：重量轻、高弹性、强度低、韧性好、粘弹性、耐摩性、绝缘性好，低导热性、耐热性、耐蚀性好

8、、易性、耐摩性、绝缘性好，低导热性、耐热性、耐蚀性好、易老化老化第7页，本讲稿共38页二、高分子合成材料合成塑料：合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品种是日常生活中最常见的塑料聚丙烯四大品种是日常生活中最常见的塑料材料，全球总产量在材料，全球总产量在1 1亿吨左右。亿吨左右。透光性好的有机玻璃透光性好的有机玻璃（亚克力,Acrylic）“塑料王塑料王”的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯 作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亚作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等 第8页，本讲稿共38页二

9、、高分子合成材料合成纤维：合成纤维：涤纶、锦纶、晴纶、维纶、涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶、氯纶等丙纶、氯纶等“六大纶六大纶”可做宇航服、耐超热超冷的芳纶可做宇航服、耐超热超冷的芳纶13131313；可做飞机机翼、高强缆索的芳；可做飞机机翼、高强缆索的芳纶纶14141414；可耐；可耐400400高温和负高温和负273273超超低温的聚酰亚胺纤维；低温的聚酰亚胺纤维；可做人造血管、软骨等人体器件的氟纶可做人造血管、软骨等人体器件的氟纶纤维；纤维；可做新式伪装服的多色纤维；可做新式伪装服的多色纤维；可做合成纸、合成革、高效除尘器的高可做合成纸、合成革、高效除尘器的高缩纤维、复合纤维、有色纤维、网络

10、丝、缩纤维、复合纤维、有色纤维、网络丝、完全变形纱、吸湿纤维和离子交换纤维完全变形纱、吸湿纤维和离子交换纤维等。等。芳纶芳纶1313莫代尔莫代尔涤纶涤纶晴纶晴纶高分子人造血管高分子人造血管合成革合成革复合纤维棉内胆复合纤维棉内胆第9页，本讲稿共38页二、高分子合成材料合成橡胶合成橡胶 ：将天然乳胶经过硫化处将天然乳胶经过硫化处理变成能成型、富有弹力的材料，理变成能成型、富有弹力的材料，填补天然橡胶的不足；发展极快填补天然橡胶的不足；发展极快 。顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等发展前途看好发展前途看好硅橡胶、氟橡胶能在零下硅橡胶、氟橡胶能在零下5050度不变形，度不变

11、形，又可耐又可耐250250度高温，用于制造火箭、导度高温，用于制造火箭、导弹、飞机的某些零件。弹、飞机的某些零件。氟橡胶零件氟橡胶零件硅橡胶手镯硅橡胶手镯第10页，本讲稿共38页三、新型无机非金属材料陶瓷材料：陶瓷材料：新型陶瓷的强度、硬度、耐新型陶瓷的强度、硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能都比传统磨损、耐高温、耐腐蚀等性能都比传统陶瓷有很大提高，特别是在克服传统陶陶瓷有很大提高，特别是在克服传统陶瓷的致命弱点脆性问题上取得重大突破。瓷的致命弱点脆性问题上取得重大突破。新型结构陶瓷新型结构陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶

12、瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等等新型功能陶瓷新型功能陶瓷：装置陶瓷、电容器：装置陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热释电陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶热释电陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷、导电与超导陶瓷、光学陶瓷和瓷、导电与超导陶瓷、光学陶瓷和敏感陶瓷等。敏感陶瓷等。新型陶瓷制成的人造骨等新型陶瓷制成的人造骨等 陶瓷零件陶瓷零件 第11页，本讲稿共38页玻璃材料：玻璃材料：改变了传统玻璃材料易碎、改变了传统玻璃材料易碎、易传热的特性，研制出具有易传热的特性，研制出具有“特异功能特异功能”的新品种，如玻璃钢、记忆玻璃、化学敏的

13、新品种，如玻璃钢、记忆玻璃、化学敏感性玻璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、感性玻璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、防辐射玻璃等。防弹玻璃、防辐射玻璃等。光导纤维：光导纤维：纯度极高的玻璃纤维制成纯度极高的玻璃纤维制成使现代通信技术发生了革命性的转变，使现代通信技术发生了革命性的转变，并且在医疗、遥感、遥测等领域也得到并且在医疗、遥感、遥测等领域也得到越来越广泛的应用。越来越广泛的应用。光纤通信具有传输距离远、保密性好、光纤通信具有传输距离远、保密性好、抗干扰等优点，一条电缆就可以传输几抗干扰等优点，一条电缆就可以传输几百万路电话；可传输高强度的激光百万路电话；可传输高强度的激光 ；制作光纤传

14、感器制作光纤传感器三、新型无机非金属材料防弹玻璃防弹玻璃 防辐射高铅玻璃防辐射高铅玻璃由光导纤维构成的光缆由光导纤维构成的光缆 光导纤维工艺品光导纤维工艺品第12页，本讲稿共38页三、新型无机非金属材料半导体材料：半导体材料：2020世纪世纪4040年代发展起来的重要年代发展起来的重要信息材料，通过近几十年来的研究工作，半信息材料，通过近几十年来的研究工作，半导体材料种类不断更新，应用领域不断扩展，导体材料种类不断更新，应用领域不断扩展，成为信息技术发展的基础。成为信息技术发展的基础。锗材料锗材料不需要加热、功耗低、可靠性高、转不需要加热、功耗低、可靠性高、转换速度快、功能多样和体积小，取代电

15、子管换速度快、功能多样和体积小，取代电子管硅材料硅材料机械强度高、结晶性强、在自然中储机械强度高、结晶性强、在自然中储量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完整单晶，使之成为目前电子信息工业领域的主整单晶，使之成为目前电子信息工业领域的主要半导体材料要半导体材料砷化镓砷化镓由于电子运动速度快、电子激发后由于电子运动速度快、电子激发后释放能量以发光形式进行等特点，很可能释放能量以发光形式进行等特点，很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体电子成为继硅之后第二种最重要的半导体电子材料，制成的晶体管可以制造出速度更快、材料，制成的晶体管可以制造出速度更快、功能更

16、强的计算机（功能更强的计算机（1010倍）倍）第一台晶体管收音机仅包第一台晶体管收音机仅包含含4只锗晶体管只锗晶体管 半导体器件半导体器件 第13页，本讲稿共38页四、复合材料现代科技的发展，对材料的性能提出高标准、多样化，甚至是相互矛现代科技的发展，对材料的性能提出高标准、多样化，甚至是相互矛盾的要求，因此，任何一种单一的材料都难以满足上述需要，于是各盾的要求，因此，任何一种单一的材料都难以满足上述需要，于是各种高性能的复合材料便应运而生。种高性能的复合材料便应运而生。复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成，根据基体材料和增强材料的复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成，根据基体材料和增

17、强材料的特点，复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类特点，复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的70%-80%70%-80%，在先进战，在先进战斗机上的用量大约是结构重量的斗机上的用量大约是结构重量的30%-40%30%-40%。国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼复合材料井盖复合材料井盖第14页，本讲稿共38页四、复合材料结构复合材料结构复合材料作为承力结构使用的材料，它作为承力结构使用的材料，它由能承受载荷的增强体与能连接增强体成为由能承受载荷

18、的增强体与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体构成；整体材料同时又起传递力作用的基体构成；可以根据材料在使用中受力的要求进行选材可以根据材料在使用中受力的要求进行选材设计及复合结构设计设计及复合结构设计增强体增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶体等；金属、天然纤维、织物、晶体等；基体基体包括包括高聚体（树脂）基、金属基、陶瓷基、碳基高聚体（树脂）基、金属基、陶瓷基、碳基等等树脂基复合材料用于建筑、造船、车辆、化工树脂基复合材料用于建筑、造船、车辆、化工容器、生活用品等容器、生活用品等金属基复合材料是宇航、航空技术的理想材

19、料金属基复合材料是宇航、航空技术的理想材料树脂基复合材料树脂基复合材料耐磨陶瓷复合材料膨胀节耐磨陶瓷复合材料膨胀节碳基复合材料碳基复合材料第15页，本讲稿共38页四、复合材料功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用，利用材料的电学、化学等性加强功能的作用，利用材料的电学、化学等性能。能。现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功能复合材料（隐身材料）、导电功能复合材料能复合材料（隐身材料）、导电功能复合材料等，有广阔的发展前

20、景等，有广阔的发展前景第16页，本讲稿共38页五、生物材料生物材料也称为生物工程材料或生物医学材料，是生物体器官缺损、生物材料也称为生物工程材料或生物医学材料，是生物体器官缺损、病变或衰竭的替代材料，也就是人类器官再造材料病变或衰竭的替代材料，也就是人类器官再造材料。生物活性陶瓷生物活性陶瓷已实现与骨相结合，并与软组织相结已实现与骨相结合，并与软组织相结生物化学水泥生物化学水泥在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的修复等过程在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的修复等过程使用使用人工器官人工器官已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工喉、人工眼球、人已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、

21、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等工骨、人工皮、人造血浆和血液等预期研制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官再生作用的生物复合预期研制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官再生作用的生物复合材料材料 第17页，本讲稿共38页六、光电子材料光电子工业异军突起，它包括光通信、光电子工业异军突起，它包括光通信、光计算、激光加工、激光医疗、激光光计算、激光加工、激光医疗、激光印刷、激光影视、激光仪器、激光受印刷、激光影视、激光仪器、激光受控热核反应、激光分离同位素、激光控热核反应、激光分离同位素、激光制导等许多方面。制导等许多方面。探索与发展新型光电子材料，制作高性能、探索与发展

22、新型光电子材料，制作高性能、小型化、集成化的光电子器件，已经成为小型化、集成化的光电子器件，已经成为整个光电子科技领域的前沿。整个光电子科技领域的前沿。光电子信息材料是整个光电子技术的基础光电子信息材料是整个光电子技术的基础和先导。包括淘汰和信息获取材料、信息和先导。包括淘汰和信息获取材料、信息传输材料、信息存储材料以及信息处理和传输材料、信息存储材料以及信息处理和运算材料等，其中主要是各类光电子半导运算材料等，其中主要是各类光电子半导体材料、各种光纤和薄膜材料、各种液晶体材料、各种光纤和薄膜材料、各种液晶显示（显示（LCDLCD）材料等。）材料等。LED发光产品发光产品蓝宝石晶体蓝宝石晶体第

23、18页，本讲稿共38页电子纸电子纸全球第二大液晶显示器生产商全球第二大液晶显示器生产商飞利浦公司宣布，该公司已研发飞利浦公司宣布，该公司已研发出世界首款色出世界首款色“电子纸电子纸”。“电子纸电子纸”是一种超薄、超轻的显示器。飞利浦开发的这款是一种超薄、超轻的显示器。飞利浦开发的这款英寸彩色显示器薄如纸张，并且可以随意折叠弯曲。这款英寸彩色显示器薄如纸张，并且可以随意折叠弯曲。这款“电子纸电子纸”的的电路板由金属制成，而非传统使用的玻璃，从而可以提高产品的灵活性。电路板由金属制成，而非传统使用的玻璃，从而可以提高产品的灵活性。电子纸电子纸”技术与现有的液晶技术有所不同。技术与现有的液晶技术有所

24、不同。“电子纸电子纸”没有目前其他没有目前其他显示设备无法避免的强烈反光，画面分辨率较高，显示效果与视觉效果显示设备无法避免的强烈反光，画面分辨率较高，显示效果与视觉效果同普通书写纸几乎完全相同同普通书写纸几乎完全相同。第19页，本讲稿共38页七、纳米材料纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在一般是指尺寸在1 1100nm100nm间的粒子，间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域域从通常的关于微观和宏观的观点看，这从通常的关于微观和宏观的观点看，

25、这样的系统既非典型的微观系统亦非典样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有统，它具有表面效应、小尺寸效应和表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应。原子排成的原子排成的“原子原子”字样字样第20页，本讲稿共38页几种典型的纳米材料纳米颗粒型材料纳米颗粒型材料纳米固体材料纳米固体材料纳米膜材料纳米膜材料纳米磁性液体材料纳米磁性液体材料碳纳米管碳纳米管纳米算盘纳米算盘C60C60每每1010个一组，个一组，在铜表面形成世在铜表面形成世界上最小的算盘。界上最小的算盘。纳米皇冠纳米皇冠第21页，本讲稿共38页纳米颗粒型材

26、料：纳米颗粒型材料：也称纳米粉末，一般指粒也称纳米粉末，一般指粒度在度在100nm100nm以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。于常规固体的新特性。纳米固体材料纳米固体材料通常指由尺寸小于通常指由尺寸小于1515纳米的纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一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。定热处理工序后所生成的致密型固体材料。氧化锌晶体氧化锌晶体第22页，本讲稿共38页纳米磁性液体材料：纳米磁性液体材料：磁性液磁性液体是由超细微

27、粒包覆一层长体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其它液体所运动，因此具有其它液体所没有的磁控特性。没有的磁控特性。磁性液体尖峰状态磁性液体尖峰状态第23页，本讲稿共38页磁性液体的应用磁性液体的应用：磁性液体静态密封装置（安全阀）磁性液体静态密封装置（安全阀）磁性液体在扬声器上磁性液体在扬声器上的应用，显著改善散的应用，显著改善散热性能，提高功率一热性能，提高功率一倍以上，使音圈自动倍以上，使音圈自动定

28、位，改善频率响应，定位，改善频率响应，减少失真。减少失真。第24页，本讲稿共38页碳纳米管：碳纳米管：碳材料家族中的新成员，为黑色粉末状，是碳材料家族中的新成员，为黑色粉末状，是由类似石墨的碳原子六边形网格所组成的管状物，它一般由类似石墨的碳原子六边形网格所组成的管状物，它一般为多层，直径为几纳米至几十纳米，长度可达数微米甚至为多层，直径为几纳米至几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。数毫米。碳纳米管本身有非常完美的结构，尺寸只有头发碳纳米管本身有非常完美的结构，尺寸只有头发丝的十万分之一，但导电率是铜的丝的十万分之一，但导电率是铜的1 1万倍，强度是钢万倍，强度是钢的的100100倍而重量只有

29、钢的七分之一。它像金刚石那样硬，却倍而重量只有钢的七分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。第25页，本讲稿共38页如果用碳纳米管做绳索，是唯一如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球用它做成地球-月球乘人的电梯，月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。人们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖极易发射电子。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电

30、视屏，这是电视制造的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。业的发展方向。把碳纳米管用作转子的纳米马达把碳纳米管用作转子的纳米马达第26页，本讲稿共38页纳米材料的应用由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增

31、韧等方面有广阔的应用前景。阔的应用前景。陶瓷增韧：陶瓷增韧：由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。性与延展性。纳米陶瓷纳米陶瓷第27页，本讲稿共38页光学方面的应用：光学方面的应用：纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性，如光学非线性、光吸规大块材料不具备的光学特性，如

32、光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等。收、光反射、光传输过程中的能量损耗等。利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种光学材料将在利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关于这方面日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关于这方面研究还处在实验室阶段，有的得到了推广应用。研究还处在实验室阶段，有的得到了推广应用。第28页，本讲稿共38页隐身材料应用：隐身材料应用：由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反微粒材料对这种

33、波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3 34 4个数量级，个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。测目标，起到了隐身作用。美国美国F1

34、17隐形轰炸机机隐形轰炸机机美国美国B2隐形轰炸机隐形轰炸机第29页，本讲稿共38页催化领域的应用：催化领域的应用：催化剂在许多化学化工领域中起着举足催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要纳

35、米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10101515倍。倍。第30页，本讲稿共38页环境保护方面的作用：环境保护方面的作用：随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生人类利用资源和保护环境的能力

36、，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件。创造了条件。治理有害气体：治理有害气体：纳米技术可以制成非常好的催化剂，经它催化的石油中硫的纳米技术可以制成非常好的催化剂，经它催化的石油中硫的含量小于含量小于0.010.01。在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，。在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本

37、无需进行尾气净化处理。根本无需进行尾气净化处理。污水处理：污水处理：污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的凝能力是普通净水剂三氯化铝的10-2010-20倍。倍。第31页，本讲稿共38页光催化剂光催

38、化剂可以很好地降解对室内主要的气体污染物甲醛、可以很好地降解对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等，其中纳米甲笨等，其中纳米TiO2TiO2（钛白粉、二氧化钛（钛白粉、二氧化钛)的降解效率最好，的降解效率最好，达到近达到近100100。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2TiO2的光催化剂也可的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。空气质量。用纳米用纳米TiO2TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大

39、可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大颗粒颗粒TiO2TiO2的的1010倍以上，从而解决大量生活垃圾给城市环境倍以上，从而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。带来的压力。用纳米用纳米TiO2TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染高效、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点。等特点。第32页，本讲稿共38页l自洁作用：纳米自洁作用：纳米TiO2TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有自清洁效应，即其表面具有防污、防雾、

40、易洗、易干等特点。我国具有自清洁效应，即其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点。我国新近研制成功一种具备自动清洁功能，可以自动消除异味、杀菌消毒的新近研制成功一种具备自动清洁功能，可以自动消除异味、杀菌消毒的“纳米自洁净玻璃纳米自洁净玻璃”。l“纳米自洁净玻璃纳米自洁净玻璃”是应用高科技纳米技术在平板玻璃的两面镀制是应用高科技纳米技术在平板玻璃的两面镀制一层纳米薄膜，薄膜在紫外线的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，一层纳米薄膜，薄膜在紫外线的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒。这种玻璃与普通氧化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒。这种玻璃与普通玻璃

41、的价格比预计为玻璃的价格比预计为1.51.5：1 1。纳米材料纳米材料“绝水绝水”雨伞雨伞纳米纳米TIO2台式空气清净机台式空气清净机第33页，本讲稿共38页纳米护腿、护膝、鞋垫纳米护腿、护膝、鞋垫采用纳米远红外材料，具有远红外保健功能；采用纳米远红外材料，具有远红外保健功能；采用纳米磁性材料，兼具磁疗功能；采用纳米磁性材料，兼具磁疗功能；采用纳米永磁材料，没有磁硬块，穿着舒适，洗涤方便；采用纳米永磁材料，没有磁硬块，穿着舒适，洗涤方便；有效激活细胞的代谢能力，增强肌体免疫力；有效激活细胞的代谢能力，增强肌体免疫力；舒筋活络、改善局部血液循环，对关节疼痛止痛迅舒筋活络、改善局部血液循环，对关节

42、疼痛止痛迅速；速；对贴近的肌肤起全方位的按摩及刺激作用；对贴近的肌肤起全方位的按摩及刺激作用；纳米鞋垫采用多种纳米粉体精制而成，除臭效果极佳。纳米鞋垫采用多种纳米粉体精制而成，除臭效果极佳。尤其适用于运动量较大，有脚气、脚癣的朋友们，不必尤其适用于运动量较大，有脚气、脚癣的朋友们，不必清洗，置于日光晒数分钟效果更好。清洗，置于日光晒数分钟效果更好。止痒抗菌功能止痒抗菌功能 吸湿能力较强，产品中的无机抗菌材吸湿能力较强，产品中的无机抗菌材料，可长效抑菌，抑制鞋内真菌繁衍、防治脚气、脚料，可长效抑菌，抑制鞋内真菌繁衍、防治脚气、脚癣等疾病癣等疾病 第34页，本讲稿共38页医学应用：医学应用：将药物

43、储存在碳纳米管中，并通过一定的将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型新型诊断仪器诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和和DNADNA诊断出各种疾病。诊断出各种疾病。采用纳米大分子采用纳米

44、大分子“生物部件生物部件”与小分子无机物晶体与小分子无机物晶体结构组合，采用纳米电子学控制装配成结构组合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。许多的疑难病症得到解决。硅材料新型纳米生物传感器硅材料新型纳米生物传感器纳米机器人纳米机器人第35页，本讲稿共38页家电：家电：用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰箱、空调外壳里的抗菌除作用，可用处作电冰箱、空

45、调外壳里的抗菌除味塑料。味塑料。计算机和电子工业：计算机和电子工业：可以从阅读硬盘上读卡可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑掌上电脑”。纳米存储器，存储密度可达每纳米存储器，存储密度可达每平方厘米平方厘米10万亿字节万亿字节 第36页，本讲稿共38页纺织工业：纺织工业：在合成纤维树脂中添加纳米在合成纤维树脂中添加纳米SiOSiO2 2、纳、纳米米ZnOZnO、纳米、纳米SiOSiO2 2复配

46、粉体材料，经抽丝、织布，复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。维。机械工业：机械工业：采用纳米材料技术对机械关键零部采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。第37页，本讲稿共38页2121世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理

47、和化学世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。的新型产品。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。全面理解纳米科技内涵，促进纳米科技在我国的健康发展全面理解纳米科技内涵，促进纳米科技在我国的健康发展第38页，本讲稿共38页