納米材料

ist-paddingleft-2" style="margin: 0px; width: 395px; padding: 0px; font-family: sans-serif; font-size: 16px; float: left;">

• 中文名

• 納米材料

• 外文名

  nanometer materials

  目錄

• 范    圍

• 1－100nm

• 類    別

• 基本單元構(gòu)成的材料

1. 1 發(fā)展

2. 2 納米結(jié)構(gòu)

3. 3 技術(shù)指標(biāo)

4. 4 應(yīng)用范圍

5. 5 新材料

6. 6 材料分類

7. ▪ 納米陶瓷

8. ▪ 納米粉末

9. ▪ 納米纖維

10. ▪ 納米膜

11. ▪ 納米塊體

12. 7 制備方法

13. 8 研究成果

14. 9 五大效應(yīng)

15. ▪ 體積效應(yīng)

16. ▪ 表面效應(yīng)

17. ▪ 量子尺寸

18. ▪ 量子隧道

19. ▪ 介電限域

20. 10 現(xiàn)狀

21. 11 二維納米

發(fā)展

“納米復(fù)合聚氨酯合成革材料的功能化”和“納米材料在真空絕熱板材中的應(yīng)用”2項合作項目取得較大進展。具有負(fù)離子釋放功能且釋放量可達2000以上的聚氨酯合成革符合生態(tài)環(huán)保合成革戰(zhàn)略升級方向，日前正待開展中試放大研究。

該產(chǎn)品的成功研發(fā)及進一步產(chǎn)業(yè)化將可輻射帶動300多家同行企業(yè)的產(chǎn)品升級換代。聯(lián)盟制備出的納米復(fù)合絕熱芯材導(dǎo)熱系數(shù)可控制為低達4．4mW／mK。該產(chǎn)品已經(jīng)在企業(yè)實現(xiàn)了中試生產(chǎn)，正在建設(shè)規(guī)?；a(chǎn)線。

聯(lián)盟將重點研究開發(fā)阻燃型高效真空絕熱板及其在建筑外墻保溫領(lǐng)域的應(yīng)用研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，該技術(shù)的開發(fā)將進一步促進我國建筑節(jié)能環(huán)保技術(shù)水平的提升，帶動安徽納米材料產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展期。

復(fù)合氧化物一維和零維單晶納米材料

從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化的細(xì)小微粒的尺寸在0．1微米以下（注1米＝1000毫米，1毫米＝1000微米，1微米＝1000納米，1納米＝10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。

納米金屬材料是20世紀(jì)80年代中期研制成功的，后來相繼問世的有納米半導(dǎo)體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料等。

納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料（nanometer material），是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因為強相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質(zhì)。

納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子（nano particle）組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的

稀土納米材料

光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。

納米材料具有一定的獨特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點來描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。

納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結(jié)，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。

就熔點來說，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點下降，同時納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進材料。

一般常見的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優(yōu)異的磁性材料。

納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長，因此將與入射光產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用。金屬在適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測器材料。 ［1］

1861年，隨著膠體化學(xué)的建立，科學(xué)家們開始了對直徑為1～100nm的粒子體系的研究工作。

真正有意識的研究納米粒子可追溯到20世紀(jì)30年代的日本的為了軍事需要而開展的“沉煙試驗”，但受到當(dāng)時試驗水平和條件限制，雖用真空蒸發(fā)法制成了世界第一批超微鉛粉，但光吸收性能很不穩(wěn)定。

到了20世紀(jì)60年代人們開始對分立的納米粒子進行研究。1963年，Uyeda用氣體蒸發(fā)冷凝法制的了金屬納米微粒，并對其進行了電鏡和電子衍射研究。1984年德國薩爾蘭大學(xué)（Saarland University）的Gleiter以及美國阿貢實驗室的Siegal相繼成功地制得了純物質(zhì)的納米細(xì)粉。Gleiter在高真空的條件下將粒子直徑為6nm的鐵粒子原位加壓成形，燒結(jié)得到了納米微晶體塊，從而使得納米材料的研究進入了一個新階段。

1990年7月在美國召開了第一屆國際納米科技技術(shù)會議（International Conference on Nanoscience＆Technology），正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個新分支。

自20世紀(jì)70年代納米顆粒材料問世以來，從研究內(nèi)涵和特點大致可劃分為三個階段：

第一階段（1990年以前）：主要是在實驗室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究評估表征的方法，探索納米材料不同于普通材料的特殊性能；研究對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這種材料稱為納米晶或納米相材料。

第二階段（1990～1994年）：人們關(guān)注的熱點是如何利用納米材料已發(fā)掘的物理和化學(xué)特性，設(shè)計納米復(fù)合材料，復(fù)合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。

第三階段（1994年至今）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)材料體系正在成為納米材料研究的新熱點。國際上把這類材料稱為納米組裝材料體系或者納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系。

納米結(jié)構(gòu)

納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)按一定規(guī)律構(gòu)筑或營造的一種新體系。它包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微?；虬雽?dǎo)體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，也使其成為了研究熱點，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機介孔復(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無序介孔復(fù)合體。在薄膜嵌鑲體系中，對納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學(xué)特性和磁學(xué)特性而展開的。美國科學(xué)家利用自組裝技術(shù)將幾百只單壁納米碳管組成晶體索“Ropes”，這種索具有金屬特性，室溫下電阻率小于0．0001Ω／m；將納米三碘化鉛組裝到尼龍－11上，在X射線照射下具有光電導(dǎo)性能， 利用這種性能為發(fā)展數(shù)字射線照相奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)指標(biāo)

納米氧化鋁外觀 白色粉末。

納米氧化鋁晶相γ相。

納米氧化鋁平均粒度（nm） 20±5．

納米氧化鋁含量％ 大于 99．9％。

熔點：2010℃－2050 ℃

沸點：2980 ℃

相對密度（水＝1）】：3．97－4．0

應(yīng)用范圍

1、 天然納米材料

海龜在美國佛羅里達州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產(chǎn)卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內(nèi)的納米磁性材料，為它們準(zhǔn)確無誤地導(dǎo)航。

生物學(xué)家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料為它們導(dǎo)航。

2、 納米磁性材料

在實際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ－Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。

3、 納米陶瓷材料

傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、納米傳感器

納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。

5、 納米傾斜功能材料

在航天用的氫氧發(fā)動機中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內(nèi)表面要用陶瓷制作，外表面則要用導(dǎo)熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結(jié)合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結(jié)合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當(dāng)用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結(jié)成形時，就能達到燃燒室內(nèi)側(cè)耐高溫、外側(cè)有良好導(dǎo)熱性的要求。

6、納米半導(dǎo)體材料

將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

利用半導(dǎo)體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導(dǎo)體粒子受光照射時產(chǎn)生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數(shù)有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。

7、納米催化材料

納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表面的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。

鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600 ℃降低到室溫。

8、 醫(yī)療上的應(yīng)用

血液中紅血球的大小為6 000～9 000 nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。

碳材料的血液相溶性非常好，21世紀(jì)的人工心瓣都是在材料基底上沉積一層熱解碳或類金剛石碳。但是這種沉積工藝比較復(fù)雜，而且一般只適用于制備硬材料。

介入性氣囊和導(dǎo)管一般是用高彈性的聚氨酯材料制備，通過把具有高長徑比和純碳原子組成的碳納米管材料引入到高彈性的聚氨酯中，我們可以使這種聚合物材料一方面保持其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和容易加工成型的特性，一方面獲得更好的血液相溶性。

實驗結(jié)果顯示，這種納米復(fù)合材料引起血液溶血的程度會降低，激活血小板的程度也會降低。

使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細(xì)，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。通過納米粒子的特殊性能在納米粒子表面進行修飾形成一些具有靶向，可控釋放，便于檢測的藥物傳輸載體，為身體的局部病變的治療提供新的方法，為藥物開發(fā)開辟了新的方向。

9、納米計算機

世界上第一臺電子計算機誕生于1945年，它是由美國的大學(xué)和陸軍部共同研制成功的，一共用了18 000個電子管，總重量30 t，占地面積約170 ㎡，可以算得上一個龐然大物了，可是，它在1 s內(nèi)只能完成5 000次運算。

經(jīng)過了半個世紀(jì)，由于集成電路技術(shù)、微電子學(xué)、信息存儲技術(shù)、計算機語言和編程技術(shù)的發(fā)展，使計算機技術(shù)有了飛速的發(fā)展。今天的計算機小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬分之一，但運算速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第一代電子計算機。

如果采用納米技術(shù)來構(gòu)筑電子計算機的器件，那么這種未來的計算機將是一種“分子計算機”，其袖珍的程度又遠(yuǎn)非今天的計算機可比，而且在節(jié)約材料和能源上也將給社會帶來十分可觀的效益。

可以從閱讀硬盤上讀卡機以及存儲容量為芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。

10、納米碳管

1991年，日本的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖所示。

這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強度比鋼高出100倍，導(dǎo)電率比銅還要高。

在空氣中將納米碳管加熱到700 ℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內(nèi)形成的金屬絲也特別細(xì)，被稱為納米絲，它產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是具有超導(dǎo)性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導(dǎo)體。

納米技術(shù)在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。

11、家電

用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用為作電冰箱、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。

12、環(huán)境保護

環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)功能獨特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能夠?qū)@些制劑進行過濾，從而消除污染。

13、紡織工業(yè)

在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。

14、機械工業(yè)

采用納米材料技術(shù)對機械關(guān)鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。

新材料

納米新材料配方是一門在100 納米以內(nèi)空間內(nèi)，通過自然更改直接排序原子與分子創(chuàng)造出來的新納米材料的項目。納米新材料與該領(lǐng)域是現(xiàn)代力量和現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新的起點，新的規(guī)律和原理的發(fā)現(xiàn)與全新的理念創(chuàng)設(shè)給予基礎(chǔ)科學(xué)，提供了新的機會，這會成為許多領(lǐng)域的重要改革新動力。納米新材料配方由于SAIZU細(xì)小，擁有很多奇特的性能。1988年Baibich 等第一次在納米Fe／ Cr MS里發(fā)現(xiàn)磁電阻變化率達到百分之五十，與一般的ME比起來要大一個級別，并且是負(fù)值的，各向一樣，稱作GMR 。之后還在納米體系的、隧道結(jié)和Perovskite結(jié)構(gòu)、顆粒膜中發(fā)現(xiàn)巨ME。里面Perovskite結(jié)構(gòu)在一九九三年是發(fā)現(xiàn)且具有極大ME，叫做CMR ，在隧道結(jié)中找到的為TMR。

材料分類

納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

納米陶瓷

利用納米技術(shù)開發(fā)的納米陶瓷材料是利用納米粉體對現(xiàn)有陶瓷進行改性，通過往陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等，使晶粒、晶界以及他們之間的結(jié)合都達到納米水平，使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高。它克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁光學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響，為代替工程陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。

隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，希望以此來克服

陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬似柔韌性和可加工性。

英國材料學(xué)家Cahn指出，納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。 納米耐高溫陶瓷粉涂層材料是一種通過化學(xué)反應(yīng)而形成耐高溫陶瓷涂層的材料

納米粉末

又稱為超微粉或超細(xì)粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料?？捎糜冢焊呙芏却庞涗洸牧?；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶硅和精密光學(xué)器件拋光材料；微芯片導(dǎo)熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷發(fā)動機等）；人體修復(fù)材料；抗癌制劑等。

納米纖維

指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料?？捎糜冢何?dǎo)線、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型激光或發(fā)光二極管材料等。靜電紡絲法是制備無機物納米纖維的一種簡單易行的方法。

納米膜

納米膜分為顆粒膜與致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細(xì)小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級的薄膜。可用于：氣體催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導(dǎo)材料等。

納米塊體

納米塊體是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結(jié)晶而得到的納米晶粒材料。主要用途為：超高強度材料；智能金屬材料等。

制備方法

（1）惰性氣體下蒸發(fā)凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1－100nm的微粒經(jīng)高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結(jié)。國外用上述惰性氣體蒸發(fā)和真空原位加壓方法已研制成功多種納米固體材料，包括金屬和合金，陶瓷、離子晶體、非晶態(tài)和半導(dǎo)體等納米固體材料。我國也成功的利用此方法制成金屬、半導(dǎo)體、陶瓷等納米材料。

（2）化學(xué)方法：1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和結(jié)晶法，適宜制備納米氧化物；2水解法，包括溶膠－凝膠法、溶劑揮發(fā)分解法、乳膠法和蒸發(fā)分離法等。

（3）綜合方法。結(jié)合物理氣相法和化學(xué)沉積法所形成的制備方法。其他一般還有球磨粉加工、噴射加工等方法。

研究成果

納米技術(shù)作為一種最具有市場應(yīng)用潛力的新興科學(xué)技術(shù)，其潛在的重要性毋庸置疑，一些發(fā)達國家都投入大量的資金進行研究工作。如美國最早成立了納米研究中心，日本文教科部把納米技術(shù)，列為材料科學(xué)的四大重點研究開發(fā)項目之一。在德國，以漢堡大學(xué)和美因茨大學(xué)為納米技術(shù)研究中心，政府每年出資6500萬美元支持微系統(tǒng)的研究。在國內(nèi)，許多科研院所、高等院校也組織科研力量，開展納米技術(shù)的研究工作，并取得了一定的研究成果，主要如下：

定向納米碳管陣列的合成，由中國科學(xué)院物理研究所解思深研究員等完成。他們利用化學(xué)氣相法高效制備出孔徑約20納米，長度約100微米的碳納米管。并由此制備出納米管陣列，其面積達3毫米×3毫米，碳納米管之間間距為100微米。

氮化鎵納米棒的制備，由清華大學(xué)范守善教授等完成。他們首次利用碳納米管制備出直徑3～40納米、長度達微米量級的半導(dǎo)體氮化鎵一維納米棒，并提出碳納米管限制反應(yīng)的概念。并與美國斯坦福大學(xué)戴宏杰教授合作，在國際上首次實現(xiàn)硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長。

準(zhǔn)一維納米絲和納米電纜，由中國科學(xué)院固體物理研究所張立德研究員等完成。他們利用碳熱還原、溶膠－凝膠軟化學(xué)法并結(jié)合納米液滴外延等新技術(shù)，首次合成了碳化鉭納米絲外包絕緣體SiO2納米電纜。

用催化熱解法制成納米金剛石，由山東大學(xué)的錢逸泰等完成。他們用催化熱解法使四氯化碳和鈉反應(yīng)，以此制備出了金剛石納米粉。

但是，同國外發(fā)達國家的先進技術(shù)相比，我們還有很大的差距。德國科學(xué)技術(shù)部曾經(jīng)對納米技術(shù)未來市場潛力作過預(yù)測：他們認(rèn)為到2000年，納米結(jié)構(gòu)器件市場容量將達到6375億美元，納米粉體、納米復(fù)合陶瓷以及其它納米復(fù)合材料市場容量將達到5457億美元，納米加工技術(shù)市場容量將達到442億美元，納米材料的評價技術(shù)市場容量將達到27．2億美元。并預(yù)測市場的突破口可能在信息、通訊、環(huán)境和醫(yī)藥等領(lǐng)域。

總之，納米技術(shù)正成為各國科技界所關(guān)注的焦點，正如錢學(xué)森院士所預(yù)言的那樣：＂納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點，會是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。＂

2011年10月19日歐盟委員會通過了對納米材料的定義，之后又對這一定義進行了解釋。根據(jù)歐盟委員會的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀或團塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個材料的所有顆粒總數(shù)中占50％以上。

1納米等于十億分之一米。在納米尺度上，一些材料具有很多特殊功能。納米材料已在人們的工作和生活中得到廣泛應(yīng)用。

在歐盟委員會通過的納米材料定義中，為什么限定基本顆粒大小在1納米至100納米之間？歐盟委員會認(rèn)為，已知的大多數(shù)納米材料的基本組成顆粒都在這一范圍內(nèi)，當(dāng)然超出這一范圍的材料也有可能具有納米材料的特點。這一規(guī)定是為了使標(biāo)準(zhǔn)明確。

為什么要求納米材料的基本顆?？倲?shù)量在整個材料的所有顆?？倲?shù)中占50％以上？歐盟委員會認(rèn)為，納米顆粒比例過低會淹沒整個材料的納米特性，50％是一個比較合適的比例。另外，用納米顆粒的數(shù)量比例而不是用質(zhì)量比例作為納米材料的衡量標(biāo)準(zhǔn)，更能體現(xiàn)納米材料的特點。因為一些納米材料密度很低，在質(zhì)量比例較小的情況下已經(jīng)能顯現(xiàn)出明顯的納米材料特點。

為什么納米材料包括天然材料？歐盟委員會認(rèn)為，納米材料應(yīng)按照基本組成顆粒的大小來定義，不管它是天然的還是人造的。實際上一些天然材料也具有人造納米材料的特點。

為什么把具有納米結(jié)構(gòu)的材料排除在納米材料之外？歐盟委員會認(rèn)為，盡管這種材料也具有納米材料的特點，但還無法對納米結(jié)構(gòu)進行明確定義，因而不具有可操作性。

為什么含納米材料的產(chǎn)品不是納米材料？歐盟委員會認(rèn)為，納米材料是原材料或者原材料的混合物，當(dāng)它與其他材料制成產(chǎn)品后，已經(jīng)與其他材料形成新的材料，因而制得的產(chǎn)品就不再是納米材料了。

不過，歐盟委員會也承認(rèn)，這一定義還有不完善之處，并因此決定在2014年根據(jù)科技的發(fā)展和定義的實際實施情況修訂這一定義。（轉(zhuǎn)自新華網(wǎng)）

五大效應(yīng)

體積效應(yīng)

當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波相當(dāng)或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。納米粒子的以下幾個方面效應(yīng)及其多方面的應(yīng)用均基于它的體積效應(yīng)。例如，納米粒子的熔點可遠(yuǎn)低于塊狀本體，此特性為粉粉冶金工業(yè)提供了新工藝；利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸變化的性質(zhì)，可以改變顆粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一種頻寬的微波吸收納米材料，用于電磁屏蔽，隱形飛機等。

表面效應(yīng)

表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子與總原子數(shù)之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。表9－2給出了納米粒子尺寸與表面原子數(shù)的關(guān)系。

表1 納米粒子尺寸與表面原子數(shù)的關(guān)系

從表可以看出，隨粒徑減小，表面原子數(shù)迅速增加。另外，隨著粒徑的減小，納米粒子的表面積、表面能的都迅速增加。這主要是粒徑越小，處于表面的原子數(shù)越多。表面原子的晶體場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易于其他原子想結(jié)合而穩(wěn)定下來，因而表現(xiàn)出很大的化學(xué)和催化活性。

量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值時，費米能級接近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。Kubo采用一電子模型求得金屬超微粒子的能級間距為：4Ef／3N

式中Ef為費米勢能，N為微粒中的原子數(shù)。宏觀物體的N趨向于無限大，因此能級間距趨向于零。納米粒子因為原子數(shù)有限，N值較小，導(dǎo)致有一定的值，即能級間距發(fā)生分裂。半導(dǎo)體納米粒子的電子態(tài)由體相材料的連續(xù)能帶隨著尺寸的減小過渡到具有分立結(jié)構(gòu)的能級，表現(xiàn)在吸收光譜上就是從沒有結(jié)構(gòu)的寬吸收帶過渡到具有結(jié)構(gòu)的吸收特性。在納米粒子中處于分立的量子化能級中的電子的波動性帶來了納米粒子一系列特性，如高的光學(xué)非線性，特異的催化和光催化性質(zhì)等。

量子隧道

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘產(chǎn)生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。用此概念可定性解釋超細(xì)鎳微粒在低溫下保持超順磁性等。

介電限域

納米粒子的介電限域效應(yīng)較少不被注意到。實際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質(zhì)所包圍，而這些介質(zhì)的折射率通常比無機半導(dǎo)體低。光照射時，由于折射率不同產(chǎn)生了界面，鄰近納米半導(dǎo)體表面的區(qū)域﹑納米半導(dǎo)體表面甚至納米粒子內(nèi)部的場強比輻射光的光強增大了。這種局部的場強效應(yīng)，對半導(dǎo)體納米粒子的光物理及非線性光學(xué)特性有直接的影響。對于無機－有機雜化材料以及用于多相反應(yīng)體系中光催化材料，介電限域效應(yīng)對反應(yīng)過程和動力學(xué)有重要影響

上述的小尺寸效應(yīng)﹑表面效應(yīng)﹑量子尺寸效應(yīng)﹑宏觀量子隧道效應(yīng)和介電限域應(yīng)都是納米微粒和納米固體的基本特征，這一系列效應(yīng)導(dǎo)致了納米材料在熔點﹑蒸氣壓﹑光學(xué)性質(zhì)﹑化學(xué)反應(yīng)性﹑磁性﹑超導(dǎo)及塑性形變等許多物理和化學(xué)方面都顯示出特殊的性能。它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)許多奇異的物理﹑化學(xué)性質(zhì)。

現(xiàn)狀

納米技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和新材料開發(fā)等應(yīng)用研究都得到了快速的發(fā)展，并且在傳統(tǒng)材料、醫(yī)療器材、電子設(shè)備、涂料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數(shù)幾個國家初步實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫(yī)療診斷材料等產(chǎn)品仍處于開發(fā)研制階段。2010年全球納米新材料市場規(guī)模達22．3億美元，年增長率為14．8％。今后幾年，隨著各國對納米技術(shù)應(yīng)用研究投入的加大，納米新材料產(chǎn)業(yè)化進程將大大加快，市場規(guī)模將有放量增長。納米粉體材料中的納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米氧化硅等幾個產(chǎn)品已形成一定的市場規(guī)模；納米粉體應(yīng)用廣泛的納米陶瓷材料、納米紡織材料、納米改性涂料等材料也已開發(fā)成功，并初步實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，納米粉體顆粒在醫(yī)療診斷制劑、微電子領(lǐng)域的應(yīng)用正加緊由實驗研究成果向產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)移。

二維納米

澳大利亞科學(xué)家研制出一種由氧化鉬晶體制成的新型二維納米材料，有可能給電子工業(yè)帶來革命，使“納米”一詞不再停留于營銷概念而成為現(xiàn)實。 ［2］  在材料學(xué)中，厚度為納米量級的晶體薄膜通常被視作二維的，即只有長寬，厚度可忽略不計，稱為二維納米材料。新研制出的這種材料厚度僅有11納米，它有著獨特的性質(zhì)，電子在其內(nèi)部能以極高速度運動。 ［2］  科學(xué)家說，他們是從另一種奇妙的新材料——石墨烯得到啟發(fā)的。石墨烯是單層碳原子網(wǎng)，是人類已知的最薄材料，電子在其中也能高速運動。但石墨烯缺乏能隙，用它制造的晶體管無法實現(xiàn)電流開關(guān)。氧化鉬材料本身擁有能隙，將它制成類似石墨烯的薄片后，既支持電子高速運動，其半導(dǎo)體特性又適合制造晶體管。 ［2］

科學(xué)家說，在新材料內(nèi)部，電子極少因為遇到“路障”而散射，可以流暢地迅速運動。利用這種新材料可研制出更小、數(shù)據(jù)傳輸速度更快的電子元件和產(chǎn)品，例如性能與臺式電腦相當(dāng)?shù)?span id="tna85nq" class='hrefStyle'>平板電腦。 ［2］  ＜p＞電子產(chǎn)品的性能取決于半導(dǎo)體集成能力，在過去幾十年里，技術(shù)進步使晶體管體積大大縮小，硅芯片性能提高了成千上萬倍，帶來了信息技術(shù)革命。但受限于硅材料本身的性質(zhì)，傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)趨近極限?？茖W(xué)家正在積極尋找新一代半導(dǎo)體核心材料。 ［2］  ＜p＞研究小組已經(jīng)用新材料制造出納米尺度的晶體管。他們預(yù)計，如果被電子工業(yè)所接受，氧化鉬有可能在5到7年內(nèi)成為電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)材料。相關(guān)論文發(fā)表在1月4日的《先進材料》雜志上。 ［2］