纳米材料技术介绍
专 业： 机械设计制造及其自动化
学生姓名： 胡宇杨 学 号： 1120101117 班 级： D机制131
引言：纳米概念是1959年木，诺贝尔奖获得着理查德.费曼在一次讲演中提出的。他在“There is plenty of room at thebottom”的讲演中提到，人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器，而这较小的机器可以制作更小的机器，这样一步步达到分子尺度，即逐级缩小生产装置，以至最后直接按意愿排列原子，制造产品。他预言，化学将变成根据人仃〕的意愿逐个地准确放置原子的技术问题，这是最早具有现代纳米概念的思想。20世纪80年代末、90年代初，出现了表征纳米尺度的重要工具一扫描隧道显微镜(STM)，原子力显微镜(AFM)一认识纳米尺度和纳米世界物质的直接的工具，极大地促进了在纳米尺度上认识物质的结构以及结构与性质的关系，出现了纳米技术术语，形成了纳米技术。
其实说起来纳米只是一个长度单位，1纳米(nm)=10又负3次方微米=10又负6次方毫米(mm)=10又负9次方米(m)=l0A。纳米科学与技术(Nano-ST)是研究由尺寸在1-100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。关于纳米技术，从迄今为止的研究状况来看，可以分为4种概念。在这里就不一一介绍了。
1纳米材料的特性
纳米是一种度量单位，1 nm为百万分之一毫米，即l毫微米，也就是十亿分之一米，一个原子约为0 1 nm。纳米材料是一种全新的超微固体材料，它是由纳米微粒构成，其中纳米颗粒的尺寸为l～100 nm。纳米技术就是在100 nm以下的微小结构上对物质和材料进行研究处理，即用单个原子、分子制造物质的科学技术?。
纳米微粒是由数目较少的原子和分子组成的原子群或分子群，其占很大比例的表面原于是既无长程序又无短程序的非晶层：而在粒子内部，存在结晶完好的周期性排布的原子，不过其结构与晶体样品的完全长程序结构不同。正是纳米微粒的这种特殊结构，导致了纳米微粒奇异的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应，并由此产生许多纳米材料与常规材料不同的物理、化学特性。
1．1表面与界面效应
纳米材料的表面效应口即纳米微粒表面原子与总原子数比随纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子的表面能及表面张力也随之增加，从而引起纳米榻料性质的变化。例如，粒径为5 nm的SiC比表面积高达300 ／12／g；而纳米氧化锡的表面积随粒径的变化更为显著，10 lltlfl时比表面积为90．3 m2／g，5 nm时比表面积增加到181 m2／g，而当粒径小于2 nm时，比表面积猛增到450 m2／g。这样大的比表面积使处于表面的原子数大大增加．这些袭面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在着大量的表而缺陷和许多悬挂键，具有高度的不饱和性质，因而使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来，具有很高的化学反应活性。
另外，处于高度活化状态的纳米微粒的表面能也很高，比表面积和裘面能可使纳米微粒具有很强的化学反应活性。例如，金属纳米微粒在空气中会燃烧．一些氧化物纳米微粒暴露在大气中会吸附气体，并与气体进行反应等。此外，由于纳米微粒表面原予的畸形也引起表面电子自旋构象和电子能潜的变化，所以纳米材料具有新的光学及电学性能。例如，一些氧化物、氮化物的纳米微粒对红外线有良好的吸收和发射作用，对紫外线有良好的屏蔽作用。
1．2小尺寸效应
当超微粒子的尺寸与光波波长、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，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸效应。例如，光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态，超导相向正常相的转变；声子谱发生改变。纳米微粒的这些小尺寸效应为实用技术开 拓了新领域。例如，银的熔点为900'C，而纳米银粉熔点可降低到100，C，此特性为粉末冶金工业提供了新工艺。利用等离子共振频率颗粒尺寸变化的性质，可以通过改变颗粒尺寸来控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。
1. 3量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级现象，其
1Ef￡??3N 关系为：
式中￡为能级间距；E为费米能级；N为总电子数。宏观物体包含无限个原子(即所含电子数，N??），于是??0，即大粒子或宏观物体的能级间距几乎为零；而纳米微粒包含的原子数有限，N值很小，导致有一定的值，即能级间距发生分裂。块状金属的电子能谱为准连续能带，而当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导的凝聚态能时，必须考虑量子效应，这就导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性的显著不同，称为量子尺寸效应。
1．4物理特性
纳米材料的物理效应包括磁学、光学特性。
纳米材料的直径小，材料以离子键及共价键为主要结合力。与晶体相比，对光的吸收能力增强，表现出宽频带、强吸收、反射率低的特点。例如，尽管各种块状金属有不同颜色，但当其细化到纳米级的颗粒时所有金属都有呈现出黑色；有些物体还会出现新的发光现象，
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