对纳米材料的简单认识

对纳米材料的简单认识

学了一个学期的纳米材料与技术，现在对纳米材料的认识还是很浅薄。下面我来说说我对纳米材料的一点认识吧。

在日常生活中，我们经常听到纳米材料这个词，那么什么是纳米材料呢？ 按照对尺度范围的一般认定，纳米尺度范围应包含亚纳米，即介于0.1 nm～100 nm之间。

亚纳米尺度：与微观领域有明显的重叠，而且有专门用来描述微观领域分子、原子大小的尺度单位埃（1Å = 0.1nm），因此，现在一般认为纳米科技的尺度范围是1 nm～100 nm。

已发现尺度小于1nm的纳米材料：C60的直径为0.7nm、最细的单壁碳纳米管的直径仅为0.33nm，所以也有一些学者建议将纳米科技的尺度范围定义为0.1 nm～100 nm。

知道了纳米材料的定义，从它的定义中我们似乎也只知道了它的小，那么我们平常说的它的功能强大，究竟是那一些功能强大呢？又是主要应用在那些领域呢？

其实纳米材料的神奇之处，就在于当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。下面我们逐点说明它的特点和应用： 力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强 度与粒径成反比。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

1.热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。

2.电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

3.磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

纳米材料的应用：

1. 特殊性能材料的生产，材料科学领域无疑会是纳米材料的重要应用领域。比如说纳米陶瓷材料。纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的

性能，它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应，这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域，并将会对高技术和新材料的开发产生重要作

2. 生物医学中的纳米技术应用，生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。

3. 纳米生物计算机开发，生物计算机的主要原材料之一是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。由于蛋白质分子能自我组合，再生新的微型电路，从而使得生物计算机具有生物体的一些特点，如能发挥生物本身的调节机能、自动修复芯片上发生的故障，还能使其模仿人脑的机制等。

4. 新的国防科技革命，纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。

5. 其他领域

除此之外，纳米材料还在诸如海水净化、航空航天、环境能源、微电子学等其他领域也有着逐渐广泛的应用，纳米材料在这些领域都在逐渐发挥着光和热。

上面所说的似乎离我们太远了，那我就举一下最接近我们生活的例子吧。比如说荷叶不沾水这种现象吧，就是因为荷叶的表面附着无数个微米级的蜡质乳突结构，每个微米级乳突的表面又附着许许多多与其结构相似的纳米级颗粒，科学家将其称为荷叶的微米－纳米双重结构。正是具有这些微小的双重结构，使荷叶表面与水珠儿或尘埃的接触面积非常有限，因此便产生了水珠在叶面上滚动并能带走灰尘的现象。而且水不留在荷叶表面。科学家就利用了这一点生产出了不粘锅。其实生活中的还有地方都能看到纳米材料的影子，比如说蝴蝶多变的美丽色彩啊，坚硬的贝壳啊，等等。

因为纳米材料的强大功能我们相信，在不久的将来，人类社会将会因纳米材料而发生革命性的改变。因此我要更多的去了解和研究纳米材料。