納米材料的發(fā)展及其展望

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1、第18卷　第3期　　　　　　　世　界　地　質(zhì)　　　　　　　Vol118No131999年9月WORLDGEOLOGYSep11999納米材料的發(fā)展及其展望周少紅甘樹(shù)才　陳　博(南京地質(zhì)學(xué)校,南京210008)(長(zhǎng)春科技大學(xué)應(yīng)用理學(xué)院,長(zhǎng)春130026)　　摘要　介紹了納米材料的研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)。對(duì)納米組裝材料、納米結(jié)構(gòu)材料、納米添加材料、納米涂層材料和納米顆粒的表面修飾和包覆等納米材料的研究進(jìn)行了評(píng)述,并對(duì)21世紀(jì)納米材料的發(fā)展新動(dòng)向提出展望。關(guān)鍵詞　納米微?！〖{米結(jié)構(gòu)材料　團(tuán)簇1　納米材料的發(fā)展概況　　人類對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)分為兩個(gè)層次:一是宏觀,另一個(gè)就是微觀。人們對(duì)宏

2、觀物質(zhì)的研究已經(jīng)很深入,研究歷史也較悠久。微觀物質(zhì)的研究到了20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了團(tuán)簇科學(xué),成為凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)。團(tuán)簇是1nm以下的原子聚合體,它是由幾個(gè)到幾百個(gè)原子構(gòu)成的。1985年Kroto發(fā)現(xiàn)C60和C70是由20個(gè)六邊形和12個(gè)五邊形構(gòu)成的封閉球形。這種結(jié)構(gòu)不同于金剛石和石墨的結(jié)構(gòu),進(jìn)一步研究得出碳原子團(tuán)簇的幻數(shù)為20、24、28、32、36、50、60和70時(shí),具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。團(tuán)簇的研究正處在原子物理、凝聚態(tài)物理、量子化學(xué)、表面科學(xué)和材料科學(xué)等多學(xué)科的交叉領(lǐng)域,因此而構(gòu)成現(xiàn)在的團(tuán)簇物理學(xué)。　　在團(tuán)簇物理研究中,人們?cè)趫F(tuán)簇和亞微米體系之間又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)十分令

3、人注目的新體系,那就是納米體系。這個(gè)體系通常研究的范疇為1～100nm,納米微粒就是這個(gè)體系中的典型代表。由于納米微粒的尺寸小、比表面積大和量子尺寸效應(yīng)使得納米微粒具有不同于常規(guī)固體的新特性,因而成為材料科學(xué)、物理學(xué)及化學(xué)等學(xué)科的前沿焦點(diǎn)。1990年7月在美國(guó)巴爾基摩召開(kāi)了第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議(NanoScienceandTechnology簡(jiǎn)稱NST),正式把納米材料科學(xué)作為材料科學(xué)的一個(gè)新的分支公布于世。納米材料科學(xué)的誕生標(biāo)志著材料科學(xué)已進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代,人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)又前進(jìn)了一大步。1994年10月在德國(guó)斯圖加特大學(xué)召開(kāi)第二屆國(guó)際納米材料學(xué)術(shù)會(huì)議,

4、大會(huì)收到論文287篇,對(duì)高強(qiáng)度、高韌度和高硬度納米材料、納米磁性材料和納米功能材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)納米材料界面結(jié)構(gòu)描述的理論及見(jiàn)解進(jìn)行了全面總結(jié)。1996年7月在美國(guó)夏威夷召開(kāi)了第三屆國(guó)際納米材料學(xué)術(shù)會(huì)議。從1994年到1996年有關(guān)納米材料科技的學(xué)術(shù)論文每年以20%的速度增加,僅在國(guó)際上權(quán)威期刊(按影響因子超過(guò)3.0計(jì)數(shù))上發(fā)表的納米材料科學(xué)的論文每期都有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。專利到1996年比90年代初增加2倍。納米材料研究發(fā)展速度如此之快,對(duì)相關(guān)各個(gè)領(lǐng)域影響之深,出乎人們意料之外。特別是納米材料的應(yīng)用研究已影響到許多產(chǎn)業(yè),逐漸滲透到傳統(tǒng)工業(yè)和高科技企業(yè)。美國(guó)自199

5、4年以來(lái),每年召開(kāi)一次大型的納米材料商業(yè)會(huì)議。由政府牽頭,由科學(xué)家、企業(yè)家和商業(yè)家參加,共同商討納米材料的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。日本也有納米材料的商品出售。面對(duì)這種形勢(shì),我國(guó)高科技領(lǐng)域在“八五”和“九五”研究計(jì)劃　　第一作者簡(jiǎn)介　周少紅　女　25歲　講師　工業(yè)分析專業(yè)　已發(fā)表“離子交換分離熒光法測(cè)定地質(zhì)樣品中微量鈮等”論文　　收稿日期　19990104?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第3期　　　　　　　　　　周少紅等:納米材料的發(fā)展及其展望　　　　　　　　　　　　　101中,也提到重

6、要位置上來(lái),同信息科學(xué)和海洋資源開(kāi)發(fā)一起作為下個(gè)世紀(jì)的重要產(chǎn)業(yè)。目前,縱觀納米材料研究的世界形勢(shì),美國(guó)、日本、德國(guó)、俄羅斯、荷蘭、加拿大等國(guó)的納米材料研究處于領(lǐng)先地位,中國(guó)雖然起步較晚,但也步入世界先進(jìn)的行列。2　納米材料研究的內(nèi)容及特點(diǎn)　　納米材料分為納米微粒和納米固體,納米微粒指單個(gè)納米尺寸的超微粒子,納米微粒的集合體稱為納米粉末或超微粉。納米固體是由納米微粒聚集而成的新型凝聚體,它包括二維的納米薄膜和三維的納米塊體。[1,2]　　納米材料研究的內(nèi)容包括兩個(gè)方面:(1)系統(tǒng)地研究納米材料的性能、微觀結(jié)構(gòu)和波譜特性。通過(guò)和常規(guī)材料對(duì)比,找出納米材料特殊的規(guī)律,建立

7、描述和表征納米材料的新概念和新理論,發(fā)展完善納米材料科學(xué)體系。(2)發(fā)展新型納米材料。納米尺寸的合成為發(fā)展新材料提供了新途徑,這就大大地豐富了納米材料制備科學(xué)?！　∧壳?世界上的材料有100萬(wàn)余種,而天然的材料只占約5%。這就是說(shuō)人工合成材料在材料科學(xué)發(fā)展中占有重要地位。納米尺度的合成為人們?cè)O(shè)計(jì)新型材料尤其是合成復(fù)合材料打開(kāi)了大門。領(lǐng)域納米微粒的特性,人們可以采用納米微粒和納米微粒的復(fù)合(0-0復(fù)合);納米微粒與常規(guī)塊體材料的復(fù)合(0-3復(fù)合);納米微粒與納米薄膜的復(fù)合(0-2復(fù)合)。這樣人們可以把過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的有序相與無(wú)序相、晶體與金屬玻璃、鐵磁相與反鐵磁相、