基本單元構成的材料

基本單元構成的材料

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(0.1-100 nm)或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。

發展

“納米複合聚氨酯合成革材料的功能化”和“納米材料在真空絕熱闆材中的應用”2項合作項目取得較大進展。具有負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态環保合成革戰略升級方向，日前正待開展中試放大研究。

該産品的成功研發及進一步産業化将可輻射帶動300多家同行企業的産品升級換代。聯盟制備出的納米複合絕熱芯材導熱系數可控制為低達4.4mW/mK。該産品已經在企業實現了中試生産，正在建設規模化生産線。

聯盟将重點研究開發阻燃型高效真空絕熱闆及其在建築外牆保溫領域的應用研發和産業化，該技術的開發将進一步促進我國建築節能環保技術水平的提升，帶動安徽納米材料産業進入高速發展期。

複合氧化物一維和零維單晶納米材料

複合氧化物一維和零維單晶納米材料

從尺寸大小來說，通常産生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在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80年代中期研制成功的，後來相繼問世的有納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫學材料等。

稀土納米材料

納米級結構材料簡稱為納米材料(nanometer material)，是指其結構單元的尺寸介于1納米～100納米範圍之間。由于它的尺寸已經接近電子的相幹長度，它的性質因為強相幹所帶來的自組織使得性質發生很大變化。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，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質在整體狀态時所表現的性質。

稀土納米材料

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域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們将宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）後，它将顯示出許多奇異的特性，即它的 光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比将會有顯著的不同。

納米技術的廣義範圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術着重于納米功能性材料的生産（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形态、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工技術）及掃描探針技術。

納米材料具有一定的獨特性，當物質尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變為1000倍，但換算成體積時則将有10的9次方倍之巨，所以二者行為上将産生明顯的差異。

納米粒子異于大塊物質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構，此結構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間結合，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的原子少，表面原子處于不安定狀态，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，也就是造成熔點下降，同時納米粉末将比傳統粉末容易在較低溫度燒結，而成為良好的燒結促進材料。

一般常見的磁性物質均屬多磁區之集合體，當粒子尺寸小至無法區分出其磁區時，即形成單磁區之磁性物質。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，将成為優異的磁性材料。

納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長度，因此将與入射光産生複雜的交互作用。金屬在适當的蒸發沉積條件下，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，可應用于紅外線感測器材料。

1861年，随着膠體化學的建立，科學家們開始了對直徑為1~100nm的粒子體系的研究工作。

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

到了20世紀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（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的納米細粉。Gleiter在高真空的條件下将粒子直徑為6nm的鐵粒子原位加壓成形，燒結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會議（International Conference on Nanoscience&Technology)，正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支。

自20世紀70年代納米顆粒材料問世以來，從研究内涵和特點大緻可劃分為三個階段：

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）：人們關注的熱點是如何利用納米材料已發掘的物理和化學特性，設計納米複合材料，複合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導方向。

第三階段（1994年至今）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構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。它的基本内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構的體系。

納米結構

納米結構是以納米尺度的物質單元為基礎按一定規律構築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粒或半導體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二維體系上。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産生的一些新的效應，也使其成為了研究熱點，按照其中支撐體的種類可将它劃分為無機介孔複合體和高分子介孔複合體兩大類，按支撐體的狀态又可将它劃分為有序介孔複合體和無序介孔複合體。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特性和磁學特性而展開的。美國科學家利用自組裝技術将幾百隻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;将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性能, 利用這種性能為發展數字射線照相技術奠定了基礎。

技術指标

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

應用範圍

1、天然納米材料

海龜在美國佛羅裡達州的海邊産卵，但出生後的幼小海龜為了尋找食物，卻要遊到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最後，長大的海龜還要再回到佛羅裡達州的海邊産卵。如此來回約需5～6年，為什麼海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部内的納米磁性材料，為它們準确無誤地導航。

生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什麼從來不會迷失方向時，也發現這些生物體内同樣存在着納米材料為它們導航。

2、納米磁性材料

在實際中應用的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特别的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質、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、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。

3、納米陶瓷材料

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質地脆，燒結溫度高。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。如果在次高溫下将納米陶瓷顆粒加工成形，然後做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而内部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、納米傳感器

納米二氧化锆、氧化鎳、二氧化钛等陶瓷對溫度變化、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

在航天用的氫氧發動機中，燃燒室的内表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面則要用導熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結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。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合後燒結成形時，就能達到燃燒室内側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。

6、納米半導體材料

将矽、砷化镓等半導體材料制成納米材料，具有許多優異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數也随顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。這些特性在大規模集成電路器件、光電器件等領域發揮着重要的作用。

利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時産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、表面的體積分數較大、表面的化學鍵狀态和電子态與顆粒内部不同、表面原子配位不全，導緻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是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或钯催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應的溫度從600 ℃降低到室溫。

8、醫療上的應用

血液中紅血球的大小為6 000～9 000 nm，而納米粒子隻有幾個納米大小，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，其作用要比傳統的打針、吃藥的效果好。

碳材料的血液相溶性非常好，21世紀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複雜，而且一般隻适用于制備硬材料。

介入性氣囊和導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異的力學性質和容易加工成型的特性，一方面獲得更好的血液相溶性。

實驗結果顯示，這種納米複合材料引起血液溶血的程度會降低，激活血小闆的程度也會降低。

使用納米技術能使藥品生産過程越來越精細，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。納米材料粒子将使藥物在人體内的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體後可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術的新型診斷儀器隻需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質和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

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