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纳米资料毕竟是什么资料?

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  纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料,它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。

  纳米材料的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

  纳米材料具有一定的独特性,当物质尺度小到一定程度时,则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为,当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时,其粒径虽改变为1000倍,但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨,所以二者行为上将产生明显的差异。

  纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产(超微粉、镀膜、纳米改性材料等),性能检测技术(化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能)。

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  当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化,这就是纳米粒子的体积效应。

  纳米粒子的以下几个方面效应及其多方面的应用均基于它的体积效应。例如,纳米粒子的熔点可远低于块状本体,此特性为粉粉冶金工业提供了新工艺。

  利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质,可以改变颗粒尺寸,控制吸收的位移,制造具有一种频宽的微波吸收纳米材料,用于电磁屏蔽,隐形飞机等。

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  纳米级结构材料简称为纳米材料,是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

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  1、纳米材料具有一定的独特性,当物质尺度小到一定程度时,则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为,当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时,其粒径虽改变为1000倍,但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨,所以二者行为上将产生明显的差异。

  2、纳米材料由于微粒数骤增,其整个表面积变得极大,从而处于使粒子界面上的原子比例也变得非常高,通常可达到总原子数的一半左右。因此,纳米材料常会具有奇特的光、电、磁、热、力和化学等方面的性质,和宏观材料显得与众不同。例如,金的熔点为1063°C,如将金制成纳米粉末后,熔点可降低到330°C;银的熔点为961°C,制成纳米银粉后熔点可降低至100°C。再如有些催化剂制成纳米材料后,由于表面积变大,活性成倍提高,催化反应的温度也可下降好几百度。

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  纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟,是生产其他三类产品的基础。

  1、纳米粉末,又称为超微粉或超细粉,一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒,是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于:高密度磁记录材料;吸波隐身材料;磁流体材料;防辐射材料;单晶硅和精密光学器件抛光材料;微芯片导热基片与布线材料;微电子封装材料;光电子材料;先进的电池电极材料;太阳能电池材料;高效催化剂;高效助燃剂;敏感元件;高韧性陶瓷材料(摔不裂的陶瓷,用于陶瓷发动机等);人体修复材料;抗癌制剂等。

  2、纳米纤维,指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于:微导线、微光纤(未来量子计算机与光子计算机的重要元件)材料;新型激光或发光二极管材料等。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。

  3、纳米膜,纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起,中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于:气体催化(如汽车尾气处理)材料;过滤器材料;高密度磁记录材料;光敏材料;平面显示器材料;超导材料等。

  4、纳米块体,纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为:超高强度材料;智能金属材料等。

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  纳米材料到底是什么? 发布时间: 2008-5-16 15:10:14 浏览次数: 227 日本厚生劳动省2008年4月4日召开了审议纳米材料安全性等问题的第二次联合研讨会(会议主持:中央劳动灾害防止协会日本生物鉴定研究中心主任福岛昭治)。此次共举办了“防止劳动者曝露于对人体有害性尚不明确的化学物质中”和“关于纳米材料安全性”两场研讨会。此次的主题是“纳米材料到底是什么?”。另外还公布了纳米材料的用途及产量等基础数据,并做了现状报告,还对将在今后研讨会上讨论的基础数据进行了确认。 关于“纳米材料的范围”,日本厚生劳动省负责人表示,一般以ISO(国际标准化委员)TC229委员会的方案为基础将其定义为“一维尺寸小于100nm的材料”。另外表示,美国、英国、澳大利亚等的相关行政部门也基本采用这一定义。还指出了纳米材料凝聚在一起达到μm尺寸时如何界定的问题。 物质与材料研究机构纳米物质实验室富勒烯工学小组对“纳米材料的性质”进行了解释。该小组指出纳米物质在电子状态变化时会发生异常现象,其化学性质、力学性质及电性都会发生异常。比如,碳纳米管单层品的表面积计算值约为1300m2/g,多层品约为20~180m2/g,差异非常大。电性方面,当半导体纳米微粒的微粒径为4.5nm时变成红色,3.5nm时变成绿色,2.5nm时变成蓝色。这些便是普通材料中难以想象的“纳米尺寸效应”。 轮胎用碳黑的用量最多 关于“纳米材料的用途及产量”,平成19年度(2007年度)实施过调查的东丽经营研究所(千叶县浦安市)公布了调查结果。主要纳米材料的用量排名依次是,碳黑(碳)为83万t,二氧化硅为1万3500t,氧化钛为1250t,氧化锌为480t。纳米技术中备受关注的碳纳米纤维为60~70t,多层碳纳米管为60t,富勒烯为2t,单层碳纳米管为0.1t。其中碳黑在用量中占到约97.8%,主要用于轮胎。二氧化硅的主要用途是硅橡胶,占到57%。氧化钛有60%用于化妆品。 日本经济产业省成立的纳米技术产业推进协会(NBCI)介绍了“纳米材料的开发状况”。富勒烯已被体育用品等采用,目前的研发项目正在开拓其在燃料电池、太阳能电池、バ生物材料药品以及化妆品等领域的用途,并且正在推进将单层碳纳米管作为晶体管、燃料电池及储氢材料的研究开发。 在因可以直接将纳米材料涂在皮肤上而备受瞩目的化妆品方面,日本工业联合会以“纳米原料与化妆品”为题做了报告。面向化妆品制造商与进口销售商的问卷调查结果显示:以纳米材料为原料的120家企业中,使用氧化钛的有115家(96%),使用氧化锌的有72家(60%),使用二氧化硅类材料的有26家(22%)。主要用途是防晒及当作粉底。氧化钛和氧化锌在40年前曾被配合用来防紫外线,由于微粒径越小,功能越高,因此逐渐变成了纳米材料。 日本劳动安全卫生综合研究所介绍了“纳米材料的检测与管理方法”。计测空气中纳米材料微粒的方法多采用实时计测微粒数量及粒径分布的气溶胶检测法。该检测法检测光散射程度。与分级设备配合使用。而凝聚状态、形状及成分等主要采用基于电子显微镜的观察法,虽然可以精密检测,但无法实时计测。 专业领域各不相同的各委员向各介绍方提出疑问,确认了将成为今后审议基础的基础数据,在达成共识之后,研讨会才落幕闭会。

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