【正文】 識新規(guī)律，提出新概念，建立新理論，為構(gòu)筑納米材料科學(xué)體系新框架奠定基礎(chǔ)，也將極大豐富納米物理和納米化學(xué)等新領(lǐng)域的研究內(nèi)涵。正像美國科學(xué)家估計(jì)的“這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質(zhì)很可能給予各個(gè)領(lǐng)域帶來一場革命” 。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來 10 年對社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國力增強(qiáng)最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一 [2]。按材料物性，可分為納米半導(dǎo)體、納米磁性材料、納米非線性光學(xué)材料、納米鐵電體、納米超導(dǎo)材料、納米熱電材料等。簡單地說，是指用晶粒尺寸為納米級的微小顆粒制成的各種材料，其納米顆粒的大小不應(yīng)超過 100 納米，而通常情況下不應(yīng)超過 10 納米。第一個(gè)真正認(rèn)識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們在 20 世紀(jì) 70 年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在 1—100 納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。水熱合成不同形態(tài) YF3納米線及其表征 摘 要本課題采用以 NH4F 為氟源，Y(NO 3)3 為釔源，在不同反應(yīng)溫度，不同 PH 值的條件下，通過簡單的水熱法合成了納米粉體沉淀，經(jīng)洗滌、過濾、干燥粉碎、真空脫水制得不同形態(tài)的氟化釔晶體，再經(jīng)過 X 射線衍射(XRD)結(jié)果表明所得的產(chǎn)物確實(shí)為 YF3 晶體。就象毫米、微米一樣，納米是一個(gè)尺度概念，并沒有物理內(nèi)涵。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識到這個(gè)尺度范圍的性能。廣義地說，所謂納米材料,是指微觀結(jié)構(gòu)至少在一維方向上受納米尺度（1nm ——100nm）調(diào)制的各種固體超細(xì)材料，它包括零維的原子團(tuán)蔟（幾十個(gè)原子的聚集體）和納米微粒；一維調(diào)制的納米多層膜；二維調(diào)制的納米微粒膜（涂層） ；以及三維調(diào)制的納米相材料。按化學(xué)組份，可分為納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復(fù)合材料。新材料的創(chuàng)新，以及在此基礎(chǔ)上誘發(fā)的新技術(shù)。例如，存儲密度達(dá)到每平方厘米 400g 的磁性納米棒陣列的量子磁盤，成本低廉、發(fā)光頻段可調(diào)的高效納米陣列激光器，價(jià)格低廉高能量轉(zhuǎn)化的納米結(jié)構(gòu)太陽能電池和熱電轉(zhuǎn)化元件，用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強(qiáng)高韌納米復(fù)合材料等的問世，充分顯示了它在國民經(jīng)濟(jì)新型支柱產(chǎn)業(yè)和高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力。由于納米結(jié)構(gòu)單元的尺度（1～100urn）與物質(zhì)中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導(dǎo)相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當(dāng)，從而導(dǎo)致納米材料和納米結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領(lǐng)域。利用新物性、新原理、新方法設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)原理性器件以及納米復(fù)合傳統(tǒng)材料改性正孕育著新的突破。進(jìn)入 90 年代，納米材料研究的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大，領(lǐng)域逐漸拓寬。據(jù) 1999 年 7 月 8 日《自然》最新報(bào)道，納米材料應(yīng)用潛力引起美國白宮的注意；美國總統(tǒng)克林頓親自過問納米材料和納米技術(shù)的研究，決定加大投資，今后 3 年經(jīng)費(fèi)資助從 億美元增 加至 5 億美元。為了加速美國納米材料和技術(shù)的研究，白宮采取了臨時(shí)緊急措施，把原 億美元的資助強(qiáng)度提高到 億美元。美國白宮戰(zhàn)略規(guī)劃辦公室還認(rèn)為納米材料是納米技術(shù)最為重要的組成部分。 最近美國柯達(dá)公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體，預(yù)計(jì)將給彩色印橡帶來革命性的變革。3）國內(nèi)研究進(jìn)展我國納米材料研究始于 80 年代末， “八五” 期間， “納米材料科學(xué)”列入國家攀登項(xiàng)目。中國科學(xué)院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院化學(xué)研究所、清華大學(xué)，還有吉林大學(xué)、東北大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、青島化工學(xué)院、華東師范大學(xué)，華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所、長春應(yīng)用化學(xué) 研究所、長春物理研究所、感光化學(xué)研究所等也相繼開展了納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。 近年來，我國在功能納米材料研究上取得了舉世矚目的重大成果，引起了國際上的關(guān)注。這方面的文章發(fā)表在1996 年的美國《科學(xué)》雜志上。英國《金融時(shí)報(bào)》以“ 碳納米管進(jìn)入長的階段 ”為題介紹了有關(guān)長納米管的工作。五是制備成功一維納米絲和納米電纜，該成果研究論文在瑞典召開的 1998 年第四屆國際納米會議宣讀后，許多外國科學(xué)家給予高度評價(jià)。美國《化學(xué)與工程新聞》雜志還發(fā)表題為“ 稻草變黃金 從四氯化碳（cc14）制成金剛石”一文，予以高度評價(jià)。目前和今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)這些單位仍然是我國納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究的中堅(jiān)力量。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的評價(jià)手段基本齊全，達(dá)到了國際 90 年代末的先進(jìn)水平。 最近幾年，我國納米科技工作者在國際上發(fā)表了一些有影響的學(xué)術(shù)論文，引起了國際同行的關(guān)注和稱贊。美國 2022 年通過了“國家納米技術(shù)啟動計(jì)劃（National Technology Initiative） ”，年度撥款已達(dá)到 5 億美元以上。許多大學(xué)也相繼建立了一系列納米技術(shù)研究中心。早在“尤里卡計(jì)劃”中就將納米技術(shù)研究納入其中，現(xiàn)在又將納米技術(shù)列入歐盟 2022——2022 科研框架計(jì)劃。 中國在上世紀(jì) 80 年代，將納米材料科學(xué)列入國家“863 計(jì)劃” 、和國家自然基金項(xiàng)目，投資上億元用于有關(guān)納米材料和技術(shù)的研究項(xiàng)目。納米技術(shù)的應(yīng)用研究正在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤 4 大領(lǐng)域高速發(fā)展。納米技術(shù)對我們既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)遇，必須加倍重視納米技術(shù)和納米基礎(chǔ)理論的研究，為我國在 21 世紀(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)騰飛奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。納米技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用主要表現(xiàn)在 3 個(gè)方面：①網(wǎng)絡(luò)通訊、寬頻帶的網(wǎng)絡(luò)通訊、納米結(jié)構(gòu)器件、芯片技術(shù)以及高清晰度數(shù)字顯示技術(shù)。④壓敏電阻、非線性電阻等，可添加氧化鋅納米材料改性。近年來，不少公司致力于把光催化等納米技術(shù)移植到水處理產(chǎn)業(yè)，用于提高水的質(zhì)量，已初見成效；采用稀土氧化鈰和貴金屬納米組合技術(shù)對汽車尾氣處理器件的改造效果也很明顯；治理淡水湖內(nèi)藻類引起的污染，最近已在實(shí)驗(yàn)室初步研究成功。在開發(fā)新能源方面國外進(jìn)展較快，就是把非可燃?xì)怏w變成可燃?xì)怏w。納米生物醫(yī)藥就是從動植物中提取必要的物質(zhì)，然后在納米尺度組合，最大限度發(fā)揮藥效，這恰恰是我國中醫(yī)的想法。據(jù)美國測算，到 21世紀(jì) 30 年代，汽車上 40％鋼鐵和金屬材料要被輕質(zhì)高強(qiáng)材料所代替，這樣可以節(jié)省汽油 40％，減少 co2，排放 40％，就這一項(xiàng)，每年就可給美國創(chuàng)造社會效益 1000 億美元。合肥美菱集團(tuán)從 1996 開始研制納米冰箱，可折疊的 pvc 磁性冰箱門封不發(fā)霉，用的是抗菌涂料，里面的果盤都采用納米材料，發(fā)展輕工、電子和家用電器可以帶動涂料、材料、電子原器件等行業(yè)發(fā)展；其次是紡織。 1999 年 8 月 20 日《美國商業(yè)周刊》在展望 21 世紀(jì)可能有突破性進(jìn)展的領(lǐng)域時(shí)，對生命科學(xué)和生物技術(shù)、納米科學(xué)和納米技術(shù)及從外星球上索取能源進(jìn)行了預(yù)測和評價(jià)，并指出這是人類跨入 21 世紀(jì)面臨的新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此納米材料所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)出的性質(zhì)。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。高分子復(fù)合納米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低 3 個(gè)數(shù)量級，磁性比 FeBO3 和 FeF3 透明體至少高 1 個(gè)數(shù)量級，從而在光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。并根據(jù)低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。例如CrCr2O3 顆粒膜對太陽光有強(qiáng)烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能。 f)生物醫(yī)藥材料應(yīng)用 納米粒子比紅血細(xì)胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動，如果利用納米粒子研制成機(jī)器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對人體進(jìn)行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。這種尺度上，量子力學(xué)效應(yīng)很重要,因此也被稱作量子線 。典型的納米線的縱橫比在 1000 以上,因此它們通常被稱為一維材料。這種分立值是由納米尺度下量子效應(yīng)對通過納米線電子數(shù)的限制引起的。第一，當(dāng)線寬小于大塊材料自由電子平均自由程的時(shí)候，載流子在邊界上的散射現(xiàn)象將會顯現(xiàn)。在碳納米管中，電子的運(yùn)動遵循彈道輸運(yùn)（意味著電子可以自由的從一個(gè)電極穿行到另一個(gè)）的原則。隨著納米線尺寸的減小，表面原子的數(shù)目相對整體原子的數(shù)目增多，因而邊界效應(yīng)更加明顯。把納米線連在電極之間，我們可以研究納米線的電導(dǎo)率。 b)力學(xué)性質(zhì)通常情況下，隨著尺寸的減小，納米線會體現(xiàn)出大塊材料更好的機(jī)械性能。電子會在五邊形管和螺旋管中蜿蜒而行。 納米線的用途納米線現(xiàn)在仍然處于試驗(yàn)階段。下一步是找出制作 PN 結(jié)這種最簡單的電子器械的方法。再下一步是建邏輯門。納米管正在被研究用來做彈道波導(dǎo)，運(yùn)用于量子點(diǎn)/量子井效應(yīng)光子邏輯陣列的連線。沸點(diǎn) 2230℃。氟化釔應(yīng)用廣泛，用于制備稀土晶體激光材料，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料、氟化物玻璃光導(dǎo)纖維和氟化物旋光玻璃。YF3 能帶隙寬(10 eV)并且 Y3+離子與其他三價(jià)稀土離子匹配的晶格點(diǎn)陣使其很容易被其它三價(jià)稀土離子取代而不需要額外的電荷補(bǔ)償，使 YF3 成為一種非常重要的稀土熒光基質(zhì)材料之一，它在新型激光材料、上/下轉(zhuǎn)換材料方面有著其潛在的用途。 納米線的制備技術(shù)簡介當(dāng)前，納米線均在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)，尚未在自然界中發(fā)現(xiàn)。b)沉積法沉積納米線指納米線被沉積在其他物質(zhì)的表面上：例如它可以是一條覆蓋在絕緣體表面上的金屬原子線.c)刻蝕法另一種方式產(chǎn)生納米線是通過 STM 的尖端來刻處于熔點(diǎn)附近的金屬。對納米線來說，最好的催化材料是液體金屬（比如金）的納米簇。最終產(chǎn)品的長度可由源材料的供應(yīng)時(shí)間來控制。與溶膠凝膠法和共沉淀法相比, 其最大優(yōu)點(diǎn)是一般不需高溫?zé)Y(jié)即可直接得到結(jié)晶粉末, 從而省去了研磨及由此帶來的雜質(zhì)。目前，使用水熱法制備納米材料的例子很多 [19]，例如，利用水熱法合成 ZnSe 和GdSe 納米晶，使用 Zn 粉或者 Cd 粉以及 Se 粉為原料，反應(yīng)液體積占反應(yīng)釜容積的 70%，反應(yīng)溫度為 180℃；使用金屬鹽和 Na2S2O3 或者 Na2SeSO3 作為原料，利用水熱法合成了一系列硫化物 MS2（M =Ni，Co,Fe,Mo）和硒化物 MSe2（M=Ni，Mo ） ；使用硝酸鉛和硫代乙酞胺為原料，利用表面活性劑輔助的水熱法合成了 PbS 枝晶，該枝晶具有形態(tài)好，產(chǎn)率高的特點(diǎn)。溶質(zhì)（金屬陽離子的水合物）通過水解和縮聚反應(yīng)，生成相應(yīng)的配位聚集體（可以是單聚體，也可以是多聚體）當(dāng)其濃度達(dá)到過飽和時(shí)就開始析出晶核，最終長大成晶粒。三是“原位結(jié)晶”機(jī)制，當(dāng)選用常溫常壓下不可溶的固體粉末，凝膠或沉淀為前驅(qū)物時(shí)，如果前驅(qū)物和晶相的溶解度相差不是很大時(shí)，或者“溶解結(jié)晶”的動力學(xué)速度過慢，則前驅(qū)物可以經(jīng)過脫去羥基（或脫水） ，原子原位重排而轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)。2 影響晶粒度的因素晶粒粒度是衡量粉體性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其大小的改變直接影響粉體的特性。影響水熱反應(yīng)的因素有溫度、壓力、保溫時(shí)間及溶液組分、pH 值、有無礦化劑和礦化劑種類。溫度的提高將有利于生長基元在晶體表面的脫溶劑化，表面擴(kuò)散等，促進(jìn)晶體的生長和晶型轉(zhuǎn)化。 X 射線衍射各類晶體結(jié)構(gòu)都可用 X 射線衍射法測定。用一定波長的 X 射線照射晶體樣品，則根據(jù)布拉格公式（11）所示 2dsinθ=λ (11) 通過測量掠射角(入射或衍射 X 射線與經(jīng)面間夾角 )θ，即可計(jì)算出樣品晶體結(jié)構(gòu)的晶面間距 d，這就是 X 射線衍射法結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)。用適當(dāng)檢測器測量這些信號，就可以確定電子束轟擊的點(diǎn)上樣品的某些性質(zhì)。與此同時(shí)，掃描發(fā)生器又同步驅(qū)動陰極射線管（CRT）的掃描，這樣，一幅經(jīng)過處理的樣品上微小區(qū)域的信號就同步地出現(xiàn)在 CRT 上。當(dāng) V=50kV 時(shí)，λ =；當(dāng)V=100kV 時(shí)，λ= 。在電子顯微鏡的情況下，λ 小了 5 個(gè)數(shù)量級，而 θ 不可能很大。這樣，孔徑就只有 103rad 了。在商品電鏡的分辨率指標(biāo)中，晶格分辨率高于圖像分辨率。為了和掃描電子顯微鏡區(qū)分，這種電子顯微鏡有時(shí)也稱為透射電子顯微鏡。其中切片法多應(yīng)用于高分子和生物樣品，用樹脂包埋樣品，用專用的超薄切片機(jī)把樣品切成適當(dāng)厚度的薄片。透射電子顯微鏡的主體部分包括有照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察照相室。經(jīng)加速而具有能量的電子從陽極板的孔中射出。物鏡將來自樣品不同部位、傳播方向相同的電子在其背焦面上會聚為一個(gè)斑點(diǎn)，沿不同方向傳播的電子相應(yīng)地形成不同的斑點(diǎn)，其中散射角為零的直射束被會聚于物鏡的焦點(diǎn)，形成中心斑點(diǎn)。 前驅(qū)物的選擇關(guān)系到最終粉體的質(zhì)量以及制備工藝的復(fù)雜程度，影響到晶粒的合成機(jī)制。(b)本實(shí)驗(yàn)采用分析純 YF3作為釔來源、HF 溶液為氟源制取前驅(qū)物,硝酸溶液作為溶液，溶解氟化釔。本實(shí)驗(yàn)中，把從反應(yīng)釜中取出的粉體用去離子水進(jìn)行清洗，再經(jīng)過離心機(jī)離心沉淀，直至溶液呈現(xiàn)中性為止。值得所需濃度的前驅(qū)液， 將其以填充度為 ％裝入反應(yīng)釜，控制反應(yīng)時(shí)間為 8 h，反應(yīng)溫度分別為 160℃、180℃、200℃。]檢測溶液反應(yīng) NH4F 溶液 Y（NO 3） 3 溶液水反復(fù)清洗數(shù)次，直到呈中性為