【正文】 我們的青春向前輩們發(fā)誓：決不辜負(fù)前輩們對(duì)我們的希望。極而言之，1納米大體上相當(dāng)于4個(gè)原子的直徑。 ⒉納米動(dòng)力學(xué)，主要是微機(jī)械和微電機(jī)，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng),用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、。 ⒋納米電子學(xué)，包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。這種方法將節(jié)約原材料和降低污染。隨著人們生活水平的日益提高，及人們對(duì)環(huán)保的重視程度不斷加強(qiáng)。納米材料由于其特有的表面吸附特性, 使其在凈化空氣與工業(yè)廢水處理方面有著很大的發(fā)展前景。過(guò)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(méi)有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。近年來(lái)，納米材料和納米結(jié)構(gòu)取得了引人注目的成就。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當(dāng)今納米材料研究新熱點(diǎn)，人們可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)（nsf）1998年把納米功能材料的合成加工和應(yīng)用作為重要基礎(chǔ)研究項(xiàng)目向全國(guó)科技界招標(biāo)；美國(guó)darpa（國(guó)家先進(jìn)技術(shù)研究部）的幾個(gè)計(jì)劃里也把納米科技作為重要研究對(duì)象；日本近年來(lái)制定了各種計(jì)劃用于納米科技的研究，例如 ogala計(jì)劃、erato計(jì)劃和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究計(jì)劃，1997年，；德國(guó)科研技術(shù)部幫助聯(lián)邦政府制定了1995年到2010年15年發(fā)展納米科技的計(jì)劃；英國(guó)政府出巨資資助納米科技的研究；。美國(guó)白宮之所以在20世紀(jì)即將結(jié)束的關(guān)鍵時(shí)刻突然對(duì)納米材料和技術(shù)如此重視，其原因有兩個(gè)方面：一是德科學(xué)技術(shù)部1996年對(duì)2010年納米技術(shù)的市場(chǎng)做了預(yù)測(cè)，估計(jì)能達(dá)到14400億美元，美國(guó)試圖在這樣一個(gè)誘人的市場(chǎng)中占有相當(dāng)大的份額。納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用研究也使人矚目，正是這些研究使美國(guó)白宮認(rèn)識(shí)到納米材料和技術(shù)將占有重要的戰(zhàn)略地位。已采用了多種物理、化學(xué)方法制備金屬與合金（晶態(tài)、非晶態(tài)及納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，建立了相應(yīng)的設(shè)備，做到納米微粒的尺寸可控，并制成了納米薄膜和塊材。這種超長(zhǎng)碳納米管比現(xiàn)有碳納米管的長(zhǎng)度提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。還用苯合成制備氮化鉻（crn）、磷化鈷（cop）和硫化銻（sbs）納米微晶，論文發(fā)表在1997年的《科學(xué)》雜志上。近年來(lái)，根據(jù)國(guó)際納米材料研究的發(fā)展趨勢(shì)，建立和發(fā)展了制備納米結(jié)構(gòu)（如納米有序陣列體系、介孔組裝體系、mcm－41等）組裝體系的多種方法，特別是自組裝與分子自組裝、模板合成、碳熱還原、液滴外延生長(zhǎng)、介孔內(nèi)延生長(zhǎng)等也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已成功地制備出多種準(zhǔn)一維納米材料和納米組裝體系。 1998年 6月在瑞典斯特哥爾摩召開(kāi)的國(guó)際第四屆納米材料會(huì)議上，對(duì)中國(guó)納米材料研究給予了很高評(píng)價(jià)，指出這幾年來(lái)中國(guó)在納米材料制備方面取得了激動(dòng)人心的成果，在大會(huì)總結(jié)中選擇了8個(gè)納米材料研究式作取得了比較好的國(guó)家在閉幕式上進(jìn)行介紹，中國(guó)是在美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞典之后進(jìn)行了大會(huì)發(fā)言。 （2）環(huán)境產(chǎn)業(yè)中的納米技術(shù)：納米技術(shù)對(duì)空氣中20納米以及水中的200納米污染物的降解是不可替代的技術(shù)?，F(xiàn)在國(guó)際上主要研發(fā)能量轉(zhuǎn)化材料，我國(guó)也在做，它包括將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能、熱能轉(zhuǎn)化為電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能等。另外，利用納米改進(jìn)汽油、柴油的添加劑已經(jīng)有了，實(shí)際上它是一種液態(tài)小分子可燃燒的團(tuán)簇物質(zhì)，有助燃、凈化作用。③網(wǎng)絡(luò)通訊的關(guān)鍵納米器件，如網(wǎng)絡(luò)通訊中激光、過(guò)濾器、諧振器、微電容、微電極等方面，我國(guó)的研究水平不落后，在安徽省就有。 最近幾年，我國(guó)納米科技工作者在國(guó)際上發(fā)表了一些有影響的學(xué)術(shù)論文，引起了國(guó)際同行的關(guān)注和稱贊。目前和今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)這些單位仍然是我國(guó)納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究的中堅(jiān)力量。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(kāi)的1998年第四屆國(guó)際納米會(huì)議宣讀后，許多外國(guó)科學(xué)家給予高度評(píng)價(jià)。這方面的文章發(fā)表在1996年的美國(guó)《科學(xué)》雜志上。中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)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(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué) 研究所、長(zhǎng)春物理研究所、感光化學(xué)研究所等也相繼開(kāi)展了納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。 最近美國(guó)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(lái)革命性的變革。為了加速美國(guó)納米材料和技術(shù)的研究，白宮采取了臨時(shí)緊急措施。一個(gè)突出的特點(diǎn)是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的銜接十分緊密，實(shí)驗(yàn)室成果的轉(zhuǎn)化速度之快出乎人們預(yù)料，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究都取得了重要的進(jìn)展。在納米領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)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?jī)?nèi)涵。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來(lái)10年對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國(guó)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。這種既具不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。隨著人們生活水平的日益提高，及人們對(duì)環(huán)保的重視程度不斷加強(qiáng)。科學(xué)家們?cè)谘芯课镔|(zhì)構(gòu)成的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在納米尺度下隔離出來(lái)的幾個(gè)、幾十個(gè)可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設(shè)備的技術(shù)，就稱為納米技術(shù)。一些潛在的可能實(shí)現(xiàn)的突破包括： 把整個(gè)美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館的資料壓縮到一塊像方糖一樣大小的設(shè)備中，這通過(guò)提高單位表面儲(chǔ)存能力1000倍使大存儲(chǔ)電子設(shè)備儲(chǔ)存能力擴(kuò)大到幾兆兆字節(jié)的水平來(lái)實(shí)現(xiàn)。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來(lái)高1000倍。從具體的物質(zhì)說(shuō)來(lái)，人們往往用細(xì)如發(fā)絲來(lái)形容纖細(xì)的東西，其實(shí)人的頭發(fā)一般直徑為2050微米，并不細(xì)。 雖然科技創(chuàng)造新生活的前景引人遐思，令人神往。但我愿意用一個(gè)學(xué)生的角度來(lái)暢想科技與未來(lái)。1．2．1．2 合成非金屬納米功能材料的研究方向 非金屬納米材料在醫(yī)療、生物、冶金、機(jī)械等領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用剛剛起步，還有大量工作要做。碳納米管是最佳納米導(dǎo)線和超微開(kāi)關(guān)的首選新材料。參照太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化的技術(shù)原理及科研成果，運(yùn)用復(fù)合納米碳管材料制成了光電轉(zhuǎn)換薄膜。納米微晶軟磁材料應(yīng)用將沿著高頻多功能方向發(fā)展，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻變壓器、扼流圈、互感器磁頭、磁開(kāi)關(guān)、傳感器等，將成為鐵氧體有力的競(jìng)爭(zhēng)者。例如碳納米管具有很高的楊氏模量、較強(qiáng)的韌性及高強(qiáng)度，用其作為金屬表面上的復(fù)合鍍層，其耐磨性要比軸承鋼高100倍，摩擦系數(shù)為o．06一o．1；且復(fù)合鍍層還具有高熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性優(yōu)異等特點(diǎn)。由于它們的低位錯(cuò)密度甚至無(wú)位錯(cuò)，可獲得特高硬度和強(qiáng)度，如納米結(jié)構(gòu)銅硬度可提高50倍，屈服強(qiáng)度提高5一12倍。在各類涂料中添加納米Si02，可使其抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地提高，涂料的質(zhì)量和檔次自然升級(jí)。這些干粉在火焰中分解、氣化、產(chǎn)生游離基，進(jìn)入氣相，與燃燒物產(chǎn)生的游離基作用而終止鏈反應(yīng)。在化學(xué)電源領(lǐng)域里，目前已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)出多種納米新材料。納米A120：粒子也是良好的催化劑。(2)在環(huán)境工程中的壓用 廢水中有毒有害物質(zhì)的光催化氧化處理技術(shù)是將納米技術(shù)理論及納米材料應(yīng)用于環(huán)境工程的一個(gè)重要方向。另外，利用納米顆粒作為載體的病毒誘導(dǎo)物已取得了破性進(jìn)展，現(xiàn)已用于臨床動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，估計(jì)不久的將來(lái)即可服務(wù)于人類。利用納米碳纖維材料的這些超常特性和它良好的生物相容性，可使碳質(zhì)人工骨、人工齒、人工肌腔的強(qiáng)度、硬度、韌性等性能顯著提高。如將吸收紫外線的UV—TiTAN—P580納米TiOz加入合成纖維中，就能制得抗老化的合成纖維，用它做成的服裝和其他用品具有排除對(duì)人體有害的紫外光的功效。需要注意的是，納米材料的比表面積十分大且配位嚴(yán)重不足，從而表現(xiàn)出強(qiáng)活性，極易凝聚，影響改性效果。英才和趙藝強(qiáng)分別用微乳液聚合法制備了粒徑小于100nm，相對(duì)分子質(zhì)量大于105的聚—4—乙烯毗唉納米粒子和基于高分子疏水納米粒子(PMMA和PEMA等)的物理水凝膠。另外，納米ZnO陶瓷也具有超塑性性能。要制備納米陶瓷功能材料，需要解決下列問(wèn)題：粉體尺寸、形貌和分布的控制；團(tuán)聚體的控制和分散；塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制等。 納米非金屬功能材料的特點(diǎn)與分類 納米非金屬功能材料按其顯示功能的過(guò)程可分為一次功能和二次功能。第1章 緒 論 納米材料一般指尺寸為l一100nm，處于原子團(tuán)簇和宏觀物體交接區(qū)域內(nèi)的粒子。這一類材料品種繁多具有技術(shù)含量高、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、附加值高、經(jīng)濟(jì)效益明顯的特點(diǎn)。納米陶瓷功能材料的產(chǎn)生有望克服陶瓷材料的上述缺點(diǎn)，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。納米Si20‘陶瓷在1300℃下即可產(chǎn)生200％以上的形變。 井新利以Tritonx—100為乳化劑、正己醇為助乳化劑，得到了以苯胺鹽酸鹽為水相、正己烷為分散介質(zhì)的反相微乳液，然后再以過(guò)硫酸銨為氧化劑，合成了導(dǎo)電聚苯胺納米粒子。一般納米微粒的加入量在10份以下，沖擊強(qiáng)度增幅最高可達(dá)5倍以上，而且增韌與增強(qiáng)同步進(jìn)行。 納米材料的出現(xiàn)，也為新型功能性材料的制備提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。 1．2 納米非金屬功能材料的研究進(jìn)展1．2．1 合成非金屬納米功能材料1．2．1．1 合成非金屬納米功能材料的應(yīng)用 (1)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用 ①在生物材料和人工器官方面 納米碳纖維不僅具有低密度、高比模量、高比強(qiáng)度、高導(dǎo)電性等優(yōu)良性能，而且還具有缺陷數(shù)量極少、比表面積大、結(jié)構(gòu)致密等特點(diǎn)。若把藥物復(fù)合到無(wú)毒的磁性納米顆粒上，這種藥物可在外磁場(chǎng)作用下集