纳米技术和纳米材料
摘要：纳米技术技术和纳米材料是在20世纪70年代兴起的新兴技术，经历了一个过程，纳米技术和纳米材料已经发展到一定的阶段，在我们生活中有了较好的运用，纳米材料的制备有物理和化学两种方法，随着对纳米材料和技术的深入研究，将会有更好的的发展前景。
关键字：纳米技术，纳米材料，发展，运用
一．纳米技术
（1）什么是纳米技术？
纳米技术是指在纳米尺度（1-100nm之间）内，通过操纵原子、分子、原子团或分子团，使其重新排列组合成新物质的技术。“纳米”是一个长度的计量单位，1纳米=1/1000000000（米）即十亿分之一米、100万分之一毫米。一般来说，纳米材料是指两相
显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级。纳米粒子粒径很小，表面能很大，极易团聚，所以如何制取纳米粒子本身就是一个非常复杂的技术问题。
(2)纳米技术的发展过程
最早提出纳米科技概念的，是美国物理学家Richard.P.Feyman，他在1959年的一次演讲中说，我们现在加工材料来制作物品，都是从大到小，我们要加工一个桌子，需要把木头不断的切薄，锯掉，再刨光。都是从大往小做，东西就浪费了很多。世界上任何东西都是由原子、分子组成的，既然这样，我们能不能够把原子一个一个放在一起，像砖盖房子一样把它盖成你想要的任何东西，这样就不会有污染，而且非常高效。1959年他还说，当2000年人们回顾历史的时候，他们会不会为1959年有人想到直接用原子分子来制造机器而感到惊讶？现在是2007年，那么想没想到用原子分子来制造机器呢？想到了，做没做尝试呢？也做了，但是还仅仅是一个开始，差得还非常之远。纳米科技还有很长的路要走。
真正提出纳米技术这个英文词是1974年。70年代后期，美国的得力克斯勒提倡纳米科技的研究，就是通过原子分子组装来制备装置，但是大多数主流科学家对此都持着怀疑态度。它的迅速发展是在80年代末，90年代初。很重要的原因就是80年代出现了纳米科技研究的
重要手段——扫描隧道显微镜和原子力显微镜，对纳米科技的发展起到了非常积极的促进作用。扫描探测显微技术是纳米科技的眼睛和手，所谓眼睛是说利用扫描隧道显微镜，可以直接观察研究原子和分子，研究原子和分子之间的相互作用和它们的特性，所谓手就是用它可以移动单个的原子或者分子，来构造纳米结构，同时通过这种移动单个原子和分子，构造特定的纳米结构，也为科学家提供了在纳米尺度上研究新现象，提出新理论的微小实验室。
二． 纳米材料
（1）什么是纳米材料？
国际上通常将处于1-100nm纳米尺度范围内的超微颗粒及其致密的聚集体，以及由纳米微晶体所构成的材料，统称为纳米材料，同时，这种材料必须具有传统材料所不具备的新的物理或化学性质。
纳米材料包括三个层次：零维的原子团簇和纳米微粒，一维调制的纳米多层膜，二维调制的纳米微粒膜，以及三维调制的纳米相材料。
（2）纳米材料的分类
按化学组成及其特性，纳米材料可分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等
按材料物性，纳米材料可分为纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁磁体、纳米超导材料、纳米热电材料等；
按其应用，纳米材料可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。
（3）纳米材料的主要制备方法
纳米材料的制备方法主要包括物理法和化学法两种。
A. 物理法
种类 | 制备方法 | 特点 |
真空冷凝 | 用真空蒸发、加热、高频感应等技术，使原料气化或形成等离子体，然后骤冷 | 纯度高、晶体组织好、粒度可控，但设备要求高 |
物理粉碎 | qq实名注册 通过机械粉碎、电火花爆炸等技术，得到纳米粒子 | 操作简单，成本低，但产品纯度低、粒度分布不均匀 |
机械磨球 | 利用球磨方法控制条件，得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子 | 操作简单，成本低，但产品纯度低、粒度分布不均匀 |
深度塑性变形 | 使原材料在准静态压力的作用下发生严重塑性形变，使材料的尺寸细化到纳米量级 | 纯度高、粒度可控，但设备要求高 |
B.化学法
种类 | 制备方法 | 特点 | 四阶魔方
气相沉积 | 利用金属化合物蒸汽的化学反应，合成纳米粒子 | 纯度高、粒度分布窄，但设备和原料要求高 |
沉 淀 | 把沉淀剂加入到盐溶液反应后，将沉淀热处理得到纳米粒子 | 简单可行，但纯度低，颗粒半径大 |
| 第四军医大学 水热合成 | 高温高压下，在水溶液或蒸汽等流体中，合成纳米粒子 | 纯度高，分散性好，粒度分布窄 |
苯 合 成 | 苯溶液中进行高温高压反应合成纳米粒子 | |
溶胶凝胶 | 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理得到纳米粒子 | 土地纠纷反应物种多，产物颗粒均匀，过程易控制 |
微 乳 液 | 两种互不相溶的溶剂，在表面活性剂作用下形成乳液，在微泡中形成核聚结，热处理后得到纳米粒子 | 粒子的分散性和界面性好 |
三． 纳米技术和纳米材料的应用及其发展前景
（1）纳米材料的应用
纳米材料由纳米粒子组成，具有小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应等四大效应，并呈现出一般物质不具有的奇异的物理性质和化学性质。纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学领域中长期未能解决的问题开辟了新的途径。
纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面具有广阔的前景，不但可形成高新技术产业，也将对传统产业产生重大影响，可加速实现传统产业的改造和升级换代。
1.医药卫生
利用纳米颗粒诊断和癌症，已经显示很好的效果：采用纳米超顺磁载体制的示踪剂，可使核磁共振检出的癌细胞尺寸降到5nm以下；借助外部磁场，可使纳米磁性颗粒携带的治癌药物集中在患病组织处，从而起到“靶向”的效用。另外，纳米颗粒还可分离癌细胞和正常细胞，也可以携带DNA基因缺陷症。利用纳米全氟碳颗粒合成的第二代人造
血，则具有生物相容性好，保存期长、无毒性等特点，可以代替自然血液。
2.电子信息
用纳米晶体合金粉末制作的电磁波屏蔽产品，正在解决日益严重的高频电磁波污染问题；而碳纳米管可能取代硅，成为电子产品的主要材料，从而提高器件的集成度和存储能力，解决功耗严重的问题。纳米材料在电子存储方面的应用，将引发一场计算机的革命。
3.环境与能源
纳米能源与环保材料是最活跃也最具发展前途的研究领域之一。
纳米环保材料（纳米复合自清洁、抗菌材料，环境净化材料，环境友好水性纳米涂料等），是利用纳米材料的各种效应和性能，将在空气净化、杀菌抑菌、防水防腐、吸光吸波、固体废物处理等环保方面，起到重要作用；纳米能源材料（纳米碳高效储氢材料、太阳能光电转化纳米膜材料、燃料电池纳米电极材料等），则将在解决21世纪日益突出的能源危机问题上，获得新的斩获。
4.国防军工
采用纳米复合材料，可以解决RAM（雷达波吸收材料）和IRM（红外隐身材料）的兼容问题，制备出多频谱、高性能、实用性强的隐身材料。红外吸收功能的纤维制成的军服，既吸收了人体红外线，又增加保暖作用。
纳米机构材料自身尺寸小、重量轻，又具有特殊的光学性能，是航空航天制备的最佳材料。纳米卫星将取代传统的卫星系统。
（2）广阔的发展前景
材料是人类社会存在和发展的物质基础。跨入二十一世纪，电子信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展，对材料性能提出了更高的要求，高性能、多用途的先进新材料将成为未来社会发展的重要推动力。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术，将继续成为材料领域研究开发的重点。
纳米材料以其优异的性能和广阔的应用前景，必将成为21世纪新材料的重点发展方向。
参考文献：
1. blog.163/liaijun668@126/blog/static/21268368200910110144715/
2. www.china-pub/computers/common/mianfeisd.asp?id=601808
3. 崔作林等 《纳米技术与纳米材料》 国防工业出版社
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