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納米材料專題
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納米技術(shù)與納米材料的研究發(fā)展及納米材料結(jié)構(gòu)
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納米技術(shù)與納米材料的研究發(fā)展

       納米材料如今已逐漸滲透到我們的生活中,對(duì)于納米材料,普通大眾都尚沒(méi)有較深入的認(rèn)識(shí)和了解,然而納米材料的應(yīng)用已經(jīng)不足為奇,比如納米涂料、納米洗護(hù)用品、納米防水劑等等。


       納米技術(shù)作為一種最具有市場(chǎng)應(yīng)用潛力的新興科學(xué)技術(shù),其潛在的重要性毋庸置疑,一些發(fā)達(dá)國(guó)家都投入大量的資金進(jìn)行研究工作。如美國(guó)最早成立了納米研究中心,日本文教科部把納米技術(shù),列為材料科學(xué)的四大重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目之一。在德國(guó),以漢堡大學(xué)和美因茨大學(xué)為納米技術(shù)研究中心,政府每年出資6500萬(wàn)美元支持微系統(tǒng)的研究。在國(guó)內(nèi),許多科研院所、高等院校也組織科研力量,開(kāi)展納米技術(shù)的研究工作,并取得了一定的研究成果,主要如下:


       定向納米碳管陣列的合成,由中國(guó)科學(xué)院物理研究所解思深研究員等完成。他們利用化學(xué)氣相法高效制備出孔徑約20納米,長(zhǎng)度約100微米的碳納米管。并由此制備出納米管陣列,其面積達(dá)3毫米×3毫米,碳納米管之間間距為100微米。


      氮化鎵納米棒的制備,由清華大學(xué)范守善教授等完成。他們首次利用碳納米管制備出直徑3~40納米、長(zhǎng)度達(dá)微米量級(jí)的半導(dǎo)體氮化鎵一維納米棒,并提出碳納米管限制反應(yīng)的概念。并與美國(guó)斯坦福大學(xué)戴宏杰教授合作,在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長(zhǎng)。


       準(zhǔn)一維納米絲和納米電纜,由中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所張立德研究員等完成。他們利用碳熱還原、溶膠-凝膠軟化學(xué)法并結(jié)合納米液滴外延等新技術(shù),首次合成了碳化鉭納米絲外包絕緣體SiO2納米電纜。


       用催化熱解法制成納米金剛石,由山東大學(xué)的錢(qián)逸泰等完成。他們用催化熱解法使四氯化碳和鈉反應(yīng),以此制備出了金剛石納米粉。


  2017年8月29日,第七屆中國(guó)國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議(ChinaNANO 2017)在北京召開(kāi)。這是繼2005年首屆中國(guó)國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議之后,第七次召開(kāi)的中國(guó)國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)盛會(huì)。大會(huì)由國(guó)家納米科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)主辦,國(guó)家納米科學(xué)中心承辦。 

第七屆中國(guó)國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議(ChinaNANO 2017)

  中國(guó)國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議已經(jīng)發(fā)展成為具有較強(qiáng)世界影響力的、綜合性品牌國(guó)際會(huì)議,兩年召開(kāi)一次。本次大會(huì),共有來(lái)自全球30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的2000多名代表出席。大會(huì)在重點(diǎn)開(kāi)展高水平的學(xué)術(shù)交流和思想碰撞的同時(shí),還有來(lái)自產(chǎn)業(yè)界的50余家企業(yè)帶來(lái)最新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)展示;有來(lái)自中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)(A類(lèi))“變革性納米產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)聚焦”的重大進(jìn)展成果展示。 


  大會(huì)主席白春禮在開(kāi)幕式上致辭。他指出,目前,在全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中,對(duì)資源、環(huán)境、能源和健康等領(lǐng)域的問(wèn)題持續(xù)引起廣泛的關(guān)注,世界許多國(guó)家已經(jīng)制定了國(guó)家戰(zhàn)略和計(jì)劃,以解決這些問(wèn)題。納米科技在世界各國(guó)或地區(qū)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展中,正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,并呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉融合深入、科學(xué)-技術(shù)-產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化周期縮短,創(chuàng)新鏈耦合加強(qiáng)等新特點(diǎn)。中國(guó)早在上世紀(jì)80年代中期,就積極參與促進(jìn)納米科學(xué)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展,中國(guó)科學(xué)家在納米科技領(lǐng)域取得了一系列重要的科研成果,納米科技研究的整體實(shí)力已走在世界前列。隨著中國(guó)建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心和綜合性國(guó)家科學(xué)中心等一系列科技創(chuàng)新重大決策部署的推進(jìn)和落實(shí),中國(guó)納米科技研究面臨新的重大發(fā)展機(jī)遇。我們將高度重視戰(zhàn)略布局,加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),充分發(fā)揮納米科技的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和示范引領(lǐng)作用,為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。本次大會(huì),將圍繞納米科技的總體發(fā)展,聚焦18個(gè)主題,為學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的交流與討論及未來(lái)的合作提供一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)。 

 

       施普林格·自然集團(tuán)(Springer Nature)、國(guó)家納米科學(xué)中心和中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心聯(lián)合發(fā)布了《國(guó)之大器 始于毫末-中國(guó)納米科學(xué)與技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r概覽》中英文白皮書(shū)。白皮書(shū)回顧了中國(guó)納米科研如何飛速發(fā)展成為當(dāng)今的全球領(lǐng)導(dǎo)者,揭示了中國(guó)的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn),并為如何進(jìn)一步繁榮發(fā)展提出了建議。報(bào)告認(rèn)為:中國(guó)投入進(jìn)行納米科研已有數(shù)十年時(shí)間,已經(jīng)成為當(dāng)今世界納米科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步重要的貢獻(xiàn)者,部分基礎(chǔ)研究居國(guó)際領(lǐng)先水平,中國(guó)納米科技應(yīng)用研究與成果轉(zhuǎn)化的成效也已初具規(guī)模。這些都與中國(guó)在納米科技領(lǐng)域的持續(xù)投入密切相關(guān)。中國(guó)納米科技研究正在向原創(chuàng)性突破轉(zhuǎn)變,并更加關(guān)注納米科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


       總之,納米技術(shù)正成為各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn),正如錢(qián)學(xué)森院士所預(yù)言的那樣:"納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點(diǎn),會(huì)是一次技術(shù)革命,從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。"



什么是納米材料


什么是納米材料?


       那么什么是納米材料呢?納米級(jí)結(jié)構(gòu)的材料簡(jiǎn)稱為納米材料,由于納米材料是近幾年開(kāi)始被關(guān)注和應(yīng)用的材料,所以也理解為納米結(jié)構(gòu)的新材料,廣義上是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍超精細(xì)顆粒材料的總稱。


       根據(jù)2011年10月18日歐盟委員會(huì)通過(guò)的定義,納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀或團(tuán)塊狀天然或人工材料,這一基本顆粒的一個(gè)或多個(gè)三維尺寸在1納米至100納米之間,并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個(gè)材料的所有顆??倲?shù)中占50%以上。

納米材料具有一定的獨(dú)特性,當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí),則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)描述它的行為,當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時(shí),其粒徑雖改變?yōu)?000倍,但換算成體積時(shí)則將有10的9次方倍之巨,所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。


納米材料的結(jié)構(gòu)

       納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ),按一定規(guī)律構(gòu)筑或營(yíng)造的一種新體系。

納米陣列體系

       已有的研究結(jié)果對(duì)納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微?;虬雽?dǎo)體納米微粒在一個(gè)絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。

二維納米材料陣列

介孔組裝體系

       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產(chǎn)生的一些新的效應(yīng),也使其成為了研究熱點(diǎn),按照其中支撐體的種類(lèi)可將它劃分為無(wú)機(jī)介孔復(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類(lèi),按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無(wú)序介孔復(fù)合體。

介孔組裝納米材料

薄膜嵌鑲體系

       在薄膜嵌鑲體系中,對(duì)納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學(xué)特性和磁學(xué)特性而展開(kāi)的。美國(guó)科學(xué)家利用自組裝技術(shù)將幾百只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;將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(dǎo)性能,利用這種性能為發(fā)展數(shù)字射線照相奠定了基礎(chǔ)。

納米薄膜




       納米材料具有小尺寸效應(yīng)﹑表面效應(yīng)﹑量子尺寸效應(yīng)﹑宏觀量子隧道效應(yīng)等特性,納米微粒和納米固體的這些基本特征導(dǎo)致了納米材料在熔點(diǎn)﹑蒸氣壓﹑光學(xué)性質(zhì)﹑化學(xué)反應(yīng)性﹑磁性﹑超導(dǎo)及塑性形變等許多物理和化學(xué)方面都顯示出特殊的性能。它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)許多奇異的物理﹑化學(xué)性質(zhì)。

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