課程名稱： 化工新材料概論
姓名： 鄧元順
學號： 1208110201
專業： 化學工程與工藝
班級： 化工122
時間僅僅過去了二十幾年，到了2023年，費曼的預言便成了現實。國際商用機器公司研製成了掃瞄隧道顯微鏡（簡稱stm），它不僅能使人類觀察到了原子，而且能夠利用儀器的針尖來操縱原子，德國科學家賓尼（g.binnig）等利用掃瞄隧道顯微鏡在鎳板上將矽原子組成了「ibm」（國際商用機器公司的英文縮略語）的字樣。
不久，日本科學家又將矽原子堆了乙個金字塔。
於是，人類也像大自然一樣，成了主宰原子和分子的主人，而不僅僅是被動地去認識和利用大自然造就的原子和分子。這樣，到了20和21世紀之交，人類正在悄悄地進入乙個嶄新的科技時代--奈米科技時代。
奈米技術是在奈米的尺度上研究和應用原子、分子及其結構資訊的高新技術，它的最終目標是直接用具有奈米尺度的原子、分子製造有特定功能的材料，被稱為奈米材料（由粒徑1～100nm的粒子組成的固體材料），它是21世紀很有希望和前途的新型材料。
奈米材料的發現組成材料的物質顆粒變小了，「小不點」會不會與「大個子」的性質很不相同呢？這便是奈米材料的發現者德國物理學家格萊特（grant）的科學思路。那是2023年的一天，格萊特到澳大利亞旅遊，當他獨自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時，空曠、寂寞和孤獨的環境反而使他的思維特別活躍和敏銳。
【6】他長期從事晶體材料的研究，了解晶體的晶粒大小對材料的效能有很大的影響：晶粒越小，強度就越高。格萊特上面的設想只是材料的一般規律，他的想法一步一步地深入：
如果組成材料的晶體的晶粒細到只有幾個奈米大小，材料會是個什麼樣子呢？或許會發生「翻天覆地」的變化吧！格萊特帶著這些想法回國後，立即開始試驗。
經過將近4年的努力，終於在2023年制得了只有幾個奈米大小的超細粉末，包括各種金屬、無機化合物和有機化合物的細粉末。格萊特在研究這些超細粉末時發現了乙個十分有趣的現象。眾所周知，金屬具有各種不同的顏色，如金子是金黃色的，銀子是銀白色的，鐵是灰黑色的。
至於金屬以外的材料如無機化合物和有機化合物，它們也可以帶著不同的色彩：瓷器上面的釉歷來都是多彩的，由各種有機化合物組成的染料更是鮮豔無比。可是，一旦所有這些材料都被製成超細粉末時，它們的顏色便一律都是黑色的：
瓷器上的釉、染料以及各種金屬統統變成了一種顏色--黑色。正像格萊特想像的那樣，「小不點」與「大個子」相比，效能上發生了翻天覆地的變化。為什麼無論什麼材料，一旦製成奈米「小不點」，就都成了黑色的呢？
原來，當材料的顆粒尺寸變小到小於光波的波長（1×10-7m左右）時，它對光的反射能力變得非常低，大約低到小於1%。既然超細粉末對光的反射能力很小，我們見到的奈米材料便都是黑色的了。【4】「小不點性質上的變化確實是令人難以置信的。
著名的美國阿貢國家實驗室製備出了一種奈米金屬，居然使金屬從導電體變成了絕緣體；用奈米大小的陶瓷粉末燒結成的陶瓷製品再也不會一摔就破了。格萊特的發現已經和正在改變科學技術中的一些傳統概念。因此，奈米材料將是21世紀備受矚目的一種高新技術產品。
科技水平的不斷進步，尤其是在電子行業這一朝陽產業，奈米技術得到了很大的發展，主要是集中在電子復合薄膜，利用超微粒子來改善膜材的電性、磁性和磁光特性，此外還有磁記錄、奈米敏感材料等。【5】隨著人們生活水平的日益提高，及人們對環保的重視程度不斷加強。空氣質素與工業廢水處理已成為城市的乙個生活生存質量標誌。
奈米材料由於其特有的表面吸附特性, 使其在淨化空氣與工業廢水處理方面有著很大的發展前景。
幾種奈米材料
2、奈米材料的應用
1、天然奈米材料：海龜在美國佛羅里達州的海邊產卵，但出生後的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最後，長大的海龜還要再回到佛羅里達州海邊產卵。
如此來回約需5～6年，為什麼海龜能夠進行幾萬千公尺的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內的奈米磁性材料，為它們準確無誤地導航。生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶蜜蜂等生物為什麼從來不會迷失方向時，也發現這些生物體內同樣存在著奈米材料為它們導航。
2、奈米感測器：奈米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們製作溫度感測器、紅外線檢測儀和汽尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷感測器高得多。
3、奈米磁性材料：在實際中應用的奈米材料大多數都是人工製造的。奈米磁性材料有十分特別的磁學性質，奈米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的性，用它製成的磁記錄材料不僅音質、影象和訊雜比好，而且記錄密度比γ-fe2o3高幾十倍。
【13】超順磁的強磁性奈米顆粒還可製成磁性液體，用於電聲器件、阻尼件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。
4、奈米陶瓷材料：傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。奈米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，奈米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使奈米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。
如果在次高溫下將奈米陶瓷顆粒加工成形，然後做表面退火處理，就可以使奈米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有奈米材料的延展性的高效能陶瓷。【8】
5、奈米傾斜功能材料：在航天用的氫氧發動機中，燃燒室的內表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內表面要用陶瓷製作，外表面則要用導熱性良好的金屬製作。
但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果製作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續變化，讓金屬和瓷「你中有我、我中有你」，最終便能結合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像乙個傾斜的梯子。【9】當用金屬和陶瓷奈米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合後燒結成形時，就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。
6、奈米半導體材料：將矽、砷化鎵等半導體材料製成奈米材料，具有許多優異效能。例如，奈米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱係數也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。
這些特性在大規模積體電路器件、光電器件等領域發揮重要的作用。利用半導體奈米粒子可以製備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。【12】由於奈米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體奈米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。
7、奈米催化材料：奈米粒子是一種極好的催化劑，這是由於奈米粒子尺寸小、表面的體積分數較大、表面的化學鍵狀態和電子態與顆粒內部不同、表面原子配位不全，導致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。鎳或銅鋅化合物的奈米粒子對某些有機物的氫化反應是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。
奈米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應的溫度從600?降低到室溫。
8、醫療上的應用血液中紅血球的大小為6000～9000nm，而奈米粒子只有幾個奈米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。【3】如果把各種有**作用的奈米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進行**，其作用要比傳統的打針、吃藥的效果好。【10】
奈米材料研究的發展及應用
國內發展 近幾年，我國在功能奈米材料研究上也取得了一定的成果 1 大面積定向碳管陣列合成。利用化學氣相法高效製備純淨碳奈米管技術，用這種技術合成的奈米管直徑基本一致，約20nm，長度約100um，奈米管陣列面積達3 3um。2 超長奈米碳管製備，這種超長碳奈米管比現有碳奈米管長度提高1 2個數量級。...
奈米材料的研究與應用
晶體組元由所有晶粒中的原子組成，這些原子都嚴格地位於晶格位置，長程有序 介面組元由處於各晶粒間的介面原子組成，這些原子由超微晶粒的表面原子轉化而來。介面原子密度低，介面上鄰近原子配位數發生變化，介面原子間距差別大。奈米材料兩種結構組元的存在，特別是介面組元的存在，使其特性既不同於原子，又不同於結晶體...
奈米材料的發展史
1965年諾貝爾物理學獎獲得者 美國加利福尼亞工學院教授費曼 r.p.feynman 曾在1959年預言 如果有一天可以按照人的意志來安排乙個個原子，將會產生怎樣的奇蹟？時間僅僅過去了二十幾年，到了1982年，費曼的預言便成了現實。國際商用機器公司研製成了掃瞄隧道顯微鏡 簡稱stm 它不僅能使人類觀...