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新世纪的新材料——纳米材料
 2000-12-25 13:15:18

  纳米材料是80年代初发展起来的新材料领域,它具有奇特的性能和广阔的应用前景,被誉为跨世纪的新材料,引起了科学界和企业界的极大关注。一些国家政府高度重视纳米材料,先后将其列入美国的“星球大战”、欧洲的“尤里卡”及日本的“高技术探索研究”等高技术研究计划,发展迅速。我国也及时地编制“863”计划,对其进行跟踪和研究开发,国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化,使纳米材料的研究开发取得了可喜的进展。

  纳米材料的发现者是著名的美国物理学家,两次诺贝尔奖金获得者RichardFeynmen。他在60年代曾经预言:如果我们能控制物体微小规模上的排序,将获得很多具有特殊性能的物质。

  1984年,Glecter采用气体冷凝方法,制备成功铁纳米微粉。随后,美国、德国和日本科学家先后制成多种纳米材料粉末及烧结块体材料,开始了纳米材料及技术的研究时代。

  为了总结和交流纳米材料的研究成果,推动纳米技术的发展,1990年在美国召开了“第一届纳米科学与技术讨论会”,这是纳米材料发展的一个里程碑。以后,各国科学家积极参与了对纳米材料物理和化学性能的研究,不断地发现纳米材料的特殊性能,引起各国科学家和政府的关注,特别是工业化国家给予专款支持,使纳米材料的性能开发、制备技术和实际应用得到了迅速发展。

  纳米材料是指物质的颗粒尺寸<100nm的超微粉末,它的比表面积很大,晶界处的原子数比率高达15%—50%,纳米材料的结构是有序排列还是无序排列还在研究讨论。一些科学家认为,纳米材料不同于晶态与非晶态,是物质的第三态固体材料,其种类很多,可分为金属、陶瓷、有机与无机、复合纳米材料等。

  纳米材料的特殊性能由于纳米材料的特殊结构,使之产生四大效应,即小尺寸效应、量子效应(含宏观量子隧道效应)、表面效应和界面效应,从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。如TiO2纳米材料具有奇特韧性,在180℃经受弯曲不断裂;CaF2纳米材料在80—180℃温度下,塑性提高100%。

  英国著名的材料专家Cahn称:这是解决陶瓷脆性的战略性突破,使材料科学家们奋斗了近一个世纪的梦想成真。纳米金属的熔点比普通金属低几百度;气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍;纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高10倍;纳米复合材料对光的反射度极低,但对电磁波的吸收性能极强,是隐形技术的突破;纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强,为人造骨质的应用拓宽了途径。

  纳米材料的制造方法纳米材料的制造方法比较多,一些制取超细微粉的方法可以用来制纳米微粒。但是,高效率低成本获取优质纳米材料的技术,仍然是各国科学家研究的重点。目前,已经报道的工艺方法主要是以下几种:物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金熔合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。

  纳米材料标志着人们对材料性能的发掘达到了新的高度,这项技术大范围地改造了传统材料,又源源不断地创造出新的材料,开辟了广阔的应用领域。

  (网上科学馆)

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