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,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Company Logo,*,Click to edit Master title style,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,材料工程基础,1/26,内容,四、,小结,三、,纳米材料性能及应用,二、纳米材料发展历史,一、基本定义：,纳米、纳米材料,沈阳理工大学,材料学院连接所,2/26,Company Logo,纳米,是一个长度单位,1nm=10,-9,m,纳米材料：,晶粒尺寸为,1-100 nm,材料。,一、基本定义,沈阳理工大学,材料学院连接所,3/26,Company Logo,二、纳米材料发展历史,最早纳米材料：,文房四宝中墨、铜镜表面,SnO,2,薄膜,1959,年：,理查,德费曼首次提出了“纳米”材料概念,1982,年：,格尔德,宾宁和海因里希,罗雷尔创造扫描隧道显微镜,1990,年：,人类首次操作原子写出,IBM,三个字,1999,年：,纳米技术逐步走向市场，整年纳米产品营业额到达,500,亿美元,现实状况：,每七天都有三、四种纳米产品上市（纳米食用油、纳米化装品、纳米墙面漆、纳米收音机）,4/26,Company Logo,1990,年美国,IBM,企业借助扫描隧道显微镜，在一小片镍晶体上用,35,个氙原“,IBM”,用原子写“原子”二字只有几个纳米大小,扫描隧道显微镜下纳米世界,沈阳理工大学,材料学院连接所,5/26,Company Logo,1990,年，,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔摩举行，标,志着纳米科学技术正式诞生；,1993,年，,中国科学院真空物理试验室，首次操纵原子成功写出,“中国”二字。标志着我国开始纳米领域占有一席之地。,1997,年，,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种,技术可望在,20,年后研制成功速度和存贮容量比现在提,高成千上万倍量子计算机。,1999,年，,纳米技术逐步走向市场，整年纳米产品营业额到达,500,亿美元。,二、纳米材料发展历史,沈阳理工大学,材料学院连接所,6/26,Company Logo,小尺寸效应,宏观量子隧道效应,表面与界面效应,在纳米世界里,材料性能发生,质,飞跃,量子尺寸效应,三、纳米材料“特异”性能及应用,沈阳理工大学,材料学院连接所,7/26,Company Logo,四、经典纳米材料：纳米碳管,沈阳理工大学,材料学院连接所,8/26,Company Logo,单壁纳米碳管,（,1993,，,饭岛澄男,）,多壁纳米碳管,（,1991,，,饭岛澄男,）,四、经典纳米材料：纳米碳管,4.1,纳米碳管,(carbon nanotube),发觉,沈阳理工大学,9/26,Company Logo,4.2,碳纳米管,电学性质,性质和应用,四、经典纳米材料：纳米碳管,碳纳米管性质强烈依赖于直径和手性,沈阳理工大学,材料学院连接所,10/26,Company Logo,世界上最小汽车,-4 nm,纳米赛车,-01-21,沈阳理工大学,材料学院连接所,4.2,碳纳米管,电学性质,性质和应用,四、经典纳米材料：纳米碳管,11/26,Company Logo,（,a,，,b,）串珠状纳米碳管，半导体纳米球异质结构（,c,）利用单根纳米结构制造,Schottky,二极管,中科院化学所，朱道本院士、刘云圻研究员,Advanced Materials,Vol.17,No.2,P217-221,4.2,碳纳米管,电学性质,性质和应用,四、经典纳米材料：纳米碳管,沈阳理工大学,12/26,Company Logo,13/26,Company Logo,4.3,碳纳米管独特力学性质和应用,碳纳米管,强度,比钢高,100,多倍,，,杨氏模量,预计可高达,5 TPa,，测量报道,1.280.59,TPa,，这是当前可制备出含有最高比强度材料，而比重却只有钢,1/6,，,含有好可弯曲性,，可承受扭转形变，并可弯成小圆环，应力卸除后可完全恢复到原来状态；压力不会造成碳纳米管断裂。,四、经典纳米材料：纳米碳管,沈阳理工大学,材料学院连接所,14/26,Company Logo,用纳米碳管建成地月载人电梯构想图,4.3,碳纳米管独特力学性质和应用,四、经典纳米材料：纳米碳管,沈阳理工大学,15/26,Company Logo,碳纳米管因为其管道结构及多壁碳管之间类石墨层空隙，成为最有潜力储氢材料，用于发展纳米管燃料电池。,美国国立可再生能源试验室研究认为,SWNT,是唯一可用于氢燃料电池汽车储氢材料。,Nature,1997,386(27)377 379,The Journal of Physical Chemistry C,，,112(14),5598-5604,，,Jianhui Lan,Daojian Cheng,Dapeng Cao,and Wenchuan Wang,4.4,碳纳米管储氢上应用,沈阳理工大学,材料学院连接所,16/26,Company Logo,小尺寸效应,当纳米微粒尺寸与,光波波长,、,传导电子波长,等,相当,或,更小,时，在不改改变学成份条件下，声、光、电、磁、热、力学等物理性均发生改变。,沈阳理工大学,材料学院连接所,17/26,Company Logo,小尺寸效应特殊光学性质,白金和黄金变成黑色,金属超微颗粒对光,反射率很低，通常可低于,1,。,沈阳理工大学,材料学院连接所,18/26,Company Logo,小尺寸效应：蛾眼效应和太阳能电池板,应用物理快报,（,APL,），,92,061112();,沈阳理工大学,19/26,Company Logo,纳米微粒尺寸小，表面积大，位于表面原子相对百分比大，,表面能高,。,10cm,表面原子数,20%,1nm,即达,99%,，引发表面原子配合不全，造成表面活性点增加，而活性增大，极不稳定，很轻易与其它原子结合。,表面与界面效应,沈阳理工大学,材料学院连接所,20/26,Company Logo,表面与界面效应应用：壁虎脚,沈阳理工大学,材料学院连接所,21/26,Company Logo,（,a,）,壁虎脚电子显微镜放大照片；,（,b,）,碳纳米管阵列电子显微镜放大照片；,（,c,）,一个（,44,）平方毫米碳纳米管阵列自吸附在垂直玻璃表面上悬挂一瓶约,650,克瓶装可乐饮料；,（,d,）,一个（,44,）平方毫米碳纳米管阵列自吸附在垂直砂纸表面上悬挂一个金属钢圈。,沈阳理工大学,表面与界面效应应用：壁虎脚,22/26,Company Logo,量子尺寸效应,量子尺寸效应当纳米微粒尺寸下降到某一值时，会产生比原子小效应，即量子效应，产生新物质，是,20,世纪新发觉自然现象。量子学规律，适合用于宏观又适合用于微观，它揭示了光电子能量与光强度无关，而与射散光频率相关，在揭示经典物理基础上，建立了新概念和理论,沈阳理工大学,材料学院连接所,23/26,Company Logo,宏观量子隧道效应,微观粒子含有贯通势垒能力，称为隧道效应。近年来，人们发觉一些宏观量，比如微颗粒磁化强度，量子相干器件中磁通量等含有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。纳米材料含有贯通势垒能力，这就使其物化反应需消耗能量和催化剂降低，反应速度与效果递增,沈阳理工大学,材料学院连接所,24/26,Company Logo,埃里克,纽特,探讨了关于未来一些重大问题，精彩阐释了由科技和全球化带来巨大改变将怎样影响未来生活、工作方式以及整个世界，讲述了许多令人神往、能改变人们生活想法：智能机器人、火星地球化、能将,垃圾重新粉碎成可重复利用原子纳米机器,等。,沈阳理工大学,材料学院连接所,25/26,Company Logo,Thank You!,沈阳理工大学,材料科学与工程学院,26/26,
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