纳米材料-青年教师讲课市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

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,