纳米材料概述课件

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1、l第一节、概述l第二节、纳米材料的结构与性能l第三节、纳米材料的制备方法l第四节、纳米材料与纳米技术的应用l第五节、发展与展望第一节 概 述一、纳米科技的诞生二、纳米技术与纳米材料的概念三、纳米材料的分类四、纳米科技研究的重要性l19591959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德理查德费曼在费曼在在底部还有很大空间在底部还有很大空间的一次讲演中指出，从石器时代的一次讲演中指出，从石器时代开始，人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有开始，人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有关，而从物理学的规律来看，不能排除从单个分子甚至原关，而从物理学的规律来看

2、，不能排除从单个分子甚至原子出发而组装制造物品的可能性。费曼憧憬说：子出发而组装制造物品的可能性。费曼憧憬说：“如果有如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生怎样的奇一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？迹？”他预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最他预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品产品”，这是关于纳米技术最早的梦想。这是关于纳米技术最早的梦想。七十年代，科学家开始从七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。不同角度提出有关纳米科技的构想。l费曼费曼纳米科

3、技之父纳米科技之父 原子排成的“原子”字样l纳米技术的迅速发展是在纳米技术的迅速发展是在2020世纪世纪8080年代末、年代末、9090年年代初。代初。19821982年，科学家发明研究纳米的重要工具年，科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。19901990年年7 7月，第一届国际纳米科学技术会议在美月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术

4、的正式诞国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。生。l19931993年，继年，继19891989年美国斯坦福大学搬走原子年美国斯坦福大学搬走原子团团“写写”下斯坦福大学英文名字、下斯坦福大学英文名字、19901990年美年美国国际商用机器公司在镍表面用国国际商用机器公司在镍表面用3636个氙原子排个氙原子排出出“IBM”IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出室自如地操纵原子成功写出“中国中国”二字，标二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。地。l构成万物的小小原子，究竟小到什么

5、程度？中国古代有位叫公孙龙的说过：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”l 如果确实有这样的工具，能一直截下去的话，那么，一尺木棍每天截去一半，到第三天只剩八分之一尺；第十天只剩1千零二十四分之一尺；到第三十天，剩下十亿分之一尺，这时木棍已经比纤维分子还小；到第三十二天，只剩下四十亿分之一尺，相当于原子大小了。科学家发现，不同的原子，大小也不同。原子的直径一般是一亿分之一厘米。一个最小的细菌里面大约可以容纳20亿个原子。氢原子的直径为1埃。l化学家常常自豪地说：“化学是一门在原子分子水平上研究物质的结构、性质、变化规律和应用的科学。”但是真正“看见”原子和分子却是20世纪80年代后期的事，距离道尔

6、顿提出原子论的时间差不多有2个世纪。l原子小于光的波长，单个原子对光是透明的。光学显微镜怎么改进都不可能看到原子。l十个氢原子紧密排列1nm颗粒乒乓球地球扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜为我们揭示了一个可见的原子、分子世界，为我们揭示了一个可见的原子、分子世界，对纳米科技的发展起到了巨大的推进作用。对纳米科技的发展起到了巨大的推进作用。STM是是20世纪世纪80年代世界十大科技成就之一。年代世界十大科技成就之一。l扫描隧道显微镜是80年代初期发展起来的新型显微仪器，能达到原子级的超高分辨率。扫描隧道显微镜不仅作为观察物质表面结构的重要手段，而且可以作为在极其细微的尺度即纳米尺度（1 nm=10-9

7、 m）上实现对物质表面精细加工的新奇工具。目前科学家已经可以随心所欲地操纵某些原子。一门新兴的学科纳米科学技术已经应运而生。科学家使用STM观测物质的纳米结构STM针尖 扫描隧道显微镜工作原理示意图 纳米算盘C60每10个一组，在铜表面形成世界上最小的算盘。硅表面纳米皇冠Images of NaCl obtained using Scanning Tunneling Microscope l利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号，维持针尖样品间作用力恒定，同时针尖在样品表面扫描，从而得知样品表面的高低起伏。原子间作用力的检测主要由光杠杆技术来实现。如果探针和样品间有力的作用，悬臂将

8、会弯曲。为检测悬臂的微小弯曲量（位移），采用激光照射悬臂的尖端，四象限探测器就可检测出悬臂的偏转。通过电子学反馈系统使弯曲量保持一定，即控制扫描管Z 轴使作用于针尖样品间的力保持一定。在扫描的同时，通过记录反馈信号就可以得到样品表面的形貌。l目前除了隧道显微镜（目前除了隧道显微镜（STM）、原子力显微镜）、原子力显微镜（AFM）以外，还有近场光学显微镜）以外，还有近场光学显微镜（NSOM）、侧面力显微镜（）、侧面力显微镜（IFM）、磁力显）、磁力显微镜（微镜（MFM）、极化力显微镜（）、极化力显微镜（SPFM）已有二十多个品种。但大量还处在实验室的产已有二十多个品种。但大量还处在实验室的产品研

9、发阶段。由于它们都是用探针通过扫描系品研发阶段。由于它们都是用探针通过扫描系统来获取图像，因此这类显微镜统称为扫描探统来获取图像，因此这类显微镜统称为扫描探针显微镜（针显微镜（SPM）。）。l过去，人们只注意原子、分子或者宏观物质，常常忽略纳米这个中间领域，而这个领域大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。l 纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有等

10、就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。另外，中国古代原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。另外，中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜。颗粒构成的薄膜。蜜蜂、海龟不迷路蜜蜂、海龟不迷路-体内用纳米磁性微粒（相当于生物罗盘）。体内用纳米磁性微粒（相当于生物罗盘）。l 纳米（nm）实际上是一种长度单位，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。

11、纳米小得可爱，却威力无比，它可以对材料性质产生影响，并发生变化，使材料呈现出极强的活跃性。科学家们说，纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾，会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久。l 1m=1000mm 1mm=1000m 1 m=1000nml宇观(Cosmoscopic)l遥观(Remote sensoscopic)l宏观(Macroscopic)l显微观(Optico-microscopic)l介观介观(Mesoscopic)或纳米观或纳米观(Nanoscopic):1100nml微观(Microscopic)l皮米观(Picosopic)l飞米

12、观(Fentoscopic)l亚飞米观(Subfentoscopicl1.纳米技术 纳米科技是纳米科技是90年代初迅速发展起来的新的前年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域。它是指在沿科研领域。它是指在1-100nm尺度内，研究电尺度内，研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学科。子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学科。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。原子、分子，制造出具有特定功能的产品。注意注意单纯的某一纳米材料若没有特殊的结构和性能表单纯的某一纳米材料若没有特殊的结构和性能表现，还不能称为纳米

13、技术。如香烟的烟灰粉末或自然土现，还不能称为纳米技术。如香烟的烟灰粉末或自然土壤中存在的纳米粉末，虽然它们也能够达到一百个纳米壤中存在的纳米粉末，虽然它们也能够达到一百个纳米以内的尺度，但是，因为它们没有特殊的结构和技术性以内的尺度，但是，因为它们没有特殊的结构和技术性能表现能表现,所以这些材料还不能称为纳米技术。所以这些材料还不能称为纳米技术。l纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成组成,一般是指尺寸在一般是指尺寸在1100nm间的粒子，间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。l纳米材料可分为两个层次：纳

14、米超微粒子与纳米材料可分为两个层次：纳米超微粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸为为1-100nm的超微粒子，纳米固体是指由纳的超微粒子，纳米固体是指由纳米超微粒子制成的固体材料。而人们习惯于米超微粒子制成的固体材料。而人们习惯于把组成或晶粒结构控制在把组成或晶粒结构控制在100纳米以下的长度纳米以下的长度尺寸称为纳米材料。尺寸称为纳米材料。l1.按结构：按结构：l零维纳米材料：指空间三维尺度均在纳米尺度以内的材料，如 纳米粒子、原子团簇等l一维纳米材料：有两维处于纳米尺度的材料，如纳米线 纳米管l二维纳米材料：在三维空间有一维在纳米尺度的材料，如

15、超薄膜l三维纳米材料（纳米固体材料）：指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密性固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5 nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，从而使得纳米材料具有高韧性。l纳米颗粒型材料也称纳米粉末，一般也称纳米粉末，一般指粒度在指粒度在100nm以下的粉末或颗粒。由以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。原因，它具有不同于常规固体的新特性。l用途：l高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流高密度磁记录材料、吸波隐身材料、

16、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基与布线材料、器件抛光材料、微芯片导热基与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、电池电极微电子封装材料、光电子材料、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂等。人体修复材料和抗癌制剂等。1991年，日本科学家年，日本科学家饭岛澄男饭岛澄男发发现碳纳米管。现碳纳米管。这是石墨中一层或若干层碳原子这是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状卷曲而成的笼状“纤维纤维”，内

17、，内部是空的，外部直径只有几到部是空的，外部直径只有几到几十纳米，长度可达数微米甚几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。至数毫米。这样的材料很轻，但很结实。它这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的的密度是钢的1/6，而强度却是，而强度却是钢的钢的100倍。如果用碳纳米管倍。如果用碳纳米管做绳索，是惟一可以从月球上做绳索，是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。量所拉断的绳索。碳纳米管本身有非常完美的结构，意味着它有好的碳纳米管本身有非常完美的结构，意味着它有好的性能。它在一维方向上的强度可以超过钢丝强度，性能。它在一维方向上的强度可以超过钢丝强度，

18、它还有其他材料所不具备的性能：非常好的导电性它还有其他材料所不具备的性能：非常好的导电性能、导热性能和电性能。能、导热性能和电性能。l 碳纳米管尺寸尽管只有头发丝的十万分之一，但它的导电率碳纳米管尺寸尽管只有头发丝的十万分之一，但它的导电率是铜的是铜的1万倍，它的强度是钢的万倍，它的强度是钢的100倍而重量只有钢的六分之一。倍而重量只有钢的六分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。材料中最高的。l纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚

19、的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。把碳纳米管用作转子的纳米马达 然而，碳纳米管作为一种新型材料被发现至今已有然而，碳纳米管作为一种新型材料被发现至今已有十余年，却尚未得到工业应用。超高的成本使国际市场十余年，却尚未得到工业应用。超高的成本使国际市场9090高纯度的碳纳米管价格高达高纯度的碳纳米管价格高达1000100020002000美元克，美元克，一般纯度的碳纳米管价格也在一般纯度的碳纳米管价格也在6060美元克，远远高出黄美元克，远远高出黄金的价格。金的价格。我国清华我国清华南风纳米粉体产业化工程中心，一直致力南风纳米粉体产业化工程中心，

20、一直致力于碳纳米管在工业化生产上的科技攻关，是目前世界上于碳纳米管在工业化生产上的科技攻关，是目前世界上已知生产规模最大的碳纳米管生产基地。已知生产规模最大的碳纳米管生产基地。l纳米膜材料 纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。l 纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。Fe-B纳米棒2.按组成可分为：l 金属纳米材料l 半导体纳米材料l 有机和高分子纳米材料l 复合纳米材料：无机粒子与有机高分子复合材料，无机半导体的核壳结构4.按应用领域可分为：按应用领域可分为：l纳米

21、电子材料l纳米光电子材料l纳米生物医药材料l纳米敏感材料l纳米储能材料5.按化学组分可分为：按化学组分可分为：l纳米金属l纳米晶体l纳米陶瓷l纳米玻璃l纳米高分子l纳米复合材料l纳米科技与基因工程和智能科技一起被纳米科技与基因工程和智能科技一起被称为称为“21世纪高科技三剑客世纪高科技三剑客”，在，在21世世纪初正式登上世界经济舞台纪初正式登上世界经济舞台.纳米科技的纳米科技的兴起兴起,孕育了一个新的经济模式孕育了一个新的经济模式-纳米纳米经济的诞生经济的诞生.l钱学森钱学森(1991)：“我认为，纳米左右和纳我认为，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重米以下的结构是下一阶段科技发展

22、的重点，会是一次技术革命，从而将在点，会是一次技术革命，从而将在21世世纪又是一次产业革命。纪又是一次产业革命。”l2004年1月12日，由中国科学院主办的528名院士投票评选出来的2003世界十大科技新闻揭晓。其中，排名第一的新闻就是科学家研制出世界最小的纳米电动机。二十一世纪纳米技术将推动信息、医学、自动化及能源科学的迅速发展，l在未来的二十至三十年内，纳米技术将在三个方面对人类社会产生深刻的影响：一、社会生产途径；二、人类生活方式；三、人们思维模式。l所以，纳米技术的出现，标志着人类社会在发展进程中正迈向一个新的台阶。l传统化学的研究对象通常包含着天文数字的原子或分子，例如，1克水包含了

23、约3.346*1022个水分子；因此通常所测得的体系的各种物理化学性质都是大量粒子的平均行为。实际上，热力学规律成立的前提条件就是由大量粒子组成的体系；那么，当研究对象变成纳米尺度的物质，纳米尺度的微观世界，变成一个原子或一个分子时，是否还会遵循我们从课本上学到的传统理论和规律呢？水可能是我们最熟悉的东西，我们每天都离不开水，我们知道油水是不相溶的，无论宏观尺度上的水和微观尺度上的水都是和油不相溶的，你没有办法把它混在一起。但是如果到了纳米尺度上，也就是说在这个微观世界里，它就能够溶，并且溶得非常好，成为热力学的稳定相。不管它温度变化也好，振动也好，里头加一点化学原料也好，它都能够是稳定的。l

24、从通常的关于微观和宏观的观点看，纳从通常的关于微观和宏观的观点看，纳米级这样的系统既非典型的微观系统亦米级这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。当人们将宏观物体细分成超微颗系统。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。体时相比将会有显著的不同。1.表面效应表面效应 2.小尺寸效应小尺寸效应 3.量子尺寸效应量子尺寸

25、效应 4.宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应l1.表面效应表面效应l 表面效应是指纳米超微粒子的表面原子数与表面效应是指纳米超微粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性能的变化。加，从而引起纳米粒子性能的变化。l纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同能与内部原子有所不同,存在许多悬空键存在许多悬空键,并具并具有不饱和性有不饱和性,因而极易与其他原子相结合而趋于因而极易与其他原子

26、相结合而趋于稳定稳定,所以所以,具有很高的具有很高的化学活性化学活性.l利用这一特性可制得具有高催化活性和产物选利用这一特性可制得具有高催化活性和产物选择性的催化剂。择性的催化剂。100 80 60 40 20 0 比例（%）表面原子数相对总原子数 0 10 20 30 40 50 l超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。如要防止自燃，可采用表面包覆或控制氧化速度，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。l用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力，可以用作新型火箭的固

27、体燃料，也可用作烈性炸药。l 随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。从而产生如下一系列新奇的性质。（1 1）特殊的光学性质特殊的光学性质（2 2）特殊的热学性质特殊的热学性质（3 3）特殊的磁学性质特殊的磁学性质（4 4）特殊的力学性质特殊的力学性质超微颗粒的小尺寸效应还表现在超

28、导电性、介电超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。性能、声学特性以及化学性能等方面。l特殊的光学性质：当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂变成铂黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。也有可能应用于红外敏感原件、红外隐身技术等。l超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的。若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径2

29、nm）进行观察，发现这些颗粒没有固定的没有固定的形态形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体、二十面体等），它既不同于一般固体，有不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了沸腾状态，尺寸大于10nm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性。l纳米微粒的熔点比常规粉体低得多。由于颗粒纳米微粒的熔点比常规粉体低得多。由于颗粒小，纳米微粒的表面能高，表面原子数多，这小，纳米微粒的表面能高，表面原子数多，这些原子近邻配位不全，纳米微粒间是一种非共些原子近邻配位不全，纳米微粒间是一种非共价相互作用，活性大，纳米粒子熔化时所增加价相互作用，活性大，纳米粒子熔化时所

30、增加的内能小得多，这就使得纳米微粒的熔点急剧的内能小得多，这就使得纳米微粒的熔点急剧下降。例如，大块铅的熔点为下降。例如，大块铅的熔点为00K，而，而20nm 球形铅的熔点低于球形铅的熔点低于288K，金的熔点通常是，金的熔点通常是多摄氏度，而晶粒尺度为纳米的金微粒，多摄氏度，而晶粒尺度为纳米的金微粒，其熔点仅为普通金的一半其熔点仅为普通金的一半 l微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。对于宏观物体包含无限个原子，N，于是0，即宏观物体的能级间距几乎为零；而纳米微粒包含的原子数有限，N值很小，能级间距将发生分裂

31、，这就导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性不同，从而产生量子尺寸效应。例如，温度为1K时，直径小于14nm 的银纳米颗粒会变成绝缘体。隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。l为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果，首先为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果，首先要能按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、要能按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料，这一技

32、术被称为纳米加工技术。安排材料，这一技术被称为纳米加工技术。l纳米材料的制备科学在当前的纳米技术研究中占据着纳米材料的制备科学在当前的纳米技术研究中占据着极为关键的地位。人们一般将纳米材料的制备方法划极为关键的地位。人们一般将纳米材料的制备方法划分为物理方法和化学方法两大类。分为物理方法和化学方法两大类。l实际上，一方面纳米加工技术是纳米科学的重要基础，另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说，一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力就越小。在纳米世界里，材料表面很小，相互之间距离很近，以至于使两块材料表面

33、上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米世界内，所有所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。1 1真空冷凝法真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。2 2物理粉碎法物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗子。其特点操作简单、成本低，但产

34、品纯度低，颗粒分布不均匀。粒分布不均匀。3 3机械球磨法机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。1.1.化学沉淀法化学沉淀法共沉淀法共沉淀法 均匀沉淀法均匀沉淀法多元醇沉淀法多元醇沉淀法沉淀转化法沉淀转化法2.化学还原法化学还原法l水溶液还原法水溶液还原法l多元醇还原法多元醇还原法l气相还原法气相还原法l碳热还原法碳热还原法3.3.溶胶凝胶法溶胶凝胶法溶胶凝胶法广泛应用于金属氧化物纳米

35、粒子的制备。前驱物溶胶凝胶法广泛应用于金属氧化物纳米粒子的制备。前驱物用金属醇盐或非醇盐均可。方法实质是前驱物在一定条件下水解用金属醇盐或非醇盐均可。方法实质是前驱物在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥纳米材料热处理后制得所需纳米粒成溶胶，再制成凝胶，经干燥纳米材料热处理后制得所需纳米粒子。子。溶胶凝胶法可以大大降低合成温度。用无机盐作原料，价溶胶凝胶法可以大大降低合成温度。用无机盐作原料，价格相对便宜。格相对便宜。4.4.水热法水热法 水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可

36、进行重结反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行重结晶。水热技术具有晶。水热技术具有两个特点，一是其相对低的温度，二是在封闭两个特点，一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发容器中进行，避免了组分挥发。水热条件下粉体的制备有水热结。水热条件下粉体的制备有水热结晶法、水热合成法、水热分解法、水热脱水法、水热氧化法、水晶法、水热合成法、水热分解法、水热脱水法、水热氧化法、水热还原法等。近年来还发展出电化学热法以及微波水热合成法。热还原法等。近年来还发展出电化学热法以及微波水热合成法。前者将水热法与电场相结合，而后者用微波加热水热反应体系。前者将水热法与电场相结合，而后者

37、用微波加热水热反应体系。与一般湿化学法相比较，与一般湿化学法相比较，水热法可直接得到分散且结晶良好的粉水热法可直接得到分散且结晶良好的粉体，不需作高温灼烧处理，避免了可能形成的粉体硬团聚体，不需作高温灼烧处理，避免了可能形成的粉体硬团聚。5.5.溶剂热合成法溶剂热合成法 用有机溶剂代替水作介质，采用类似水热合成的原理制备纳用有机溶剂代替水作介质，采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而米微粉。非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结且能够实现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结

38、构的材料。构的材料。苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂，最近苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂，最近成功地发展成苯热合成技术，溶剂加压热合成技术可以在相对低成功地发展成苯热合成技术，溶剂加压热合成技术可以在相对低的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制得的、在超高压的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制得的、在超高压下才能存在的亚稳相。下才能存在的亚稳相。6.6.微乳液法微乳液法 微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇通常为醇类类)、油类、油类(通常为碳氢化合物通常为碳氢化合物)组成的透明的、各向同性的热组成的透明的

39、、各向同性的热力学稳定体系。微乳液中，微小的力学稳定体系。微乳液中，微小的“水池水池”为表面活性剂和为表面活性剂和助表面活性剂所构成的单分子层包围成的微乳颗粒，其大小助表面活性剂所构成的单分子层包围成的微乳颗粒，其大小在几至几十个纳米间，这些微小的在几至几十个纳米间，这些微小的“水池水池”彼此分离，就是彼此分离，就是“微反应器微反应器”。它拥有很大的界面，有利于化学反应。这显。它拥有很大的界面，有利于化学反应。这显然是制备纳米材料的又一有效技术。然是制备纳米材料的又一有效技术。与其它化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可与其它化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控，分散性好。运用

40、微乳法制备的纳米微粒主要有以下几类：控，分散性好。运用微乳法制备的纳米微粒主要有以下几类：(1)金属，如金属，如Pt，Pd，Rh，Ir84Au,Ag,Cu等；等；(2)硫化物硫化物CdS，PbS，CuS等；等；(3)Ni,Co,Fe等与等与B的化合物的化合物；(4)氯化物氯化物AgCl，AuCl3等；等；(5)碱土金属碳酸盐，如碱土金属碳酸盐，如CaCO3，BaCO3，SrCO3；(6)氧化物氧化物Eu2O3，Fe2O3，Bi2O3及氢氧化物及氢氧化物Al(OH3)等。等。微乳液法制备微乳液法制备Fe2O3示意图示意图7.7.模板合成法模板合成法 利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。结构

41、利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等。例如将。例如将纳米微粒置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀，在空间纳米微粒置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀，在空间具有周期性构型的纳米材料。具有周期性构型的纳米材料。Herron等将等将Na-Y型沸石与型沸石与Cd(NO3)溶液混合，离子交换后形成溶液混合，离子交换后形成Cd-Y型沸石，经干燥型沸石，经干燥后与后与N2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成CdS超超微粒子。南京大学采用气体输运将微粒子。南京大学采用气体输运将C6

42、0引入引入13X分子筛与水分子筛与水滑石分子层间，并可以将滑石分子层间，并可以将Ni置换到置换到Y型沸石中去，观察到型沸石中去，观察到C60Y光致光谱由于光致光谱由于Ni的掺入而产生蓝移现象。的掺入而产生蓝移现象。9.9.电解法电解法 此法包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制得此法包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制得很多用通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉很多用通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉，尤其，尤其是负电性很大的金属粉末。还可制备氧化物超微粉。采用是负电性很大的金属粉末。还可制备氧化物超微粉。采用加有机溶剂于电解液中的滚筒阴极电解法，制备出金属超加有机溶剂于电解液中的

43、滚筒阴极电解法，制备出金属超微粉。滚筒置于两液相交界处，跨于两液相之中。当滚筒微粉。滚筒置于两液相交界处，跨于两液相之中。当滚筒在水溶液中时，金属在其上面析出，而转动到有机液中时，在水溶液中时，金属在其上面析出，而转动到有机液中时，金属析出停止，而且已析出之金属被有机溶液涂覆。当再金属析出停止，而且已析出之金属被有机溶液涂覆。当再转动到水溶液中时，又有金属析出，但此次析出之金属与转动到水溶液中时，又有金属析出，但此次析出之金属与上次析出之金属间因有机膜阻隔而不能联结在一起，仅以上次析出之金属间因有机膜阻隔而不能联结在一起，仅以超微粉体形式析出。用这种方法得到的粉末纯度高，粒径超微粉体形式析出。

44、用这种方法得到的粉末纯度高，粒径细，而且成本低，适于扩大和工业生产。细，而且成本低，适于扩大和工业生产。l由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。面有广阔的应用前景。l陶瓷材料在通常情况下

45、呈脆陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。现出甚佳的韧性与延展性。纳米陶瓷l巨磁电阻材料巨磁电阻材料 2新型的磁性液体和磁记录材料新型的磁性液体和磁记录材料l 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和的作用，它可以控制反应时

46、间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一能进行的反应也能进行。纳米微粒作

47、催化剂比一般催化剂的反应速度提高般催化剂的反应速度提高10101515倍。倍。l1金属纳米粒子的催化作用金属纳米粒子的催化作用l贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应用到贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应用到高分子高聚物的氢化反应上，例如纳米粒子铑在高分子高聚物的氢化反应上，例如纳米粒子铑在氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。烯烃双键上往往连有尺寸较大的基团，致使双键烯烃双键上往往连有尺寸较大的基团，致使双键很难打开，若加上粒径为很难打开，若加上粒径为lnm的铑微粒，可使打的铑微粒，可使打开双键变得容易，使氢化反应顺利进行。开双键变得容易，使氢化反应

48、顺利进行。l2半导体纳米粒子的光催化半导体纳米粒子的光催化l半导体的光催化效应发现以来，一直半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。解等方面有重要的应用。常用的光催化半导体纳米粒子有常用的光催化半导体纳米粒子有TiO2(锐铁矿相锐铁矿相)、Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等。主要用处：将这类材料做成等。主要用处：将这类材料做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利用太阳光可进行空心小球，浮在含有有机物的废水表

49、面上，利用太阳光可进行有机物的降解。美国、日本利用这种方法对海上石油泄露造成有机物的降解。美国、日本利用这种方法对海上石油泄露造成的污染进行处理。采用这种方法还可以将粉体添加到陶瓷釉料的污染进行处理。采用这种方法还可以将粉体添加到陶瓷釉料中，使其具有保洁杀菌的功能，也可以添加到人造纤维中制成中，使其具有保洁杀菌的功能，也可以添加到人造纤维中制成杀菌纤维。锐钛矿白色纳米杀菌纤维。锐钛矿白色纳米TiO2粒子表面用粒子表面用Cu+、Ag+离子修离子修饰，杀菌效果更好。这种材料在电冰箱、空调、医疗器械、医饰，杀菌效果更好。这种材料在电冰箱、空调、医疗器械、医院手术室装修等方面有着广泛的应用前景。院手术

50、室装修等方面有着广泛的应用前景。l3纳米金属、半导体粒子的热催化纳米金属、半导体粒子的热催化ll金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。目前，金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。目前，纳米纳米Ag和和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃剂。粉已被用在火箭燃料作助燃剂。l掺杂到高能密度的材料，如炸药，增加爆炸效率；也可以作为掺杂到高能密度的材料，如炸药，增加爆炸效率；也可以作为引爆剂进行使用。引爆剂进行使用。l提高热燃烧效率提高热燃烧效率:将金属纳米粒子和半导体纳米粒子掺杂到燃将金属纳米粒子和半导体纳米粒子掺杂到燃料中，以提高燃烧的效率，因此这类材料在火箭助推器和煤中料中，以提高

51、燃烧的效率，因此这类材料在火箭助推器和煤中作助燃剂。作助燃剂。l纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，可使燃烧效率提高纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，可使燃烧效率提高100倍；纳米炸药比常规炸药性能提高千百倍倍；纳米炸药比常规炸药性能提高千百倍.l纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的块材料不具备的光学特性光学特性，如光吸收、光反射、，如光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等，都光传输过程中的能量损耗等，都与纳米微粒的与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系尺寸有很强的依赖关系。研究表明，利用纳米。研究表明，利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种光学

52、材料将微粒的特殊的光学特性制成的各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关于这方面研究还处在实验室阶段，有的得前关于这方面研究还处在实验室阶段，有的得到了推广应用。下面简要介绍一下各种纳米微到了推广应用。下面简要介绍一下各种纳米微粒在光学方面的应用。粒在光学方面的应用。l高压钠灯以及各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强高压钠灯以及各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强照明，但是电能的照明，但是电能的6969转化为红外线，这就表明有相转化为红外线，这就表明有相当多的电能转化为热能被消耗掉，仅有一少部分转化当多的电能转化为热能被消耗掉，仅有一少部分

53、转化为光能来照明。同时，灯管发热也会影响灯具的寿命。为光能来照明。同时，灯管发热也会影响灯具的寿命。如何提高发光效率，增加照明度一直是亟待解决的关如何提高发光效率，增加照明度一直是亟待解决的关键问题，纳米微粒的诞生为解决这个问题提供了一个键问题，纳米微粒的诞生为解决这个问题提供了一个新的途径。新的途径。2020世纪世纪8080年代以来，人们用纳米年代以来，人们用纳米SiO2SiO2和纳和纳米米TiO2TiO2微粒制成了多层干涉膜，总厚度为微米级，衬微粒制成了多层干涉膜，总厚度为微米级，衬在有灯丝的灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且在有灯丝的灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且有很强的红外线反

54、射能力。有很强的红外线反射能力。l 由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大要强得多，这就大大减少波的反射率减少波的反射率，使得红外，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大比表面积比常规粗粉大34个数量级，对红外光个数量级，对红外光和电磁波的和电磁波的吸收率也比常规材料大得多吸收率也比常规材料大得多

55、，这就使，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。l某些几十纳米厚的固体薄膜的吸收效果与比它厚某些几十纳米厚的固体薄膜的吸收效果与比它厚1000倍的现有吸波材料相同，美国研制的纳米隐倍的现有吸波材料相同，美国研制的纳米隐身涂料超黑粉对雷达波的吸收率达身涂料超黑粉对雷达波的吸收率达99%。美国F117隐形轰炸机机美国B2隐形轰炸机3、用于制造微型武器 利用纳米技术可以把传感器、电动机和数字智能装备集中在一块芯片上，制造出几厘米甚至更小的微型装置。在未来战场上，

56、将出现能像士兵那样执行军事任务的超微型智能武器装备。据报道，美国研制的小型智能机器人，大的像鞋盒子那么大，小的如硬币，它们会爬行、跳跃甚至可飞过雷区、穿过沙漠或海滩，为部队或数千公里外的总部收集信息。微型机电武器还可用于敌我识别、探测核污染和化学毒剂、无人侦察机等。l4、用于制造微型卫星和纳米卫星l 由于纳米技术、微电机技术的发展，一些国家发射的卫星正向小型化方向发展。1993年，美国航空航天公司就提出了纳米卫星(重约0.110千克)的概念。1999年，英国、美国、瑞典各发射了一颗纳米卫星。专用微型集成电路取代现在卫星上使用的有关系统，使微型卫星、纳米卫星体积小、重量轻；生存能力强，即使遭受攻

57、击也不会丧失全部功能；研制费用低，不需大型实验设施和跨度大的厂房；易发射，不需大型运载工具发射，一枚小型运载火箭即可发射千百颗，再按不同轨道组成卫星网，即可实现对地球表面的覆盖。l随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了从源头上控制新的污染源产生创造了条件。条件。l纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于效率极高。经它催化的石油中硫的含量小

58、于0.01。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。根本无需进行尾气净化处理。污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水

59、治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳钯、铂等完全提炼出

60、来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的1020倍倍。l l由于纳米由于纳米TiO2除了具有纳米材料的特除了具有纳米材料的特点外，还具有光催化性能，使得它在环点外，还具有光催化性能，使得它在环境污染治理方面将扮演极其重要的角色。境污染治理方面将扮演极其重要的角色。l（1）降解空气中的有害有机物）降解空气中的有害有机物l对室内主要的气体污染物对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨甲醛、甲笨等的研究结果等的研究结果表明，光催化剂可以很好地降解这些物质，其中表明，光催化剂可

61、以很好地降解这些物质，其中纳纳米米TiO2的降解效率最好，将近达到的降解效率最好，将近达到100。其降解机其降解机理是在光照条件下将这些有害物质理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、转化为二氧化碳、水和有机酸水和有机酸。纳米。纳米TiO2的光催化剂也可用于石油、的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。量。l（2）降解有机磷农药）降解有机磷农药l有机磷农药是有机磷农药是70年代发展起来的农药品种，占我国年代发展起来的农药品种，占我国农药产量的农药产量的80，它的生产和使用会造成大量有毒，它的生产和使用会造成大量有

62、毒废水。这一环保难题，使用纳米废水。这一环保难题，使用纳米TiO2来催化降解可来催化降解可以得到根本解决。以得到根本解决。l（3）处理毛纺染整废水）处理毛纺染整废水l用纳米用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景。前景。l（4）解决石油污染问题）解决石油污染问题l在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面，用纳米

63、油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面，用纳米TiO2可以降解石油，解决海洋的石油污染问题。可以降解石油，解决海洋的石油污染问题。l（5）处理城市生活垃圾）处理城市生活垃圾l用纳米用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大颗粒度是大颗粒TiO2的的10倍以上，从而解决大量生活倍以上，从而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。垃圾给城市环境带来的压力。l（6）高效的杀菌剂）高效的杀菌剂l一般常用的杀菌剂一般常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去等能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分如内毒素。内毒素是致

64、命物质，可毒的组分如内毒素。内毒素是致命物质，可引起伤寒、霍乱等疾病。利用纳米引起伤寒、霍乱等疾病。利用纳米TiO2的光的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。在医同时降解由细菌释放出的有毒复合物。在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米安放纳米TiO2光催化剂还具有除臭作用光催化剂还具有除臭作用。l（7）自洁作用）自洁作用l 纳米纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性，由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有因此其表面具有自清洁效应，即其表面具有防污、自清洁

65、效应，即其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点防雾、易洗、易干等特点。我国新近研制成功一我国新近研制成功一种具备自动清洁功能，可以自动消除异味、杀菌种具备自动清洁功能，可以自动消除异味、杀菌消毒的消毒的“纳米自洁净玻璃纳米自洁净玻璃”。l“纳米自洁净玻璃纳米自洁净玻璃”是应用高科技纳米技术在平是应用高科技纳米技术在平板玻璃的两面镀制一层纳米薄膜，薄膜在紫外线板玻璃的两面镀制一层纳米薄膜，薄膜在紫外线的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒。有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒。被称之为被称之为2121世纪前沿科学的

66、纳米技术将世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。成为未来环境保护发展的必然趋势。l众所周知，分子是保持物质化学性质不变的众所周知，分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物大分子本身就是一个微型处理器，分子一个生物大分子本身就是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化，其原在运动过程中以可预测方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术，可以此来设计量子计算机。纳米技术，可以此来设计量子计算机。l到目前为止，还没有出现商品化的分子到目前为止，还没有出现商品化的分子计算机组件。科学家们认为：要想提高计算机组件。科学家们认为：要想提高集成度，制造微型计算机，集成度，制造微型计算机，关键在于寻关键在于寻找具有开关