纳米(nm)和米、微米等单位相同,是一种长度单位,一纳米等于十的负九次方米,约比化学键长大一个数量级。纳米科技是研讨由标准在0.1至100纳米之间的物质组成的系统的运动规则和相互效果以及或许的实践使用中的技能问题的科学技能。可衍生出纳米电子学、机械学、生物学、资料学加工学等。
纳米资料是指三维空间标准至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的资料,它是由标准介于原子、分子和微观系统之间的纳米粒子所组成的新一代资料。因为其组成单元的标准小,界面占用相当大的成分。因而,纳米资料具有多种特色,这就导致由纳米微粒构成的系统出现了不同于一般的大块微观资料系统的许多特别性质。纳米系统使人们知道天然又进入一个新的层次,它是联络原子、分子和微观系统的中间环节,是人们曩昔从未探究过的新范畴,实践上由纳米粒子组成的资料向微观系统演化过程中,在结构上有序度的改变,在状况上的非平衡性质,使系统的性质发生很大的不同,对纳米资料的研讨将使人们从微观到微观的过渡有更深化的知道。
当粒子的标准减小到纳米量级,将导致声、光、电、磁、热功用出现新的特性。比方说:被广泛研讨的II-VI族半导体硫化镉,其吸收带鸿沟和发光光谱的峰的方位会跟着晶粒标准减小而明显蓝移。依照这一原理,能够通过操控晶粒标准来得到不同能隙的硫化镉,这将大大丰厚资料的研讨内容和可望得到新的用处。咱们知道物质的品种是有限的,微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的,但通过操操控备条件,能够得到带隙和发光性质不同的资料。也就是说,通过纳米技能得到了全新的资料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积,每克这种固体的比表面积能到达几百乃至上千平方米,这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂,在氢气储存、有机组成和环境保护等范畴有着重要的使用远景。对纳米体资料,咱们能够用“更轻、更高、更强”这六个字来归纳。“更轻”是指凭借于纳米资料和技能,咱们能够制备体积更小功用不变乃至更好的器材,减小器材的体积,使其更轻盈。第一台计算机需求三间房子来寄存,正是凭借与微米级的半导体制作技能,才完成了其小型化,并遍及了计算机。不管从能量和资源使用来看,这种“小型化”的效益都是非常惊人的。“更高”是指纳米资料可望有着更高的光、电、磁、热功用。“更强”是指纳米资料有着更强的力学功用(如强度和耐性等),对纳米陶瓷来说,纳米化可望处理陶瓷的脆性问题,并或许表现出与金属等资料相似的塑性。
纳米资料的使用远景是非常宽广的,如:纳米电子器材,医学和健康,航天、航空和空间探究,环境、资源和能量,生物技能等。咱们知道基因DNA具有双螺旋结构,这种双螺旋结构的直径约为几十纳米。用组成的晶粒标准仅为几纳米的发光半导体晶粒,选择性的吸附或效果在不同的碱基对上,能够“照亮”DNA的结构,有点像黑私自挂满了灯笼的浮屠,凭借与发光的“灯笼”,咱们不只能够辨认灯塔的外型,还可辨认灯塔的结构。简而言之,这些纳米晶粒,在DNA分子上贴上了标签。现在,咱们应当防止纳米的庸俗化。虽然有科学工作者一直在研讨纳米资料的使用问题,但许多技能仍难以直接谋福于人类。2001年以来,国内也有一些纳米企业和纳米产品,如“纳米冰箱”,“纳米洗衣机”。这些产品顶用到了一些“纳米粉体”,但冰箱和洗衣机的中心效果任何传统产品相同,“纳米粉体”赋予了它们一些新的功用,但并不是这类产品的中心技能。因而,这类产品并不能称为真实的“纳米产品”,是商家的出售手法和新卖点。现阶段纳米资料的使用首要会集在纳米粉体方面,归于纳米资料的起步阶段,应该指出这不过是纳米资料使用的初级阶段,能够说这并不是纳米资料的中心,更不能将“纳米粉体的使用”同等与纳米资料。
图一:二氧化钛纳米管。多种层状资料可构成管状资料,最为人们所了解的是碳纳米管。图一为二氧化钛纳米管的透射电镜相片,这种管是开口、中空管,比表面积能到达400m2/g,或许在吸附剂、光催化剂等方面有使用远景。
图二:晶内型纳米复相陶瓷,色彩较浅的大晶粒内部有一些深色的颗粒,在陶瓷收到外力损坏时,这些晶内的深色颗粒像一颗颗钉子,按捺裂纹分散,起到对陶瓷资料的增强和增韧效果。
图三:二氧化钛纳米颗粒的透射电镜相片。能够看出二氧化钛仅为7纳米左右。人们不只要问:如此小的纳米颗粒肉眼能否看到?商家供给的“纳米粉体”能看得到吗?如此小的晶粒用肉眼是看不到的,能够凭借于电子显微镜来看。因为这些晶粒集合在一起,咱们能够看到集合后的粉体,除了能感觉到“纳米粉体”更膨松外,不凭借科学的表征办法,咱们难以差异它们。
在资料科学家和其他科学家通过不懈尽力后,取得了重大突破,在一些先进国家相继建立了受控聚变试验设备,进行科学试验。更令人兴奋的是,受控核聚变通过近半个世纪的尽力,它的科学可行性已由现有的试验成果外推承认,图2为其试验设备Tokamak示意图。而最具说服力的试验是1991年11月JET和1993年12月TFTR的D-T试验,证明受控核聚变已不是可望而不可及的梦想,而是通过尽力可望在本世纪中叶付诸使用的有用动力。
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