教学院化工与材料工程学院
专业化学工程与工艺
班级化工0000班
学生姓名一二三。
学生学号 12345678
指导教师四五六。
2023年6月1日。
目录。第一部分所学内容概述 2
第一章绪论 2
1.1纳米的定义 2
1.2纳米材料的定义 2
1.3纳米科技 3
第二章纳米材料的基本概念 6
2.1分类 6
2.2 纳米材料发展史 6
第三章纳米材料的结构特性与表征 7
3.1结构特性 7
3.2纳米结构的检测与表征 8
第四章纳米材料的制备技术 10
4.1物理合成法 10
4.2化学合成法 10
第五章纳米固体材料的结构和性能（略） 11
5.1结构特点 11
5.2性能与应用 12
第六章纳米材料的应用及前景 12
6.1应用领域 12
6.2发展前景 13
第二部分总结与学习心得 14
第三部分参考文献 15
纳米是一个长度单位，一纳米是一米的十亿分之一，相当于人类头发直径的万分之一。若是做成一个纳米的小球，将其放在一个乒乓球表明的话，从比例上看，就像是把一个乒乓球放在地球表面。因此，纳米科技是在和微观世界“打交道”。
相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。
1,000,000,000纳米(nm) =1米(m)
1,000,000纳米 (nm)= 1毫米(mm)
1,000纳米(nm) =1微米（μm）
1纳米(nm) =10埃米（ang）
纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100一102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子；二是粒子间的界面。
前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。
在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带**成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。纳米相材料和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。
其常规纳米材料中的基本颗粒直径不到l00nm，包含的原子不到几万个。一个直径为3nm的原子团包含大约900个原子，几乎是英文里一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条300多米长的帆船跟整个地球的比例。
1.3.1纳米科技的研究范围。
纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术，是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。2023年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.
1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。
1.3.2纳米科技的分类。
1）第一种，是2023年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
2）第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。
现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。
3）第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。dna分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。
1.3.3 纳米材料的发展史。
70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，2023年，科学家谷口纪男（norio taniguchi）最早使用纳米技术一词描述精密机械加工；2023年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，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；2023年7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的正式诞生；2023年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等；2023年，继2023年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、2023年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“ibm”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“ 中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地；2023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2023年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机；2023年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录；到2023年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元；2023年，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国**部门将纳米科技基础研究方面的投资从2023年的1.16亿美元增加到2023年的4.
97亿美元。中国也将纳米科技列为中国的“973计划”，其间涌出了像“安然纳米”等一系列以纳米科技为代表的高科技企业。
1.3.4 纳米科技的研究领域。
1）纳米材料。
当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。
2）纳米动力学。
主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（mems),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。
这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。
理论上讲：可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。
3)纳米生物学和纳米药物学。
如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。
纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。
4)纳米电子学。
包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷，更小，是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。
但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。
1） 按维数，纳米材料的基本单元可以分为：
零维：纳米颗粒(nanoparticle)、原子团簇（atom cluster）
一维：纳米线(nanowire)、纳米棒(nanorod)、纳米管(nanotube)；
二维：超薄膜(thin film)、纳米片、超晶格(superlattice)
2)按化学组成：纳米金属、纳米陶瓷、纳米高分子、纳米复合材料等。
3)按物性：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米光学材、纳米铁电材料等等。
2023年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。
2023年12月29日理查德费曼（richardfeynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲。虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。
到了20世纪60年代人们开始对分立的纳米粒子进行研究。2023年，uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。2023年德国萨尔兰大学（saarlanduniversity)的gleiter以及美国阿贡实验室的siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。
gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。
2023年日本教授谷口纪男（noriotaniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技**中给出了新的名词——纳米（nano）。2023年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（internationalconferenceonnanoscience&technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
一般在宏观领域中，某种物质固体的理化特性与该固体的尺度大小无关。当物质颗粒小于100 nm时，物质本身的许多固有特性均发生质的变化。这种现象称为“纳米效应”。
纳米材料具有三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
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