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1、纳米科学纳米科学 与技术与技术 The Small World Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 个人简介 雷鸣，2007年中科院物理研究所纳米物理与器件实验室获理学博士学
2、 位。曾先后到香港科技大学和香港中文大学从事博士后研究工作。现 为北京邮电大学理学院岗位特聘教授，博士生导师。至今在 Scientific Reports、J. Power Sources、J. Membrane Sci.、Int. J. Hydrogen Energy、JACS、ACS Nano、APL、 Nanotechnology等国际重要学术期刊上合作发表论文150余篇（第 一作者42篇，通讯作者文章35篇），SCI引用1500余次（h因子25） ，曾主持完成国家自然科学基金青年基金一项，横向课题两项，国家 重点实验室开放基金一项，参与完成国家自然科学基金3项，参与完 成科技部量子调控
3、重大研究计划项目课题一项。目前主持教育部新世 纪优秀人才计划一项，国家自然科学基金面上基金两项，国家重点实 验室开放基金一项，横向课题两项。 主要研究方向： 纳米材料与器件及其相关基础科学问题 主要包括： 1. 无机光电功能纳米材料及相关光电特性 2能量存储与转换材料与器件 3新型异质纳米结构光催化材料 4有机分子材料与场效应晶体管 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET
4、3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 本课程的内容 1.绪论 2.纳米材料 2.1 零维纳米结构：纳米粒子 2.2 一维纳米结构：纳米线、纳米棒、纳米管 2.3 二维纳米结构：薄膜、石墨烯 2.4 特殊纳米材料 3.纳米材料的制备方法 4.纳米材料的表征 5.纳米材料的性能 6.纳米材料的应用 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5
5、 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 一、绪论 1、引言 21世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料代表了高新技术发 展的方向。在信息产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起 了世界各国政府和科技界的高度关注，这就是纳米技术。 纳米技术包含下列四个主要方面：纳米材料、纳米动力学、纳米生物 学和纳米药物学、纳米电子
6、学。 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1100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。 日本最早用蒸发法制备超微颗粒，并通过研究它的性能发现：一个导 电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表 现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做 成大约20-30 nm大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高 1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。原 因：磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原 子
7、核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变 成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。这一特 性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制 造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速列车。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-20
8、11 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 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
9、和检测技术达到纳米数量级。 一、绪论 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 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
10、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
11、冷是指单个器件的功耗 要小。但是更小并非没有限度。 一、绪论 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. “There is plenty of room at the bottom
12、.” -R.P. Feynman, (Dec 29, 1959). “What would happen if we could arrange the atoms one-by-one the way we want them?” 2. 纳米技术的发展历程 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright
13、2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德费曼1959 年所作的一次题为在底部还有很大空间的演讲。费曼质问 道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚 至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我 看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可 能性。 1990年7月在美国巴尔的摩召开了国际第一届纳米科学技术学 术会议，正式把纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支公 布于世。 2. 纳米技术的发展历程 Evaluation only.Evalua
14、tion only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 1991年： vIBM的首席科学家Armstrong曾预言： v“我们相信纳米科技将在信息时代的下一 个阶段占中心地位，并发挥革命的作用 ，正如20世纪70年代初以来微米技术已 经起
15、的作用那样。” v克林顿：纳米技术可能是下个世纪前二 十年最重要的技术。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. v钱学森预言：“纳米和纳米以下的结构是 下一个阶段科技发展的一个
16、重点，会是 一次技术革命，从而将使21世纪又一次 产业革命。” v1993年，因发明STM而获得Nobel物理学 奖的科学家海罗雷尔：微米技术曾同样 被认为对使用牛耕地的农民无关紧要。 的确，微米与牛毫无关系，但它却改变 了耕作方式，带来了拖拉机。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-
17、2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. v1993年，Rohrer博士写信给江泽民主席 。 v他写道：“我确信纳米科技已经具有了 150年前微米科技所具有的希望和重要意 义。150年前，微米成为新的精度标准， 并成为工业革命的技术基础，最早和最 好学会并使用微米技术的国家都在工业 发展中占据了巨大的优势。同样，未来 的技术将属于那些明智地接受纳米作为 新标准、并首先学习和使用它的国家。” v这些预言十分精辟的指出了纳米体系的 地位和作用。 Evaluation only.Evaluation only. Created w
18、ith Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 纳米材料的发展大致可以划分为两个阶段： 第一阶段(1991年以前)：主要是在实验室探索用各种手 段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜) ，研究评估表征的方法，挖掘材料的奇特物理、化学 和力学性能。 第二阶段(从
19、1991年到现在)：纳米组装体系的科学与应 用研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管 为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有 纳米结构的体系的研究。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Asp
20、ose Pty Ltd. 1 m = 103 mm = 106 m =109 nm =1010 纳米（Nano meter）又称为毫微米，是一种长度计量单位。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspos
21、e Pty Ltd. 广义地，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳 米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按 维数，纳米材料的基本单元可以分为三类： (1)零维，在空间三维尺度均在纳米尺度； (2)一维，在空间有两维处于纳米尺度； (3)二维，在三维空间中有一维在纳米尺度。 因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维 和二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之 称。 横截面： 长度：几百纳米至几毫米 纳米材料 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Pr
22、ofile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 10 nm 30nm50 nm n n 零维零维: :纳米颗粒、原子团簇纳米颗粒、原子团簇 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created w
23、ith Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. n n 一维一维：纳米丝、纳米棒、纳米带、纳米管：纳米丝、纳米棒、纳米带、纳米管 及纳米纤维及纳米纤维 ZnO 纳米棒- 蒲公英 铋多层纳米带 左：纳米纤维 右：碳纳米管 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile
24、5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. n n 二维二维: : 纳米片、纳米薄膜纳米片、纳米薄膜 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .
25、NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 三维：Nano-flowers 中科院物理所先进材料与结构分析实 验室李超荣副研究员、张晓娜、表面 物理国家重点实验室曹则贤研究员通 过应力自组装在无机体系Ag/SiOx微 米级的内核/壳层结构上成功地获得了 三角格子铺排和斐波纳契数花样。 研究内容以Report形式于2005年8月5日 发表在Science上。文章发表后在国际上引 起了强烈的反响。Nanotechweb 和 ORF ON
26、Science网站当天就分别以“应变的微 结构形成类植物花样” 和“微观世界的花朵” 作了长篇介绍。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. Nanobelt /nanoribb
27、on ZnO ZnO Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 纳米块体材料 是以纳米结构单元为基础形成的三维大尺寸纳米 固体材料，又叫纳米结构材料。 具有三个显著特征： 尺寸小于
28、100 nm的原子区域 显著的界面原子数 组成区域间相互作用 按照纳米尺度物质单元的结构状态，可分为： 纳米晶材料、纳米非晶态材料、纳米准晶态材料 按照组成相的数目，可分为： 纳米相材料、纳米复合材料 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copy
29、right 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 纳米组装体系： 关于纳米结构组装体系的划分至今并没有一个成熟的看法，根据 纳米结构体系构筑过程中的驱动力是靠外因，还是靠内因来划分 ，大致可分为两类：一是人工纳米结构组装体系，二是纳米结构 自组装体系，统称为纳米尺度的图案材料(Patterning materials on the nanometer scale)。 纳米结构的自组装体系：通过弱的和较小方向性的非共价键，如 氢键、范德华力和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接 在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。 人工纳米结构组装体系：按人类的意志，利用物理和化学的方法
30、 人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维 的纳米结构体系，包括纳米有序阵列体系和介孔复合体系等。这 里，人的设计和参与制造起到决定性的作用。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspos
31、e Pty Ltd. 球形颗粒的表面积（A）与直径D2的平方成正比 ，体积（V）与D3成正比，故其比表面积（AV）与 直径成反比。说明表面原子所占的百分数将会显著地 增加。对直径大于 0.1微米的颗粒表面效应可忽略不 计，当尺寸小于 0.1微米时，其表面原子百分数激剧 增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100米2， 这时超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的 。 1. 表面效应 纳米材料的特异效应 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.
32、0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 随着粒径减小，表面原子数迅速增加。这是由于粒径 小，表面积急剧变大所致例如，粒径为10 nm时， 比表面积为90 m2g，粒径为5 nm时，比表面积为 180 m2g，粒径下降到2 nm，比表面积猛增到450 m2g这样高的比表面，使处于表面的原子数越来 越多，同时，表面能迅速增加。 Evaluation only.Eval
33、uation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5
34、.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面 能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易 与其他原子结合 金属的纳米粒子在空气中会燃烧；无机的纳米粒子 暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。 下面举例说明纳米粒子表面活性高的原因。如图所 示的是单一立方结构的晶粒的二维平面团。 Evaluation only
35、.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Prof
36、ile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 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。如下一系列新奇的性质： 2. 小尺寸效应 （1） 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 属在超微颗粒状态都呈现为黑色。 尺寸越小，颜色愈黑。 Evaluation only.Ev
37、aluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l， 大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以高 效率地将太阳能转变为热能、电能。还可能应用于红外 敏感元件、红外隐身技术等。
38、1991年春的海湾战争，美国F117A型隐身战斗机 外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒，它们 对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，以欺骗雷达， 达到隐形目的，成功地实现了对伊拉克重要军事目标的 打击。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
39、Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. （2） 特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的 ；超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于 10纳米量级时尤为显著。 例如，金的常规熔点为1064 ，当颗粒尺寸减 小到10纳米尺寸时，则降低27，减小到2纳米尺寸时 的熔点为327左右。 金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。可用纳米 颗粒的粉体作为火箭的固体燃料、催化剂。例如, 在火 箭发射的固体燃料推进剂中添加l重量比的超微铝或 镍颗粒，每克燃料的燃烧热可增加 l 倍。 Evaluation only.Evaluation only. Created
40、 with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. （3） 特殊的磁学性质 小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同； 大块的纯铁矫顽力约为 80安/米，而当颗粒尺寸减小到 20纳米以下时，其矫顽力可增加1千倍；若进一步减小 其尺寸，大约小于 6纳米时，其矫顽力反而降低
41、到零 ，呈现出超顺磁性。 利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成 高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、 磁卡以及磁性钥匙等。 利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途 广泛的磁性液体。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copy
42、right 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶以及生活在水中的趋 磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物 在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性 超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋 磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.
43、0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 蜜蜂的体内也存在磁性的纳米粒子，这种磁性的纳米 粒子具有“罗盘”的作用，可以为蜜蜂的活动导航。 以前人们认为蜜蜂是利用北极星或通过摇摆舞向同伴 传递信息来辨别方向的。最近，英国科学家发现，蜜 蜂的腹部存在磁性纳米粒子，这种磁性跟粒子具有指 南针功能，蜜蜂利用这种“罗盘”来确定其周围环境, 在 自己头脑里的图像而判明方向。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for
44、.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 磁性超微粒子的发现对于了解螃蟹的进化历史提供了十分 有意义的科学依据据生物科学家最近研究指出，人们非常 熟悉的螃蟹原先并不像现在这样“横行”运动，而是像其他生 物一样前后运动，这是因为亿万年前的螃蟹第一对触角里有 几颗用于定向的磁性纳米微粒，就像是几只小指南针螃蟹
45、的祖先靠这种“指南针”堂堂正正地前进后退，行走自如。后 来，由于地球的磁场发生了多次剧烈的倒转，使螃蟹体内的 小磁粒失去了原来的定向作用，于是使它失去了前后行动的 功能，变成了横行。 研究生物体内的纳米颗粒对于了解 生物的进化和运动的行为是很有意 义的。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 20
46、04-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. （4）特殊的力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微 颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。 因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是 相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移， 因此表现出很好的韧性与一定的延展性。 美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅 度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很 高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。 呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬35倍 。 Evaluation only.Evaluation
47、 only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. （5）量子尺寸效应 大块材料中能级、能级合并成能带，由于电子 数目很多，能带中能级的间距很小，看作是连续的 。 对超微颗粒而言，连续的能带将分裂为分立的 能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增
48、大。 当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距 还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反 常特性，称之为量子尺寸效应。 例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘 体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关 ，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向 的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile
49、5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的 光吸收带有蓝移现象。纳米微粒粉体对各种波长光 的吸收带有宽化现象。纳米微粒的紫外吸收材料就 是利用这两个特性。 通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分 散到树脂中制成膜，这种膜对紫外有吸收能力依赖 于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组 分。目前，对紫外吸收好的几种材料有：3040nm 的TiO2纳米粒子的树脂膜；Fe2O3纳米微粒的聚固 醇树脂膜。 Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 例如，防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。我们知道 ，大气中的紫外线主要是在300-400