纳米材料：您需要了解的所有统计数据，事实和数据

Introduction: The nano concept is 1959, and the Nobel Prize was presented by Richard Feynman in a speech. In his “There is plenty of room at the bottom” speech, he mentioned that humans can make machines smaller than their size with macroscopic machines, and this smaller machine can make smaller machines, thus achieving molecular scale step by step. That is, the production equipment is reduced step by step, and finally the atoms are arranged directly according to the wishes, and the products are manufactured. He predicted that chemistry would become a technical problem of accurately placing atoms one by one according to the wishes of human beings. This is the earliest idea with modern nano concepts. In the late 1980s and early 1990s, an important tool for characterizing nanometer scales, scanning tunneling microscopy (STM), and atomic force microscopy (AFM), a direct tool for understanding nanoscale and nanoworld materials, has greatly facilitated On the scale of understanding the structure of matter and the relationship between structure and nature, nanotechnology terminology emerged and nanotechnology was formed.

事实上，纳米只是一个长度单位，1 纳米 (nm) = 10 负 3 次平方微米 = 10 负 6 次方毫米 (mm) = 10 负 9 倍平方米 (m) = l0A。纳米科学与技术（Nano-ST）是一门研究由尺寸在1-100纳米之间的物质组成的系统的规律和相互作用以及实际应用中可能出现的技术问题的科学技术。

纳米是计量单位，1纳米是百万分之一毫米，也就是1纳米，也就是十亿分之一米，一个原子大约是0·1纳米。纳米材料是一种由纳米粒子组成的新型超细固体材料，纳米粒子的大小从1到100纳米不等。纳米技术是研究和研究100纳米以下微小结构上的物质和材料，即用单个原子或分子制造物质的科学技术。

纳米粒子是由少量原子和分子组成的原子团或分子团。很大一部分的表面本来就是非长工序非短工序的非晶层：在颗粒内部，有一层结晶良好的层。周期性排列的原子，但它们的结构不同于晶体样品的完全长程序结构。正是纳米粒子的这种特殊结构导致了纳米粒子的奇异表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧穿效应，从而产生了许多不同于常规材料的纳米材料的物理和化学性质。

纳米材料的表面效应，即纳米粒子的原子序数与总原子序数的比值随着纳米粒子尺寸的减小而增大，粒子的表面能和表面张力也随之增大，从而引起变化纳米的特性。例如，粒径为5nm的SiC的比表面积高达300/12/g；而纳米氧化锡的表面积随粒径的变化较大，10 lltlfl的比表面积为90.3 m2/g，与5 nm相比。比表面积增加到181 m2/g，当粒径小于2 nm时，比表面积跃升至450 m2/g。如此大的比表面积大大增加了表面原子的数量。这些攻击原子的晶场环境和结合能与内部原子不同。存在大量缺陷和许多悬空键，具有较高的不饱和性，这使得这些原子易于与其他原子结合。它是稳定的，具有很高的化学反应性。

此外，高度活化的纳米粒子的表面能也很高，比表面积和比表面积可以使纳米粒子具有很强的化学反应性。例如，金属纳米颗粒可以在空气中燃烧。一些氧化物纳米颗粒暴露在大气中并吸附气体并与气体发生反应。此外，由于纳米粒子表面原有的畸形，纳米材料具有新的光学和电学性质，这也会引起表面电子自旋构象和电子能势的变化。例如，一些氧化物和氮化物纳米粒子对红外线有很好的吸收和发射作用，对紫外线有很好的屏蔽作用。

当超细粒子的尺寸等于或小于光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸时，周期性边界条件为破坏、声、光、电磁、热力学等特性将呈现新的尺寸效应。例如，光吸收显着增加并产生吸收峰的等离子体共振频移；磁有序态为磁无序态，超导相转变为正常相；声子光谱发生了变化。纳米粒子的这些小尺寸效应是实用的

Expanded new areas. For example, silver has a melting point of 900’C, and the melting point of nanosilver can be reduced to 100, C, which provides a new process for the powder metallurgy industry. By utilizing the properties of particle size change of plasmon resonance frequency, the displacement of the absorption edge can be controlled by changing the particle size, and a microwave absorption nano material having a certain bandwidth can be manufactured for electromagnetic wave shielding, stealth aircraft and the like.

当粒径下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级。关系是：

其中： £ 是能级间距； E 是费米能级； N是总电子数。宏观物体含有无限个原子（即所含电子数，N），所以为0，即大粒子或宏观物体的能级间距几乎为零；而纳米粒子所含的原子数量有限，N的值很小，导致一定的能级值被分裂。块状金属的电子能谱是准连续能带。当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能或超导凝聚能时，必须考虑量子效应，从而产生纳米粒子。磁性、光学、声学、热学、电学和超导特性与宏观特性显着不同，称为量子尺寸效应。

纳米材料的物理效应包括磁性和光学性质。

纳米材料的直径较小，材料主要由离子键和共价键组成。与晶体相比，对光的吸收能力增强，呈现出频带宽、吸收强、反射率低的特点。例如，虽然各种块状金属的颜色不同，但所有金属在提炼成纳米级颗粒后都是黑色的；有些物体还表现出新的发光现象，比如硅本身不发光，但是纳米硅有发光现象。

由于纳米材料的直径小，原子和分子更暴露，磁性排列更随机，更不规则，因此，纳米材料具有超顺磁性。

纳米材料的化学作用包括吸附和催化。

纳米材料具有很大的比表面积。使其对其他物质具有更强的吸附性能。

纳米材料可用作高等教育催化剂。由于纳米粒子尺寸小，表面的体积百分比大，表面的键态和电子态与粒子内部不同，表面原子配位不完全，导致增加处于表面的活性位置，这使其具备了作为催化剂的基本条件。 .纳米材料作为催化剂的作用主要体现在三个方面：

(1)改变反应速率，提高反应效率；

(2)确定反应路线，选择性好，如只加氢和脱氢，不加氢分解和脱水；

(3)降低反应温度。例如，以粒径小于0.3nm的Ni和Cu-mon合金超微粒子为主要成分制备的催化剂，可使有机物的加氢效率达到传统镍催化剂的10倍；超细PL粉和WC粉。是一种高效的加氢催化剂；超细Fe、Ni、Fe02混合轻质烧结体可替代贵金属作为汽车尾气净化剂；超细奥格粉末可用作乙炔氧化的催化剂。

制备纳米材料的方法有很多。根据制备过程中是否有明显的化学反应，可分为物理制备法和化学制备法。物理制备方法有机械研磨法、干冲击法、共混法、高温蒸发法等；化学制备方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法和溶剂蒸发法。

正是由于纳米粒子的这些特殊性质，为其广泛应用奠定了基础。例如，纳米粒子具有特殊的抗紫外线、吸收可见光和红外线、抗老化、强度和韧性高、电和静电屏蔽效果好、抗菌除臭功能和吸附能力强等优点。因此，通过将具有这些特殊功能的纳米粒子与纺织原料相结合，可以制造出新的纺织原料、纳米浆料，并改善织物的功能。

所谓抗紫外线光纤，是指对紫外线有很强的吸收和反射性能的光纤。制备和加工的原理通常是在待混合处理的纤维中加入紫外线屏蔽材料，以提高纤维对紫外线的吸收和反射。能力。这里所说的能阻挡紫外线的物质是指两种，即反射紫外线的物质，习惯上称为紫外线屏蔽剂，对紫外线有很强的选择性吸收作用，可以进行能量转换以减少透过量其中。物质，习惯上称为紫外线吸收剂。紫外线屏蔽剂通常使用一些金属氧化物粉末，国内外的紫外线吸收剂品种很多。常用的有水杨酸盐化合物、金属离子螯合物、二苯甲酮和苯并三唑。 .利用纳米粒子优异的光吸收特性，在合成纤维中加入少量纳米TiO 2 。因为它可以屏蔽大量的紫外线，所以用它制成的服装和物品具有阻挡紫外线的作用，对预防皮肤病和因吸收紫外线引起的皮肤病有辅助作用。

一些金属颗粒（如纳米银颗粒、纳米铜颗粒）具有一定的杀菌性能，与化纤结合产生抗菌纤维，比一般的抗菌织物具有更强的抗菌作用，更易洗。频率。例如，国家超细粉体工程中心研制的超细抗菌粉体，可以赋予树脂制品抗菌能力，抑制各种细菌、真菌和霉菌。抗菌粉末的核心可以是硫酸钡或氧化锌的纳米颗粒，外覆银起到抗菌作用，并包覆氧化铜和硅酸锌以抗真菌。通过将这种粉末的1%添加到台湾纤维中，可以获得具有良好可纺性的抗菌纤维。

Some nano-scale ceramic powders (such as zirconia single crystals, far-infrared negative oxygen ion ceramic powders) are dispersed into a melt spinning solution and then spun into fibers. This fiber can effectively absorb external energy and radiate far infrared rays that are the same as the human body’s biological spectrum. This far-infrared radiation wave is not only easily absorbed by the human body, but also has a strong penetrating power. It can penetrate deep into the skin and cause deep resonance of the skin to produce a resonance effect. It activates biological cells, promotes blood circulation, strengthens metabolism, and enhances.

组织再生等保健。

纳米材料本身具有超强、高硬度、高韧性的特点。与化纤融为一体，化纤将具有高强度、高硬度、高韧性。例如，碳纳米管作为复合添加剂，在航空航天纺织材料、汽车轮胎帘子布等工程纺织材料中具有很大的发展前景。

一些纳米材料（如碳纳米管）具有良好的吸收性能，可以用来给纺织纤维增加光。纳米材料对光波具有波段宽、吸收强、反射率低的特点，使纤维不反射光。用于制作特殊用途的抗反射面料（如军用隐形面料）。

在化纤纺丝过程中加入金属纳米材料或碳纳米材料，可使纺出的长丝具有抗静电和防微波性能。例如，碳纳米管是一种非常优秀的电导体。它们的导电性优于铜。用作功能性添加剂，稳定分散于化纤纺丝溶液中。它可以制成不同的摩尔浓度。具有良好导电性或抗静电性能的纤维和织物。

在合成纤维中加入纳米SiO 2 可以得到高介电绝缘纤维。近年来，随着通讯和家用电器的不断发展，手机、电视、电脑、微波炉等的使用越来越普遍。所有电气设备和电线周围都存在电磁场，电磁波在人的心脏、神经和孕妇身上。对胎儿的影响有一个明确的结论。据介绍，美国、日本、韩国等抗电磁波服装已经上市，国内也正在进行利用纳米材料制备抗电磁波纤维的研究。

The different properties of nanoscale or ultrafine materials are used in individual functional fibers. Develop ultra-suspension fibers using high-specific gravity materials such as tungsten carbide, such as “XY-E” from Toray Industries, “July” from Asahi Kasei Corporation, and “Pyramidal” from Toyobo Co., Ltd.; and develop opaque fibers using the refractive properties of Ti02. Japan’s Unijica uses a sheath-core composite spinning method. The cortex and core layer contain different amounts of TiO2 to obtain a polyester fiber with good opacity. The fluorescent fiber is developed by using the luminosity of barium aluminate and calcium aluminate. Japan’s fundamental special chemical company has developed a light-storing material with barium aluminate and calcium aluminate as the main components, and the rest time can reach more than 10 h; some metal double salts, transition metal compounds undergo crystal transformation due to temperature changes. Or the color change of the ligand geometry or the crystallization of water “water”, the use of its reversible thermochromic characteristics to develop color-changing fibers; Mitsubishi Rayon Company uses the addition of colloidal calcium carbonate in the polyester to make hollow The fibers are treated with alkali reduction to form micropores on the fibers, and the fibers have good hygroscopic properties.

纳米材料科学是从原子物理、凝聚态物理、胶体化学、固体化学、配位化学、化学反应动力学、表面与界面科学等交叉学科中涌现出来的一门新的学科增长点。纳米材料涉及到许多未知的过程和新的现象，这是传统物理化学理论难以解释的。从某种意义上说，纳米材料研究的进步将把物理和化学领域的许多学科推向一个新的高度。近年来，在台湾成纤聚合物中加入某些超细或纳米级无机材料粉末，通过纺丝获得具有某种特殊功能。紫外线纤维、磁性纤维、超悬垂纤维、荧光纤维、变色纤维、抗静电纤维、导电纤维、高吸湿性纤维。随着纳米材料合成的不断进步和基础理论的完善，纳米材料的发展将更加迅速，应用领域将覆盖世界多个领域。