河南师范大学 本科毕业论文 学 号0802114152
纳米材料的应用
学院名称： 物理与信息工程学院 专业名称： 物理学 年级班别： 2008级3班 姓 名： 王 江 涛 指导教师： 张 莹
河南师范大学毕业论文（设计）
摘 要
简要介绍了纳米材料的分类以及它的基本特征，然后分析了纳米材料的特殊性能。最后介绍了纳米材料在各领域的应用，其中重点分析了新型能源纳米材料中光电转换、热电转换、超级电容器及电池电极的纳米材料；并详细介绍了环境净化纳米材料中的光催化、吸附、尾气处理等；还较具体的讲述了纳米生物医药材料中纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。
关键词：纳米材料、性能、应用
1
河南师范大学毕业论文（设计）
Abstract
Briefly introduces the classification of nanometer materials and its basic characteristics, and then analyzes the special characteristics of nanometer materials. Finally introduced the nano material application in various fields, which focuses on the analysis of new energy in nanometer material of photoelectric conversion, hot conversion, the super capacitor and battery electrode material; and introduces in detail the environment purifying nano materials in adsorption, photo catalytic, tail gas treatment; also more specific about nanometer biological medicine material of nano ceramic material, nanometer carbon material, nanometer polymeric materials, nano composite materials.
【Keywords】: nanometer material, performance, application
.
2
河南师范大学毕业论文（设计）
目 录
摘 要.............................................................................................................................. 1 Abstract......................................................................................................................... 2 前 言.............................................................................................................................. 4 1. 纳米材料................................................................................................................. 5
1.1. 纳米材料的基本特征和分类......................................................................... 5 1.2. 纳米材料的特殊效应..................................................................................... 6 2. 纳米材料在各领域的应用 ...................................................................................... 8 3. 新型能源纳米材料的分析 .................................................................................... 10
3.1 纳米光电材料和热电材料的用途................................................................ 10 3.2 超级电容器.................................................................................................... 10 3.3 金属空气电池................................................................................................ 11 4. 纳米材料对环境净化的贡献 ................................................................................ 13 5. 纳米生物医药材料 ................................................................................................ 15
5.1 纳米陶瓷材料................................................................................................ 15 5.2 纳米碳材料.................................................................................................... 15 5.3 纳米高分子材料............................................................................................ 16 5.4 纳米复合材料................................................................................................ 17 结束语：...................................................................................................................... 19 参考文献：.................................................................................................................. 20 致 谢............................................................................................................................ 21
3
河南师范大学毕业论文（设计）
前 言
诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 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100~102nm。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。
1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel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径为6nm的Fe粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域[20]。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。
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分裂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[18]。纳米相材料跟普通的金属、陶瓷，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100nm，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[19]。
纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域
4