纳米材料概述

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：表1-1单位换算进制2.纳米材料的定义材料是指可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。所谓纳米材料，是指在一维、二维或三维的空间始终处于1～100 nm范围内的晶体或非晶体。实际上，纳米材料的尺度划分并不是很严格。在考虑其是否属于纳米材料时有两点要考虑具体如下。二是纳米结构材料。在当时的条件下，人们并不知道纳米材料的概念，更没有手段去研究、分析这些材料。

1.长度的定义

中国古代哲学家韩非子（公元前280—233）曾说：“凡物之有形者，易裁也，易割也。何以论之？有形，则有短长，有短长则有大小。”由此可见，物质是有大小之别的。这就需要定义一种长度单位来衡量物质的大小。米（m）是最常用的一种长度单位，我们知道，人的高度通常在1～2 m之间，学校操场的长度为400 m……但随着人类对客观世界认识的深入，长度的概念也在不断扩展：小到构成物质的电子（10-18 m），大到浩瀚的宇宙天体（1023 m）。因此，除了米之外，还有一系列的长度单位，为了对这些单位之间实现换算及简单的描述，我们定义了不同的符号，见表1-1。

纳米（nanometer）也是一种长度单位，计为nm。前缀“nano”来源于希腊语“nanos”，是“矮小”的意思。1纳米等于十亿分之一米（1 nm=10-9 m）。

金原子的直径为0.1 nm；单壁碳纳米管的直径为1～2 nm；双螺旋DNA的直径约为3 nm；艾滋病毒（HIV）的直径约为100 nm［1］……

表1-1　单位换算进制

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2.纳米材料的定义

材料是指可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。材料构成了我们的客观世界，也为人类提供了衣食住行的最基本的保障。为了能更好地改造世界和改善人类的生活，大量的普通工人和科学家都在探索材料的产生、性能及应用。可以说，材料的发展取决于社会生产力和科学技术的进步，同时又可促进社会和科学技术的进一步发展。

所谓纳米材料，是指在一维、二维或三维的空间始终处于1～100 nm范围内的晶体或非晶体。其性质完全不同于常规材料，通常具有某些特异的性能。实际上，纳米材料的尺度划分并不是很严格。在考虑其是否属于纳米材料时有两点要考虑具体如下。

一是临界尺寸。就是当颗粒大小减到这一特定尺寸后，材料的性能会发生突变，与同样组分的常规材料性质不同，这个尺寸就是临界尺寸。值得注意的是，同一种性能的不同纳米材料的临界尺寸会有较大差异，而同一纳米材料的不同性质的临界尺寸也不尽相同。

二是纳米结构材料。它是以尺寸效应为特征的材料，不具备明确的微小尺度，可能表现为宏观材料，但其性质和应用却具有纳米效应。

其实纳米材料并不是近代才有的新概念，在很早以前就已经有纳米材料的存在。例如中国古代字画之所以历经千年而不褪色，是因为所用墨的主要成分是纳米碳黑；古代铜镜之所以明艳照人，是因为铜镜表面覆盖的防锈层是纳米氧化锡颗粒。在当时的条件下，人们并不知道纳米材料的概念，更没有手段去研究、分析这些材料。到了近代，随着人类科学技术的进步，才真正认识了纳米材料及其性能，并提出了纳米材料和纳米科技的概念。现在，人们已经以纳米材料为开端，发展出以纳米材料为基础的一门学科——纳米科学与技术，并衍生出纳米化学、纳米物理学、纳米电子学、纳米生物学等学科。而由此派生出纳米技术、纳米工艺等新的工艺技术，相应地又为纳米材料的发展提供了科学基础，进一步推动了纳米材料的发展。

纳米材料概述

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