文档介绍：20世纪80年代纳米科学技术的出现标志着人类能够能动地改造自然的能力已延伸至原子、分子水平,标志着科学技术水平已经入一个新的时代,也标志着人类文明从“毫米文明”、“微米文明”已迈向了“纳米文明”的时代。纳米科学技术的发展将有力的推动信息、材料、能源、生命、环境、农业、国防等领域的技术创新将导致21世纪一次新技术革命。
1220年美国巴的摩尔召开了第一届纳米科技会议,—100nm的加工技术的公差作为纳米技术的标准,统一了定义。会议正式提出了一系列与纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米机械学相关的术语及概念。从此以后,这些术语被广泛应用于各类相关的国际学术会议、研究工作、工程应用的报告、文献及协议书等。
纳米材料的基本定义是该材料的基本单元至少有一维的尺寸在1—100nm范围内。纳米材料的基本单元按维数可分为四类:①零维,指空间三维尺度均在纳米尺度,存在的材料如纳米尺度颗粒、原子团簇等;②一维,指在三维空间中有二维处于纳米尺度,存在的材料如纳米丝、纳米管、纳米棒等;③二维,指在空间中有一维在纳米尺度,存在的材料如超薄膜、多层膜、超晶格材料等;④三维,指在三维空间中含有上述材料的块体,存在的材料如纳米陶瓷等。
1 纳米材料基本单元的结构
原子团簇
原子团簇是一类新发现的化学物种。有几个乃至几百个原子形成的聚集体,去颗粒≤1nm。原子团簇都是以原子的聚集为特征,但其形状可以使多种多样的。一般来说,它们尚未形成规整的晶体,除了惰性气体外,它们都是以化学键紧密结合的晶体,因此原子团簇既与具有特定大小和形状的分子,且分子间以弱的结合力结合起来的松散的分子团簇不同,也与周期性很强的晶体不同。原子团簇可分为一元原子团簇、二元原子团簇、多元原子团簇以及原子团簇化合物。绝大多数原子团簇的内部结构都难以确定,但其从形貌来说确认的有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。
纳米微粒
纳米微粒是指材料的颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒,它的尺寸大于原子簇(通常,把仅包含几个到数百个原子或尺度小于
1nm的粒子称为“簇”),小于通常所说的微粉,这些微粉的颗粒一般大于100nm。纳米颗粒一般在1—100nm之间,是介于单个原子与固态之间的原子集合体。纳米颗粒是肉眼和用一般的显微镜都看不见的微小粒子,这样小的粒子只能用高倍的电子显微镜进行观察因此有人给纳米颗粒下了这样一个比较形象的定义:用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米颗粒。
纳米颗粒内部的的原子排列比较整齐。纳米颗粒存在的形态一般为球形或类球形,当然还可能具备其他各种类型,这与其形成或制备条件有关,譬如三角形、长方形、六边形、多面体形、截角多面体形、针形、棒形、盘形等。
(量子点)
人造原子(artificial atoms)有事也被称为量子点,是20世纪90年代提出来的一个新概念。这里的所谓人造原子是有一定数量的实际原子组成的聚集体,它们的尺寸小于100nm,从维数来看,包括准零维的量子点、准一维的量子棒和准二维的量子圆盘。也有把100nm左右的量子器件也看***造原子。
人造原子与真正原子有很多相似之处。首先,人造原子有离散的能级,电荷也不是连续的,电子在人造原子中也是以轨道的方式运动,这与真正原子极为相似。其次,电子填充的规律也与真正原子相似,