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北航材料学院
于荣海
Fundamentals of Nanomaterials
School of Materials Science and Engineering
Beihang University
Ronghai Yu
March. 2014
课程简介-About This Course
性质：纳米材料与技术方向本科生必修课
学时：48 学时
学分：3 学分
方式：课堂讲述为主
考试: 撰写纳米材料相关学术报告
或考试(口试或笔试)
主要参考书：纳米材料基础与应用
关于学习方式
About Learning Method
教学模式：学习、研究、实践
北京航空航天大学 世界一流大学
研究型大学
研究－Research (Re+Search)
实践
验证学到或研究而得到的知识
把学到或研究而得到的知识转
化为生产力。
第一章 纳米科技及纳米材料导论
1. 纳米科技-Nanotechnology
纳米科技起源：
1959年 12月 29日，著 名 物 理 学 家 费 曼 在 美 国 加 州 理 工 学 院 召 开 的 美 国物 理 学 会 年 会 上 作 了 一 次 极 富 想 象 力 的 的 演 讲 “ There is plenty of room at the bottom”.
Why cannot we write the entire 24 volumes of
the Encyclopedia Britannica on the head of a pin?
What would happen if we could arrange the atoms
one by one the way we want them?
The principles of physics, as far as I can see, do not
speak against the possibility of maneuvering things
atom by atom.
第一章 纳米科技及纳米材料导论
1. 纳米科技-Nanotechnology
纳米科技起源：
费曼（Richard Feynman）设想：
“如果有一天人们可以按照自己的意志排列原子和分子，那会产生什么样的奇迹！”
“毫无疑问，如果我们对细微尺度的事物加以控制的话，将大大扩充我们可以获得物性的范围”，他首次提出了 “纳米” 材料的概念。
他首次提出在分子与原子尺度上加工与制造产品，按人类的意愿逐个地排列原子和分子。是最早的自下而上(bottom-up)制备材料的思想。
今天，纳米科技的发展使费曼的预言已逐步成为现实。纳米材料的奇特物性正对人们的生活和社会的发展产生重要的影响。
第一章 纳米科技及纳米材料导论
1. 纳米科技-Nanotechnology
纳米概念：
纳米（nanometer，nm）：计量长度的单位；nano是希腊语中“小”的意思，在计量中表示10-9，纳米即10-9 m。
纳秒（nanosecond） = 10-9 秒。
我国过去一般用毫微米来表示10-9 m，反映了其长度单位的本质特征，即千分之一微米，但现在普遍采用的是更加简洁的纳米。
随着纳米科技的研究日益广泛，现在英文文献中常常直接用nano来表示纳米。
1nm大约是2～3个金属原子，或10个氢原子排列在一起的“宽度”。一般病毒的直径约60～250nm，红血球的直径约6,000～8,000nm，头发丝的直径则约为30,000 ~50,000nm。
第一章 纳米科技及纳米材料导论
1. 纳米科技-Nanotechnology
纳米概念：
纳米金属的电阻随尺寸的下降而增大，电阻温度系数下降甚至变成负值；
本是绝缘体的氧化物达到纳米尺度时，电阻反而下降；
10～25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍，而当颗粒尺寸小于l0nm时矫顽力变为零，表现为超顺磁性；
纳米氧化物和氮化物在低频下，介电常数增大几倍，甚至增大一个数量级，表现为极大的增强效应；
纳米氧化物材料对红外、微波有良好的吸收特性；
硅的尺寸达到纳米级(6nm)时，在靠近可见光范围内，就有较强的光致发光现象；多孔硅发光；
在纳米氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆中观察到常规材料根本看不到的发光现象。
Small is different！？
Small is different！
疏水性、自清洁….