無機零維納米材料有哪些?
作者:訪客發(fā)布時間:2021-08-26分類:無機化工瀏覽:158
無機納米材料是指納米級(至少有一維尺寸小于100nm)的氧化物或無機鹽,常見的有二氧化硅、二氧化鈦、三氧化二鋁、碳酸鈣、氮化鋁等。
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納米技術(shù)有什么特點?
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一、納米技術(shù)
納米技術(shù)(英語:Nanotechnology)是一門應(yīng)用科學(xué),其目的在于研究于奈米規(guī)模時,物質(zhì)和設(shè)備的設(shè)計方法、組成、特性以及應(yīng)用。奈米科技是許多如生物、物理、化學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域在技術(shù)上的次級分類,美國國家奈米科技啟動計劃(英語:National Nanotechnology Initiative)將其定義為「1至100奈米尺寸尤其是現(xiàn)存科技在奈米規(guī)模時的延伸」。奈米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點集合,并且被表面效應(yīng)所掌控,如范德瓦耳斯力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效應(yīng)等,而慣性和湍流等巨觀效應(yīng)則小得可以被忽略掉。舉個例子,當表面積對體積的比例劇烈地增大時,開起了如催化學(xué)等以表面為主的科學(xué)新的可能性。
微小性的持續(xù)探究使得新的工具誕生,如原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等。結(jié)合如電子束微影之類的精確程序,這些設(shè)備將使我們可以精密地運作并生成奈米結(jié)構(gòu)。奈米材質(zhì),不論是由上至下制成(將塊材縮至奈米尺度,主要方法是從塊材開始通過切割、蝕刻、研磨等辦法得到盡可能小的形狀(比如超精度加工,難度在于得到的微小結(jié)構(gòu)必須精確)。或由下至上制成(由一顆顆原子或分子來組成較大的結(jié)構(gòu),主要辦法有化學(xué)合成,自組裝和定點組裝(positional assembly)。難度在于宏觀上要達到高效穩(wěn)定的質(zhì)量,都不只是進一步的微小化而已。物體內(nèi)電子的能量量子化也開始對材質(zhì)的性質(zhì)有影響,稱為量子尺度效應(yīng),描述物質(zhì)內(nèi)電子在尺度劇減后的物理性質(zhì)。這一效應(yīng)不是因為尺度由巨觀變成微觀而產(chǎn)生的,但它確實在奈米尺度時占了很重要的地位。
納米科技的神奇之處在于物質(zhì)在納米尺度下所擁有的量子和表面現(xiàn)象,因此可以有許多重要的是應(yīng)用,也可以制造許多有趣的材質(zhì)。
二、納米特性
隨著尺寸的減小,一系列的物理現(xiàn)象顯現(xiàn)出來。這其中包括統(tǒng)計力學(xué)效應(yīng)和量子力學(xué)效應(yīng)。并且,同宏觀系統(tǒng)相比,許多物理性質(zhì)會改變。一個典型的例子是材料的表面體積比。納米技術(shù)可以視作在傳統(tǒng)學(xué)科上對這些性質(zhì)詳盡描述的發(fā)展。進一步講,傳統(tǒng)的學(xué)科可以被重新理解為納米技術(shù)的具體應(yīng)用。這種想法和概念上的互動對這個領(lǐng)域的發(fā)展起到了推動作用。廣義上講,納米技術(shù)是科學(xué)和技術(shù)在理解和制造新材料新器械方向上的推演和應(yīng)用。這些新材料和技術(shù)大體上就是物理性質(zhì)在微尺度上的應(yīng)用。
和這些系統(tǒng)的定性研究相關(guān)的領(lǐng)域是物理、化學(xué)和生物,以及機械工程和電子工程。但是,由于納米科技的多學(xué)科和學(xué)科交叉的特性,物理化學(xué)、材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程的學(xué)科也被視作納米技術(shù)重要和不可缺少的組成部分。納米工程師們住眼觀新材料的設(shè)計,合成,定性描述和應(yīng)用。例如在分子結(jié)構(gòu)上的聚合物制造,在表面科學(xué)基礎(chǔ)上的計算機芯片分布設(shè)計,都是納米科技在當代的應(yīng)用例子。在納米科技中,膠狀懸浮也有很重要的地位。
材料在納米尺度下會突然顯現(xiàn)出與它們在宏觀情況下很不相同的特性,這樣可以使一些獨特的應(yīng)用成為可能。例如,不透明的物質(zhì)變?yōu)橥该鳎ㄣ~);惰性材料變成催化劑(鉑);穩(wěn)定的材料變得易燃(鋁);在室溫下的固體變成液體(金);絕緣體變成導(dǎo)體(硅)。物質(zhì)在納米尺度的獨特量子和表面現(xiàn)象造就了納米科技的許多分支。
三、技術(shù)應(yīng)用
納米科技實際上涵蓋了一切在納米范圍的物理、化學(xué)的技術(shù)和工藝,說它包羅萬象也不算過分。不過現(xiàn)在坊間多在炒作概念,很多都局限于實驗室的理論階段,比較現(xiàn)實的是機械方面的潤滑劑,化工方面的催化劑,還有醫(yī)學(xué)方面的定點超效藥劑。
四、發(fā)展趨勢
高級納米技術(shù),有時被稱為分子制造,用于描述分子尺度上的納米工程系統(tǒng)(納米機器)。無數(shù)例子證明,億萬年的進化能夠產(chǎn)生復(fù)雜的、隨機優(yōu)化的生物機器。在納米領(lǐng)域中,我們希望使用仿生學(xué)的方法找到制造納米機器的捷徑。然而,K Eric Drexler(英語:K Eric Drexler)和其他研究者提出:高級納米技術(shù)雖然最初會使用仿生學(xué)輔助手段,最終可能會建立在機械工程的原理上。
在2005年8月,50名來自不同領(lǐng)域的國際專家被納米技術(shù)責任中心(Center for Responsible Nanotechnology)組織起來研究分子納米技術(shù)的社會內(nèi)涵。
為了決定分子納米科技的發(fā)展道路,Battelle Memorial Institute(英語:Battelle)和Foresight Institute(英語:Foresight Institute)正在領(lǐng)導(dǎo)制定一個基礎(chǔ)廣泛的發(fā)展規(guī)劃項目。預(yù)計2007年早些時候完成。
設(shè)計和制造和自然細胞甚至器官相仿的人工組織是具有潛在可能的。
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