材料科学领域的前沿

纳米(nanometer):长度单位的一种，1纳米=10-9米，即十亿分之一米。大约相当于头发粗细的八万分之一。“nanometer“"源自拉丁文，意思是"矮小"。纳米的确微乎其微，然而纳米构建的世界

-9 纳米(nanometer):长度单位的一种，1纳米=10米，即十亿分之一米。大约相当于头发粗细 的八万分之一。“nanometer“"源自拉丁文，意思是"矮小"。纳米的确微乎其微，然而纳米 构建的世界却 是神奇而宏大的。21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术 发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。 纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。 纳米技术：于细微之处显神奇 纳米技术是在纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、 器件和充分利用它们的特殊的性能，并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。由 于纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地 带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。 纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和 制备。几十个原子、分子或成千个原子、分子"组合"在一起时，表现出既不同于单个原子、 分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种"组合"被称为"超分子"或"人工分子"。"超分 子"的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。 当"超分子"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。通俗来说， 纳米材料一方面可以被当作一种"超分子"，充分地展现出量子效应；而另一方面它也可以被 当作一种非常小的"宏观物质"，以至于表现出前所未有的特性。同时，许多化学和生物反应 的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将 加深对生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如 何操纵或组合他们，是当今纳米科学技术的主要问题之一。当前纳米技术的研究和应用主要 在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和 农业等方面。 纳米材料:材料科学领域的前沿 纳米科技发展中，纳米材料是它的前导，因为纳米材料集中体现了小尺寸、复杂结构、 高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最应该指出的是纳 米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，可能会产生全新的物理、化学现 象。 现在可以用物理、化学及生物学的方法制备出只包含几百个或儿千个原子、分子的 "颗 粒"。这些"颗粒"的尺寸只有几个纳米，它们很容易与外界的气体、流体甚至固体的原子发 生反应，也就是说十分活泼。实验上发现如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空 气就会燃烧，发生爆炸。有人认为用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力。 另外，用纳米金属颗粒粉体做催化剂，可加快化学反应过程，大大地提高化工合成的产率。 如果把金属纳米材料颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比普通金属