纳米材料论文3000字

篇一：纳米材料论文

纳米材料论文

姓名：王骞

学号： 2012301040055

学院：化学与分子科学学院

摘要：21世纪，纳米技术，纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的结构类型和基本特性以及其在催化，生物医学，化工，国防等方面的主要应用，并着重介绍了其在化学领域的应用，如纳米金，石墨烯，二氧化钛，氧化锌纳米线等等。

关键字：纳米材料 性能 氧化锌 二氧化钛 石墨烯 纳米金

纳米材料是什么

纳米材料是一种既不同于晶态也不同于非晶态的第三类固体材料, 它是以组成纳米材料的结构单元——晶粒、非晶粒、分离的超微粒子等的尺度大小来定义的。目前, 国际上将处于1-100nm 尺度范围内的超微颗粒及其致密聚集体, 以及由纳米微晶所构成的材料, 统之为纳米材料, 包括金属，非金属，有机，无机和生物等多种粉末材料。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子，二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。

纳米材料的结构类型与基本特性

纳米粒子改性复合材料可以涉及结构，功能及智能等各个方面, 分类的方法甚多。为了叙述方便,按照纳米结构材料的空间维数可以分为4 种类型。1.零维的原子簇和原子簇的集合（0-0复合）采用不同成分，不同相或不同类型的纳米粒子复合而成纳米固体。2.一维的多层薄膜（0-1复合）把纳米粒子分散到线性固体材料中, 制成线体材料。一般不是直接复合。3.二维的超细颗粒覆盖膜（0-2复合）把纳米粉末分散到二维薄膜材料中, 这种0- 2 复合材料又可分为均匀分布和非均匀弥散两大类。非均匀分布粒子可以是随机、混乱地分散在薄膜基底中, 也可以是人为、有侧重地为满足某种局部的特殊需求而安排。3.三维的纳米块体材料（0-3复合）把纳米粒子分散或埋置到常规的三维固体中,用这种方法获得的固体材料性能稳定优越, 材料本身适用范围广泛, 故应用最多。例如介孔固体作为纳米复合材料的母体, 通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中( 孔洞尺寸为纳米或亚微米级) ,这样的介孔复合体便成了纳米复合材料, 用以释放药物或赋予新理化性能等等。由于粒子填充分布的组态不尽相同, 这种材料将显示出多种多样的微观性质。

纳米材料的特性主要有：1.表面效应：指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化, 如图1所示。从图1中可以看出, 粒径在10nm 以下, 将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm 时, 表面原子数比例达到约90% 以上, 原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多, 带来表面原子配位数不足, 使之具有很高的表面化学活性, 所以, 金属纳米粒子在空气中易自燃, 无机材料的纳米粒子在大气中会吸咐气体并与之反应。表面效应主要表现为:熔点降低，比热增大。2.尺寸效应：指由于颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化。随着纳米微粒尺寸的减小, 与体积成比例的能量, 如磁各向异性等亦相应降低, 当体积能与热能相当或更小时, 会发生强磁状态向超顺磁状态转变。当颗粒尺寸与光波的波长, 传导电子德布罗意波

长, 超导体的相干长度或投射深度等物理特征尺度相当或更小时, 会产生光的等离子共振频移, 介电常数与超导性能的变化。3.体积效应：由于纳米粒子体积极小, 所包含的原子数很少。因此, 许多现象如与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将显著与大颗粒传统材料的特性不同, 就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明, 这种特殊的现象通常称之为体积效应。4.量子效应：介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒, 将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级, 能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时, 就会呈现一系列与宏观物体戳然不同的反常特性, 即量子效应。5.幻数结构：粒径小于2nm 的纳米粒子往往被称为原子簇。当原子簇含有某些原子数目时, 显得特别稳定, 这个特别数目称为幻数。原子簇的幻数与相应粒子的对称性、相互作用势有关。

纳米材料的应用

借助于纳米材料的各种特殊性质，科学家在各个领域都取得了重大的进展，也同时促进了纳米材料应用越来越广泛化。

1.在催化方面：纳米粒子表面活性中心多，为它作为催化剂提供了必要的条件，纳米粒做催化剂，可大大提高反应速率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也可以发生，纳米粒做催化剂比一般催化剂反应速度提高10-15倍。例如半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能系的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化还原反应。

2.在生物医学方面的应用：细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。

3.在其它精细化工方面的应用：精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入Al2O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。

4.在国防科技的应用：纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。 在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。

化学中的纳米世界 1.纳米金：指金的微小颗粒，其直径在1～100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响其生物活性。由氯金酸通过还原法可以方便地制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依直径大小而呈红色至紫色。作为现代四大标记技术之一的纳米金标记技术(nanogold labelling techique)，实质上是蛋白质等高分子被吸附到纳米金颗粒表面的包被过程。可作为显微镜示踪物， 应用于均相溶胶颗粒免疫测定技术， 应用于流式细胞仪， 应用于斑点免疫金银染色技术， 应用于免疫印迹技术， 应用于斑点金免疫渗滤测定技术， 应用于免疫层析技术， 生物传感器，生物芯片等等。

2.石墨烯，二氧化钛：半导体的光催化原理是：照射到半导体上的光能量能够将其中的电子从价带激发到导带，产生具有极高氧化能力的电子(e-) -空穴(h+)对，并氧化催化表面的有机物、蛋白等生成二氧化碳和水，从而达到自清洁效果。该技术可降解的物质包括有机物、无机物、蛋白质等，且无二次污染。在半导体材料中二氧化钛以其光敏性高、氧化活性强、化学稳定性好、无毒及成本低等优点而倍受关注。TiO2纳米管阵列（TiO2 nanotubes array ,TiO2 NTAs）具有大的比表面积，同时为空穴-电子提供了传输通道，在生物传感器等领域具有很好的应用前景。而对其进行掺杂，提高导电性和检测灵敏度是拓宽TiO2 NTAs 在生物传感器应用中的一种有效途径。例如ITO（氧化铟锡）微电极阵，与在ITO导电玻璃上光刻，做成微电极阵，在电极上先沉积一层石墨烯，在将其还原，在石墨烯上在沉积一层二氧化钛，在二氧化钛上再沉积一层石墨烯并将其还原，形成ITO-IGO-TiO2-IGO电极，由于二氧化钛球比较大，两层石墨烯可以将其包裹而导电，从而可以完成对细胞多巴胺的检测，而且是一种自清洁电极，用过后水洗在紫外线下光照几分钟之后就可以再次使用。

3.氧化锌纳米线：氧化锌作为一种新型的第二周期第四主族宽禁带，也是一种重要的直接宽带隙半导体。氧化锌的能隙为Eg为3. 37 eV的半导体材料,激子束缚能高达60 meV ,禁带宽度对应于紫外光波段 ,有望开发出蓝光、 蓝绿光、 紫外光等多种发光器件 ,现已在太阳能电池、 声表面波器件、 液晶显示、 气敏器件、 压敏器件、 高温、 高压等方面显示出了广泛的应用前景。特别是对于纳米 ZnO 来言 ,由于其具有量子尺寸效应、 小尺寸效应和大的比表面积，纳米ZnO表现出了与固体材料不同的特殊性质,更具有很多奇特的性能。目前,纳米ZnO材料的研究已取得极大的进展 ,实验上已经合成了不同形貌、不同维度的ZnO纳米材料,如纳米线、纳米棒、纳米柱、纳米带、纳米环、纳米盘等等。于ITO导电玻璃上生长纳米线，在其上沉积一层金，可以完成对细胞释放多巴胺的检测。

结语：纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为二十一世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术将为改善人们的生活环境，提高生活质量做出不可估量的贡献。纳米功能材料已成为国内外研究的热点，目前研究开发工作正处于刚刚起步阶段，还有很多问题还未很好的解决，需要将进一步加速对纳米材料的研究以及推广应用。纳米材料将成为21世纪新型建筑材料的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的材料时代-纳米材料时代。

参考文献

[1] 周鸣 纳米科技及纳米材料 2007.11.2

[2] 李林梅 基于微流控芯片的细胞培养及实时电化学检测 2013.4

篇二：纳米材料 论文

纳米材料应用——催化剂

姓名： 班级：学号：摘 要：纳米催化剂具有特殊的纳米结构，具备普通催化剂所没有的性质，这决定了纳米催化剂的高催化性能和选择性。目前有多种方法可以制备纳米催化剂，例如有机溶剂法、微乳液法和离子交换法等，各种方法都有优缺点。并且在众多领域中，纳米催化剂得到了广泛的应用，包括工业生产和环境保护。

关键词：纳米催化剂，性质，分类，制备，应用

一、前言

近年来，纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂的出现及与其相关研究的蓬勃发展。纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，它还表现出优良的电催化、磁催化等性能，已被广泛地应用

于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。

目前，纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过

新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发[1]，如复合氧化物纳米晶[2]。由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多，所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。在石油化工工业采用纳米催化材料，可

提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产率和质量。目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。随着世界对环境和能源问题认识的深入，纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果[3]。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量[4]。对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义

二、纳米催化剂性质

1、表面效应

描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。有研究表明,当微粒粒径由10 nm减小到1 nm 时, 表面原子数将从20% 增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大,使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。

2、体积效应

体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普

通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。

3、量子尺寸效应

当纳米颗粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级,此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移,同时有明显的禁带变宽现象；这些都使得电子、空穴对具有更高的氧化电位,从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率。

三、常见纳米催化剂

纳米催化剂大致可以分为负载型和非负载型两大类。下面仅就其中几种常见纳米催化剂进行介绍。

1、贵金属纳米催化剂

Au是贵金属中最具代表性的一种元素,其外层d 轨道具有半充满的电子结构,一般不易化学吸附小分子,且很难制得高分散的Au 纳米颗粒。但是利用碳纳米管(CNTs) 与负载的金属之间特殊的相互作用,Ma等成功地利用化学镀层技术将Au 负载到CNTs 上,制备了高分散的Au/ CNTs纳米催化剂。

2、过渡金属纳米催化剂

过渡金属元素大多都含有未成对电子,因而表现出一定的铁磁性或顺磁性, 且极易化学吸附小分子，如Fe、Co、Ni就是

制备CNTs 阵列的高效纳米催化剂

3、金属簇纳米催化剂

纳米金属簇属介观相,具有与微观金属原子和宏观金属相显著不同的性质。我国科研人员在该研究领域已经取得突破性进展。据中国科学院纳米科技网报道,刘汉范等采用化学还原法制备了Pt 族纳米金属簇以及Pt2Pd、Pt2Rh 、Pt2Au 等纳米双金属簇。该研究小组还将高分子基体效应与冷冻干燥技术相结合,实现了大量合成纳米金属簇;他们还利用微波介电加热技术实现了纳米金属簇的连续合成,并解决了纳米贵金属簇的稳定性问题。

4、生物纳米催化剂

与传统的化学催化剂相比,生物催化剂最显著的优势就是反应条件比较温和,能够使用再生原料。生物催化剂多指酶催化剂,实质上是一类具有特殊结构的蛋白质分子,其尺度通常在纳米范围。酶催化剂主要包括水解酶、裂解酶、异构酶、还原酶和合成酶等,对作用底物具有高度的专一性。文献[5]报道,甲烷单加氧酶(MMO) 能在相当温和的条件下将甲烷选择性氧化为甲醇,实现了化学催化几乎不可能实现的转化。

四、纳米催化剂的制备方法

1、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。其过程是：

用液体化学试剂(或粉状试剂溶于溶剂中)或溶胶为原料，而不是传统的粉状物为反应物，在液体中混合均匀并进行反应，生成稳定无沉淀的溶胶体系，放置一定时间形成凝胶，经脱水处理得产品。常溶胶-凝胶法用于催化材料的制备是近几年才开始的。已有研究表明该法的优点是：

⑴制备的均匀度高，尤其多组分的制品均匀度可达分子或原子水平；

⑵金属组分高度分散于载体，使催化剂具有高活性和抗结碳能力；

⑶能够较容易的控制材料的组成。该法存在的问题是：原料成本高，在制备各种单组元或复合物时原料的选择十分重要。例如从正硅酸乙酯，异丙醇铝叔丁 醇水解制备硅铝催化剂时的一个重要问题是如何调整不同类型的盐水解速率相 差较大的问题，这方面已有一些报道。

2、浸渍法

浸渍法通常将载体放入含活性组分的溶液中，待浸渍达平衡后分离出载体，对其进行干燥、焙烧后即得到催化剂，但该方法仅适用于载体上含少量纳米颗粒的情况。刘渝等将自制的纳米级C-Al2O3先后浸渍H2PtCl6和Ce(NO3)3溶液中，待浸渍达平衡后取出，经高温煅烧后得到负载型Pt-C-Al2O3-CeO2催化剂。刘晓红等合成了一系列的二氧化锆水溶胶，再用浸渍法担载0.5 wt%的Pd，制得的Pd/ZrO2NCs可用于由丙酮合成甲[6]

篇三：纳米材料的论文

【摘 要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术，在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚爱好。它所具有的独特的物理和化学特性，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力简要地概述了纳米技术，纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料的应用前景。

【关键词】纳米技术；纳米材料；结构；性能；应用、前景

1，纳米材料和纳米技术是什么？

1.1 纳米科技的定义

纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）所制造的材料。最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。

1.2 纳米科技的内容

研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科纳米科技主要包含：纳米物理学；纳米电子学；纳米材料学；纳米机械学；纳米生物学；纳米显微学；纳米计量学；纳米制造学?? 2，纳米材料的应用

2.1. 医药,：纳米技术能使药品生产过程越来越精细越准确，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，加大药物对人体的有力作用用使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。

2.2. 家庭电器：用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，多功能金属，可能具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料等用途。

2.3. 电子计算机和电子工业 ：纳米技术会千万倍的增强计算机的运算，可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千百倍的纳米材料存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。

2.4. 环境保护：通过科学家的研究，也许环境科学领域将出现功能独特的纳米膜，利用这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

2.5. 生物技术： 在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质核糖核酸等, 在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能, 生物仿生化学药品和生物可降解材料的研制; 动植物的基因改善和治疗, 测定DNA 的基因芯片%
《纳米材料论文3000字》由：免费论文网互联网用户整理提供；
链接地址：http://www.csmayi.cn/show/101999.html
转载请保留,谢谢!

• 上一篇：高中研究性学习论文舌尖上的浪费3000字
• 下一篇：中国近代史纲要论文3000字