1、纳米材料及其应用前景纳米材料及其应用前景引引 言言诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者 Feyneman在六十年代曾在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。是现在的纳米材料。材料与社会的发展材料与社会的发展材料是人类社会进化和人类文明的里程材料是人类社会进化和人类文明的里程碑，是人类赖以生产和生活的物质基础，碑，是人类赖以生产和
2、生活的物质基础，是社会进步的物质基础和先导。因为对材是社会进步的物质基础和先导。因为对材料的认识和利用能力，决定着社会的形态料的认识和利用能力，决定着社会的形态和人类生活的质量，所以，历史学家往往和人类生活的质量，所以，历史学家往往用制造工具的原材料作为历史分期的标志用制造工具的原材料作为历史分期的标志。 化学与材料化学与材料化学化学 ： 化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、件能、反应和应用的学科。结构、件能、反应和应用的学科。材料材料 ： 材料是人们利用化合物的某些功能来制作物材料是人们利用化合物的某些功能来制作物件时用的化学物质。件时用的化
3、学物质。化学与材料的关系：化学与材料的关系： 化学是材料发展的源泉，而材化学是材料发展的源泉，而材料又为化学发展开辟了新的空间。化学与材料保持料又为化学发展开辟了新的空间。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。着相互依存、相互促进的关系。 材料的分类材料的分类世界各国对材料的分类不尽相同，若按世界各国对材料的分类不尽相同，若按照材料的照材料的 使用性能来看，可以分为结构材料使用性能来看，可以分为结构材料和功能材料和功能材料 ，从材料的，从材料的 应用对象应用对象 来看有可以来看有可以分为分为 信息材料、能源材料、建筑材料、生物信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空材料等多种类别材料、
4、航空材料等多种类别 ，但就大的，但就大的 类别类别可以分为金属材料、无机非金属材料、高分可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。子材料和复合材料四大类。无机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料指某些元素的氧化物无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物 (包括硫化物、硒化物及碲化物包括硫化物、硒化物及碲化物 )和硅酸盐、和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。包括要组成的无机材料。包括 陶瓷、玻璃、水陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷及天然矿物材料等。
5、泥、耐火材料、搪瓷及天然矿物材料等。传统无机非金属材料传统无机非金属材料水泥水泥水泥呈粉末状，当它与水混合后成为水泥呈粉末状，当它与水混合后成为可塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结可塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结硬化变成坚硬石状体，并能将散粒状材料硬化变成坚硬石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体。胶结成为整体。 水泥浆体不仅能在空气中水泥浆体不仅能在空气中硬化，还能在水中硬化、保持并继续增长硬化，还能在水中硬化、保持并继续增长其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥用于大量土建工程
6、的一般用途；有硅酸盐用水泥用于大量土建工程的一般用途；有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥以及矿渣的、火山灰质的水泥、普通硅酸盐水泥以及矿渣的、火山灰质的、粉煤灰的、复合的硅酸盐水泥六个品种。专用、粉煤灰的、复合的硅酸盐水泥六个品种。专用水泥则指有专门用途的水泥如油井的、大坝的、水泥则指有专门用途的水泥如油井的、大坝的、砌筑的等。特性水泥是指某种性能较突出的水泥砌筑的等。特性水泥是指某种性能较突出的水泥，如快硬的、低热的、抗硫酸盐的、膨胀的、自，如快硬的、低热的、抗硫酸盐的、膨胀的、自应力的等。按水硬性矿物分类，有硅酸盐的、铝应力的等。按水硬性矿物分类，有硅酸盐的、铝酸盐的、硫酸盐的、少（无）熟料的等
7、。水泥品酸盐的、硫酸盐的、少（无）熟料的等。水泥品种已有种已有 100多种。多种。玻璃玻璃玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。其内能和构形熵高于相应的晶体晶态固体。其内能和构形熵高于相应的晶体。其结构为短程有序，长程无序。从熔融态。其结构为短程有序，长程无序。从熔融态转变为固体时有一转变温度转变为固体时有一转变温度 Tg。 广义的玻璃广义的玻璃包括无机玻璃、有机玻璃、金属玻璃等；狭包括无机玻璃、有机玻璃、金属玻璃等；狭义上仅指无机玻璃，最常见的是硅酸盐玻璃义上仅指无机玻璃，最常见的是硅酸盐玻璃。这里主要谈无机玻璃。这里主要谈无机玻璃。玻璃制品的分类玻璃
8、制品的分类无机玻璃的化学组成包括有众多元素的氧化物或非氧化物无机玻璃的化学组成包括有众多元素的氧化物或非氧化物。（ 1）普通玻璃）普通玻璃普通玻璃是以硅酸盐系统为主要基础的传统玻璃。包括普通玻璃是以硅酸盐系统为主要基础的传统玻璃。包括有有 平板玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻平板玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃纤维等璃、玻璃纤维等 。（ 2）特种玻璃）特种玻璃随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于某些新品种是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制某些新品种是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制造工艺均与一般工业和日用玻璃有所差别，它们往往被归入造工艺均与一般工业和日用玻璃有所差别，它们往往被归入专门的一类，叫做特种玻璃。这些特种玻璃逐渐脱离了传统专门的一类，叫做特种玻璃。这些特种玻璃逐渐脱离了传统玻璃的基础系统范围。常见的特种玻璃有玻璃的基础系统范围。常见的特种玻璃有 光子学玻璃、微晶光子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶凝胶玻璃等。玻璃、生化玻璃、溶胶凝胶玻璃等。
