（2）纳米陶瓷
• 所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具 有纳米级尺度的陶瓷材料 ,也就是说晶粒尺 寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等 都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶 瓷 ,这就需要解决 ：粉体尺寸、形貌和分布 的控制 、团聚体的控制和分散 、块体形态、 缺陷、粗糙度以及成分的控制。
（3）纳米陶瓷粉体的优良性能：
沉降法：如在固体衬底上沉降； 原位凝固法：在反应室内设置一个充液氮的冷却管，纳米团冷凝于外
管壁，然后用刮板刮下，直接经漏斗送人压缩器，压缩成一定形状的 块材； 烧结或热压法：烧结温度提高，增加了物质扩散率，也就增加了孔隙 消除的速率，但在烧结温度下，纳米颗粒以较快的速率粗化，制成块 状纳米陶瓷材料。
• 以氧化锡为基体材料，并掺入适当的催化剂或填加剂，可制得对酒精、 氢气、硫化氢、一氧化碳和甲烷等气体具有选择性敏感性能的气敏元 件。氧化锡对气体灵敏度高低与材料的比表面积有关，通常比表面积 越大，气体灵敏度越高。纳米氧化锡颗粒具有明显优越性能，具有更 高的气体灵敏度。目前用纳米SnO2颗粒膜制成的传感器已经实用化， 可用作气体泄漏报警器和湿度传感器，并且可以随着温度的变化有选 择地检测多种气体。
纳米磁性材料是 20 世纪 70 年代后逐步产生、发展、壮大而
成为最富有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。美国政府
2007年大幅度追加纳米科技研究经费，其原因之一是磁电子
器件巨大的市场与高科技所带来的高利润，其中巨磁电阻效应
高密度读出磁头的市场估计为 10 亿美元，目前已进入大规模
的工业生产，磁随机存储器的市场估计为 1 千亿美元，预计
且有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度。原料的坩埚中经加热直接蒸发成气
态，以产生悬浮微粒和或烟雾状原子团。原子团的平均粒径可通过改变蒸发速率以及
蒸发室内的惰性气体的压强来控制，粒径可小至3～4nm，是制备纳米陶瓷最有希望的
途径之一。
•
② 凝聚相合成（溶胶一凝胶法）：是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形成
7.3 纳米材料在工程领域中的应用
• 7.3.1 纳米陶瓷 （1）陶瓷的特点 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，因 其具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀 以及质量轻、导热性能好等优点，在日常 生活及工业生产中起着举足轻重的作用。 但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，均匀 性差、可靠性低、韧性、强度较差，因而 使其应用受到了较大的限制。
配合物，通过控制PH值、反应温度等条件让其水解、聚合，经溶胶→凝胶而形成一种
空间骨架结构，再脱水焙烧得到目的产物的一种方法。此法在制备复合氧化物纳米陶
瓷材料时具有很大的优越性。凝聚相合成已被用于生产小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2 纳米团。
2）纳米陶瓷的制备
• 从纳米粉制成块状纳米陶瓷材料，就是通过某种工艺过程，除去孔隙， 以形成致密的块材，而在致密化的过程中，又保持了纳米晶的特性。 方法有：
具有抗体导向功能，并具有较高的磁响应性，具
有较强的靶向定位功能，为靶向治疗肿瘤奠定了
结实的基础。
7.2.5 纳米微粒的基因治疗作用
•
一些特殊的纳米粒子可以进入细胞内结构达到基因治
疗目的。
•
如：国外有人利用纳米技术可使DNA通过主动靶向作
用定位于细胞。将质子DNA浓缩至50—200nm大小且带
上负电荷，有助于其对细胞核的有效入侵，而最后反粒
7.2.4 载药磁性纳米微粒（物理靶向）
•
载药磁性微粒是在微囊基础上发展起来的新
型药物运载系统。这种载有高分子和蛋白的磁性
纳米粒子作为药物载体静脉注射到动物体(小鼠、
白兔)内后，在外加磁场下，通过纳米微粒的磁性
导航，使药物移向病变部位，达到定向治疗的目
的。国内有实验研究出阿霉素免疫磁性造微粒，
在进行了免疫活性检测和体外抑瘤实验后证实其
7.1.3 电学性能的应用
• 纳米颗敞在电学性能方面也出现了一些独 特性。例如纳米金属颗粒在低温下呈现绝 线性，纳米钦酸铅、铁酸钡和钦酸钓等颗 粒由典型的铁电体变成了顺电体。可以利 用纳米颗粒来制做导电浆料、绝缘浆科、 电极、超导体、量子器件、静电屏蔽材料、 压敏和非线形电阻及鹊绾徒榈绮牧系取
7.1.4 光学性能的应用
• 极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能，可以显著降 低材料的烧结致密化程度、节约能源；使陶瓷材料的组成 结构致密化、均匀化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用 可靠性；可以从纳米材料的结构层次（l～100nm）上控 制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性 能。
• 由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏 观性能。如果粉料的颗粒堆积均匀，烧成收缩一致且晶粒 均匀长大，那么颗粒越小产生的缺陷越小，所制备的材料 的强度就相应越高，这就可能出现一些大颗粒材料所不具 备的独特性能。
7.2.2 控释载药纳米微粒
• 纳米控释系统包括纳米粒子和纳米胶囊，它们是 粒子在10一500nm间的固体胶态粒子。它与以往 的控释制剂不同，载药纳米微粒的控释过程具有 其特定的规定，囊壁溶解和微生物的作用，均可 使囊心物质向外扩散。将药物制成纳米制剂后， 不但达到缓控释效果，而且改变其药物动力学的 特性，使一些免疫系统的慢性病能得到更好的治 疗。
7.2.3 靶向定位载药纳米微粒
• 靶向药物能完成从靶器官、靶细胞到最为 先进的细胞内结构的三级靶向治疗，从而 达到病灶部位缓慢释放药物，维持长期局 部有效的药物浓度。此类微粒是根据临床 需要，通过选用对机体各种组织或病变部 位亲和力不同的载体制作载药微粒或将单 克隆抗体与载体结合，以使药物能够输送 到治疗期望达到的特定部位，因而称之为 靶向定位给药。
• TiO2陶瓷材料不仅对O2、CO、H2等气体有较强的敏感性，而且还可 作为环境湿度传感器。
7.1.6 生物医学上的应用
• 纳米颗粒尺寸一般比生物体细胞要小得多， 这就为生物学研究提供了一个新途径：利 用纳米颗粒进行细胞分离、细胞染色及利 用纳米颗粒制成特殊药物或新型抗体进行 局部定向治疗等。
7.1.7 催化性能的应用
7.1.9 其他应用
• 纳米Al2O3、Cr 2O3、SiO2颗粒由于其良好 的悬浮特性，可制成高精度抛光液，用于 高级光学玻璃、石英晶体及各种宝石的抛 光。纳米颊粒还是有效的助燃剂，例如在 火箭发射的固体燃料推进剂中添加1wt％纳 米铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可增加1 倍。纳米颊粒也可以用于印刷油墨，可以 不再依靠化学颜料而是选锋适当体积的纳 米颗粒来得到各种颜料。
• 正是由于这些纳米微粒旋转，总使自己的磁场方向和外加磁场的方向保持一致，因此在外加磁场变 化时几乎不损失能量喧是以往的磁性材料不具备的性能。 这一新材料的出现，将为新一代超高效率电源变压器的诞生开辟道路。以往的变压器的铁芯在 交流电通过其线圈时会发热，这是因为能量以热能的形式损耗了。由于用纳米复合材料取代铁芯制 作的变压器几乎不发热，故能量损耗极小，因此，变压器可做得很小，效率却可 大大提高。 目前这种材料的缺点是只能在极低的温度下工作，因此Zioli领导的研究小组正在进一步探索能 在室温条件下具有极低能量损耗的变压器磁性材料。更新的磁性材料含有非磁性纳米微粒，具有更 好的声光性能和热力学性能。
7.2 纳米材料在生物医药领域中的应用
• 7.2.1 普通载药纳米微粒 • 这种剂型的出现背景是基于将一些药物通
过药剂学和纳米技术的高度结合，使原本 因理化性质不稳定而降解破坏或因不良反 应较大而影响其使用的药物经特殊的方法 高度分散于药物载体中，制成载药纳米微 粒，用液体载体的流动形式给药，从而避 免了所提到的缺点。
• 在微米级基体中引入纳米分散相进行复合， 可使材料的断裂强度、断裂韧性提高2～4倍， 使最高使用温度提高400～600℃，同时还可 提高材料的硬度和弹性模量，提高抗蠕变性 和抗疲劳破坏性能。
7.3.2 纳米质都有磁性，只是
强弱不同而已。磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料，
• 纳米颗粒表面原于所占体积百分数大，表 面键态和电子态与颊粒内部不同，原于配 位不全等导致表面的活性点增加，这些因 素使它具备了作为催化剂的基本条件。纳 米颊粒作为催化刑具有无细孔、无其它成 分、能自由选择组分、使用条件温和方便 等优点。
7.1.8 工业填料中的应用
• 无机填料的主要作用是增量以降低成本， 有时甚至以牺牲基体材料的性能为代价。 纳米颊粒填料不仅能起到增量效果，而且 能够提高基体材料的性能，尤其是经过表 面改性的纳米颊粒对基体的一些性能有着 良好的促进作用，应用前景很好。
• 通过分析纳米颗粒在各个方面的应用，充分展示 出纳米颗粒的广泛用途及其在材料科学中举足轻 重的地位。纳米颗粒诱人的应用前景使得人们对 它的研究越来越重视，也越来越深入。然而，从 研究到工业应用的过程中还有许多新的课题去探 索，如纳米颗粒的分散、纳米颗粒的表征、纳米 颗粒与微米粉体的混合技术及专用设备的开发等。 相信在科技工作者的努力下，必特有更多特殊性 能的纳米颊粒材料以及先进的工程应用技术不断 涌现。
第七讲 纳米材料的应用
7.1 纳米颗粒的应用 7.2 纳米材料在生物医药领域中的应用 7.3 纳米材料在工程领域中的应用
7.1 纳米颗粒的应用
• 7.1.1 力学性能的应用 纳米颗粒具有大的比表面积，活性大并具 有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧 结，致密化速度快、可降低烧结温度并提 高力学性能。近年来，用纳米颗粒强化为 目的的纳米陶瓷材料得到较大进展，为陶 瓷材料的发展提供了生机，大量以纳米颗 粒为原料或添加料的超硬、高强、高韧、 超塑性材料相继问世
• 纳米颗粒可表现出与同质 的大块物体不同的光学特 性，例如宽频带强吸收、 蓝移现象及新的发光现象， 从而可用于光反射材料、 光通讯、光存储、光开关、 光过滤材料、光导体发光 材料、光折变材料、光学 非线性元件、吸波隐身材 料和红外传感器等领域。
7.1.5 敏感性能的应用