性能
高温、高硬、高强是结构材 料开发的永恒主题，纳米结 构材料的硬度（或强度）与 粒径成反比。
力学性能
由于纳米材料晶界上原子体积分 数增大，纳米材料的电阻高于同 类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导， 金属向绝缘体转变，在磁场中材 料电阻的减小非常明显。
电学性能
由于纳米材料界面原子排列比 较混乱、原子密度低、界面原 子耦合作用变弱，因此纳米材 料的比热和膨胀系数都大于同 类粗晶和非晶材料的值。
通过机械粉碎、 电火花爆炸等方 法得到纳米粒子。 其特点操作简单、 成本低，但产品 纯度低，颗粒分 布不均匀。
采用球磨方法， 控制适当的条件 得到纯元素、合 金或复合材料的 纳米粒子。其特 点操作简单、成 本低，但产品纯 度低，颗粒分布 不均匀。
3.2 化学方法
气相沉积法
化学沉淀法
利用化合物蒸气的化学反应来 合成纳米微粒的方法。
二氧化钛纳米纤维的电 子显微镜照片
Ultra-Web纳米纤维电镜照片
纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是
纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间 隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸 为纳米级的薄膜。
纳米块： 是将纳米粉末高压成型
或控制金属液体结晶而得到的纳米 晶粒材料。
第一 阶段
第二
阶段 纳米技术的发展
微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控， 分散性好。
模板合成法
利用基质材料结构中的空隙作为 模板进行合成。结构基质为多孔 玻璃、分子筛、大孔离子交换树 脂等。
将纳米微粒置于分子筛的笼中，可 以得到尺寸均匀，在空间具有周期
性构型的纳米材料。
Part 4 纳米材料的结构与性能
结构特点
纳米材料的结构特点是：纳米尺度结构单元，大量的界面或自由表面，以 及结构单元与大量界面单元之间存在的交互作用。在结构上，大多数纳米 粒子呈现为理想单晶，也有呈现非晶态或亚稳态的纳米粒子。纳米材料的 结构上存在两种结构单元；即晶体单元和界面单元。晶体单元由所有晶粒 中的原子组成，这些原子严格地位于晶格位置；界面单元由处于各晶粒之 间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。
3
在第三个阶段， 大量制造复杂的 纳米结构物质将 成为可能。这要 求有高级的计算 机设计／制造系 统、目标设计技 术、计算机模拟 技术和组装技术 等。
4 5
纳米计算机 将在第四个 阶段中得以 实现。
在第五阶段里， 科学家们将研 制出能够制造 动力源与程序 自律化的元件 和装置。
Part 2 纳米材料的特性——纳米效应
Part 3 纳米材料制备技术与方法
真空冷凝法
物
机械球磨法
理
方
法
喷雾法
冷冻干燥法
气相沉积法
化学沉淀法
化
学
水热合成法
方
法
微乳液放
模板合成法
3.1 物理方法
真空冷凝法
物理粉碎法
机械球磨法
用真空蒸发、加 热、高频感应等 方法使原料气化 或形成等粒子体， 然后骤冷。其特 点纯度高、结晶 组织好、粒度可 控，但技术设备 要求高。
第三 阶段
第四 阶段
第五 阶段
1
第一阶段的发展 重点是要准确地 控制原子数量在 100个以下的纳 米结构物质。这 需要使用计算机 设计／制造技术 和现有工厂的设 备和超精密电子 装置。
2
第二个阶段是生 产纳米结构物质。 在这个阶段，纳 米结构物质和纳 米复合材料的制 造将达到实用化 水平。其中包括 从有机碳酸钙中 制取的有机纳米 材料，其强度将 达到无机单晶材 料的3000倍。
优点：表面清洁，粒子大小可 控制，无黏结，粒度分度均匀。
适合于单质、无机化合物和复 合材料纳米微粒的制备过程。
水热合成法
热法是在高压釜里的高温、高压 反应环境中，采用水作为反应介 质，使得通常难溶或不溶的物质 溶解，反应还可进行重结晶。
共沉淀法、均匀沉淀法、 多元醇沉淀法、沉淀转化法
优点：工艺简单，适合于制 备纳米氧化物粉体。
尺寸效应。
随着颗粒尺寸的量变，在一定条 件下会引起颗粒性质的质变。由 于颗粒尺寸变小所引起的宏观物 理性质的变化称为小尺寸效应。
1.光学性质 2.热学性质 3.磁学性质 4.力学性，即当微观粒子的总能 量小于势垒高度时，该粒子 仍能穿越这一势垒。
宏观量 子隧道 效应
表面 效应
纳米超微粒子的表面原子数与总原 子数之比随着纳米粒子尺寸的减小 而大幅度地增加，粒子的表面能及 表面张力也随着增加，从而引起纳 米粒子性能的变化。
具有很高的化学活性. 利用这一特性可制得具有高催化活 性和产物选择性的催化剂。
量子尺 寸效应
微粒尺寸下降到一定值时，费米 能级附近的电子能级由准连续能 级变为分立能级，吸收光谱向短 波方向移动，这种现象称为量子
缺点：纯度较低，颗粒粒径较 大。
可直接得到分散且结晶良好的粉体，不 需做高温灼烧处理，避免了可能形成的 粉体硬团聚；可通过实验条件的调节来 控制纳米颗粒的晶体结构与晶粒纯度 。
微乳液法
微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常 为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明的、 各向同性的热力学稳定体系。微乳液中，微小的 “水池”为表面活性剂和助表面活性剂所构成的单 分子层包围成的微乳颗粒，其大小在几至几十个纳 米间，这些微小的“水池”彼此分离，就是“微反 应器”。它拥有很大的界面，有利于化学反应。这 显然是制备纳米材料的又一有效技术。
纳米材料概述
06 纳米材料的应用 05 纳米材料的分析与表征方法
04 纳米材料的结构与性能
03
纳米材料制备技术与方法
02
纳米材料的特性
01
纳米材料概述
Part 1 纳米材料概述
纳米（nm） 实际上是一种长度单位，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头
发丝的直径相当于6万个纳米。纳米小得可爱，却威力无比，它可以对材 料性质产生影响，并发生变化，使材料呈现出极强的活跃性。科学家们说， 纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾，会比被视为迄今为止影响 现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久。
1m=1000mm 1mm=1000μm 1μm=1000nm
纳米材料的分类
1 纳米粉末 3 纳米膜
2 纳米纤维 4 纳米块
纳米粉末： 又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳
米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之 间处于中间物态的固体颗粒材料。
纳米铁粉
纳米铜粉
纳米铝粉
纳米纤维： 指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。