1  什么是納米材料？

    要了解它，我們必須要從納米這個詞開始說。納米是英文namometer的譯音，是一個物理學(xué)上的度量單位，1納米是1米的十億分之一；相當(dāng)于45個原子排列起來的長度。通俗一點(diǎn)說，相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。就象毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念，并沒有物理內(nèi)涵。

    而當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1—100納米這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識到這個尺度范圍的性能。它與物理界中的許多專業(yè)長度相當(dāng)，如隧穿勢壘厚度、超導(dǎo)相干長度、鐵磁性臨界尺寸和電子的德布羅意波長等。

    圖 1納米材料的微觀結(jié)構(gòu)

    2  納米技術(shù)的應(yīng)用的四大方向

    納米材料的應(yīng)用對設(shè)計(jì)新產(chǎn)品、形成新產(chǎn)業(yè)和改善傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供新的機(jī)遇，調(diào)整了國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的布局，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如制造晶體管技術(shù)的不斷納米化，為信息技術(shù)的發(fā)展帶來強(qiáng)有力的推力。諾貝爾物理獎獲得者費(fèi)曼先生曾在1959年說過：“如果我們觀察原子的技術(shù)可以充分發(fā)展，這技術(shù)就可以大大地幫助解決化學(xué)與生物學(xué)的問題，而這種科技的發(fā)展我想是不能避免的。”

    目前，納米技術(shù)的應(yīng)用大致在四個方面：

    （1）。納米材料學(xué)：新材料的開發(fā)，使之擁有理想的特性，是制造納米儀器的理想材料，在化工、仿生、國防等方面具有廣泛的應(yīng)用；

    （2）。納米電子學(xué)：電子器件的納米技術(shù)不斷改善下，是它們擁有了高速度和低耗能的優(yōu)點(diǎn)；

    （3）。納米醫(yī)學(xué)：研制的納米級的新藥物，為人類的健康帶來新福音；

    （4）。納米生物學(xué)：應(yīng)用納米生物器件來解決研究生命科學(xué)上的問題。

    3  目前納米材料的應(yīng)用趨勢

    而近些年來國際上火熱的戰(zhàn)略材料石墨烯也是納米材料，它是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，厚度只有0.335納米，僅為頭發(fā)的20萬分之一。它具有極好的結(jié)晶性、力學(xué)性能和電學(xué)性能，使它的應(yīng)用非常廣泛。石墨烯目前可以作為透明電極、電化學(xué)生物傳感器、超級電容器、能源存儲器或復(fù)合材料等。

    另外，國際力學(xué)界權(quán)威學(xué)者哥倫比亞大學(xué)教授陳曦先生所發(fā)明的逆勢納米材料（NEAS），可算是將能量轉(zhuǎn)換的功力發(fā)揮到極致： 當(dāng)不潤濕的液體在外力作用下滲入納米孔時，外力機(jī)械功可以轉(zhuǎn)換為液固兩相間的盈余表面張力和摩擦力。由于納米多孔材料的單位質(zhì)量的表面積是基體材料的幾十億倍，該納米多孔能量吸收系統(tǒng)材料的能量吸收密度可以達(dá)到 100J/g 以上，是任何當(dāng)前市面上的能量吸收材料的幾十乃至數(shù)百倍以上。NEAS可方便地類似補(bǔ)丁地嵌入任何需要防護(hù)的區(qū)域，而不會改變現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

    僅需幾克納米多孔吸能系統(tǒng)材料，就能夠完全吸收沖擊產(chǎn)生激烈的動能，達(dá)到有效的全面的碰撞保護(hù)。而如此輕便的安全防護(hù)系統(tǒng)又可以間接地起到節(jié)能作用。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，且性能在大范圍內(nèi)可調(diào)。根據(jù)防護(hù)的對象和應(yīng)用場合不同，可對于不同類型產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用于任何在吸能減震上有需求的領(lǐng)域。根據(jù)不同市場和實(shí)際需要，NEAS 可以被設(shè)計(jì)成能夠重復(fù)使用的，也可以被設(shè)計(jì)為一次性使用的。

    納米材料的應(yīng)用，是21世紀(jì)的重要科學(xué)課題，它的巨大潛力將對未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展帶來重大影響。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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