纳米光电材料

一：纳米材料与光电材料哪个发展更快更好？

纳米材料：市场前景不错，不过作开发的难度有点大，很多胆研单位做这块。

光学材料：

围绕光电功能晶体、光学玻璃与特种光学玻璃，光纤传像束、稀土发光材料、光电功能陶瓷材料、光学材料加工技术等研究方向,前景广阔!光学材料专业发展前景非常不错,是个很好的专业选择,大有前途.

这两个专业前景都不错。看自己的兴趣选择了。

希望帮到你

二：纳米技术有什么作用

“纳米”是英文namometer的译名，是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一门以0?1至100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中储出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。?第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。?第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

1980年的一天，在澳大利亚的茫茫沙漠中有一辆汽车在高速奔驰，驾车人是一位德国物理学家H?格兰特(Gleiter)教授。他正驾驶租用的汽车独自横穿澳大利亚大沙漠。空旷、寂寞、孤独，使他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理研究的科学家。此时此刻，一个长期思考的问题在他的脑海中跳动：如何研制具有异乎寻常特性的新型材料?

在长期的晶体材料研究中，人们视具有完整空间点阵结构的实体为晶体，是晶体材料的主体；而把空间点阵中的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作晶体材料中的缺陷。此时，他想到，如果从逆方向思考问题，把“缺陷”作为主体，研制出一种晶界占有相当大体积比的材料，那么世界将会是怎样??格兰特教授在沙漠中的构想很快变成了现实，经过4年的不懈努力，他领导的研究组终于在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明，任何金属颗粒，当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。纳米固体材料(nanometer sized materials)就这样诞生了。

纳米材料一诞生，即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍等；纳米相的铜比普通的铜坚固5倍，而且硬度随颗粒尺寸的减小而增大；纳米陶瓷材料具有塑性或称为超塑性等。

效应颜料 这是纳米材料最重要最有前途的用途之一，特别是在汽车的涂装业中，因为纳米材料具有随角变统汽车面漆大增光辉，深受配受专家的喜爱。

防护材料 由于某些纳米材料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用。在产品和材料中添加少量(一般不超过含量的2%)的纳米材料，就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用，使之更加具有耐久性和透明性。因而被广泛用于护肤产品、所装材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。

精细陶瓷材料 使用纳米材料可以在低温、低压下生产质地致密且性能优异的陶瓷。因为这些纳米粒子非常小，很容易压实在一起。此外，这些粒子陶瓷组成的新材料是一种极薄的透明涂料，喷涂在诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上，具有防污、防尘、......余下全文>>

三：纳米材料为什么作用那么大

纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子.其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值.

纳米材料在结构、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兴趣.80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注.它所具有的独特的物理和化学性质,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,它在化工生产领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力.

1.在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度.大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染.纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件.纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行.纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍.

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,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,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙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的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应.

光催化反应涉及到许多反应类型,如醇与烃的氧化,无机离子氧化还原,有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成,固氮反应,水净化处理,水煤气变换等,其中有些是多相催化难以实现的.半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物.例如纳米TiO2,既有较高的光催化活性,又能耐酸碱,对光稳定,无毒,便宜易得,是制备负载型光催化剂的最佳选择.已有文章报道,选用硅胶为基质,制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂.Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒,对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂,可代替昂贵的铂或钮催化剂.纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温.用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究,是未来催化科学不可忽视的重要研究课题,很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革.

2.在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力.表面涂层技术也是当今世界关注的热点.纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能.借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性.涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层.结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能.结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层,导电、绝缘、半导体特性的电学涂层,氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等.在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用.在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的.在建材产品如玻璃、涂......余下全文>>

四：纳米材料有哪些性能

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

特性与应用

表面与界面效应

指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表现为直径减少，表面原子数量增多。

超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂、贮气材料和低熔点材料。

小尺寸效应

当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。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。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下性质：

1、特殊的光学性质

所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以制造高效率的光热、光电转换材料，以很高的效率将太阳能转变为热能、电能。另外还有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。

2、特殊的热学性质

固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。

3、特殊的磁学性质

在研究纳米材料过程中科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。

小尺寸的磁性超微颗粒与大块材料显著不同。大块的纯铁矫顽力约为 80安／米，而当颗粒尺寸减小到 2×10-2微米以下时，其矫顽力可增加1000倍。若进一步减小其尺寸，大约小于 6×10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。

利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高储存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。

4、特殊的力学性质

美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属—陶瓷复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。

超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。

量子尺寸效应

当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。

纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。

宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏......余下全文>>

五：学化学的能从专业方面科普下，为何纳米材料这么火？

这个原因比较多，但从根本上而言可以归结于纳米材料的一些基本性质使其脱颖而出

下面通俗的讲下纳米材料的四大基本效应

1.表面效应（关键词：表面能增大，表面原子配位数减少）

定义：微粒的表面积增大和所包含的表面原子数增多现象，称为表面效应。

——纳米微粒由于尺寸小,比表面积较大，位于表面的原子占相当大的比例，产生很高的表面能和原子配位不足，使这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。（如下图红色部分）

表面能增大：

那么为什么会表面原子数较多呢？

下图是一个实验结果图

表面原子数占全部原子数的比例和粒径之间的关系

由此可以看出来从10nm减小到1nm表面原子百分数徒增

表面原子百分数多了以后会怎么样呢？

如果把一个原子或分子从内部移到表面→增大表面积，就必须克服体系内部分子之间的吸引力而对体系做功。

颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功较多，所做的功转化为表面能储存在体系中。

由此，颗粒细化时，体系的表面能增加。

表面原子配位数减少

图中每个小圆代表原子，空心小圆代表非表面原子，实心圆代表表面原子。

每个原子假设其邻近配位为其上下左右的原子的话，很明显，实心圆的表面原子近邻配位不完全， “E”原子存在缺少1个近邻， “D”原子缺少2个近邻，“A”原子缺少3个近邻配位。

而这些表面的原子一遇见其他原子（表面活化中心），由于高的表面能使其很快结合而稳定化。 例如“A”这样的表面原子是极不稳定的。

因此，随着纳米微粒比表面积的增大，表面原子百分数也迅速增加。由于表面原子所处环境与内部原子不同，它周围缺少相邻的原子，有许多悬挂键，具有不饱和性，易与其它原子相结合而稳定下来。

悬挂键——如果晶体沿某一方向理解之后，则晶体的自由表面上就存在有断裂的价键，这种价键电子既没有配对，也没有饱和，在电性能上是不饱和的，一般称为悬挂键。

表面效应对材料性能的主要影响

表面化学（www.applysquare.com/fos-cn/chemistry/）反应的活性提高

催化活性提高

例1：纳米Al2O3 载体

例2：纳米稀土催化剂

例3：金属发动机的燃料

例4：纳米铁粉的“自燃现象”可替代“白磷的自燃”实验,安全、无毒。

等等。

2.量子尺寸效应

定义：粒子尺度降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级之间能隙变宽现象。

——当能级间距δ大于热能kBT、磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，必须要考虑量子尺寸效应，这会导致纳米颗粒的磁、光、声、热、电等与宏观特性有着显著的不同。

以上概念比较多，一个一个来看

1.费米能级

就一个由费米子（电子、质子、中子 ）组成的微观体系而言，每个费米子都处在各自的量子能态上。

现在假想把所有的费米子从这些量子态上移开之后再把这些费米子按照一定的规则（例如泡利原理等）填充在各个可供占据的量子能态上，并且这种填充过程中每个费米子都占据着最低的可供占据的量子态。

最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为费米能级。

Na

1s2, 2s2, 2p6, 3s1 （如Na的3s1 ）

2.固体能带理论

能带理论把晶体看成为一个大分子，这个分子由晶体中所有原子按照分子......余下全文>>

六：纳米材料都有哪些特性

纳米材料的特性

由于纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子分数远远大于

晶态材料表面原子所占的百分数，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊

基本性质，如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效

应等，从而使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性及吸收

光谱表现明显的蓝移或红移现象等。除上述的基本特性，纳米材料还具有特殊的光学

性质、催化性质、光催化性质、光电化学性质、化学反应性质、化学反应动力学性质

和特殊的物理机械性质。

七：什么是三维纳米材料？

三维纳米材料

三维纳米材料的定义

由尺寸为1-100nm的粒子为主体形成的块状材料。

它包括：

(1) 纳米玻璃

(2) 纳米陶瓷

(3) 纳米介孔材料

(4) 纳米金属

(5) 纳米高分子

一、纳米玻璃

• 定义

纳米玻璃属于无机非晶质材料，它是指在透明玻璃连续相中周期排列着纳米尺寸的第2相(微粒子、分相、结晶或气孔)。

• 研究层次：

(1) 原子、分子级控制技术(1nm左右)：通过组成控制和引入结构缺陷等，控制局部配位场，发现新的光、电功能。

(2) 超微粒子结构控制技术(1～数10nm)：利用气相法、溶液法等加工技术和超短脉冲激光、超高压、附加高电压等外来能源，对微粒子、分相和结晶、气孔的周期排列进行控制，创造超高亮度发光体、环境激素分离元件、光集成元件等基础材料。

(3) 高次结构控制技术(数10nm以上)：利用无机、有机复合 析出各向异性的晶体和控制其界面状态等，进行高次异型结构、周期规则结构形成技术的研究，进一步研究可能用于太阳电池、运输机械、oa(办公自动化)器械等的超轻质、高强度玻璃基板材料。

纳米玻璃的应用前景

• 不受温度影响的玻璃

• 超高亮度发光玻璃

• 高性能过滤器用玻璃。

• 光开光非线性玻璃

• 三维光玻导(实现每根光纤芯有10tb／s·10000km的传输能力(现在小于1tb／s·1000km)

• 宽带域、高效率光放大元件

• 大容量光存储用材料

二、纳米陶瓷

• 定义

由于纳米陶瓷粉体制备、成型、烧结而得的一种具有特殊性质的固体材料。

特性：

(1) 低烧结温度

(2) 有良好的硬度和断裂韧度和低温延展性

(3) 防雾和自清洁能力

纳米陶瓷的应用前景

• 陶瓷改性

• 外墙建筑材料

• 储氢材料

• 热交换器

• 微孔过滤器

• 检测温度气体的传感器

三、纳米介孔材料

• 定义

孔径在2-50nm间的多孔纳米材料

• 特性：

比表面积大，吸附容量大，具有特殊的催化性能

纳米介孔材料的应用前景

• 应用于石油化工方面的催化加氢、裂解和重整

• 有机合成

• 新一代的聚合催化剂

• 应用于多种碳化学反应，提高其转化率

• 环保

四、纳米金属

• 定义

纳米尺寸的金属材料

• 特性：

高温强度、可塑性、耐磨性和韧性都优于一般金属。

纳米金属材料的应用前景

• 金属改性......余下全文>>