关键词:材料物理;纳米固体材料
引言
纳米是微小的长度单位,十亿分之一米才是纳米。纳米技术就是指在纳米范围内(1~100nm)原子和分子的结构进行研发、其特点以及分子与原子结合所产生的作用,来操作原子和分子将一些难以切割的物质进行切割,以及将物质进行加工的现代化高科技技术。
随着科技的不断发展,很多国家的科学家都对原子结构基础上去研究其中所包含的微观特点及其性质;大到对于宇宙天体中的运行轨迹研究,寻找宇宙中的奥秘。但始终对于纳米技术中结构及其性质没有过多的研究,其原因是科技不够先进。而现代科技不断的发展,纳米技术已经成为了可以研究的项目之一。研究纳米技术可以使人类按照自己设计的要求,创造出纯净的或者具有某一种少见特质的材料,制作工序简单化,制作速度有所提高,可制作出大容量的原子开关与分子逻辑器件,还可以按照纳米结构编制出纳米机器人,纳米机器人可以同时代替十几个或者百个人力所创造出的经济效益,纳米机器人可以进行快速、敏捷的制造和修理,对于清除环境污染也很有帮助,对我们的社会所起到的作用将是至关重要的。
当前,科技的进步使得纳米技术已经有了足够多的经验,技术也相对成熟起来,未来我们将迎来以纳米固体材料、纳米加工与测试技术、纳米机器人为主体的高科技社会。
1、纳米固体材料的含义
纳米固体材料就是指尺度在1~100nm之间的微颗粒。再通过各种加工过程所形成的一种固体材料。由于材料当中有细小的晶粒以及大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子组成,组成方式使在性质上与同样方法组成的微米晶粒材料有很大的不同性,这种不同性使得很多西方的国家对于其性能和研究有着高度重视。自从80年代纳米材料诞生以后,很多发达国家将高科技研究的重心放在了这一材料领域,投入大量的资金、人才以及设备等等,对纳米固体材料进行了研发以及工艺研究。我国在改革开放以后,也对纳米固体材料产生了极大的重视,制定了相关的一些规划,使我国各个领域中都可以应用到纳米固体材料。
2、纳米固体材料的特点
2.1纳米固体材料突变性
纳米固体材料具有一定的突变性,就是指组成固体颗粒的晶粒可以进入到纳米级中,会产生不同的效应出现,也会使纳米固体材料中所包含的光、点、声、磁等性能产生突变的现象。就目前全球科技来看,对于纳米固体材料的突变并没有过多的介绍,以及在实验中无法解释纳米固体材料为何会产生突变现象。只是在实验结果中提出了纳米固体材料突变这一理论依据。
在1970年左右,美国著名科学家利用一项简单的实验合成了新的物质,这种物质成为纳米晶。科学家通过金属蒸汽冷冻从而形成很小的金属颗粒,每一个金属颗粒的直径都在5~20nm之间。然后在这些金属科技压实和烧结成密实体,再经过一定时间过后,产生很多无法解释的特性。比如密实体在经过高温之后,其中纳米微晶半导体材料会随着颗粒尺寸的较小而减小,具有一定的突变性;纳米微晶半导体中的量子隧道效应会使电子输运反常,某些材料的导电率会降低百倍以上,甚至会出现负值的现象。
2.2纳米固体材料的多功能性
纳米颗粒气敏膜、温敏膜、光敏膜、磁敏膜和集成电路片一体化构建出新的器件就是集成电路纳米颗粒传感器。这种传感器在以下几个方面都可以看出它的多功能性。
纳米固体材料可以将其中所包含的三种传感器有效的结合在一起,再将其组合的构建安装在一个集成电路片上,会有不同功能的检测能力。
调试不同的工作情况下的温度,用相同纳米颗粒气敏膜可以检测出多种气体的存在,这种检测手段叫做“多功能传感器”。
传感器片一般体积较小一般都在1到2纳米左右,因此纳米颗粒气敏膜的热容量较小,而热容量较小所导致电力很小,不会过多浪费资源。
传感器中平均粒径都在数十埃左右,相比较而言,面积更多一些,每克数百平方米,传感器中存在不同的膜组织,因此纳米固体材料的敏捷性较强,灵活。
纳米颗粒气敏膜和加热所需要的设备以及温敏传感器都可以统称为一个整体结构,因此,这个结构可以决定纳米颗粒气敏膜中的温度需要。
3、纳米机器人
现如今,由于科技的发达,科学家们将纳米技术与很多种现代高科技技术所结合,研发出来一种纳米机器人,又叫做超微机机器人或者分子机器人。这种机器人在完成以后,在一秒之内就可以做出多种操作,可以使工作空间变大。在未来的工作领域中,投入多个纳米机器人就可以在短时间内完成人需要花费几个月甚至几年完成不了的工作。研发纳米机器人是现在全球科学研究院所需要解决的重要课题,一旦微型机器人研发成功,将会对于全球来说是一个重大的改革,也将是里程碑的一刻。
参考文献
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