出现上的应用
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纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。
纳米技术主要包括：纳米级测量技术；纳米级表层物理力学性能的检测技术；纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。
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1、2纳米技术的研究现状
纳米技术虽然正处于研究阶段，但它目前已在生物医药、工业制造、环境治理、光学器件、平面显示系统和日常生活等领域有了些初步的应用。实质性的大面积的应用有待于纳米技术的进一步成熟。可以看到，纳米技术在未来最有突破性、具有最广泛用途的可能集中在纳米生物医药技术、纳米信息存储处理技术、纳米军事应用技术上。
纳米技术使得人们能容易的装配原子，因而科学家已经预测利用纳米技术可以修补基因。纳米技术将在军事应用上具有很大的用场，利用纳米技术可制作超高密度信息存储及处理芯片。
二、 纳米材料
2、1 材料发展史
（1）石器材料----对自然界天然物质作简单的打、磨加工。
陶器材料----人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点。
（2）青铜、铁器材料----加工、冶炼技术和工艺的改进。
（3）20世纪末主要的新材料----塑料、合成橡胶、化纤等各种高分子材料，特种陶瓷、特种玻璃、特种水泥、光导纤维、碳纤维、硼纤维等硅酸盐和无机功能新材料，记忆合金、非晶态金属、晶须、超导材料、超塑性金属、超弹性合金等型金属材料，以及纤维增强、弥散粒子、叠层复合等新型复合材料。
（4）第四代、第五代材料----超微粒子、超晶格膜、超纯材料等“极限材料”和“分子设计”材料等。
2.2纳米材料
2.2.1纳米材料的概念
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)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。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下，即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。下图为纳米材料图。
图2-1复合氧化物一维和零维单晶纳米材料
材料是能够供人类制造有用器件的物质。材料的利用极大地影响着人类生活的质量和社会形态，被看成是人类社会进步的里程碑。新材料是高新技术发展的物质基础和突破口，是推动科技进步的动力。
纳米材料学是纳米技术发展的基础。通过物理或化学方法，将物质粉碎成"纳米级"微粒，然后再合成为新的材料，从而改善材料的性能，这就是纳米材料技术。纳米技术为研制新材料开辟了新途径。 2.2.2纳米材料的分类
纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。平板电脑支撑架
1) 纳米粉末
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。可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热
基片与布线材料；微电子封装材料；光电子材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。
2）纳米纤维
纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤（未来量子计算机与光子计算机的重要元件）材料；新型激光或发光二极管材料等。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。
3）纳米膜
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。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。
4）纳米块体
纳米块体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。主要用途为：超高强度材料；智能金属材料等。
2.3制备纳米材料
纳米材料的主要制备方法如下
（1）惰性气体下蒸发凝聚法。通常由具有清洁表面的、粒度为1-100nm的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还需要烧结。国外用上述惰性气体蒸发和真空原位加压方法已研制成功多种纳米固体材料，包括金属和合金，陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等纳米固体材料。我国也成功的利用此方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。
（2）化学方法：1水热法，包括水热沉淀、合成、分解和结晶法，适宜制备纳米氧化物；2水解法，包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。
（3）综合方法。结合物理气相法和化学沉积法所形成的制备方法。其他一般还有球磨粉加工、喷射加工等方法。
三、 纳米技术在新材料中的具体应用及其发展前景
3、1碳纳米管
3.1.1碳纳米管简介
碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现的[1]。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽，碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。
碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的中空的“微管”，分单层管和多层管。多层管由若干个层间距为O．34nm的同轴圆柱面套购而成。管的外径一般在几纳米到几十纳米，管的内径只有1nm钢丝线左右．长度在纳米量级。碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳
米管的封口，出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。下图即为碳纳米管。
图3-1碳纳米管
3.1.2碳纳米管主要性质
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管除了具有纳米材料的普遍性质外，还有一些独特的性质。
1 特殊的导电性：
根据结构的不同，碳纳米管的导电性可以相似于金属，也可以相似于半导体，甚至在同一
根碳纳米管的不同部位，由于结构不同，还可以呈现不同的导电性。电子在径向运动受到限制，在轴向运动不受限制．是一维量子导线。
优异的场电子发射性质：
直径细小的碳纳米管可以用来制作极细的电子。在室温及低于80v的偏置电压下，即可获得O．1μA～1μA的发射电流。若把碳纳米管排成平面，电子可以从每个细管的末端发射出来。与目前商用的电子抢(阴极射线管)相比，尺寸小、发射电压低、发射密度大，稳定性高、无需加热、无需真空、响应时间仅几微秒，也不同于现在的液晶平面显示器，它可以使人们从更大的倾斜角度观看到更明亮的图像。因此，碳纳米管平面显示器具有诱人的市场前景。
极佳的力学性质：
根据理论计算．碳纳米管具有极高的强度和极大的韧性．密度只有钢的1／6，强度是钢的100倍，可用作防弹材料。有人计算过，如果用碳纳米管做绳索．是唯一可以从月球挂到地球表面而不被自重拉断的绳索。
优秀的化学性质：
当单壁的碳纳米管暴露在NH3中．其导电性下降2个数量级；暴露在NO2中导电性增加3个数量级，这使它可能成为灵敏度极高而体积极小的化学传导器。
良好的储氢性能：
我国学者的研究发现。重约500 mg的单壁碳纳米管室温下储存氢的重量可达42％，并且78.3％的储存氢可在常温常压下释放出来．剩余的氢加热后也可释放，这种储藏氢的碳纳米管可重复利用。这对让氢成为电动汽车的高效燃料有很大的促进作用。
奇特的热学性质：
碳纳米管是目前世界上最好的导热材料之一。美国宾西法尼亚大学的研究人员发现．即使将碳纳米管捆在一起，热量也不会从一根碳纳米管传到另一根碳纳米管，这说明碳纳米管只能在一维方向传递热量。研究人员称，碳纳米管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的导热板，也可用作发动机、火箭等高温部件的防护材料。
3.1.3碳纳米管的制备
目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法），固相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以及聚合反应合成法。
电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。近年来有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。
近年来发展出了化学气相沉积法，或称为碳氢气体热解法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应
体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。但是制得的碳纳米管管径不整齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。目前这种方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的碳纳米管的结构，已经取得了一定进展。
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