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(1) Introducción a los nanomateriales
En cuanto al tamaño, el tamaño de las partículas finas que suelen producir cambios significativos en las propiedades físicas y químicas es inferior a 0,1 micras (nota 1 metro = 100 centímetros, 1 centímetro = 10.000 micrones, 1 micrón = 1.000 nanómetros, 1 nanómetro = 10 angstroms), es decir, por debajo de 100 nanómetros. Por lo tanto, las partículas con un tamaño de partícula de 1 a 100 nanómetros se denominan partículas ultrafinas y también son un tipo de nanomaterial.
Los materiales nanometálicos se desarrollaron con éxito a mediados de la década de 1980. Posteriormente, aparecieron uno tras otro las películas nanosemiconductoras, las nanocerámicas, los materiales nanoporcelánicos y los materiales nanobiomédicos.
Los materiales estructurales a nanoescala se denominan materiales nanométricos, lo que se refiere al tamaño de sus unidades estructurales que van desde 1 nanómetro hasta 100 nanómetros. Dado que su tamaño es cercano a la longitud de coherencia de los electrones, sus propiedades cambian mucho debido a la autoorganización provocada por una coherencia fuerte. Además, su escala está cerca de la longitud de onda de la luz y tiene el efecto especial de una gran superficie. Por lo tanto, sus características, como el punto de fusión, el magnetismo, la óptica, la conductividad térmica, la conductividad eléctrica, etc., a menudo son diferentes de las de la luz. los de la sustancia en su estado general de la naturaleza de la prestación.
Los materiales de nanopartículas también se denominan materiales de partículas ultrafinas y están compuestos por nanopartículas. Las nanopartículas también se denominan partículas ultrafinas, que generalmente se refieren a partículas con un tamaño entre 1 y 100 nm. Se encuentran en la zona de transición en la interfaz entre grupos atómicos y objetos macroscópicos. Desde la perspectiva habitual de micro y macro, tal sistema no es ninguno de los dos. típico El sistema microscópico tampoco es un sistema macroscópico típico. Es un sistema mesoscópico típico, que tiene efectos de superficie, efectos de tamaño pequeño y efectos de túnel cuántico macroscópico. Cuando se subdivide un objeto macroscópico en partículas ultrafinas (nanoescala), éste mostrará muchas propiedades extrañas, concretamente sus propiedades ópticas, térmicas, eléctricas, magnéticas, mecánicas y químicas. Las propiedades serán significativamente diferentes de las del sólido en masa.
El amplio alcance de la nanotecnología puede incluir tecnología de nanomateriales y tecnología de nanoprocesamiento, tecnología de nanomedición, tecnología de nanoaplicaciones, etc. Entre ellos, la tecnología de nanomateriales se centra en la producción de materiales nanofuncionales (polvo ultrafino, recubrimiento, materiales nanomodificados, etc.), tecnología de detección de rendimiento (composición química, microestructura, morfología de la superficie, física, química, eléctrica, magnética, térmica y óptica, etc. . actuación). La tecnología de nanoprocesamiento incluye tecnología de procesamiento de precisión (procesamiento de haz de energía, etc.) y tecnología de sonda de escaneo.
Los nanomateriales tienen cierta singularidad cuando la escala de la materia es pequeña hasta cierto punto, se debe utilizar la mecánica cuántica en lugar de la mecánica tradicional para describir su comportamiento cuando el tamaño de las partículas del polvo se reduce de 10 micras. A 10 nanómetros, aunque el tamaño de las partículas cambia a 1000 veces, cuando se convierte en volumen, será 10 elevado a la novena potencia, por lo que habrá diferencias obvias en el comportamiento de los dos.
La razón por la que las nanopartículas se diferencian de los materiales a granel es que su área superficial es relativamente mayor, es decir, la superficie de las partículas ultrafinas está cubierta con una estructura en forma de escalera. Esta estructura representa átomos inestables con una superficie alta. energía. Este tipo de átomos puede adsorberse y unirse fácilmente con átomos extraños y, al mismo tiempo, el tamaño reducido de las partículas proporciona una gran superficie para los átomos activos.
En lo que respecta al punto de fusión, dado que cada partícula del nanopolvo tiene menos átomos y los átomos de la superficie están en un estado inestable, la amplitud de la vibración de la red superficial es mayor, por lo que tiene una mayor energía superficial, lo que provoca que las propiedades térmicas únicas de las partículas ultrafinas hagan que el punto de fusión baje. Al mismo tiempo, los nanopolvos serán más fáciles de sinterizar a una temperatura más baja que los polvos tradicionales, lo que los convierte en un buen material de promoción de la sinterización.
Los materiales magnéticos generalmente comunes son agregados de múltiples dominios magnéticos. Cuando el tamaño de las partículas es tan pequeño que no se pueden distinguir los dominios magnéticos, se forma un material magnético con un único dominio magnético. Por lo tanto, cuando los materiales magnéticos se convierten en partículas ultrafinas o películas delgadas, se convertirán en excelentes materiales magnéticos.
El tamaño de las nanopartículas (de 10 nanómetros a 100 nanómetros) es menor que la longitud de las ondas de luz, por lo que tendrán interacciones complejas con la luz incidente. En condiciones apropiadas de deposición por evaporación, el metal puede obtener partículas ultrafinas de metal negro que absorben fácilmente la luz, lo que se denomina negro metálico. Esto contrasta fuertemente con la superficie brillante de alta reflectividad formada por el metal en el recubrimiento al vacío. Los nanomateriales se pueden utilizar como materiales para sensores de infrarrojos debido a su alta tasa de absorción de luz.
La nanotecnología aún está en sus inicios en países de todo el mundo, aunque algunos países como Estados Unidos, Japón y Alemania han comenzado a tomar forma, todavía están en fase de investigación y aparición de nuevas tecnologías. Las teorías y tecnologías todavía están en ascenso. Nuestro país se ha esforzado por alcanzar el nivel de los países avanzados y su equipo de investigación también crece día a día.
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Descubrimiento y desarrollo de nanomateriales
En 1861, con el establecimiento de la química coloidal, los científicos comenzaron a estudiar nanomateriales con diámetros de 1 a 100 nm. Trabajos de investigación sobre sistemas de partículas.
La verdadera investigación consciente sobre las nanopartículas se remonta a la "Prueba de humo" llevada a cabo por Japón para necesidades militares en la década de 1930. Sin embargo, debido a las limitaciones del nivel de prueba y las condiciones en ese momento, Aunque se fabricó mediante evaporación al vacío, se produjo el primer lote de polvo de plomo ultrafino del mundo, pero su rendimiento de absorción de luz era muy inestable.
En la década de 1960, la gente comenzó a estudiar nanopartículas discretas. En 1963, Uyeda utilizó el método de evaporación y condensación de gases para preparar nanopartículas metálicas y realizó estudios de microscopía electrónica y difracción de electrones sobre ellas. En 1984, Gleiter de la Universidad de Saarland en Alemania y Siegal del Laboratorio Argonne en los Estados Unidos produjeron sucesivamente con éxito nanopolvos de sustancias puras. Gleiter presionó y formó partículas de hierro con un diámetro de partícula de 6 nm in situ en condiciones de alto vacío y las sinterizó para obtener bloques nanocristalinos, llevando así la investigación de nanomateriales a una nueva etapa.
La primera Conferencia Internacional sobre Nanociencia y Tecnología se celebró en los Estados Unidos en julio de 1990, anunciando oficialmente la ciencia de los nanomateriales como una nueva rama de la ciencia de los materiales.
Desde la llegada de los materiales de nanopartículas en la década de 1970, la connotación y las características de la investigación se pueden dividir aproximadamente en tres etapas:
La primera etapa (antes de 1990): explora principalmente en el laboratorio. el uso de diversos métodos para preparar polvos de nanopartículas o bloques sintéticos de diversos materiales, estudia métodos de evaluación y caracterización y explora las propiedades especiales de los nanomateriales que son diferentes de los materiales ordinarios, los objetos de investigación generalmente se limitan a materiales individuales y materiales monofásicos; Internacionalmente, este material suele denominarse material nanocristalino o nanofásico.
La segunda etapa (1990 ~ 1994): el foco de atención de la gente es cómo utilizar las propiedades físicas y químicas descubiertas de los nanomateriales para diseñar nanocompuestos. La síntesis y la exploración de las propiedades físicas de los materiales compuestos una vez se convirtieron en nanomateriales. dirección dominante de la investigación.
La tercera etapa (1994 al presente): los sistemas de nanoensamblaje y los sistemas de materiales de nanoestructura ensamblados y sintetizados artificialmente se están convirtiendo en nuevos puntos calientes en la investigación de nanomateriales. Internacionalmente, este tipo de material se denomina sistema de material de nanoensamblaje o material de patrón a nanoescala. Su connotación básica es utilizar nanopartículas y sus nanocables y tubos compuestos como unidades básicas para ensamblar y ordenar sistemas con nanoestructuras en una, dos y tres dimensiones.
Nanoestructura
La nanoestructura es un nuevo sistema construido o creado a partir de unidades materiales a nanoescala de acuerdo con ciertas reglas. Incluye sistemas de nanoarrays, sistemas de ensamblaje mesoporosos y sistemas de mosaicos de película delgada. La investigación actual sobre sistemas de nanoarrays se centra en sistemas bidimensionales formados por nanopartículas metálicas o nanopartículas semiconductoras cuidadosamente dispuestas sobre un sustrato aislante. El sistema de ensamblaje de nanopartículas y sólidos mesoporosos también se ha convertido en un foco de investigación debido a las características de las propias partículas y algunos nuevos efectos que produce el acoplamiento con la matriz en la interfaz, según el tipo de soporte, se puede dividir en medios inorgánicos. Hay dos categorías principales: complejos de poros y complejos mesoporosos poliméricos. Según el estado del soporte, se puede dividir en complejos mesoporosos ordenados y complejos mesoporosos desordenados. En sistemas de mosaico de película delgada, la principal investigación sobre películas de nanopartículas se basa en las propiedades eléctricas y magnéticas del sistema. Los científicos estadounidenses utilizaron tecnología de autoensamblaje para formar cientos de nanotubos de carbono de pared simple en "cuerdas" de cables de cristal, que tienen propiedades metálicas y una resistividad de menos de 0,0001 Ω / m a temperatura ambiente. ensamblaron triyoduro de nanoplomo en nailon; -11 Tiene propiedades fotoconductoras bajo irradiación de rayos X y la utilización de esta propiedad sienta las bases para el desarrollo de la radiografía digital.
Indicadores técnicos
La apariencia de la nanoalúmina es un polvo blanco.
Nanocristal de alúmina fase γ.
El tamaño medio de partícula de la nanoalúmina (nm) es de 20±5.
El contenido % de nanoalúmina es superior al 99,9%.
Punto de fusión: 2010 ℃-2050 ℃
Punto de ebullición: 2980 ℃
Densidad relativa (agua=1): 3,97-4,0
Ámbito de aplicación
1. Nanomateriales naturales
Las tortugas marinas ponen huevos en la playa de Florida, EE. UU., pero las tortugas jóvenes después de nacer tienen que nadar hasta el mar cerca del Reino Unido. para encontrar alimento para sobrevivir y crecer. Finalmente, las tortugas adultas regresan a la costa de Florida para desovar. Un viaje de ida y vuelta de este tipo dura entre 5 y 6 años. ¿Por qué las tortugas marinas pueden viajar decenas de miles de kilómetros? Dependen de materiales nanomagnéticos dentro de sus cabezas para ayudarlos a navegar con precisión.
Cuando los biólogos estudiaron por qué las palomas, los delfines, las mariposas, las abejas y otras criaturas nunca se pierden, también descubrieron que estas criaturas también tienen nanomateriales en sus cuerpos para ayudarles a navegar.
2. Materiales nanomagnéticos
La mayoría de los nanomateriales utilizados en la práctica son fabricados artificialmente. Los materiales nanomagnéticos tienen propiedades magnéticas muy especiales. Las nanopartículas son de tamaño pequeño, tienen una estructura de dominio magnético único y una alta fuerza coercitiva. Los materiales de grabación magnéticos fabricados con ellas no sólo tienen buena calidad de sonido, imagen y relación señal-ruido. también registrar La densidad es decenas de veces mayor que la del γ-Fe2O3. Las nanopartículas magnéticas superparamagnéticas fuertes también se pueden convertir en líquidos magnéticos, que se utilizan en campos como dispositivos electroacústicos, dispositivos de amortiguación, sellos giratorios, lubricación y procesamiento de minerales.
3. Materiales nanocerámicos
En los materiales cerámicos tradicionales, los granos de cristal no son fáciles de deslizar, el material es quebradizo y la temperatura de sinterización es alta. El tamaño de grano de las nanocerámicas es pequeño y los granos se mueven fácilmente sobre otros granos. Por lo tanto, los materiales nanocerámicos tienen una resistencia extremadamente alta, alta tenacidad y buena ductilidad. Estas características permiten que los materiales nanocerámicos se utilicen a temperaturas normales o subaltas. procesamiento en frío. Si las partículas nanocerámicas se procesan y forman a temperaturas subaltas y luego se recocen en la superficie, el nanomaterial puede convertirse en un material de alto rendimiento que mantiene la dureza y la estabilidad química de los materiales cerámicos convencionales en la superficie, pero aún tiene la ductilidad de los nanomateriales en el interior. cerámica.
4. Nanosensores
El nanodióxido de circonio, el óxido de níquel, el dióxido de titanio y otras cerámicas son muy sensibles a los cambios de temperatura, los rayos infrarrojos y los gases de escape de los automóviles. Por lo tanto, se pueden utilizar para fabricar sensores de temperatura, detectores de infrarrojos y detectores de escape de automóviles, con una sensibilidad de detección mucho mayor que la de los sensores cerámicos similares comunes.
5. Materiales funcionales Nanotilt
En los motores aeroespaciales de hidrógeno-oxígeno, la superficie interior de la cámara de combustión debe ser resistente a altas temperaturas y su superficie exterior debe estar en contacto. con el refrigerante. Por lo tanto, la superficie interior debe estar hecha de cerámica y la superficie exterior debe estar hecha de metal con buena conductividad térmica. Pero la cerámica y los metales a granel son difíciles de combinar. Si la composición del metal y la cerámica se cambia gradual y continuamente durante la producción, de modo que el metal y la cerámica "me tengan a mí en ti y a ti en mí", eventualmente pueden combinarse para formar un material funcional inclinado, lo que significa que los ingredientes cambian. como una escalera inclinada. Cuando las nanopartículas metálicas y cerámicas se mezclan y sinterizan de acuerdo con los requisitos de contenidos que cambian gradualmente, se pueden lograr los requisitos de resistencia a altas temperaturas en el interior de la cámara de combustión y buena conductividad térmica en el exterior.
6. Materiales nanosemiconductores
El silicio, el arseniuro de galio y otros materiales semiconductores se convierten en nanomateriales, que tienen muchas propiedades excelentes. Por ejemplo, el efecto túnel cuántico en los nanosemiconductores provoca un transporte anormal de electrones y una conductividad eléctrica reducida de algunos materiales semiconductores. La conductividad eléctrica y térmica también disminuye a medida que disminuye el tamaño de las partículas, e incluso se vuelve negativa. Estas características juegan un papel importante en campos como los dispositivos de circuitos integrados a gran escala y los dispositivos optoelectrónicos.
Las nanopartículas semiconductoras se pueden utilizar para preparar nuevas células solares con una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica que puedan funcionar con normalidad incluso en días de lluvia. Dado que los electrones y los agujeros generados cuando las partículas nanosemiconductoras son irradiadas por la luz tienen fuertes capacidades reductoras y oxidantes, pueden oxidar sustancias inorgánicas tóxicas, degradar la mayoría de las sustancias orgánicas y, en última instancia, generar dióxido de carbono, agua, etc., no tóxicos e inodoros. por lo tanto, la energía solar se puede utilizar para descomponer catalíticamente materia orgánica e inorgánica con la ayuda de nanopartículas semiconductoras.
7. Materiales nanocatalíticos
Las nanopartículas son excelentes catalizadores debido a su pequeño tamaño, gran fracción de volumen superficial, estado de enlace químico superficial y estado electrónico diferente al del interior de la partícula, y la coordinación de los átomos de la superficie es incompleta, lo que resulta en un aumento de los sitios activos en la superficie, lo que la convierte en la condición básica para ser un catalizador.
Las nanopartículas de níquel o compuestos de cobre y zinc son excelentes catalizadores para la reacción de hidrogenación de ciertos compuestos orgánicos y pueden sustituir a los costosos catalizadores de platino o paladio. El catalizador negro de nanoplatino puede reducir la temperatura de la reacción de oxidación de etileno de 600 ℃ a temperatura ambiente.
8. Aplicaciones médicas
El tamaño de los glóbulos rojos en la sangre es de 6.000 a 9.000 nm, mientras que las nanopartículas tienen un tamaño de sólo unos pocos nanómetros, que en realidad es mucho más pequeño. glóbulos rojos Por lo tanto, puede moverse libremente en la sangre. Si se inyectan varias nanopartículas terapéuticas en distintas partes del cuerpo humano, se pueden controlar y tratar las lesiones, lo que es más eficaz que las inyecciones y los medicamentos tradicionales.
El uso de la nanotecnología puede hacer que el proceso de producción de medicamentos sea cada vez más sofisticado y utilizar directamente la disposición de átomos y moléculas a escala de nanomateriales para producir medicamentos con funciones específicas. Las partículas de nanomateriales harán que la administración de medicamentos en el cuerpo humano sea más conveniente. Los medicamentos inteligentes envueltos con varias capas de nanopartículas pueden buscar y atacar activamente células cancerosas o reparar tejidos dañados después de ingresar al cuerpo humano. Los nuevos instrumentos de diagnóstico que utilizan nanotecnología pueden diagnosticar diversas enfermedades a través de proteínas y ADN en tan solo una pequeña cantidad de sangre.
9. Nanocomputadora
La primera computadora electrónica del mundo nació en 1945. Fue desarrollada con éxito por una universidad estadounidense y el Departamento del Ejército * Utiliza 18.000 tubos de electrones. Con un peso total de 30 toneladas y una superficie de unos 170 m, puede considerarse un gigante. Sin embargo, sólo puede realizar 5.000 operaciones en 1 s.
Después de medio siglo, la tecnología informática se ha desarrollado rápidamente debido al desarrollo de la tecnología de circuitos integrados, la microelectrónica, la tecnología de almacenamiento de información, el lenguaje informático y la tecnología de programación. Las computadoras actuales son pequeñas y exquisitas y pueden colocarse en un escritorio. Su peso es sólo una diezmilésima parte del de sus antepasados, pero su velocidad de computación supera con creces la de la primera generación de computadoras electrónicas.
Si se utiliza la nanotecnología para construir componentes electrónicos de computadoras, entonces esta computadora del futuro será una "computadora molecular" mucho más compacta que las computadoras actuales y que ahorrará materiales y energía y también traerá beneficios considerables a la sociedad. .
Se han puesto en producción lectores de tarjetas que pueden leer desde discos duros y chips de memoria a nivel de nanomateriales con una capacidad de almacenamiento miles de veces mayor que la de los chips actuales. Después del uso generalizado de nanomateriales, las computadoras pueden reducirse a "computadoras de mano".
10. Nanotubos de carbono
En 1991, expertos de Nippon Electric Company prepararon un material llamado "nanotubos de carbono", que está compuesto por muchos tubos hexagonales hechos de átomos de carbono cíclicos. También puede estar compuesto por varios tubos coaxiales encajados entre sí. Estos tubos de una o varias capas suelen estar sellados por ambos extremos, como se muestra en la figura.
El diámetro y la longitud de este tubo formado por átomos de carbono son del orden de nanómetros, por eso se denomina nanotubo de carbono. Su resistencia a la tracción es 100 veces mayor que la del acero y su conductividad eléctrica es mayor que la del cobre.
Calentar los nanotubos de carbono a aproximadamente 700 °C en el aire hace que los átomos de carbono en el sello superior del tubo se oxiden y destruyan, formando nanotubos de carbono abiertos. A continuación, se evapora un metal de bajo punto de fusión (como el plomo) mediante un haz de electrones y se condensa en los nanotubos de carbono abiertos. Gracias al efecto sifón, el metal penetra en el núcleo hueco de los nanotubos de carbono. Debido a que el diámetro de los nanotubos de carbono es extremadamente pequeño, los alambres metálicos formados dentro de los tubos también son muy delgados, llamados nanocables, y el efecto de tamaño que producen es superconductor. Por tanto, los nanotubos de carbono y los nanocables pueden convertirse en nuevos superconductores.
La nanotecnología aún está en sus inicios en países de todo el mundo, aunque algunos países como Estados Unidos, Japón y Alemania han comenzado a tomar forma, todavía están en fase de investigación y aparición de nuevas tecnologías. Las teorías y tecnologías todavía están en ascenso. Nuestro país se ha esforzado por alcanzar el nivel de los países avanzados y su equipo de investigación también crece día a día.
11. Electrodomésticos
Los plásticos multifuncionales de nanomateriales hechos de nanomateriales tienen funciones antibacterianas, desodorizantes, anticorrosión, antienvejecimiento, anti-ultravioleta, etc. , y puede usarse como refrigerador, plástico antibacteriano y desodorizante en la carcasa del aire acondicionado.
12. Protección del medio ambiente
Nanomembranas con funciones únicas aparecerán en el campo de las ciencias medioambientales. La membrana detecta la contaminación causada por agentes químicos y biológicos y filtra estos agentes, eliminando la contaminación.
13. Industria textil
Agregue materiales en polvo compuestos de nano-SiO2, nano-ZnO y nano-SiO2 a la resina de fibra sintética y, después de hilar y tejer, se puede esterilizar. , Se puede utilizar ropa interior y prendas a prueba de moho, desodorizantes y resistentes a la radiación ultravioleta para fabricar ropa interior y suministros antibacterianos, y se pueden producir fibras funcionales resistentes a la radiación ultravioleta que cumplan con los requisitos de la industria de defensa nacional.
14. Industria de maquinaria
El uso de tecnología de nanomateriales para tratar piezas mecánicas clave con un recubrimiento de nanopolvo en la superficie metálica puede mejorar la resistencia al desgaste, la dureza y la vida útil de los equipos mecánicos.
Clasificación de los nanomateriales
Los nanomateriales se pueden dividir a grandes rasgos en cuatro categorías: nanopolvos, nanofibras, nanopelículas y nanobloques. Entre ellos, el nanopolvo tiene el tiempo de desarrollo más largo y la tecnología más madura, y es la base para la producción de los otros tres tipos de productos.
Nano polvo
También conocido como polvo ultrafino o polvo ultrafino, generalmente se refiere a polvos o partículas con un tamaño de partícula inferior a 100 nanómetros. Es una especie de polvo entre átomos, moléculas. y objetos macroscópicos. Materiales granulares sólidos en estados intermedios. Se puede utilizar para: materiales de grabación magnéticos de alta densidad; materiales sigilosos que absorben ondas; materiales de fluidos magnéticos; materiales de protección contra la radiación; materiales de pulido de dispositivos ópticos de precisión y microchips; materiales de embalaje microelectrónicos; ; materiales avanzados para electrodos de batería; materiales de células solares; catalizadores de alta eficiencia; aceleradores de combustión de alta eficiencia; materiales cerámicos de alta tenacidad (cerámicas que no se pueden romper, utilizadas en motores cerámicos, etc.); preparaciones anticancerígenas, etc.
Nanofibras
se refiere a materiales lineales con diámetros a escala nanométrica y longitudes mayores. Se puede utilizar para: microcables, microfibras ópticas (componentes importantes de futuras computadoras cuánticas y fotónicas), materiales nuevos de láser o diodos emisores de luz, etc. El electrohilado es actualmente un método sencillo y sencillo para preparar nanofibras inorgánicas.
Nanomembrana
Las nanomembranas se dividen en membranas granulares y membranas densas. Una película de partículas es una película en la que las nanopartículas se pegan entre sí con espacios extremadamente pequeños en el medio. Película densa se refiere a una película con una capa de película densa pero con un tamaño de grano en escala nanométrica. Puede usarse para: materiales de catálisis de gases (como el tratamiento de gases de escape de automóviles); materiales de filtro; materiales de grabación magnética de alta densidad; materiales de pantalla plana;
Nano bloque
El nano bloque es un material nanocristalino obtenido mediante moldeo a alta presión de nanopolvo o cristalización controlada de metal líquido. Los principales usos son: materiales de ultra alta resistencia; materiales metálicos inteligentes, etc.
Método de preparación:
(1) Método de evaporación y condensación bajo gas inerte. Por lo general, las nanocerámicas están hechas de partículas con una superficie limpia y un tamaño de partícula de 1 a 100 nm, que se forman mediante alta presión. Se ha desarrollado con éxito en el extranjero una variedad de materiales nanosólidos utilizando los métodos de presurización in situ al vacío y evaporación de gas inerte mencionados anteriormente, incluidos metales y aleaciones, cerámicas, cristales iónicos, materiales nanosólidos amorfos y semiconductores. Nuestro país también ha utilizado con éxito este método para fabricar nanomateriales como metales, semiconductores y cerámicas.
(2) Métodos químicos: 1. Método hidrotermal, incluidos los métodos de precipitación, síntesis, descomposición y cristalización hidrotermales, adecuados para preparar nanoóxidos. 2. Método de hidrólisis, incluido el método sol-gel, evaporación de solventes y; método de descomposición, método de látex y método de separación por evaporación, etc.
(3) Método integral. Un método de preparación formado combinando el método físico en fase de vapor y el método de deposición química. Otros métodos generalmente incluyen molienda de bolas, procesamiento por pulverización y otros métodos.
Contenido de nanotecnología
La nanotecnología incluye los siguientes cuatro aspectos principales:
1 Nanomateriales: Cuando la materia alcanza la escala nanométrica, se encuentra aproximadamente 0,1- en el espacio. de 100 nanómetros, las propiedades de los materiales mutarán y aparecerán propiedades especiales. Este tipo de material que tiene propiedades especiales que se diferencian de los átomos y moléculas originales, así como de las sustancias macroscópicas, es un nanomaterial.
Si se trata sólo de un material con una escala de nanómetros y sin propiedades especiales, no se puede llamar nanomaterial.
En el pasado, la gente sólo prestaba atención a los átomos, las moléculas o el universo, y a menudo ignoraban este campo intermedio. Este campo existe en la naturaleza en grandes cantidades, pero no se reconocía el rendimiento de este rango de escala. antes. Los primeros en darse cuenta realmente de su rendimiento y hacer referencia al concepto de nanómetros fueron los científicos japoneses. En la década de 1970, utilizaron métodos de evaporación para preparar iones ultrafinos y, al estudiar sus propiedades, descubrieron que: un conductor de cobre o plata eléctrica y térmicamente es conductor. hecho de Después de alcanzar la escala nanométrica, pierde sus propiedades originales y demuestra que no conduce electricidad ni calor. Lo mismo ocurre con los materiales magnéticos, como la aleación de hierro y cobalto. Si se le da un tamaño de entre 20 y 30 nanómetros, el dominio magnético se convertirá en un dominio magnético único y su magnetismo será 1.000 veces mayor que el original. A mediados de la década de 1980, la gente denominó oficialmente a este tipo de material nanomateriales.
¿Por qué el dominio magnético se convierte en un único dominio magnético y el magnetismo es 1000 veces mayor que antes? Esto se debe a que los átomos individuales en el dominio magnético no están dispuestos de manera muy regular y hay un núcleo en el medio del átomo individual y electrones que giran alrededor de él en el exterior. Esta es la razón de la formación del magnetismo. Sin embargo, después de convertirse en un dominio magnético único, los átomos individuales se organizan de manera muy regular, mostrando un fuerte magnetismo hacia el mundo exterior.
Esta característica se utiliza principalmente en la fabricación de micromotores. Si la tecnología se desarrolla hasta cierto punto y se utiliza para crear levitación magnética, se pueden crear trenes de alta velocidad más rápidos, más estables y que ahorren más energía.
2. Nanodinámica: principalmente micromáquinas y micromotores, o denominados colectivamente sistemas microelectromecánicos (MEMS), utilizados para microsensores y actuadores de maquinaria de transmisión, sistemas de comunicación por fibra óptica y equipos electrónicos especiales, instrumentos médicos y de diagnóstico. , etc. utilizan un nuevo proceso similar al diseño y fabricación de electrodomésticos integrados. La característica es que las piezas son muy pequeñas, la profundidad de grabado a menudo requiere de decenas a cientos de micrones y el error de ancho es muy pequeño. Este proceso también se puede utilizar para fabricar motores trifásicos para centrífugas o giroscopios ultrarrápidos. En términos de investigación, también es necesario detectar la microdeformación y la microfricción a escala casi atómica. Aunque todavía no han entrado realmente en la nanoescala, tienen un gran valor científico y económico potencial.
Teóricamente: los micromotores y la tecnología de detección pueden llevarse al nivel nanométrico.
3. Nanobiología y nanofármacos: por ejemplo, el oro coloidal del tamaño de nanopartículas se utiliza para fijar partículas de ADN en la superficie de la mica, y electrodos interdigitados en la superficie del dióxido de silicio se utilizan para la interacción entre biomoléculas. , membranas biológicas planas bicapa de fosfolípidos y ácidos grasos, estructura fina del ADN, etc. Con la nanotecnología, los métodos de autoensamblaje también se pueden utilizar para colocar piezas o componentes dentro de las células para formar nuevos materiales. Aproximadamente la mitad de los nuevos medicamentos, incluso en forma de polvos finos con partículas micrométricas, son insolubles en agua; sin embargo, si las partículas están en la escala nanométrica (es decir, partículas ultrafinas), son solubles en agua;
Cuando la nanobiología se desarrolle hasta cierto nivel, los nanomateriales podrán usarse para crear células nanobiológicas con capacidades de reconocimiento, y podrán absorber biomedicina de las células cancerosas e inyectarlas en el cuerpo humano, lo que puede usarse para matar el cáncer. células de manera dirigida. (Lo anterior es agregado por Lao Qian)
4. Nanoelectrónica: incluye dispositivos nanoelectrónicos basados en efectos cuánticos, propiedades ópticas/eléctricas de nanoestructuras, caracterización de materiales nanoelectrónicos, así como manipulación atómica y espera de ensamblaje atómico. Las tendencias actuales en tecnología electrónica requieren que los dispositivos y sistemas sean más pequeños, más rápidos, más fríos y más pequeños, lo que significa tiempos de respuesta más rápidos. Más frío significa que el consumo de energía de un solo dispositivo es menor. Pero lo más pequeño no está exento de límites. La nanotecnología es la última frontera para los constructores y su impacto será enorme.