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1.纳米材料的发展史

①天然纳米材料

海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国

附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。

如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的

纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。

生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这

些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。

②纳米磁性材料

在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性

质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音

质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-FeO高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制

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成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

③纳米陶瓷材料

传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶

粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，

这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒

加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度

和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。

④纳米传感器

纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。

因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的

同类陶瓷传感器高得多。

⑤纳米倾斜功能材料

在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因

此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结

合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有

我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一

个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能

达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。

⑥纳米半导体材料

将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的

量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的

减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的

作用。

利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型

太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能

力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水

等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。

⑦纳米催化材料

纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面

的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使

它具备了作为催化剂的基本条件。

镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂

或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600℃降低到室温。

⑧医疗上的应用

血液中红血球的大小为6000～9000nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红

血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体

各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。

⑨纳米计算机

世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，

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一共用了18000个电子管，总重量30t，占地面积约170m，可以算得上一个庞然大物了，

可是，它在1s内只能完成5000次运算。

经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技

术的发展，使计算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，

它的重量只有老祖宗的万分之一，