结论 15

参考文献 16

致谢 18

1  前言

1.1  纳米材料的概述

1.1.1  纳米材料的定义

纳米材料是纳米级结构材料的简称，又称超微细材料，是由超微颗粒——绝大多数为晶体，其特征尺寸在纳米量级（通常指1 – 100 nm）——组成的固体材料[1]。从广义上讲，纳米材料指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料[2]。从狭义上讲，主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）[3]。1994年以后纳米结构材料的含义不仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜还包括纳米组装体系，该体系除了包括纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间基体，也就是说纳米材料包括：纳米微粒、纳米块体、纳米薄膜和纳米组装体系。纳米是长度单位，1 nm=10-9 米，大约为4到5个原子排列起来的长度。

图1.1 各种纳米结构的照片：从左到右依次为纳米颗粒（a），纳米线（b），纳米带（c）

1.1.2  纳米材料的研究与发展

早在1959年，诺贝尔物理学奖获得者费曼就提出了“操纵”原子的思想来获得纳米材料。20世纪后半期，纳米科学发展突飞猛进，从研究的内涵和特点上纳米科学与技术的发展大致可划分为以下三个阶段：

第一阶段1990年以前：主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。

第二阶段1994年以前：人们关注的是如何利用纳米材料已挖掘的奇特物理、化学、力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段从1994年到现在：纳米组装体系或者纳米尺度的图案材料、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，其中包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜镶嵌体系，纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。这一阶段研究的特点更强调按人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使纳米体系具有人们所希望的特性。

1.1.3  纳米材料的分类

首先根据材料基本单元维度的不同可分为零维、一维、二维以及三维结构。零维纳米结构（量子点）是指纳米团簇。一维纳米结构材料（量子线）是指在两维方向上（直径）为纳米尺度，长度为宏观尺度（达微米量级以上）的新型纳米结构材料。二维纳米结构材料（量子阱）是指厚度为纳米尺度的薄膜，三维纳米结构材料（量子颗粒，包括介孔材料）是指体积为纳米尺度的颗粒，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。

其次，根据晶体结构和相分类，纳米结构材料可分为纳米晶材料、纳米非晶态材料、纳米准晶态材料。纳米晶材料包含两个结构组元：具有长程有序不同晶相的晶粒组元和晶粒间的界面组元，纳米非晶材料包括玻璃相组元及界面组元。