2 纳米材料的最新进展及我国科研人员的研究成果
纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究,二十世纪六十年代后,研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。1984年,德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料,开创纳米材料学之先河[2]。1990年7月,在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议(Nano-ST),标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。
1990年,美国国际商用机器公司的科学家利用隧道扫描显微镜上的探针,在镍表面用36个氙原子排出“IBM”三个字母。科学家们从这种能操纵单个原子的纳米技术中,看到了设计和制造分子大小的器件的希望。1993年,中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。
九十年代以来,准一维纳米材料的研制一直是纳米科技的前沿领域。1991年1月,日本筑波NEC实验室的饭岛澄男(S. Iijima)首次用高分辨分析电镜观察到碳纳米管,这些碳纳米管为多层同轴管,也叫巴基管(Bucky tube)[4]。2000年10月,美国宾州大学研究人员在Science上发表文章称[5],纳米碳管的质量是相同体积钢的六分之一,却具有超过钢100倍的强度。不仅具有良好的导电性能, 还是目前最好的导热材料。纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的热沉,也可用于发动机、火箭等的各种高温部件的防护材料。最新的研究表明,碳纳米管当中的空腔不仅可以充当微型试管、模具或模板,而且将第二种物质封存在这个约束空间还会诱导其具备在宏观材料中看不到的结构和行为。计算机模拟显示,封存在碳纳米管中的水能够以新的冰相存在,在合适的条件下,碳纳米管中液相和固相的明显界线将会消失,液体物质将会连续地转变成固体,而不发生明显的凝固过程。
1993年,美国IBM公司Almaden实验室Bethune等人[7]和Iijima[8]同时报道了观察到单壁碳纳米管(Single-walled Carbon Nanotubes)。1996年,因发现C60获得诺贝尔奖的斯莫利(Smalley)和他的研究组合成了成行排列的单壁碳纳米管束。同年,中科院物理所解思深研究员的研究组用化学气相法制备出面积达3mm×3mm的大面积碳纳米管阵列,它可用作极好的场发射平面显示器件。他们还于1998年合成了当时最长的2毫米长度的纤维级碳纳米管。
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