纳米材料的应用

自然科学是关于自然界的物质现象及其运动规律的知识体系。它把自然界划分为不同的研究领域或层次，分门别类地研究各个领域或层次的物质的形态、结构、性质及其运动规律，形成各科的系统知识，以此构成整个自然科学的知识体系。

自然科学是人类认识自然的智慧结晶，是系统化了的理性认识，以概念、公式、定理、定律等构成其理论体系。自然科学的理论是经过实践检验的，具有客观真理性;它是一种社会意识形式，但不同于文学、艺术、宗教、哲学、法律、道德等意识形式。它所反映的是关于自然界的物质现象及其运动规律的客观真理，具有超民族性、超阶级性和历史继承性;在阶级社会中，由谁来研究、掌握、运用自然科学，往往带上阶级的烙印。自然科学不是社会上层建筑，而是生产力，是知识形态的生产力，通过教育和技术发明等途径可转入生产力的三个要素，并入生产过程，成为直接的生产力;随着生产水平的提高，自然科学的因素在生产力中所占的地位越来越重要，成为“第一生产力”;自然科学推动生产力的发展最终引起生产关系的变革，导致社会革命，成为最高意义上的革命力量。人类的科学活动源于生产实践，自然科学的发生和发展的根本动力是社会生产，同时受着社会政治、经济、思想，文化以及自然科学内部矛盾运动的制约。

要回答这个问题，先要说说什么是纳米材料?它有哪些独特的性能?纳米材料的学术定义是：在三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。用通俗的话讲：纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。一个纳米是多大呢?只有一米的10亿分之一，用肉眼根本看不到。由于它尺寸特别小，它就产生了两种效应，即小尺寸引起的表面效应和量子效应，即它的表面积比较大，处于表面上的原子数目的百分比显著增加，当材料颗粒直径只有1纳米时，原子将全部暴露在表面，因此原子极易迁移，使其物理性能发生极大变化。一是它对光的反射能力变得非常低，低到<1%;二是机械、力学性能成几倍增加;三是其熔点会大大降低(如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃);四是有特殊的磁性(如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍)。

根据上述原理和特性，纳米材料大致有如下用途：

1. 纳米结构材料:

包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。

2. 纳米催化、敏感、储氢材料：

用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。

3. 纳米光学材料：

用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。

4. 纳米结构的巨磁电阻材料：

磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。这种材料还可以制作测量位移、角度的传感器，广泛应用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器中。

5. 纳米微晶软磁材料

用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。

6. 纳米微晶稀土永磁材料

将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料(通过软磁相与永磁相在纳米尺度的复合)。