引言諾貝爾獎獲得者feyneman在六十年代曾經預言：如果我們對物體微小規模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性，就會看到材料的效能產生豐富的變化。他所說的材料就是現在的奈米材料。
材料與社會的發展
材料是人類社會進化和人類文明的里程碑，是人類賴以生產和生活的物質基礎，是社會進步的物質基礎和先導。因為對材料的認識和利用能力，決定著社會的形態和人類生活的質量，所以，歷史學家往往用製造工具的原材料作為歷史分期的標誌。
化學與材料
化學：化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、件能、反應和應用的學科。
材料 ： 材料是人們利用化合物的某些功能來製作物件時用的化學物質。
化學與材料的關係： 化學是材料發展的源泉，而材料又為化學發展開闢了新的空間。化學與材料保持著相互依存、相互促進的關係。
材料的分類
世界各國對材料的分類不盡相同，若按照材料的使用效能來看，可以分為結構材料和功能材料，從材料的應用物件來看有可以分為資訊材料、能源材料、建築材料、生物材料、航空材料等多種類別，但就大的類別可以分為金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和複合材料四大類。
無機非金屬材料
無機非金屬材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和矽酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無機材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷及天然礦物材料等。
傳統無機非金屬材料
水泥水泥呈粉末狀，當它與水混合後成為可塑性漿體，經一系列物理化學作用凝結硬化變成堅硬石狀體，並能將散粒狀材料膠結成為整體。水泥漿體不僅能在空氣中硬化，還能在水中硬化、保持並繼續增長其強度，故水泥屬於水硬性膠凝材料。
通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類。通用水泥用於大量土建工程的一般用途；有矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥以及礦渣的、火山灰質的、粉煤灰的、復合的矽酸鹽水泥六個品種。專用水泥則指有專門用途的水泥如油井的、大壩的、砌築的等。
特性水泥是指某種效能較突出的水泥，如快硬的、低熱的、抗硫酸鹽的、膨脹的、自應力的等。按水硬性礦物分類，有矽酸鹽的、鋁酸鹽的、硫酸鹽的、少（無）熟料的等。水泥品種已有100多種。
玻璃玻璃是由熔融物冷卻、硬化而得到的非晶態固體。其內能和構形熵高於相應的晶體。其結構為短程有序，長程無序。
從熔融態轉變為固體時有一轉變溫度tg。廣義的玻璃包括無機玻璃、有機玻璃、金屬玻璃等；狹義上僅指無機玻璃，最常見的是矽酸鹽玻璃。這裡主要談無機玻璃。
玻璃製品的分類
無機玻璃的化學組成包括有眾多元素的氧化物或非氧化物。
（1）普通玻璃
普通玻璃是以矽酸鹽系統為主要基礎的傳統玻璃。包括有平板玻璃、日用玻璃、光學玻璃、電真空玻璃、點光源玻璃、玻璃纖維等。
（2）特種玻璃
隨著社會和科學的發展，在玻璃材料科學領域中，由於某些新品種是根據特殊用途專門研製的，其成分、效能、製造工藝均與一般工業和日用玻璃有所差別，它們往往被歸入專門的一類，叫做特種玻璃。這些特種玻璃逐漸脫離了傳統玻璃的基礎系統範圍。常見的特種玻璃有光子學玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶膠－凝膠玻璃等。
陶瓷陶瓷是指以天然或人工合成的無機非金屬物質為原料，經過成形和高溫燒結而製成的固體材料和製品。
新型無機非金屬材料
傳統的無機非金屬材料具有抗腐蝕、耐高溫等許多優點，但也有質脆、經不起熱衝擊等弱點。新型無機非金屬材料繼承了傳統材料的許多優點，並克服某些弱點，使材料具有更加優異的特性，用途更加廣泛。新型無機非金屬材料的特性有：
1．能承受高溫，強度高。2．具有電學特性。3．具有光學特性。
4．具有生物功能。
氧化鋁陶瓷具有機械強度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣電阻高、耐化學腐蝕性和導熱性良好等優良綜合技術效能，以及原料**廣、**相對便宜、加工製造技術較為成熟等優勢，已被廣泛應用於電子、電器、機械、化工、紡織、汽車、冶金和航空航天等行業，成為目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。
氮化矽陶瓷
氮化矽陶瓷的效能：作為一種理想的高溫結構材料，最主要的應具備如下效能：（1）強度好、韌性好；（2）抗氧化性好；（3）抗熱震性好；（4）抗蠕變性好；（5）結構穩定性好；（6）抗機械振動。
氮化矽除抗機械振動效能和韌性相對比較差外，其餘幾種效能都優於一般陶瓷，曾被譽為「像鋼一樣強，像金鋼石一樣硬，像鋁一樣輕」。由於製備工藝不同和所獲得顯微結構的差別，si3n4陶瓷的綜合性能有很大的變化。各中資料所提供的資料繁多，下面僅介紹一般參考值。
光導纖維
光導纖維是現代科學創造的奇蹟之一，是使光像電流一樣沿著導線傳輸。不過，這種導線不是一般的金屬導線，而是一種特殊的玻璃絲，人們稱它為光導纖維，又叫光學纖維，簡稱光纖 。
光纖通訊的特點
（1）傳輸頻帶極寬，通訊容量很大。
（2）傳輸衰減小，可用於遠距離無中斷傳輸。
（3）訊號串擾少，傳輸質量高。
（4）抗電磁干擾，保密性好。
（5）光纖尺寸小，質量輕，便於運輸和鋪設。
（6）耐化學侵蝕，適用於特殊環境。
（7）原料資源豐富。
（8）節約有色金屬。
金屬材料
金屬是指具有良好的導電性和導熱性，有一定的強度和塑性的並具有光澤的物質，如銅、鋅和鐵等。而金屬材料則是指由金屬元素或以金屬元素為主組成的具有金屬特性的工程材料，它包括純金屬和合金兩類。
合金材料是指由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬組成的材料，如黃銅是由銅和鋅兩種金屬組成的合金。與組成合金的純金屬相比，合金具有更好的力學效能，還可通過調整組成元素之間的比例得到一系列效能不同的合金，從而滿足工業生產上不同效能的要求。
金屬材料，尤其是鋼鐵材料在國民經濟建設的各個方面都有重要的作用，它們的發現和應用，開創了人類物質文明的新紀元，加速了人類社會發展的歷史程序。可以毫不誇張地說，離開了金屬材料的「鋼筋鐵骨」，世界將變得面目全非。
金屬材料通常可以分為兩大類：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬是指鐵、鉻、錳，而有色金屬指指除鐵、鉻、錳（黑色金屬）之外的其他金屬，如銅、鋅、鋁等 。
有色金屬大體上可以分為重有色金屬、輕有色金屬、***、稀有金屬和半金屬等（見圖6-）。其中重金屬的密度較大，一般在6600kg·cm2以上，輕金屬的密度都在4g·cm2以下，且化學性質活潑，而***的共同特點則是化學性質穩定，密度大（10～22g·cm2），熔點較高。
天然高分子材料
纖維素(cellulose)
2023年：法國的科學家佩因（a．payen）在研究從植物中提取某種化合物的過程中分離出了一種物質並把它稱為纖維素。纖維素是世界上最豐富的天然有機物，佔植物界碳含量的50％以上。
棉花的纖維素含量接近100％,為天然的最純纖維素**。一般木材中,纖維素佔40～50％,還有10～30％的半纖維素和20～30％的木質素。此外，麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等，都是纖維素的豐富**。
纖維素的分子式是(c6h10o5)n，由d-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵組成的大分子多醣，分子量50000～2500000,相當於300～15000個葡萄糖基。 不溶於水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。
具有(c6h10o5)n的組成。是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細胞壁的主要成分。醋酸菌（acetobaeter）的莢膜，以及尾索類動物的被囊中也發現有纖維素的存在，棉的種子毛是高純度98%的纖維素。
木質素(lignin)
木質素是一種複雜的、非結晶性的、三維網狀酚類高分子聚合物，它廣泛存在於高等植物細胞中，是針葉樹類、闊葉樹類和草類植物的基本化學組成之一。
甲殼素(chitin)和殼聚醣(chitosan)
甲殼素(chitin)又名甲殼質，殼多醣，殼蛋白，是法國科學家布拉克諾(braconno)2023年首先從蘑菇中提取到一種類似於植物纖維的六碳糖聚合體，把它命名為fungine（蕈素）。2023年，法國科學家歐吉爾(odier)在甲殼動物外殼中也提取了這種物質，並命名為chitoin（幾丁質），chitoin希臘語原意為"外殼"、"信封"的意思。2023年f.
hoppe-seiler把經過化學修飾過的chitin叫做殼聚醣(chitosan)。
合成高分子材料
說起高分子材料，普通人也許會覺得莫測高深，其實我們身邊到處都是它們的身影。
無論是作為食物的蛋白質還是作為織物的棉、毛和蠶絲都是天然高分子材料，就連人體本身，基本上也是由各種生物高分子構成的。我國在開發天然高分子材料方面曾走在世界領先水平。利用竹、棉、麻等纖維等高分子材料造紙是我國古代的四大發明之一。
另外，利用桐油與大漆等高分子材料作為油漆、塗料製作漆製品也是我國古代的傳統技術。
高分子是由碳、氫、氧、矽、硫等元素組成的高分子化合物的簡稱。高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬，所含原子數目一般在幾萬以上，而且這些原子是通過共價鍵連線起來的。
高分子化合物由於分子量很大，分子間作用力的情況與小分子大不相同，具有特有的高強度、高韌性、高彈性等，從而可以作為材料使用。
功能高分子材料主要包括物理功能高分子材料及化學功能高分子材料。前者如導電高分子、高分子半導體、光導電高分子、壓電及熱電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和資訊高分子材料等；後者如反應性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、高分子催化劑、高分子試劑及人工臟器等，此外還有生物功能和醫用高分子材料，如生物高分子、模擬器、高分子藥物及人工骨材料等。
高分子特性：同樣由於高聚物的分子量很大，所以其力學性質、熱性質、溶解性等與小分子化合物大為不同。
力學性質：低分子一般沒有強度，是結晶性的硬固體。而高分子的性質變化範圍很大，從軟的橡膠狀到硬的金屬狀。
有很好的強度、斷裂伸長率、彈性、硬度、耐磨性等力學性質。高分子的相對密度小(0.91-2.
3)，因而其比強度可與金屬匹敵。
熱性質：低分子有明確的沸點和熔點，可成為固相、液相和氣相。
高分子分熱塑性和熱固性兩類，熱塑性高分子加熱時在某個溫度下軟化(或融解)、流動，冷卻後成形；而熱固性高分子加熱時固化成網狀結構而成形。
奈米陶瓷材料及應用
奈米陶瓷是20實際80年代中期發展的先進材料，奈米陶瓷是指在陶瓷材料的顯微結構中，晶粒尺寸 晶界寬度 第二相分布 氣孔尺寸 缺陷尺寸等都是奈米水平的一類陶瓷材料。由於小尺寸效應 表面和介面效應 量子尺寸效應和巨集觀量子隧道效應，奈米陶瓷呈現出與微公尺陶瓷不同的獨特效能。廣義地講，奈米陶瓷材料包括奈米...
奈米材料及其光學特性探索研究
美國著名物理學家，1965年諾貝爾物理獎獲得者r.p feynman在1959年曾經說過 如果有一天能按人的意志安排乙個個原子和分子將會產生什麼樣的奇蹟 奈米科學技術的誕生將使這個美好的設想成為現實。奈米材料是奈米科學技術的乙個重要的發展方向。奈米材料是指由極細晶粒組成，特徵維度尺寸在奈米量級 1 ...
奈米材料的應用前景教案
教學目標 了解奈米技術和奈米材料在汙水處理 納濾膜 紡織品 化妝品 醫藥等一些方面的應用前景，了解奈米材料的某些危害 通過本課介紹能對奈米材料的應用發表自己的想法 以此為指導，調動學生更深入了解奈米技術的相關資訊的求知慾。教學方法手段 講授法 教學重難點 奈米材料在各方面的應用前景及一些危害 教學時...