纳米材料ppt 纳米科技、性质及应用(专业教育)

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“自下而上(bottom-up)” —— 是指以原子、分子为基本单元， 根据人们的设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品， 这主要是意愿进行利用化学和生物学技术 (纳米技术) 。
机系统组成。
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扫描隧道显微镜的工作原理
基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描。它是用一个极细的探针（针 尖头部为单个原子）去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近（小于1纳 米）时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针尖和 样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级 （10-9 A）的隧道电流；隧道电流对距离非常敏感，保持针尖与样品表面间距 的恒定，控制压电陶瓷使探针沿表面进行精确的三维（x,y,z)移动扫描时，由 于样品表面高低不平而使针尖与样品之间的距离发生变化，而距离的变化引起 了隧道电流的变化；控制和记录隧道电流的变化，并把信号送入计算机进行处 理，就可以得到样品表面高分辨率的三维形貌图像。扫描隧道显微镜一般用于 导体和半导体表面的测定。
纳米科技研究的技术路线：可分为“自上而下”和“自下而上” 两种方式。
“自上而下(top-down)” —— 是指通过微加工或固态技术， 不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化 (传统技术)；
传统的生产模式，是从大到小，从上到下的，比如造一个橱，要从粗木 到木材到成品；如造电脑，从半导体硅片，经过切、割、刻、蚀、渗杂 等许多步骤，变成电子元器件，这个过程，原材料浪费大、能耗大。
Plenty of Room at the Bottom. ”）著名的演讲中提出 “如果有
一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇
迹呢？”并预言，说人类可以用新型的微型化仪器制造出更小的
机器，最后人们可以按照自己的意愿从单个分子甚至单个原子开
始组装，制造出最小的人工机器来。可以说这些都是纳米技术的
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纳米科技包括三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳 米尺度的检测与表征。其中纳米材料是纳米科技的基础；纳 米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代 的重要标志；纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可 少的手段和理论与实验的重要基础。
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纳米科技的最终目的：是按人的意愿，操纵单个原子、分子， 构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。
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扫描隧道显微镜
STM头部
扫描隧道显微镜具有很高的空间分辨率，横向可达0.1
纳米，纵向可优于0.01纳米。它主要用来描绘表面三
维的原子结构图，在纳米尺度上研究物质的特性，还
由STM头部、电子学处理 可以实现对表面的纳米加工，如直接操纵原子或分子，
系统，减震系统以及计算 完成对表面的剥蚀、修饰以及直接书写等。
最早的动意/梦想。
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纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。 1982年，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发 明了费曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧道 显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM不仅 以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界， 同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进 入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。
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主要内容
一、纳 米 和 纳 米 科 技
二、纳米材料的概念和分类
三、纳米材料的性质及应用
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一、纳米和纳米科技
纳米在哪里？
早在中国古代，安徽出的墨，从烟道里扫出来后 一遍遍地筛，研制出来的墨非常细非常均匀、饱满， 写字非常好，这实际就是纳米颗粒。
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1、什么是纳米？
纳米不是“ 米”，是长度计量单位，一米的十 亿分之一(10-9米) ，万分之一头发粗细（人的头发 直径约为80-100微米 ），形象地讲，一纳米的物体 放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。
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1991年IBM公司的“拼字”科 研小组利用STM把一氧化碳分 子竖立在铂表面上、分子间距 约0.5纳米的“分子人”，这 个“分子人”从头到脚只有5 纳米，堪称世界上最小的人形 图案 。
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1993年中国科学院北京真实物理实验室用STM操纵硅原 子写出“中国”两个字，标志着中国开始在国际纳米科技领 域占有一席之地。（在室温下，用STM的针尖，并通过针尖与硅样品之间的
1 m
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红血球：200300nm

细菌： 200-600nm
胃幽门 螺杆菌
病毒： 30-100nm
纳米粒子与病毒大小相当
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2、什么是纳米科技？
最早提出纳米尺度上科学和技术问题的 是美国著名物理学家、诺贝尔奖金获得者 理查德·费曼(Richard P Feynman)。
• 1959年费曼在一次题为《在底部还有很大空间》（“There is
“纳”(nano)来自于希腊文，本意 是“矮子”或”侏儒”(dwarf)的意思。
纳米结构: 通常是指尺寸在100纳米以下（1-100nm）
的微小结构。
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一纳米有多小？
Human Hair
100 m
Take 1 slice
Human Hair
100 slices
Take 1 slice
1nm 1000 slices
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用STM描绘样品表面三维的原子结构:
硅表面硅原子 STM图象
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高序石墨原子 STM图象
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1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马 登研究中心（Almaden Research Center）的科学家展示了 一项令世人瞠目结舌的成果，他们使用STM把35个氙原子移 动到各自的位置，在镍金属表面 组成了“IBM”三个字母，这 三个字母加起来不到3纳米长，成为世界上最小的IBM商标。
相互作用，把硅晶体表面的原子拨出，从而在表面上形成“中国”的图形。）
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中国科学院化学所的科技人员利用STM在石墨表面上 通过搬迁碳原子绘制出的世界上最小的中国地图。
世界上最小的中国地图
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目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳 米尺度（1～100纳米）上研究物质（包括原子、分子 的操纵）的特性和相互作用，以及如何利用这些特性 和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳 米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交 叉性质的前沿领域。