《纳米技术》PPT课件

纳米技术
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纳米
“纳米”是长度单位，1nm=10-9m
即1纳米等于十亿分之一米，大约等于10个氢原子并排起 来的长度，相当于万分之一头发的粗细。纳米正好处于原 子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏 观世界的中间地带，被称为介观世界。
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纳米技术
纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8m)到亿分之一米 (10-9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学 问；同时在这一尺度范围内对原子、分子或原子团、分子 团进行操纵和加工使其形成所需要的物质称为纳米技术。
费曼对纳米技术的最早梦想，成为一个光 辉的起点，人类开始了对纳米世界的探求。
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科学家发现，在纳米的世界里，物质发生了质的飞 跃。比如硅晶体是不发光的，但纳米硅却会发光；陶瓷 在通常情况下是很硬、很脆的，如果采用纳米粉体制成 纳米陶瓷，它也可以具有韧性；纳米材料还具有超塑性， 室温下的纳米铜丝经过轧制，其长度可以从1cm延伸到 100cm，其厚度可以从1mm减小到0.01mm。
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虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其
优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧
性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等
诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强
腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作
用，具有广阔的应用前景。
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纳米级微电子元件
日本日立中心实验室利用半导体材料砷化镍， 率先开发新一代微电子元件。这些电子元件呈细长 的鬃状结晶形，粗仅20纳米，可使计算机的计算速 度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。
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超微型计算机
随着微电子技术的不断发展，集成度越来越 高，计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却 越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个 美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小 的芯片中。
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1994年，IBM公司研制成新型巨磁 电阻效应读出磁头，将磁盘的记录密度 提高显微镜的针尖 将原子一个个地排列成 汉字，汉字的大小只有 几个纳米。
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纳米技术应用
1 、纳米技术在陶瓷领域方面的应用 2 、纳米技术在微电子学上的应用 3 、纳米技术在生物工程上的应用 4 、纳米技术在光电领域的应用 5 、纳米技术在化工领域的应用 6 、纳米技术在医学上的应用 7 、纳米技术在分子组装方面的应用 8、纳米技术在其它方面的应用
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• 除了能提高效率以外，无能量阈纳米激光器的运行还 可以得出速度极快的激光器。由于只需要极少的能量 就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经 有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关， 适合用于光纤通信。
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• 纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是粒径 小，比表面积大,光催化效率高。
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纳米级微缩图象
1992年，日本电信电话公司在银-硒合金表面上以单个原子 的线条画出爱因斯坦肖像。同年10月，“日立”公司又将硅原子排 列成立体金字塔。由原子垒起的金字塔共18级台阶，每级2个原子 高，其底边长仅为48纳米和36纳米。原子级线条的绘制成功，意味 着可将2 000册杂志的文章浓缩在一个句点符号内。
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陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起 着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、 强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广 泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性， 使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国材料学家指出 纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
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1990年美国商业机器公司 借助扫描隧道显微镜，在一小片 镍晶体上用35个氙原子写出了该 公司名称的缩写字母“IBM”，轰 动全球。从此开创了一个崭新的 纳米世界。
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1991年元旦前夕，日本日立电子公司向公众 展示了一个原子大小的新年祝词——“peace91” （和平91）。每个字母的高度均小于1.5纳米， 它是把硫原子一个一个地从二硫化钼晶体上轰 击出来写成的。美国商业机器公司的“IBM” 是在-263℃下拼出的，而日立公司的祝词则是 在室温下完成的。该成就表明，纳米技术从此 步入了实用阶段。
目前，在硬盘的 驱动器上已经开始使 用这项技术，产值已 超过100亿美元／年。
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超微型电动机
1994年世界最小的电动机在美国 6家科研单位的通力协作下完成，这架 电动机主轴的直径仅有2×103nm，体积 只有一个红血球那么大。
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• 虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已
经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细
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纳米技术的发展
人类对纳米技术的研究已有了50多
年的历史。1959年，美国著名的物理学
家、诺贝尔奖金获得者理查德·费曼认
为：能够用宏观的机器来制造比其体积
小的机器，而这较小的机器又可制作更
小的机器，这样一步步达到分子线度。
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费曼幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。他 认为：“物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物 质的可能性”，并表示： “我深信不移，当人们能操纵细 微物质的时候，将可获得极其丰富的新的物质的性质。”
菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、
化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学
循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机
信息处理和信息存储的作用。
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• 纳米技术的发展，使微电子和光电子的 结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、 处理、运算和显示等方面，使光电器件 的性能大大提高。将纳米技术用于现有 雷达信息处理上，可使其能力提高10倍 至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米 孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地 侦察。
• 将金属纳米粒子掺杂到化纤制或纸张中，可以大大降 低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结
体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物
等的分离和浓缩，用于电池电极、化学成分探测器及
作为高效率的热交换隔板材料等。纳米微粒还可用作
返回 导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。
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• 随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭露头 脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体， 其线度在15~20nm之间，并且生物体内的多种病毒， 也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还 要小，因而可以在血管中自由流动。如果将超微粒子