纳米技术与纳米材料简介
浅谈纳米材料的利与弊
浅谈纳米材料的利与弊摘要：纳米材料不仅在生物医学等领域对人类文明进步起了巨大的推进作用，同时其安全性问题也引起了全世界的关注。
纳米材料安全性问题对人类健康、纳米科技和纳米产业发展有很到的危害性，纳米材料安全性问题亟待解决，故我国要发展符合我国国情、符合科学发展观的绿色纳米产业。
关键词：纳米材料；纳米安全性；科学发展一、纳米技术与纳米材料简介纳米（nano）本是一个长度单位，1纳米为10-9米，即十亿分之一米。
大部分原子和分子的尺寸约为0.1-100nm，当很多宏观物质的尺度降低到纳米量级时会表现出很多与我们平时所观察到的不同的现象，所以研究材料在0.1-100nm尺度范围内的性质和应用就形成了当前非常热门的纳米科学与技术。
90年代末，纳米技术在我国也有着快速发展。
纳米科技与以往的科技领域有所不同，它涉及物理学、化学、生物学和电子学等科学技术领域，并引发核派生了纳米物理学、纳米化学、纳米生物学和纳米材料学等诸多新领域。
其中纳米材料学是研究纳米材料的设计、制备、性能和应用的一门纳米应用科学[1]。
如纳米尺度的结构材料能在不改变物质化学成分的情况下，通过调节器纳米尺寸的大小来控制材料的基本性质，如熔点、磁性、强度和颜色等。
纳米材料是纳米科技的基础，只有提高纳米材料的性能才能实现需要的功能。
所以，纳米材料在整个纳米产业中占有很大的市场份额。
二、纳米材料的健康效应1、正面效应：纳米医学纳米材料已经或正在走进我们生活的诸多方面，如生物医学领域的纳米制药和疾病监测的方面。
因为纳米材料尺度小、活性强，用纳米材料制成的药物可以准确的杀死病变细胞不会对健康细胞产生影响，这是常规药物所不能实现的。
纳米生物芯片技术将传统的生物样品检测实验室集成到一个芯片上来，大大增强了检测速度和精度。
纳米材料技术与生物技术结合为生物医学领域带来了全新的视野，纳米材料也医药学方面和生物芯片方面取得了显著的成绩。
随着纳米材料在生物医学领域更为广泛的应用，疾病诊断、临床治疗等将会变得更有效率，治疗费用也会随着纳米技术的不断成熟又逐步降低，从而我们的生命健康保障将会得到很大提高。
纳米材料与纳米技术
纳米材料与纳米技术理学院物理系010070126 X云霞摘要：纳米技术已开展成为一门多学科穿插与渗透的新兴学科。
本文简单介绍了纳米的概念，以及纳米材料的特性和各领域的应用。
关键词：纳米技术；纳米材料；应用；进展第一节纳米的概念1、1 纳米的定义如果将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描述，我们可以得到人类智力所延伸到的物质世界的范围。
目前人类能够研究的物质世界的最大尺度是1025m〔约10亿光年〕，这是我们已观测到的宇宙大致范围，人类所研究的物质世界的最小尺度为10-19m〔0.1阿米〕。
纳米技术中的“纳米〞为10-9m，用符号表示为nm，是lmm的100万分之一，也就是十亿分之一米，约相当于45个原子串在一起的长度〔原子的直径为0.1-0.3nm，研究小于10-10m以下的原子内部构造属于原子核物理、粒子物理的范畴。
〕纳米技术〔nano-technology〕是指在纳米尺度〔1nm到l00nm之间〕上研究物质〔包括原子、分子的操纵〕的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科穿插的科学和技术，如：〔1〕纳米体系物理学、〔2〕纳米化学、〔3〕纳米材料学、〔4〕纳米生物学、〔5〕纳米电子学、〔6〕纳米加工学、〔7〕纳米力学等。
当物质小到1-100nm〔10-9--10-7m〕时，其量子效应、物质的局域性及巨大的外表及界面效应使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。
纳米技术的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。
1、2纳米技术概念的提出最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼。
1959年他在一次著名的讲演中提出：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。
他所说的材料就是现在的纳米材料，但他同时也指出，需要新型的微型化仪器来操纵纳米构造并测定其性质。
纳米材料与纳米技术
纳米材料与纳米技术简介：纳米材料和纳米技术是当代科学和技术领域中备受关注的热门话题。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性，广泛应用于各个领域，如材料科学、生物科学、医学等。
纳米技术则是指通过控制和调节纳米尺度物质的制备、性能与应用，以实现对物质的精细控制和设计。
本文将从不同角度探讨纳米材料和纳米技术的相关内容。
1. 纳米材料的特性及应用领域1.1 纳米尺度的定义纳米尺度通常被定义为1到100纳米之间的范围，这个尺度可以理解为物质的“纳米级别”。
在这个尺度下，物质的物理、化学和生物学特性会发生显著变化。
1.2 纳米材料的特性纳米材料具有以下独特的特性：- 巨大的比表面积：纳米材料的比表面积相对于其体积非常大，这使得纳米材料具有优异的吸附性能和反应活性。
- 尺寸效应：纳米材料的尺寸和形状对其物理和化学特性有重要影响，如磁性、光学性能等。
- 量子效应：在纳米尺度下，物质的电子结构和能级将发生变化，导致纳米材料特有的电学和光学性质。
1.3 纳米材料的应用领域纳米材料在各个领域具有广泛的应用，包括但不限于：- 环境保护：纳米材料在水处理、空气净化等环境保护领域发挥重要作用。
- 新能源：纳米材料在太阳能电池、燃料电池等领域有很大的应用潜力。
- 医学诊疗：纳米材料在生物传感、药物传递和肿瘤治疗等医学领域有广阔的应用前景。
- 电子器件：纳米材料在柔性显示器、传感器、存储器等电子器件中有重要的应用。
2. 纳米技术的发展和应用2.1 纳米技术的定义纳米技术是一种通过控制和调节纳米材料的制备、结构、性能和应用，进行对物质的精细控制和设计的技术体系。
2.2 纳米技术的发展历程纳米技术的发展可以追溯到20世纪50年代，但直到近几十年才取得了重大突破。
在过去的几十年里，纳米技术经历了几个重要阶段，从被视为科幻的概念到成为现实的技术。
发展历程包括纳米材料的制备方法改进、纳米器件的研发以及与其他科学领域的交叉融合等。
2.3 纳米技术的应用领域纳米技术已经应用于多个领域，并取得了卓越的成就，如：- 纳米电子学：纳米技术在电子器件的制备和设计方面具有重要应用，如纳米晶体管。
纳米技术与纳米材料-文档资料
二、纳米技术与纳米材料的概念
1.纳米技术
纳米科技是90年代初迅速发展起来的新的前 沿科研领域。它是指在1--100nm尺度空内，研究 电子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学 科。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵 单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。
离子注入三维图像
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2.纳米材料
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科学家使用STM观测物质的纳米结构
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STM具有空间的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可优 于0．01nm)，能直接观察到物质表面的原子结构，把人 们带到了微观世界。它的基本原理是基于量子隧道效应 和扫描。它是用一个极细的针尖(针尖头部为单个原子) 去接近样品表面，当针尖和表面靠得很近时(＜1nm)， 针尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭，若在 针尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样 品构成的势垒而形成隧道电流。通过控制针尖与样品表 面间距的恒定并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就 可把表面的信息(表面形貌和表面电子态)记录下来。由 于STM具有原子级的空间分辨率和广泛的适用性，国际 上掀起了研制和应用STM的热潮，推动了纳米科技的发 展。
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扫描隧道显微镜介绍
扫描隧道显微镜是80年代初期发展起来的新型 显微仪器，能达到原子级的超高分辨率。扫描隧道显 微镜不仅作为观察物质表面结构的重要手段，而且可 以作为在极其细微的尺度──即纳米尺度（1 nm=10-9 m）上实现对物质表面精细加工的新奇工具。目前科 学家已经可以随心所欲地操纵某些原子。一门新兴的 学科──纳米科学技术已经应运而生。
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纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广 泛存在着天然形成的纳米材料，如蛋白石、陨石 碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米 微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有 1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制 成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的 人工纳米材料。另外，中国古代铜镜表面的防锈 层经检验也已证实为纳米SnO2尺寸小于15纳米的超微 颗粒在高压力下压制成型， 或再经一定热处理工序后 所生成的致密型固体材料。
纳米材料及纳米技术应用PPT课件
02
03
生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
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03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
01
纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
02
纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
03
纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
01
药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。
纳米技术与纳米材料
纳米技术是一种跨学科的领域，它涉及到材料科学、物理学、化学和生物学等多个学科。
在纳米技术中，科学家们致力于制造和控制尺寸在1到100纳米之间的纳米材料，并利用它们的独特特性来解决各种问题。
纳米材料是指在纳米尺度下具有特定结构、形态和性能的材料。
纳米材料具有许多特殊的性质，这是由于它们的尺寸和结构导致的。
例如，纳米颗粒比宏观颗粒更大比表面积，因此具有更高的反应活性。
纳米材料还可以改变光谱吸收和透射特性，从而在光学和电子领域有广泛的应用。
此外，纳米材料的独特结构可以使其具有更好的机械强度和导热特性。
纳米技术在各个领域都有着广泛的应用。
在医学领域，纳米技术被用于制造更小、更具有靶向性的药物传递系统。
通过利用纳米粒子的小尺寸和表面功能化，药物可以更好地靶向肿瘤细胞，并减少对健康细胞的影响。
此外，纳米技术还可以用于生物传感器的制造，以及体内图像的改进。
在能源领域，纳米技术也有广泛的应用。
通过利用纳米材料的特殊性质，科学家们可以制造更高效的太阳能电池和储能设备。
纳米颗粒的高表面积使得太阳能电池可以更有效地吸收太阳光，并将其转化为电能。
此外，纳米材料可以用于制造更高效的催化剂，以提高化学反应的速率和选择性。
这对于化学工业的可持续发展非常重要。
在材料科学领域，纳米技术也有着重要的应用。
一些具有纳米结构的材料，如金属、陶瓷和塑料，具有超强的力学性能和导电性能。
这使得它们在航空航天、汽车和电子设备等领域有着广泛的应用。
通过纳米技术的进步，科学家们可以制造出更高品质和更可持续的材料，有助于推动现代科技的发展。
尽管纳米技术和纳米材料在各个领域都有着广泛的应用，但研究人员也面临一些挑战。
首先，纳米材料的制备和表征需要高度的技术和设备支持，这对科研机构和实验室来说是一项巨大的投资。
其次，纳米材料的环境和生物安全性也是一个关键问题。
由于纳米颗粒的小尺寸，它们可能对环境和生物体产生未知的影响，这需要更多的研究来评估和管理。
纳米技术与纳米材料的发展对于人类社会的进步和可持续发展具有重要意义。
纳米技术简介
1.1 纳米科技及纳米材料应用进展纳米(nanometer)是一个长度单位，简写为nm。
1nm = 10-3 μm = 10-6 mm = 10-9 m。
在晶体学和原子物理中还经常使用埃(.)作单位，1. = 10-10m，所以1nm = 10.。
氢原子的直径为1.，所以1nm等于10个氢原子一个挨一个排起来的长度。
由此可知，纳米是一个极小的尺寸，但从微米进入到纳米代表人们认识上的一个新的层次。
纳米正好处于以原子、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，也是物理学、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。
纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。
1.1.1 纳米科技进展纳米科学技术是20世纪80年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。
纳米科技是研究尺寸在0.1nm～100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。
纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学。
1.1.2 纳米材料的种类纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的材料。
它包含了三个层次，即：纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。
1. 纳米微粒纳米微粒是指线度处于1～100nm之间的粒子的聚合体，它是处于该几何尺寸的各种粒子聚合体的总称。
2. 纳米固体纳米固体是由纳米微粒聚集而成的凝聚体。
从几何形态的角度可将纳米固体划分为纳米块状材料、纳米薄膜材料和纳米纤维材料。
这几种形态的纳米固体又称作纳米结构材料。
3. 纳米组装体系由人工组装合成的纳米结构材料体系称为纳米组装体系，也叫纳米尺度的图案材料。
它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元，在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
纳米技术与纳米材料
欧洲共同体
• 欧洲共同体在第６个框架计划(20022006年）中，将纳米技术和纳米科学 作为７个重点发展的战略领域之一， 经费为12亿美元。 • 将长期的跨学科研究转向了解新现象、 掌握新工艺和开发研究工具； • 重点研究分子和介观尺度现象、自组 织材料和结构、分子和生物分子力学 与马达；
• 集成开发无机、有机、生物材料和工 艺的跨学科研究的新方法。 • 纳米生物技术：其目标是支持一体化 的生物和非生物体的研究，有广泛应 用的纳米生物技术，如能用于加工、 医学和环境分析系统的纳米生物技术。
• 日本内阁府综合科学技术会议于2003 年7月14日召开了“纳米技术及材料研 究开发推动项目”第６次会议，确定 了研究开发的重点领域：“纳米药物 传输系统”、“纳米医疗设备”以及 “创新性纳米结构材料” 。
• 日本政府在第二个“科学技术基本计 划”(2001-2006年）中，将纳米技术和 材料与生命科学、信息通信、环境保 护等作为国家的科技重点发展战略的 重中之重领域。该计划在2001年投入 纳米科技的研究经费达１４２亿日元， 比2000年度增加了８８亿日元。该计 划确定的纳米技术与材料重点研究领 域：
主要研究内容
• “设计”组装更强、更轻、更硬并具有 自修复和安全性的纳米材料：10倍于 当前工业、运输和建筑用钢材强度的 碳和陶瓷结构材料；强度３倍于目前 遇100摄氏度高温就融化的汽车工业用 材料的聚合物材料、多功能智能材料。
• 纳米电子学、纳米光电子学和纳米磁 学：提高计算机运行速度并使芯片的 存储效率提高百万倍；使电子的存储 量增加到数千太比特，将单位表面积 的存储量提高１千倍；增加数百倍的 带宽改变通信方式。
• 特征： a top-down fabrication paradigm。 • lithography to define patterns on surfaces, etching to remove material, deposition to add material and thus allow complex structures to be made.
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纳米技术与纳米材料简介
纳米技术与纳米材料简介
摘要：简单介绍了纳米、纳米结构的基本概念和涵义,阐述了纳米技术的内涵及其产生、发展和前景。
并介绍了纳米材料与常规块体材料迥异的独特性能及其应用潜力。
Introduction of nanotechnology and nano-materials
（Class mining 08-2 ，Resources and Environmental Sciences, Shandong University of Science and Technology）
Summary：A brief introduction of the nano, nano-structure of the basic concepts and meanings, explained the meaning of nanotechnology and the production, development and prospects. And introduces the nano-materials with conventional bulk materials and the unique properties of different potential applications
1.前言：纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。
21世纪将是纳米技术的时代,随着其制备和改性技术的不断发展,纳米材料在诸多领域将会得到日益广泛的应用,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有关广泛的应用前景。
纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
2.纳米结构与纳米技术
1 m的十亿分之一是纳米技术领域的测量单位,在纳米技术中100 nm的尺寸是重要的,
因为在这个范围内,根据量子物理学定律,可以观察到新物性。
当物质小到1~100 nm时,其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应使物质的很多性能发生质变,呈现出许多既不同于宏观物体,也不同于单个孤立原子的奇异现象。
纳米技术是20世纪80年代末延生并崛起的高科技,它的基本涵义是指在纳米尺寸范围内研究物质的组成,通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。
纳米技术的出现标志着人类的认知领域已拓展至原子、分子水平,标志着人类科学技术的新时代———纳米科技时代的来临。
纳米技术是一门以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,是现代科学(量子学、分子生物学)和现代技术(微电子技术、计算机技术、高分辨显微技术和热分析技术)结合的产物。
纳米技术在不断渗透到现代科学技术的各个领域的同时,形成了许许多多的与纳米技术相关的研究纳米自身规律的新兴学科,如:纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学及纳米力学等,正是这些新兴学科构成了纳米科技的主要内容。
3.纳米材料及其特性
广义上,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,即纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系,或纳米结构排列于
一定基体中分散形成的体系,包括纳米超微粒子、纳米块体材料和纳米复合材料等。
组成纳米材
料的基本单元在维数上可分为三类:①零维。
指在空间三维尺寸均在纳米尺度内。
如纳米尺度颗粒、原子簇等;②一维。
指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;
③二维。
是指在三维空间中有一维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。
构成纳米材料的物质的类别可以有多种,分为金
属纳米材料、半导体纳米材料、纳米陶瓷材料、有机-无机纳米复合材料及纳米介孔固体与介孔复合体材料等。
处于纳米尺度下的物质,其电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响,诸如熔点、磁学性能、电学性能、光学性能、力学性能和化学活性会出现与传统材料迥然不同的性质,表现出的独特性能无法用传统的理论体系解释。
以下总结了导致纳米材料表现独特性能的4种基本效应。
3.1表面效应
当微粒的直径降低到纳米尺度时,其表面粒子数、表面积和表面能均会大幅增加。
由于表面粒子的空位效应,周围缺少相邻的粒子,出现表面粒子配位不足;同时高的表面能也使得
表面原子具有高的活性,极不稳定,易于通过与外界原子结合而获得稳定,如金属的纳米颗粒
在空气中会燃烧,无机的纳米颗粒暴露在空气中会吸附气体并与气体发生反应,皆由表面效
应所致。
3.2小尺寸效应
随着颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
纳米颗粒尺寸小,比表面积大,在熔点、磁学性能、电学性能和光学性能等都较大尺寸颗粒发生了变化,产生出一系列奇异的性质。
如金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加,而直径为2 nm的金和银的纳米颗粒,其熔点分别降为330℃和100℃。
3.3量子尺寸效应
处于纳米尺度的材料,其能带将裂分为分立的能级,即能级的量子化,而金属大块材料的能带,可以看成是连续的。
纳米材料能级之间的间距随着颗粒的尺寸的减小而增大。
当能级间距大于热能、光子能量、静电能以及磁能等的平均能级间距时,就会出现一系列与块体材料截然不同的反常特性,这种效应称之为量子尺寸效应。
量子尺寸效应将导致纳米微粒在磁、光、电、声、热以及超导电性等特性与块体材料的显著不同,例如,纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能。
3.4宏观量子隧道效应
微观粒子具有穿越势垒的能力称之为隧道效应。
近年来,人们发现一些宏观的物理量,如微小颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化。
这种效应和量子尺寸效应一起,将会是未来微电子器件的基础,它们确定了微电子器件进一步微型化的极限。
4结语
纳米技术以其带给人类的全新的对物质领域的认识,无疑正在掀起一场技术革命。
纳米技术已经向我们初步展示了在新材料、新能源、计算机技术、生物医学以及航天领域中的应用。
同时,纳米技术并不是孤立的,它涉及到如量子力学、材料科学、胶体化学、物理化学、高分子化学、生物化学、凝聚态物理和微电子技术学等诸多领域学科,因此,只有进行多学科的交叉渗透,才能更好地有助于我们认识纳米科学,掌握纳米技术。
参考文献
[ 1 ]张立德,牟季美·纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2001·
[ 2 ]张立德·纳米材料[M].北京:化学工业出版社, 2000
[ 3 ]方云,杨澄宇·纳米技术与纳米材料（1）[J]。