纳米科学技术概述
关于纳米技术的应用资料

关于纳米技术的应用资料
纳米技术是一种应用于微小领域的科技,其主要特点是掌握了单个原子和分子的结构和性质,可以通过调控原子和分子的结构和组合来实现材料的精密加工、功能的设计和性能的优化。
纳米技术已经在多个领域得到广泛应用。
在生物医学领域,纳米技术被用于疾病的治疗和诊断。
例如,通过纳米粒子制备出的药物可以通过血液循环直接作用于病变部位,达到精准治疗的效果。
同时,纳米传感器可以实现对生物分子的高灵敏检测,对早期疾病的诊断和监测有着重要的作用。
在材料科学领域,纳米技术可以实现材料的精密加工和性能的优化。
例如,通过调控纳米颗粒的大小、形状和组合方式,可以使材料拥有更高的强度、硬度、导电性和光电性能。
纳米技术还可以实现材料的自清洁、自修复和自组装等功能。
在能源领域,纳米技术被用于实现新型能源的开发和利用。
例如,通过纳米材料的制备和组合,可以实现太阳能电池的高效转换和储存。
纳米技术还可以用于催化反应的优化和燃料电池的制备,为未来的能源发展提供了新的思路和技术支持。
总的来说,纳米技术在多个领域都具有重要的应用价值,未来还将有更多的发展和应用。
但同时也需要注意纳米材料对环境和健康的潜在影响,加强纳米安全研究和监管是必不可少的。
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纳米科学技术

纳米科学技术纳米科技是2 0世纪80年代末诞生的并正在蓬勃发展的一种高新技术.纳米粒子具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应.由于纳米粒子的表面效应的影响,纳米粒子的比表面积大,表面原子及活性中心数多,催化效率高;又由于纳米粒子的量子尺寸效应(即在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性)的影响,纳米超微粒子具有特异的催化和光催化性质.因此纳米材料在催化剂领域的应用日益受到各国的重视,许多发达国家投入大量的人力、财力开展纳米粒子作为高性能催化剂的研究.例如,美国的Nano 中心,日本的NanoST均把纳米催化剂的研究列为重点开发项目.我国对纳米材料的研究也给以高度重视,国家“863’计划,“973”计划大力支持纳米材料、纳米催化剂的研究,许多科研院所、高等院校积极组织力量,协调攻关,并取得了可喜的成果.例如,中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室白春礼院士领导的研究组在金属纳米空心球催化剂方面取得了新进展。
纳米催化材料的研究开发是近年催化科学与技术的热点研究方向,正在发展成为改造和创制新型固体催化剂的重要研究领域。
该论文在氧化硅组装纳米Nafion固体酸、抗烧结金属氧化物纳米晶、方形锐钛矿TiO2纳米晶等几种纳米催化材料的制备、表征及催化性能等方面进行了有益的探索研究。
以自制的Nafion溶液和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶方法制备了系列高表面积氧化硅组装纳米Nafion固体酸(Nafion/SiO2),系统地研究了这类新型催化剂的孔结构和酸性。
在Nafion/SiO2催化剂中,Nafion纳米颗粒(2-15nm)均匀地分散组装在SiO2孔道中,大大提高了Nafion的分散度及其所含磺酸基的可接近程度。
在一些典型的酸催化反应中,氧化硅组装纳米Nafion固体酸的催化活性(转换频率)比通常的致密性Nafion树脂提高了1-3个数量级。
有关的研究结果为Nafion强酸催化剂的工业应用指明了方向,并提供了系统性反应数据。
纳米科技的发展及未来的发展方向

纳米科技的发展及未来的发展方向1. 纳米科技的发展概述纳米科技是一门研究和应用在纳米尺度(10^-9米)下的科学和技术领域。
自20世纪80年代以来,纳米科技取得了巨大的突破和发展,对各个领域的科学、工程和医学都产生了深远的影响。
纳米科技的发展主要包括纳米材料的合成与制备、纳米器件的设计与创造、纳米尺度的表征与测试以及纳米技术的应用等方面。
2. 纳米科技的应用领域纳米科技的应用领域广泛,涵盖了材料科学、电子学、能源、医学、环境保护等众多领域。
以下是一些典型的纳米科技应用领域:2.1 材料科学领域:纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质,可以应用于新型材料的开辟和改良。
例如,纳米颗粒可以用于改善材料的强度、硬度和导电性能。
2.2 电子学领域:纳米电子器件的发展可以提高电子器件的性能和功能。
例如,纳米晶体管可以实现更高的开关速度和更低的功耗,纳米存储器件可以实现更大的存储容量和更快的数据读写速度。
2.3 能源领域:纳米材料在能源领域的应用主要包括太阳能电池、燃料电池、储能材料等。
纳米材料可以提高能源转换效率、减少能源损耗,并且可以降低能源设备的体积和分量。
2.4 医学领域:纳米医学是纳米科技在医学领域的应用,包括纳米药物传输、纳米诊断和纳米治疗等。
纳米药物可以实现药物的靶向输送,减少药物的副作用和毒性。
纳米诊断技术可以提高疾病的早期诊断和治疗效果。
2.5 环境保护领域:纳米材料在环境保护领域的应用主要包括污水处理、废气管理和土壤修复等。
纳米材料可以吸附和分解有害物质,提高环境管理的效率和效果。
3. 纳米科技的未来发展方向纳米科技在各个领域的应用前景广阔,未来的发展方向主要包括以下几个方面:3.1 纳米材料的合成与制备:未来的纳米材料合成将更加注重绿色环保和可持续发展。
研究人员将探索新的合成方法和技术,以减少对环境的污染和资源的消耗。
3.2 纳米器件的设计与创造:未来的纳米器件将更加小型化、高性能和多功能化。
纳米技术的概念

纳米技术的概念
纳米技术是一种科学技术,专注于研究并控制单个原子、分子,通过特定的技术设计,在纳米级别(1至100纳米)上构造物质的结构和性质。
这个领域的研究涉及许多现代科学和工程学科,包括物理、化学、生物学、材料科学、电子工程等。
纳米技术的主要概念可以从三个方面来理解:
第一种概念是分子纳米技术,这是由美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的。
这种概念是通过组合分子的机器实现实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,制造出任何种类的分子结构。
然而,这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念是将纳米技术定位为微加工技术的极限。
也就是说,通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构。
这种纳米级的加工技术使半导体微型化即将达到极限,但同时也面临着发热和晃动等问题。
第三种概念则是从生物的角度出发。
生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构,例如DNA分子和细胞生物计算机的开发就是纳米生物技术的重要内容。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。
随着纳米技术的发展,它将会引发一系列新的科学技术,例如纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。
总的来说,纳米技术是一种通过控制单个原子、分子,在纳米级别上构造物质的技术。
它具有广泛的应用前景,包括电子行业、医疗、环保等领域。
然而,目前纳米技术的发展还面临着许多挑战和问题,需要进一步的研究和探索。
纳米技术

中文名称:纳米技术英文名称:nanotechnology定义:能操作细小到0.1~100nm物件的一类新发展的高技术。
生物芯片和生物传感器等都可归于纳米技术范畴。
应用学科:生物化学与分子生物学(一级学科);方法与技术(二级学科)纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。
基本概况纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。
1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。
因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。
纳米科学与技术主要包括: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、纳米力学等。
这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。
纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。
其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
概念分类从迄今为止的研究来看,关于纳米技术分为三种概念:第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。
根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。
这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。
也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。
纳米科学与技术(物理学与高新技术)

• 根据美国半导体协会的预计,整个器件的尺度 可以小到100纳米,而电子器件小到100纳米时, 量子效应就会起到很重要的作用,利用量子效 应而工作的电子器件称为量子器件。这时就需 要用全新的理论和方法来构建新的纳米器件。
• 与电子器件相比, 量子器件具有高速(速度可提 高1000倍)、 低耗(能耗降为1/1000) 、高效、高 集成度、经济可靠、信息存储量大(在一张不 足巴掌大的5英寸光盘上,至少可以存储30个 北京图书馆的全部藏书)等优点。
• 纳米材料的研究包括两个方面: • 一、系统地研究纳米材料的微结构和谱学特征, 通过和常规材料对比, 找出纳米材料特殊的规 律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理 论。 • 二、发展新型纳米材料。 • 例如:纳米陶瓷。目前,纳米材料应用的关键 技术问题是在大规模制备的质量控制中, 如何 做到均匀化、分散化、稳定化。 • 根据性质设计各种特殊功能纳米材料。
Understanding Size
1 micrometer
Understanding Size
100 nanometers
Understanding Size
10 nanometers
Understanding Size
•1 nanometer
• 1. 纳米科学技术 • 20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起 的新科技,是研究在千万分之一米(10–7) 到十亿分之一米(10–9米)内,原子、分子 和其它类型物质的运动和变化的科学; 同时在这一尺度范围内对原子、分子等 进行操纵和加工的技术,又称为纳米技 术。
• 3.纳米材料(nanomaterials)的定义:
• 把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以 下的具有特殊功能的材料称为纳米材料。即三 维空间中至少有一维尺寸小于100 nm的材料或 由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材 料。 “功能”概念,即“量子尺寸效应”。
食品科学中的纳米技术
食品科学中的纳米技术近年来,纳米科学技术的发展迅速,涉及到各个领域,食品科学也不例外。
随着技术的不断推进,纳米技术已经开始应用于食品领域,如利用纳米材料改善食品品质,提高食品口感等。
本文将深入探讨食品科学中的纳米技术。
一、什么是纳米技术?纳米技术是指研究和制备纳米材料以及利用这些材料构建纳米结构的一种技术。
纳米技术指的是从几个纳米到几百纳米尺度的材料和物体,这个尺度远远小于人们肉眼所能看到的大小。
在这个尺度之下,物质的异质性、带电性、表面纹理和化学反应等方面都将发生重大的变化。
利用这种技术,可以制备出更小、功能更强大的材料和产品。
二、纳米技术在食品科学中的应用1.纳米材料改善食品品质利用纳米材料,可以改善食品的味道、口感、颜色等品质,提高食品的观感和口感。
比如,利用纳米物质包覆食品中的添加剂,可以提高添加剂的效果,同时减少添加量,降低了不必要的物质对人体的危害。
又如,利用纳米材料制造出纳米石墨烯薄膜,可以包裹在食品的表面,防止水分和污染物的进入。
2.纳米材料保持食品的新鲜度利用纳米材料,可以制造出具有抗氧化、抗菌、防腐等性质的包装材料,帮助食品保持新鲜度和品质。
比如,利用纳米银、硅等材料,在包装材料表面加工处理,可以抑制食品中的细菌生长。
此外,还可以利用纳米氧化锌、氧化铝、TiO2等材料,制成具有抗氧化、抗紫外线辐射等性质的包装材料。
3.纳米材料在食品加工和生产过程中的应用利用纳米材料,可以对食品的加工和生产过程进行优化和控制,提高食品的品质和安全性。
比如,利用纳米颗粒制备出具有高稳定性和抗热能力的乳清蛋白胶体,可以在乳制品生产中优化乳胶液的品质和口感。
又如,利用纳米材料制备出微/纳米胶囊,可以在食品生产中用于食品成分的包裹和释放,提高食品的味道和营养价值。
三、纳米技术在食品领域的风险和挑战随着纳米科技的不断发展,也伴随着一些潜在的风险和挑战。
一方面,纳米材料在食品中的应用仍处于探索阶段,对于长期的毒理性和安全性尚不明确。
纳米技术的应用
纳米技术的应用纳米技术在各领域的应用简述纳米技术是近年来出现的一门高新技术。
“纳米”主要是指在纳米(一种长度计量单位,等于1/1000,000,000米)尺度附近的物质,其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”。
纳米,只是一个长度单位,1微米为千分之一毫米,1纳米又等于千分之一微米,相当于头发丝的十万分之一,没有任何技术属性。
因此,单纯的某一纳米材料若没有特殊的结构和性能表现,还不能称为纳米技术。
纳米技术,是指通过特定的技术设计,在纳米粒子的表面实现原子/分子的排列组成,使其产生某种特殊结构,并表现特异的技术性能或功能,这样的纳米材料才可称为是纳米技术。
纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。
一.纳米技术在化工催化领域的应用以铂,铑,银,钯等贵金属,以及Ni,Fe,Co等非贵金属纳米颗粒作为催化剂,可加速高分子高聚物的氢化反应。
研究表明,铑纳米颗粒在氢化反应中具有极高的活性和良好的选择性。
金属纳米粉粒一般十分活泼,可作为助燃剂在材料中使用,也可掺杂到高能密度材料中,增加爆炸效率;此外,它还可以作为引爆剂。
为了提高热燃烧效率,金属纳米颗粒和半导体纳米颗粒常常被掺杂到火箭助推器和煤中,以提高燃烧的效率。
现在,纳米银和镍粉已被广泛应用于火箭燃料作助燃剂。
纳米颗粒作为光催化剂,有很多优点。
首先是粒径小,比表面积大,光催化效率高。
其次,纳米颗粒生成的电子、空穴在达到表面结合。
因此,电子、空穴能够到达表面的数量多,则化学反应活性高。
纳米技术简介
纳米技术包含下列四个主要方面
第一方面是纳米材料(或称超微粒子,尺度小于100nm的粒子),包括材料的制备和表征.在纳米尺度下,物质中电子的波动性以及原子的相互作用将受到尺寸大小的影响.如能得到纳米尺度的结构,就可能在不改变物质化学成分的情况下控制材料的基本性质,如熔点、磁性、电容甚至颜色等.纳米材料具有异乎寻常的性能.用超微粒子烧成的陶瓷,硬度可以更高,但不脆裂;无机超微粒子加入到橡胶中后,将粘在聚合物分子的端点上,由此做成的轮胎将大大减少磨损、延长寿命.
第二方面是纳米动力学(nanodynamics),主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS).这主要用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等. MEMS用的是一种类似于集成电路设计和制造的新工艺.特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数百微米,而宽度误差只允许万分之一,这种工艺还可用于制作转子直径为400μm的三相电动机,用空气作轴承,转速可达106rad/min—l07rad/min,调向时间小于1μs,用于超快速离心机或陀螺仪等.这方面的研究还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等.虽然此研究目前尚未真正进人纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值.
(3)纳米技术的应用前景
纳米技术不纯粹是材料科学的问题,获益的也不仅仅局限在材料科学方面,下列各个领域将因纳米技术的发展而得益.
电子和通讯: 如用纳米薄层和纳米点记录的全媒体存储器、平板显示器和其他全频道通讯工程和计算机用的器件等.对此,美国军方提出的初期指标是:在室温下,比现有的器件运算速度快10~100倍,信息存贮密度大5~100倍,能耗小50倍.将来则要求存贮密度和运算速度都要比现在大或快3——6个数量级,且廉价而节能.
材料科学中的纳米技术应用探究
材料科学中的纳米技术应用探究 一、引言 材料科学作为一门跨学科的科学领域,旨在研究材料的结构、性能和制备方法。而纳米技术作为近年来备受关注的前沿技术,已经在材料科学领域展现出了巨大的潜力和应用前景。本文将探讨纳米技术在材料科学中的应用现状以及未来发展方向。
二、纳米技术概述 纳米技术是一种控制和利用物质在纳米尺度(1至100纳米)范围内的技术。在这个尺度下,物质呈现出许多特殊的性质,如量子效应、表面效应等。通过精确地设计和控制材料的结构,纳米技术可以赋予材料新的功能和性能,从而广泛应用于材料科学、生物医药、能源领域等。
三、纳米技术在材料科学中的应用 1. 纳米材料制备
纳米技术为制备各类纳米材料提供了新的途径。通过溶胶-凝胶法、化学气相沉积、物理气相沉积等方法,可以制备出具有特殊结构和性能的纳米材料,如纳米颗粒、纳米线、纳米片等。这些纳米材料在传感器、催化剂、生物医药等领域具有重要应用。
2. 纳米复合材料 利用纳米技术可以将纳米颗粒或纳米结构引入到传统材料基体中,形成纳米复合材料。这种复合材料不仅具有传统材料的优良性能,还拥有纳米材料的特殊性质,如高强度、高导热性等。在航空航天、汽车制造等领域,纳米复合材料正逐渐取代传统材料成为新的研究热点。
3. 纳米涂层技术 纳米技术在涂层领域也有着广泛的应用。通过将纳米颗粒加入到涂层中,可以提高涂层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。同时,纳米涂层还可以实现自清洁、抗菌等功能,被广泛应用于建筑、汽车、船舶等领域。
4. 纳米传感器 利用纳米技术制备的纳米传感器具有高灵敏度、高选择性和快速响应的特点。这些传感器可以检测微量气体、生物分子等,并在环境监测、医疗诊断等方面发挥重要作用。
四、未来展望 随着科学技术的不断发展,纳米技术在材料科学中的应用前景将更加广阔。未来,我们可以预见到更多基于纳米技术的新型材料将被开发出来,为各个领域带来革命性变革。同时,随着对环境友好和可持续发展要求的提高,利用纳米技术设计制备绿色环保材料也将成为研究重点。 五、结论 综上所述,纳米技术在材料科学中扮演着越来越重要的角色,其应用不仅推动了材料科学领域的发展,也为人类社会带来了诸多福祉。我们期待着在不久的将来,纳米技术能够取得更大突破,为人类创造出更多美好的未来。
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纳米技术科技名词定义中文名称:纳米技术英文名称:nanotechnology定义:能操作细小到0.1~100nm物件的一类新发展的高技术。
生物芯片和生物传感器等都可归于纳米技术范畴。
所属学科:生物化学与分子生物学(一级学科);方法与技术(二级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。
目录简介概念分类技术介绍发展历史技术内容研究应用测量技术衰层物理力学性能的检测加工技术粒子制备物理方法化学方法材料合成纳米生物学遗传物质DNA的研究脑功能的研究仿生学的研究组装技术简介概念分类技术介绍发展历史技术内容研究应用测量技术衰层物理力学性能的检测加工技术粒子制备物理方法化学方法材料合成纳米生物学遗传物质DNA的研究脑功能的研究仿生学的研究组装技术展开编辑本段简介纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。
1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世利用纳米技术将氙原子排成IBM界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。
因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。
纳米科学与技术主要包括: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、纳米力学等。
这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。
纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。
其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
编辑本段概念分类从迄今为止的研究来看,关于纳米技术分为三种概念:第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。
根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。
这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。
也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。
这种纳米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。
现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。
此外,还有发热和晃动等问题。
为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的纳米技术。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。
本来,生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发,成为纳米生物技术的重要内容。
编辑本段技术介绍1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学,促进了纳米技术的发展。
由于该技术的特殊性,神奇性和广泛性,吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。
纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造,测量、控制和产品的技术。
纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。
编辑本段发展历史纳米技术的灵感,来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。
这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。
从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。
范曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。
”1990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排,纳米技术取得一项关键突破。
他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。
这证明范曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。
不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。
使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。
目前,制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。
理查德·费曼著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想;70年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想,1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工;1982年,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用;1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生;1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等;1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“ 中国”二字,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地;1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机;1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;近年来,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地。
日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。
编辑本段技术内容纳米技术包含下列四个主要方面:1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。
这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。
如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。
第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。
磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。
80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。
但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。
这一特性,主要用于制造微特电机。
如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。
⒉、纳米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。
特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。
这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。
在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。
虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
理论上讲:可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。
3、纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。
有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。
新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。
纳米生物学发展到一定技术时,可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,注入人体内,可以用于定向杀癌细胞。
(上面是老钱加注)4、纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。
当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。
更冷是指单个器件的功耗要小。
但是更小并非没有限度。
纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
编辑本段研究应用当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。
用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。
利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料。
1、纳米是一种几何尺寸的度量单位,1纳米=百万分之一毫米。
2、纳米技术带动了技术革命。
3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管,“饿死”癌细胞。
4、如果在卫星上用纳米集成器件,卫星将更小,更容易发射。
5、纳米技术是多科学综合,有些目标需要长时间的努力才会实现。
6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流,它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。