第1章纳米科技及纳米材料绪论PPT课件
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纳米材料讲综述ppt课件
纳米单电子晶体管表示图
2 纳米芯片
• Intel公司2000年12月公布，他们 用最新纳米技术研制胜利30nm硅 晶体管芯片。新芯片运算速度达 10GHz ， 是 目 前 运 算 速 度 最 快 的 Pentium4芯片运算速度2.4GHz的 4倍。
• Intel公司2019年又宣布又研制胜 利20 nm硅晶体管芯片，其中门的 绝缘体只需0.8nm厚(约三个原子 的厚度)，每秒开关变换次数极高 。
国际纳米科技会议将其细分为六个主要分支， 即纳米 电子学、 纳米物理学、 纳米化学、 纳米生物学、 纳米机 械学和纳米丈量学目前纳米科学的研讨正处于艰苦突破的 前夜，它所获得的一系列成果已使全人类为之震动，并引 起全世界关怀未来开展的科学家的思索。 我国科学家钱学 森曾精辟地预言“ 纳米左右和纳米以下构造将是下一阶段 科技开展的重点 ， 会是一次技术革命， 从而将引起 2 l 世 纪又一次产业革命〞 。
(2)另一方面，纳米微粒资料的比外表积比常 规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁 波的吸收率也比常规资料大得多，这就 使得红外探测器及雷达得到的反射信号 强度大大降低，因此很难发现被探测目 的，起到了隐身作用。
美国F117隐形轰炸机机
2 优良的光吸收资料
a. 纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸 收带有蓝移景象。
纳米资料综述
组员：张跃 杨圣雄 詹先彪 田勇 马文静
Outline
1. 纳米技术的开展 2. 纳米资料的类型 3. 纳米资料制备 4. 纳米资料的运用 5. 终了语
1. 纳米的开展大致分为3o 1〞以 前)主要是在实 验室探求各种纳 米粉体的制备手 段研讨对象普通 局限于纳米晶或 纳米相资料。
在未来的人类能够会拥有被嵌入到钢笔、衣服、眼睛甚 〔4至〕身磁体性中运的用芯片，与网络相衔接的计算机。
纳米科技PPT课件
爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要”。 几百年来人类的近 代史也证明，科学的发展需要高瞻远瞩和丰富的想象力。自从18 世纪后半叶欧洲工业革命以来，特别是20世纪以来，众多几年前 还被认为是“不可能”的、仅在科幻小说中幻想过的巨大成就如 电子世界、智能机器人、登月、心脏移植、基因拼接、用火箭飞 船探索金星和火星、建立宇宙空间站等等，都一一变成了活生生 的现实，而且有的现实比最初的想象走得更远。在当今世界上， 科技先进的美国成了实现人类幻想、取得成就最多的国家。20世 纪20年代以后，美国又成了世界科幻文艺的中心。埃里克•德雷 克斯勒（K.Drexler）教授(图13)就是在这种充满科学幻想的环 境中成202长1/3/起7 来，并成了这批科学CH“EN先LI 知先觉”者中的佼佼者。22
6
[问题与思考]
费曼说的“最底层”是什么含意？（指原子、分子 层面，这是构成物质的最基本单元）
阅读材料
在报告那天，费曼用如下的话结束了演讲：
“我愿意出资1000美元，奖励第一个把一本书中的信 息缩小到书页两万五千分之一面积内的人。”
“我愿意再出资1000美元，奖励第一个制造出能够
从外部控制，线度只有六十四分之一英吋的电动机械
在纽曼获得第二份费曼奖金1000美元后两年三个月，费曼
因患癌症辞世。
2021/3/7
CHENLI
8
2.3比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的 显微镜
长期以来人类就有一个幻想：希望能 直接“看”到原子，而不是采用X衍射方 法，通过X衍射图的分析间接地看到原子。 直至20世纪80年代初除了个别情况外原子 还是不能直接被“看”到。这个幻想在 1981年由于扫描隧道显微镜（STM）的发 明终于成为现实。
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CHENLI
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[问题与思考]
费曼说的“最底层”是什么含意？（指原子、分子 层面，这是构成物质的最基本单元）
阅读材料
在报告那天，费曼用如下的话结束了演讲：
“我愿意出资1000美元，奖励第一个把一本书中的信 息缩小到书页两万五千分之一面积内的人。”
“我愿意再出资1000美元，奖励第一个制造出能够
从外部控制，线度只有六十四分之一英吋的电动机械
在纽曼获得第二份费曼奖金1000美元后两年三个月，费曼
因患癌症辞世。
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CHENLI
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2.3比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的 显微镜
长期以来人类就有一个幻想：希望能 直接“看”到原子，而不是采用X衍射方 法，通过X衍射图的分析间接地看到原子。 直至20世纪80年代初除了个别情况外原子 还是不能直接被“看”到。这个幻想在 1981年由于扫描隧道显微镜（STM）的发 明终于成为现实。
2021/3/7
CHENLI
纳米材料及纳米技术的应用PPT课件
纳米二氧化钛-三氧化 二铁作光催化剂
纳米技术在医学上的应用
• 随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭 露头角。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。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人 体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。
波司登保暖内衣
• 江苏康博集团推出“波 司登”纳米技术抗菌保 健、超强透气导湿、超 保暖三功能的内衣。
• 其保暖内衣层内添加了 从天然奇冰石中提取的 纳米级超细粉末，能有 效地杀菌抑菌，消除异
味。
5 . 拒水拒油
• 在材料表面进行特殊加工在其宏观界面建立 一个二元协同纳米界面结构，使材料不仅具 有防水、防油和防墨水等功能，而且用这种 材料制成的衣物洗涤时可以仅用清水冲洗而 不需使用传统的洗涤剂。
纳米技术在化工领域的应用
• 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。另外，纳米 粒子生成的电子、空穴在到达表面之前，大部分 不会重新结合。因此，电子、空穴能够到达表面 的数量多，则化学反应活性高。其次，纳米粒子 分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手 段和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、 半导体能级结构与表面态密度的影响。
远红外保暖内衣
• 它是 远红外光疗、纳 米抗菌和功能面料制 成的保健内衣等保健 纺织产品，能够释放 负氧离子，还具有高 效的远红外发射能力 和抗菌消臭效果。能 提高人体机能的自愈 及恢复能力。
2. 防紫外线
• 太阳能对人体有伤害的紫外线主要在300— 400nm波段，纳米TiO2、ZnO、Fe2O3和 纳米云母等都有在这个波段吸收紫外线的特 征，将少量纳米微粒添加到化学纤维中，就 会产生紫外线吸收现象，从而可以有效保护 人体免受紫外线的损伤。
优秀工程类本科课件：纳米材料与纳米技术
Fe纳米微粒矫顽力和粒径关系
9
结构决定性质！性质决定现象！
纳米效应
表面效应
小尺寸效 应
量子尺寸 效应
宏观量子 隧道效应
10
一、表面效应
粒子直径减少到纳米级，表面原子数和比表面积、表面 能都会迅速增加，表面活性高而引起粒子性质上的变化。
→ →→
纳米微粒 包含原子总数 表面原子比
尺寸
例
10 nm 3×104
Color produced by diffraction gratings
21
实例
Fly eye 仿水蝇的微结构可设计新型轮船在水中自由行走
22
荷叶的抗污染纳米结构应用于抗污染疏水织物的开发
23
24
碳纳米管尺寸只有 头发丝的十万分之 一，但它的导电率 是铜的1万倍，它 的强度是钢的100 倍而重量只有钢的 七分之一。它像金 刚石那样硬，却有 柔韧性，可以拉伸。 它的熔点是已知材 料中最高的。 把碳纳米管用作转子的纳米马达
4
在纳米尺度上科学家们观察到纳米粒子在 化学和物理性质上出现奇异的特性。
特殊的力学性质
特殊的光学性质
特殊的热学性质 特殊的化学性质
特殊的电学性质
特殊的磁学性质
5
（1） 特殊的热学性质
固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超 细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量 级时尤为显著。
与块体材料相比，由于量子效应引起的能带间隙变宽， 纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象。
8
（4） 特殊的磁学性质
纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，这 时磁化率不再符合居里-外斯定律。纳米微粒尺寸高于超顺 磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力。
《纳米材料》PPT课件_OK
料不具备的奇异特性，已引起科学家的极大兴
趣．德国萨尔大学格菜德和美国阿贡国家实验室席
格先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛，在室
温下显示良好的韧性，在180℃经受弯曲并不产生裂
纹，这一突破性进展，使那些为陶瓷增韧奋斗将近
一个世纪的材料科学家们看到希望．英国著名材料
科学家卡恩在从Nature杂志上撰文说：“纳米陶瓷
2021/7/21
19
➢ 具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下
呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制呈的纳米陶
瓷却具有良好的韧性。因为纳米材料既有大的
界面，界面的原子排雷是相当混乱的，原子在
外力变形的条件下的延展性，使陶瓷材料具有
新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以
具有很高的强度，是因为它是磷酸钙等纳米材
米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。”
著名科学家钱学森也预言：“纳米和纳米以下的
结构是下一ห้องสมุดไป่ตู้段科技发展的一个重点，会是一次
技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命”纳
米新科技将成为21世纪科学的前沿和主导科学。
2021/7/21
35
在医药中的应用
• 1.医学
• 使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，
料所构成的；
➢ 纳米材料还具有超导性等特殊性能。
2021/7/21
20
• 纳米虽然微乎其微，但是纳米材料构建的世界却
是神奇而宏大的。
2021/7/21
21
▪ 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
100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
趣．德国萨尔大学格菜德和美国阿贡国家实验室席
格先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛，在室
温下显示良好的韧性，在180℃经受弯曲并不产生裂
纹，这一突破性进展，使那些为陶瓷增韧奋斗将近
一个世纪的材料科学家们看到希望．英国著名材料
科学家卡恩在从Nature杂志上撰文说：“纳米陶瓷
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➢ 具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下
呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制呈的纳米陶
瓷却具有良好的韧性。因为纳米材料既有大的
界面，界面的原子排雷是相当混乱的，原子在
外力变形的条件下的延展性，使陶瓷材料具有
新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以
具有很高的强度，是因为它是磷酸钙等纳米材
米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。”
著名科学家钱学森也预言：“纳米和纳米以下的
结构是下一ห้องสมุดไป่ตู้段科技发展的一个重点，会是一次
技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命”纳
米新科技将成为21世纪科学的前沿和主导科学。
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在医药中的应用
• 1.医学
• 使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，
料所构成的；
➢ 纳米材料还具有超导性等特殊性能。
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• 纳米虽然微乎其微，但是纳米材料构建的世界却
是神奇而宏大的。
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▪ 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
100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
纳米材料及其应用
19
1.2 纳米材料及其分类
1.2.2 纳米材料的分类 3. 几种典型的纳米材料：
② 纳米固体材料：由尺寸小于15 纳米的超微颗粒在高压力下压 制成型，再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。 ③ 纳米薄膜：是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄 膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。 ④ 纳米磁性液体：由超细微粒包覆一层有机表面活性剂，高度 弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以 在外磁场作用下整体地运动，具有特别的磁控特性。
23
1.3 纳米材料特性
1.3.1 尺寸效应 3. 小尺寸效应：当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波 长、超导态的相干长度等物理特征量相当或更小时，晶体周 期性势场的边界条件将被破坏，物质的声、光、电、磁、热 等性质均会产生新的特征，这种变化称之为小尺寸效应。 ① 光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移； ② 磁有序态向磁无序态过渡； ③ 超导相向正常相转变； ④ 纳米粒子熔点的改变：2 nm金粒子的熔点只有600 K。
17
1.2 纳米材料及其分类
1.2.2 纳米材料的分类 2. 按成分组成： 金属纳米材料、半导体纳米材料、有机和高分子纳米材 料、复合纳米材料…… 复合纳米材料：
无机纳米粒子与有机高分子复合材料 无机半导体的核壳结构 量子阱（超晶格）材料
18
1.2 纳米材料及其分类
1.2.2 纳米材料的分类 3. 几种典型的纳米材料： ① 纳米颗粒型材料：也称纳米粉末，一般指粒度在100 nm 以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸 效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。可用于 高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、精密 光学器件抛光材料、微电子封装材料、光电材料、高效 催化剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和 抗癌制剂等。
1.2 纳米材料及其分类
1.2.2 纳米材料的分类 3. 几种典型的纳米材料：
② 纳米固体材料：由尺寸小于15 纳米的超微颗粒在高压力下压 制成型，再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。 ③ 纳米薄膜：是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄 膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。 ④ 纳米磁性液体：由超细微粒包覆一层有机表面活性剂，高度 弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以 在外磁场作用下整体地运动，具有特别的磁控特性。
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1.3 纳米材料特性
1.3.1 尺寸效应 3. 小尺寸效应：当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波 长、超导态的相干长度等物理特征量相当或更小时，晶体周 期性势场的边界条件将被破坏，物质的声、光、电、磁、热 等性质均会产生新的特征，这种变化称之为小尺寸效应。 ① 光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移； ② 磁有序态向磁无序态过渡； ③ 超导相向正常相转变； ④ 纳米粒子熔点的改变：2 nm金粒子的熔点只有600 K。
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1.2 纳米材料及其分类
1.2.2 纳米材料的分类 2. 按成分组成： 金属纳米材料、半导体纳米材料、有机和高分子纳米材 料、复合纳米材料…… 复合纳米材料：
无机纳米粒子与有机高分子复合材料 无机半导体的核壳结构 量子阱（超晶格）材料
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1.2 纳米材料及其分类
1.2.2 纳米材料的分类 3. 几种典型的纳米材料： ① 纳米颗粒型材料：也称纳米粉末，一般指粒度在100 nm 以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸 效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。可用于 高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、精密 光学器件抛光材料、微电子封装材料、光电材料、高效 催化剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和 抗癌制剂等。
纳米ppt课件
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纳米科学技术
(3) 纳米生物学—— 在纳米尺度上研究生命问题
• 了解生物大分子的精细结构及其 与功能的关系。
• 获取分析细胞的生命信息。 • 研制纳米“机器人”。
其他领域中的应用
;.
17.
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17 返回 退出
纳米科学技术 1.经典理论
EF1
费米能级
三、STM的工作原理 功函数
;.
10.
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10 返回 退出
纳米科学技术 2.一种新型的纳米材料——碳纳米管
二、纳米材料
碳的三种形态：C60、金刚石、石墨
;.
11.
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11 返回 退出
纳米科学技术 2.一种新型的纳米234567
12 返回 退出
纳米科学技术 碳纳米管的吸附性质：
;.
27.
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27 返回 退出
纳米科学技术 STM 的工作方式
四、STM的仪器设备
恒流工作模式
恒高工作模式
;.
28.
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28 返回 退出
纳米科学技术
四、STM的仪器设备
主要技术问题 探针制作
探针
1nm 样品表面
要想达到原子级的分辨率,探针尖端最好只有 一个原子.
探针不与样品表面接触
纳米科学技术
一、前 言
美国著名物理学家费曼 1959年
长久以来，人们一直有一个愿望：即企盼着有一天能够按照人们的意志去安排一 个一个 的原子和分子，以构成人们所需的材料与器件。
今天，这个愿望 已有可能变成现实……
;.
1.
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掌握纳米材料按维度分类的方法 了解现在纳米材料的研究重点 了解纳米尺度对材料性质产生的影响及其应用 了解纳米材料的潜在生物毒性及应对方法
相关知识 扫描隧道显微镜、富勒烯、巨磁阻效应 美国NNI计划、中国《纳米科技发展纲要》
纳米尺度、宏观领域、微观领域、纳米科技
纳米科学、纳米技术、纳米工程、纳米物理学、 纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米医学、 纳米力学、纳米制造 纳米科技对生物医学、信息技术、国防、能源环 境、食品等领域的影响 纳米结构单元、纳米材料 纳米材料学、纳米材料工程、纳米材料发展的3 个阶段 零维、一维、二维、三维纳米材料
atoms one by one the way we want them? —— The principles of physics, as far as I can see,
do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.
纳米材料的分类 纳米材料的研究现状 纳米材料的特性与应用 纳米材料的安全性
掌握程度 掌握纳米的概念，了解纳米科技的形成过程 了解世界主要经济体的纳米科技发展规划
掌握纳米尺度、纳米科技的基本概念 理解纳米科技主要分支学科的基本特征
了解纳米科技主要应用领域的发展前景
掌握纳米材料的基本概念 了解纳米材料科学与工程的发展概况
特征，即千分之一微米（意译），但现在普遍采用的是更加简 洁的纳米（音译），在我国台湾则被译为奈米。 随着纳米科技的研究日益广泛，现在英文文献中常常直接用 nano来表示纳米。 1nm大约是2～3个金属原子，或10个氢原子排列在一起的“宽 度”。一般病毒的直径约60～250nm，红血球的直径约6,000～ 8,000nm，头发丝的直径则约为30,000 ~50,000nm。
纳S米our材ce:料Inte基l 础与应用
30 nm
20 nm
10 nm
Metal Gate High-k
Si Substrate
5 nm
Tri-Gate
Nanowire
5 nm
S DS
G
III-V Carbon Nanotube
FET
Future options subject to research & change9
个数量级，表现为极大的增强效应； 纳米氧化物材料对红外、微波有良好的吸收特性； 硅的尺寸达到纳米级(6nm)时，在靠近可见光范围内，就有较强的
光致发光现象；多孔硅发光； 在纳米氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆中观察到常规材料根本
看不到的发光现象。
纳米材料基础与应用
7
Small is different
纳米材料基础与应用
4
There’s plenty of room at the bottom
经典片段： —— Why cannot we write the entire 24 volumes of
the Encyclopedia Britannica on the head of a pin? —— What would happen if we could arrange the
纳米尺度的基本物理、化学效应 纳米毒理学、世界主要国家的纳米安全研究计划
3
There’s plenty of room at the bottom
在1959年12月召开的美国物理学会年 会上，著名物理学家、诺贝尔物理学 奖得主理查德·费曼教授做了一个著 名的演讲——“底部还有很大的空间 （There’s plenty of room at the bottom）”，首次提出可以在分子 与原子的尺度上加工与制造产品，甚 至能够按照人们的意愿逐个地排列原 子与分子。费曼在演讲中首次阐述了 自下而上（bottom-up）制备材料的 思想，即通过操纵原子、分子来构筑 材料，这是人类关于纳米科技最早的 梦想。
纳米科技的提出
1974年，东京理科大学教授谷口纪男（Norio Taniguchi）率先提出纳米技术 （nanotechnology）一词，用来描述原子或分子级别的精密机械加工。
1981年，IBM公司苏黎士实验室的Gerd Karl Binnig和Heinrich Rohrer发明了 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM），使人类首次直接 观察到原子，为测量与操控原子、分子等技术奠定了基础，两人因此与电子显 微镜的发明者鲁斯卡（E. A. F. Ruska）分享了1986年诺贝尔物理奖。在1985年, 宾尼和罗雷尔还与斯坦福大学的奎特（C. F. Quate）教授合作推出了原子力显 微镜(Atomic Force Microscopy ，AFM) 。扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy ，SPM)已成为微区分析领域的主流设备之一，成为纳米尺度物质 检测的重要手段。纳米 Nhomakorabea料基础与应用
6
Small is different
纳米金属的电阻随尺寸的下降而增大，电阻温度系数下降甚至变 成负值；
本是绝缘体的氧化物达到纳米尺度时，电阻反而下降； 10～25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍，而
当颗粒尺寸小于l0nm时矫顽力变为零，表现为超顺磁性； 纳米氧化物和氮化物在低频下，介电常数增大几倍，甚至增大一
纳米材料基础与应用
8
Transistor Research
50 nm
SiGe S/D Strained Silicon
35 nm
SiGe S/D Strained Silicon
Research Options:
High-K & Metal Gate Non-planar Trigate III-V, CNT, NW
纳米材料基础
第1章 纳米科技及纳米材料绪论
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
【本章教学要点】
知识要点 纳米科技简史 纳米科技在世界各国的 发展概况 纳米科技的范畴 纳米科技的研究内容
纳米科技的发展前景
纳米材料的定义 纳米材料的发展历史
纳米材料基础与应用
5
1.1 纳米科技兴起
1.1.1纳米科技的提出 纳米（nanometer，nm）：计量长度的单位；nano是希腊语中
“侏儒”的意思，在计量中表示10-9，纳米即10-9m。 纳秒（nanosecond） = 10-9秒 我国过去一般用毫微米来表示10-9m，反映了其长度单位的本质
相关知识 扫描隧道显微镜、富勒烯、巨磁阻效应 美国NNI计划、中国《纳米科技发展纲要》
纳米尺度、宏观领域、微观领域、纳米科技
纳米科学、纳米技术、纳米工程、纳米物理学、 纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米医学、 纳米力学、纳米制造 纳米科技对生物医学、信息技术、国防、能源环 境、食品等领域的影响 纳米结构单元、纳米材料 纳米材料学、纳米材料工程、纳米材料发展的3 个阶段 零维、一维、二维、三维纳米材料
atoms one by one the way we want them? —— The principles of physics, as far as I can see,
do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.
纳米材料的分类 纳米材料的研究现状 纳米材料的特性与应用 纳米材料的安全性
掌握程度 掌握纳米的概念，了解纳米科技的形成过程 了解世界主要经济体的纳米科技发展规划
掌握纳米尺度、纳米科技的基本概念 理解纳米科技主要分支学科的基本特征
了解纳米科技主要应用领域的发展前景
掌握纳米材料的基本概念 了解纳米材料科学与工程的发展概况
特征，即千分之一微米（意译），但现在普遍采用的是更加简 洁的纳米（音译），在我国台湾则被译为奈米。 随着纳米科技的研究日益广泛，现在英文文献中常常直接用 nano来表示纳米。 1nm大约是2～3个金属原子，或10个氢原子排列在一起的“宽 度”。一般病毒的直径约60～250nm，红血球的直径约6,000～ 8,000nm，头发丝的直径则约为30,000 ~50,000nm。
纳S米our材ce:料Inte基l 础与应用
30 nm
20 nm
10 nm
Metal Gate High-k
Si Substrate
5 nm
Tri-Gate
Nanowire
5 nm
S DS
G
III-V Carbon Nanotube
FET
Future options subject to research & change9
个数量级，表现为极大的增强效应； 纳米氧化物材料对红外、微波有良好的吸收特性； 硅的尺寸达到纳米级(6nm)时，在靠近可见光范围内，就有较强的
光致发光现象；多孔硅发光； 在纳米氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆中观察到常规材料根本
看不到的发光现象。
纳米材料基础与应用
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Small is different
纳米材料基础与应用
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经典片段： —— Why cannot we write the entire 24 volumes of
the Encyclopedia Britannica on the head of a pin? —— What would happen if we could arrange the
纳米尺度的基本物理、化学效应 纳米毒理学、世界主要国家的纳米安全研究计划
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There’s plenty of room at the bottom
在1959年12月召开的美国物理学会年 会上，著名物理学家、诺贝尔物理学 奖得主理查德·费曼教授做了一个著 名的演讲——“底部还有很大的空间 （There’s plenty of room at the bottom）”，首次提出可以在分子 与原子的尺度上加工与制造产品，甚 至能够按照人们的意愿逐个地排列原 子与分子。费曼在演讲中首次阐述了 自下而上（bottom-up）制备材料的 思想，即通过操纵原子、分子来构筑 材料，这是人类关于纳米科技最早的 梦想。
纳米科技的提出
1974年，东京理科大学教授谷口纪男（Norio Taniguchi）率先提出纳米技术 （nanotechnology）一词，用来描述原子或分子级别的精密机械加工。
1981年，IBM公司苏黎士实验室的Gerd Karl Binnig和Heinrich Rohrer发明了 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM），使人类首次直接 观察到原子，为测量与操控原子、分子等技术奠定了基础，两人因此与电子显 微镜的发明者鲁斯卡（E. A. F. Ruska）分享了1986年诺贝尔物理奖。在1985年, 宾尼和罗雷尔还与斯坦福大学的奎特（C. F. Quate）教授合作推出了原子力显 微镜(Atomic Force Microscopy ，AFM) 。扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy ，SPM)已成为微区分析领域的主流设备之一，成为纳米尺度物质 检测的重要手段。纳米 Nhomakorabea料基础与应用
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Small is different
纳米金属的电阻随尺寸的下降而增大，电阻温度系数下降甚至变 成负值；
本是绝缘体的氧化物达到纳米尺度时，电阻反而下降； 10～25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍，而
当颗粒尺寸小于l0nm时矫顽力变为零，表现为超顺磁性； 纳米氧化物和氮化物在低频下，介电常数增大几倍，甚至增大一
纳米材料基础与应用
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Transistor Research
50 nm
SiGe S/D Strained Silicon
35 nm
SiGe S/D Strained Silicon
Research Options:
High-K & Metal Gate Non-planar Trigate III-V, CNT, NW
纳米材料基础
第1章 纳米科技及纳米材料绪论
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
【本章教学要点】
知识要点 纳米科技简史 纳米科技在世界各国的 发展概况 纳米科技的范畴 纳米科技的研究内容
纳米科技的发展前景
纳米材料的定义 纳米材料的发展历史
纳米材料基础与应用
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1.1 纳米科技兴起
1.1.1纳米科技的提出 纳米（nanometer，nm）：计量长度的单位；nano是希腊语中
“侏儒”的意思，在计量中表示10-9，纳米即10-9m。 纳秒（nanosecond） = 10-9秒 我国过去一般用毫微米来表示10-9m，反映了其长度单位的本质