納米材料的相關(guān)研究應(yīng)用要點

1、二.納米材料的研究和發(fā)展過程一.相關(guān)概念/多米(nm):納米是長度單位，lnm=109m/液當于萬分之一實觸粗細.納米技術(shù):在納米尺度上對物質(zhì)和材料進行研究和處理的技術(shù)被稱為納米技術(shù).納米材料：在納米量級(l100nm)內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的具有特異性能的材料.1959年，諾貝爾獎獲得者、被認為繼愛因斯坦之后最為睿智的理論物理學(xué)家一理查得費因曼教授在加州理工大學(xué)發(fā)表了題為在底部還有很大空間的演講。在費因曼看來，人類社會目前的生產(chǎn)方式，總是“從上而下”的，他提出：為什么我們不可以從單個分子、甚至原子開始出發(fā)，進行組裝,達到我們的要求？物理學(xué)的規(guī)律不排除一個原子一個原子制造物品的可能。”納米材料的研

2、究和發(fā)展過程1990年美國商業(yè)機器公司借助掃描隧道顯微鏡，在一小片銀晶體上用35個氤原子寫出了該公司名稱的縮寫字母“IBM”，轟動全球。從此開創(chuàng)了一個嶄新的納米世界。在日俗遁屈。1下串家轎。個的I卷一個再出色在掃描隧道顯微鏡下，科學(xué)家將48個鐵原子排列在銅表面上，形成一個圓形圍欄。1991年元旦前夕，日本日立電子公司向公眾展示了一個原子大小的新年祝詞/“peace91”（和平91）。每個字母的高度均小于1.5納米，它是把硫原子一個一個地從二硫化鋁晶體上轟擊出來寫成的。美國商業(yè)機器公司的“IBM”是在263C下拼出的，而日立公司的祝詞則是在室溫下完成的。該成就表明，納米技術(shù)從此步入了實用階段。1

3、993年后，我國科學(xué)家先后操縱原子寫出“中國”、“原子”、繪出中國輪廓圖。納米軸承納米齒輪左為5"樽*喬0塞IK耳口一4H。方億-B命IBiTamtN崎5»A開美.可以物&出分子大小的孑電用廈食仙討,帆依更小laflieitBft.三.納米材料的特留f四大特點:宜寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大./:四大效應(yīng):小尺寸效最量僅尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)納米材料特性取決于制備方法四.納米材料的制備1.物理方法制備 納米粉體（固體）的惰性氣體冷凝法制備 納米粉體的高能機械球磨法制備 納米晶體非晶晶化方法制備 深度塑性變形法制備納米晶體 納米薄膜的低能團

4、簇束沉積方法制備 納米薄膜物理氣相沉積技術(shù)（3）納米復(fù)相材料的制備球磨法熱壓燒結(jié)2.納米材料的化學(xué)方法制備“）納米粉體,削備,6化學(xué)法制備 納米粉體的化學(xué)氣相法制備 激光蒸發(fā)/凝聚技術(shù) 氣溶膠法 金屬絲爆炸形成納米粉體等四.納米材料的制備/（2）納米薄膜的化學(xué)左電/學(xué)法化學(xué)氣相沉積法在納米的世界里，物質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。比如硅晶體是不發(fā)光的，但納米硅卻蜃發(fā)光；陶瓷在通常情況卜3很硬、很脆的，如果采用納米粉體制成納米陶瓷，它也可.以具有韌性；納米材料還具有超塑性，室溫下的納米銅絲經(jīng)過軋制，其長度可以從1cm延伸到1(X)cm，其厚度可以從1mm減小到O.Olmma五.納米技術(shù)的應(yīng)用1 .納米技術(shù)在

5、陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用2 .納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用上3 .納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用4 .納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用吃沙5 .納米技術(shù)在分子組裝方面的應(yīng)用*6 .納米技術(shù)在其它方面的應(yīng)用小陶瓷是中國的特產(chǎn)，但脆性大、易破碎，經(jīng)過納米技術(shù)處理后，可以用來代替優(yōu)。做發(fā)動機零件。納米級微電子兀件日本日立中心實驗室利用半導(dǎo)體材料碑化銀，率先開發(fā)新一代微電子元件。這些電子元件呈細長的鬃狀結(jié)晶形，粗僅20納米,可使計算機的計算速度、通訊用發(fā)光元件的效率數(shù)十、數(shù)百倍地提高。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成度越來越高,計算機信息存儲芯片越來越小，而存儲量卻越來越大，信息容量比現(xiàn)有光盤高100萬倍，整個美國國會圖書館的圖

6、書都能存儲在一個糖塊大小的芯片中。納米存儲器1994年，IBM公司研制成新型巨磁電阻效應(yīng)讀出磁頭，將磁盤的記錄密度提高了17倍。目前，在硬盤的驅(qū)動器上已經(jīng)開始使用這項技術(shù)，產(chǎn)值已超過100億美元/年。Spin Valve Read Head磁頭不僅在厚度上，而且在 長度上都在100納米以內(nèi):在一定磁場下材料電阻改變的現(xiàn)象稱磁電阻.巨磁電阻效應(yīng)是指在一定磁場下電阻急劇減小的現(xiàn)象.超微型電動機1994年世界最小的電動機在美國6家科研單位的通力協(xié)作下完成，體積只有一個紅血球那么大。超微型環(huán)狀逖光器在制導(dǎo)與反導(dǎo)彈防衛(wèi)系統(tǒng)上，美國西北大學(xué)工程學(xué)院開發(fā)的超微激光器，形狀似指環(huán),不僅具有大型激光器的功能，而

7、且攜帶方便,效果更佳。納米技術(shù)的發(fā)展，使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn)有雷達信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達放到衛(wèi)星上進行高精度的對地偵察。除了能提高效率以外，無能量閾納米激光器的運行還可以得出速度極快的激光器。由于只需要極少的能量就可以發(fā)射激光，這類裝置可以實現(xiàn)瞬時開關(guān)。已經(jīng)有一些激光器能夠以快于每秒鐘200億次的速度開關(guān)，適合用于光纖通信.運用和k技大新811馬達5*電爰動機等11機電國M應(yīng)一美只有H大小的1升機柒國也有Mt就已Jt為建實升機融雖然分子計算機目前

8、只是處于理想階段，但科學(xué)家已經(jīng)考慮應(yīng)用幾種生物分子制造計算機的組件，其中細菌視紫紅質(zhì)最具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學(xué)物理特性和很好的穩(wěn)定性，并且，其奇特的光學(xué)循環(huán)特性可用于儲存信息，從而起到代替當今計算機信息處理和信息存儲的作用。絲1隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上該技術(shù)也開始嶄露頭腳。研究人員發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)的RNA蛋白質(zhì)復(fù)合體，其線度在1520nm之間，并且生物體內(nèi)的多種病毒，也是納米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小，因而可以在血管中自由流動。如果將納米粒子注入到血液中，輸送到人體的各個部位，作為監(jiān)測和診斷疾病的手段?？茖W(xué)家們設(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機器人，在血液中循環(huán)

9、，對身體各部位進行檢測、診斷，并實施特殊治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。這樣，在不久的將來，被視為當今疑難病癥的愛滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃而解，從而將使醫(yī)學(xué)研究發(fā)生一次革命。/如果用納米技術(shù)來做這件事，就變得非常容易;比如說中藥的有效成分中有很多是能夠治療心腦血管疾病的，像亞麻酸、亞油酸。如果我們把這種東西納米化之后，來清理我們的血管、就有可能做到。因為它的物理活性也就是它的表面積，尺度下降了三個數(shù)量級.它的物理活性表面積就提高了六個數(shù)量級，六個數(shù)量級就是一百萬倍，也就是說它的物理活性提高了這么多，其療效就會提高一百萬倍。本來要吃進去一噸

10、的中藥湯，這時候只需要把中藥湯提煉成一克,注射到血液當中去,就可以了。這不是神話?？?亂I/這種高科技殉勿一納米人工骨，2001年1那8日已由四111大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科博士生導(dǎo)師李玉寶教授研制成功.并順利通過國家863項目組驗/收。納米人工骨作為八乎與人骨特性相當?shù)摹邦惾斯恰保哂袕V泛的應(yīng)用前景。李教授納米人工骨/丁的研制成功，目前在國際上尚屬首例，其成果已可進入產(chǎn)業(yè)化實施階段。*超微型機械零件納米齒輪美國華盛頓大學(xué)制成納 米金屬齒輪，兩個齒輪咬合 在一起還不足一根人發(fā)的寬 度。它可以用于微型機械、 微型機器人、微型汽車、微 型飛機的制造。用微型部件 組裝的汽車可以只有一粒米 大??；用微型部

11、件組裝的飛 機可以只有一?；ㄉ状笮?996年，IBM公司利用分子組裝技術(shù)，研制出了世界上最小的“納米算盤”，該算盤的算珠由球狀的C60分子構(gòu)成美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員利用納案碳管制成J'一種嶄新的”納米秤;4能夠稱出一個打墨微粒的重屈,預(yù)言該秤可以用海取病毒的瞋。*?/納米粒子作為光催化劑，有著許多優(yōu)點。首先是粒徑小，比表面積大，光催化效率將金屬納米粒子摻雜到化纖制或紙張中，可以大大降低靜電作用。利用納米微粒構(gòu)成的海綿體狀的輕燒結(jié)體，可用于氣體同位素、混合稀有氣體及有機化合物等的分離和濃縮，用于電池電極、化學(xué)成分探測器及作為高效率的熱交換隔板材料等。納米微粒還可用作導(dǎo)電涂料，用作

12、印刷油墨,制作固體潤滑劑等。納砂妝品/化妝品很難讓皮膚吸收，因為它的吸收要通麗腺或者通過皮膚的一些淋巴組織來完成,而奠正能夠滲透進皮膚里的有效成分受到實際涂抹的萬分之飛口果我們把有效成分，比如說中藥的有效成分變成納米的水顆粒，那么就簡單了。這樣的水顆粒可以直接進入皮膚去治療。同樣是擦護膚用品，現(xiàn)在要擦上一兩個月才開始見效了，到那個時候就有可能擦上10分鐘，就會有明顯的感覺。 利用先進的納米技術(shù)，在不久的將來，可制成含有納米電腦的可人-機對話并具有自我復(fù)制能力的納米裝置，它能在幾秒鐘唬成數(shù)十億個操作動作。在軍事方面，利用昆蟲作平臺，把分子機器人植入昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中控制昆蟲飛向敵方收集情報，使q標

13、喪失功能。 利用納米技術(shù)還可制成各種4子席感器和探測器。將藥物儲存在碳納米管中，并通過定的機制來激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實。' 另外，還可利用碳納米管來制作儲氫材料，用作燃料汽車的燃料“儲備箱”。利用具有強紅外吸收能力的納米復(fù)合體系來制備紅外隱身材料，都是很具有應(yīng)用前景的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。目前，在納米領(lǐng)域，美國、日本、德國的技術(shù)處于領(lǐng)憲地位。我國緊跟其后，及寸W階梯的前列。其中，納米碳管技術(shù)處A世界一流水，平，比如大而積定向碳管的合成、超長納米碳密的制備等。/ttm的來林木的或意和瑞看當今世界各國的科學(xué)家以及產(chǎn)業(yè)界都認識到納米技術(shù)將會成為高新技術(shù)，因此很多國家均投入r大成的資金和研究人員。美國在1999年投入2.55億美元，2000年投入了4.95億美元，是投入資金最多的國家，日本其次。我國在國家重點基礎(chǔ)研究項目國73計劃”中