納米材料的相關(guān)研究應(yīng)用課件

納米材料的研究與應(yīng)用納米(nm):納米是長(zhǎng)度單位，1nm=10-9m

相當(dāng)于萬(wàn)分之一頭發(fā)的粗細(xì).納米技術(shù):在納米尺度上對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行研究和處理的技術(shù)被稱(chēng)為納米技術(shù).納米材料:在納米量級(jí)(1~100nm)內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的具有特異性能的材料.一.相關(guān)概念二.納米材料的研究和發(fā)展過(guò)程１９５９年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、被認(rèn)為繼愛(ài)因斯坦之后最為睿智的理論物理學(xué)家—理查得·費(fèi)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(fèi)因曼看來(lái)，人類(lèi)社會(huì)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(gè)分子、甚至原子開(kāi)始出發(fā)，進(jìn)行組裝，達(dá)到我們的要求？……物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子制造物品的可能?！?/p>

在掃描隧道顯微鏡下，科學(xué)家將48個(gè)鐵原子排列在銅表面上，形成一個(gè)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(gè)原子大小的新年祝詞——“peace91”（和平91）。每個(gè)字母的高度均小于1.5納米，它是把硫原子一個(gè)一個(gè)地從二硫化鉬晶體上轟擊出來(lái)寫(xiě)成的。美國(guó)商業(yè)機(jī)器公司的“IBM”是在-263℃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(shí)用階段。

1993年后，我國(guó)科學(xué)家先后操縱原子寫(xiě)出“中國(guó)”、“原子”、繪出中國(guó)輪廓圖。納米齒輪納米軸承四.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(jī)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(tuán)簇束沉積方法制備納米薄膜物理氣相沉積技術(shù)四.納米材料的制備（２）納米薄膜的化學(xué)法制備電化學(xué)法化學(xué)氣相沉積法（３）納米復(fù)相材料的制備球磨法熱壓燒結(jié)五．納米技術(shù)的應(yīng)用納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用***納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用****納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用*****納米技術(shù)在分子組裝方面的應(yīng)用**納米技術(shù)在其它方面的應(yīng)用$$陶瓷是中國(guó)的特產(chǎn)，但脆性大、易破碎，經(jīng)過(guò)納米技術(shù)處理后，可以用來(lái)代替優(yōu)質(zhì)鋼做發(fā)動(dòng)機(jī)零件。*日本日立中心實(shí)驗(yàn)室利用半導(dǎo)體材料砷化鎳，率先開(kāi)發(fā)新一代微電子元件。這些電子元件呈細(xì)長(zhǎng)的鬃狀結(jié)晶形，粗僅20納米，可使計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、通訊用發(fā)光元件的效率數(shù)十、數(shù)百倍地提高。納米級(jí)微電子元件

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成度越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)芯片越來(lái)越小，而存儲(chǔ)量卻越來(lái)越大，信息容量比現(xiàn)有光盤(pán)高100萬(wàn)倍，整個(gè)美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館的圖書(shū)都能存儲(chǔ)在一個(gè)糖塊大小的芯片中。納米存儲(chǔ)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(pán)的記錄密度提高了17倍。目前，在硬盤(pán)的驅(qū)動(dòng)器上已經(jīng)開(kāi)始使用這項(xiàng)技術(shù)，產(chǎn)值已超過(guò)100億美元／年。

磁頭不僅在厚度上，而且在長(zhǎng)度上都在100納米以?xún)?nèi)在一定磁場(chǎng)下材料電阻改變的現(xiàn)象稱(chēng)磁電阻.巨磁電阻效應(yīng)是指在一定磁場(chǎng)下電阻急劇減小的現(xiàn)象.超微型環(huán)狀激光器

在制導(dǎo)與反導(dǎo)彈防衛(wèi)系統(tǒng)上，美國(guó)西北大學(xué)工程學(xué)院開(kāi)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(yùn)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(dá)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(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對(duì)地偵察。除了能提高效率以外，無(wú)能量閾納米激光器的運(yùn)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(lèi)裝置可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)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(kāi)關(guān)，適合用于光纖通信.雖然分子計(jì)算機(jī)目前只是處于理想階段，但科學(xué)家已經(jīng)考慮應(yīng)用幾種生物分子制造計(jì)算機(jī)的組件，其中細(xì)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(chǔ)存信息，從而起到代替當(dāng)今計(jì)算機(jī)信息處理和信息存儲(chǔ)的作用。****隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上該技術(shù)也開(kāi)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15~20nm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(dòng)。如果將納米粒子注入到血液中，輸送到人體的各個(gè)部位，作為監(jiān)測(cè)和診斷疾病的手段?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機(jī)器人，在血液中循環(huán)，對(duì)身體各部位進(jìn)行檢測(cè)、診斷，并實(shí)施特殊治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。這樣，在不久的將來(lái)，被視為當(dāng)今疑難病癥的愛(ài)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?？梢詠y真的“納米人工骨”這種高科技產(chǎn)物—納米人工骨，2001年1月08日已由四川大學(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(guò)國(guó)家863項(xiàng)目組驗(yàn)收。

納米人工骨作為幾乎與人骨特性相當(dāng)?shù)摹邦?lèi)人骨”，具有廣泛的應(yīng)用前景。李教授納米人工骨的研制成功，目前在國(guó)際上尚屬首例，其成果已可進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化實(shí)施階段。*****1996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(pán)"，該算盤(pán)的算珠由球狀的C60分子構(gòu)成。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究人員利用納米碳管制成了一種嶄新的"納米秤"，能夠稱(chēng)出一個(gè)石墨微粒的重量，并預(yù)言該秤可以用來(lái)稱(chēng)取病毒的重量。***稱(chēng)量單個(gè)原子重量的“納米秤”超微型機(jī)械零件

美國(guó)華盛頓大學(xué)制成納米金屬齒輪，兩個(gè)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(jī)械、微型機(jī)器人、微型汽車(chē)、微型飛機(jī)的制造。用微型部件組裝的汽車(chē)可以只有一粒米大小；用微型部件組裝的飛機(jī)可以只有一粒花生米大小。納米齒輪納米粒子作為光催化劑，有著許多優(yōu)點(diǎn)。首先是粒徑小，比表面積大,光催化效率高。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(jī)化合物等的分離和濃縮，用于電池電極、化學(xué)成分探測(cè)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，用作印刷油墨，制作固體潤(rùn)滑劑等。納米化妝品化妝品

很難讓皮膚吸收，因?yàn)樗奈找ㄟ^(guò)汗腺或者通過(guò)皮膚的一些淋巴組織來(lái)完成，而真正能夠滲透進(jìn)皮膚里的有效成分不到實(shí)際涂抹的萬(wàn)分之一。

如果我們把有效成分，比如說(shuō)中藥的有效成分變成納米的水顆粒，那么就簡(jiǎn)單了。這樣的水顆?？梢灾苯舆M(jìn)入皮膚去治療。同樣是擦護(hù)膚用品，現(xiàn)在要擦上一兩個(gè)月才開(kāi)始見(jiàn)效了，到那個(gè)時(shí)候就有可能擦上10分鐘，就會(huì)有明顯的感覺(jué)。利用先進(jìn)的納米技術(shù)，在不久的將來(lái)，可制成含有納米電腦的可人-機(jī)對(duì)話并具有自我復(fù)制能力的納米裝置，它能在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)十億個(gè)操作動(dòng)作。在軍事方面，利用昆蟲(chóng)作平臺(tái)，把分子機(jī)器人植入昆蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)中控制昆蟲(chóng)飛向敵方收集情報(bào)，使目標(biāo)喪失功能。利用納米技術(shù)還可制成各種分子傳感器和探測(cè)器。將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中，并通過(guò)一定的機(jī)制來(lái)激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。另外，還可利用碳納米管來(lái)制作儲(chǔ)氫材料，用作燃料汽車(chē)的燃料"儲(chǔ)備箱"。利用具有強(qiáng)紅外吸收能力的納米復(fù)合體系來(lái)制備紅外隱身材料，都是很具有應(yīng)用前景的技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。目前，在納米領(lǐng)域，美國(guó)、日本、德國(guó)的技術(shù)處于領(lǐng)先地位。我國(guó)緊跟其后，處于第二階梯的前列。其中，納米碳管技術(shù)處于世界一流水平，比如大面積定向碳管的合成、超長(zhǎng)納米碳管的制備等。用納米碳管建成的地月載人電梯構(gòu)想圖納米技術(shù)的發(fā)展和前景當(dāng)今世界各國(guó)的科學(xué)家以及產(chǎn)業(yè)界都認(rèn)識(shí)到納米技術(shù)將會(huì)成為高新技術(shù)，因此很多國(guó)家均投入了大量的資金和研究人員。美國(guó)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(guó)家，日本其次。我國(guó)在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“973計(jì)劃”中投資4000萬(wàn)人民幣，重點(diǎn)支持國(guó)內(nèi)的八家科研單位。

納米技術(shù)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)正在產(chǎn)生廣