納米技術(shù)課件

納米技術(shù)演講人：劉歡歡內(nèi)容提要納米技術(shù)介紹納米技術(shù)的發(fā)展納米技術(shù)的應(yīng)用納米技術(shù)的前景納米技術(shù)簡(jiǎn)介

納米是英文nano的譯名，是一種長(zhǎng)度單位，原稱毫微米，就是10的-9次方米。納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。納米科學(xué)與技術(shù)，有時(shí)簡(jiǎn)稱為納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。

納米技術(shù)（nanotechnology）是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結(jié)合的產(chǎn)物，納米科學(xué)技術(shù)又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，例如納電子學(xué)、納米材科學(xué)、納機(jī)械學(xué)等。

1993年，繼1989年美國(guó)斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫(xiě)”下斯坦福大學(xué)英文名字、1990年美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司在鎳表面用36個(gè)氙原子排出“ＩＢＭ”之后，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫(xiě)出“中國(guó)”二字，標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地1997年，美國(guó)科學(xué)家首次成功地用單電子移動(dòng)單電子，利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬(wàn)倍的量子計(jì)算機(jī)1999年，巴西和美國(guó)科學(xué)家在進(jìn)行納米碳管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量；此后不久，德國(guó)科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子重量的秤，打破了美國(guó)和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀(jì)錄。近年，近年來(lái)，一些國(guó)家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新５年科技基本計(jì)劃的研發(fā)重點(diǎn)；德國(guó)專(zhuān)門(mén)建立納米技術(shù)研究網(wǎng)；美國(guó)將納米計(jì)劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國(guó)政府部門(mén)將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元。

納米技術(shù)的發(fā)展階段以研究分子機(jī)械而著稱的美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)宰貝克斯公司的一項(xiàng)預(yù)測(cè)認(rèn)為，納米技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)經(jīng)歷以下五個(gè)階段：第一階段的發(fā)展重點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模約為5億美元。第二個(gè)階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個(gè)階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實(shí)用化水平。其中包括從有機(jī)碳酸鈣中制取的有機(jī)納米材料，其強(qiáng)度將達(dá)到無(wú)機(jī)單晶材料的3000倍。該階段的市場(chǎng)規(guī)模在50億至200億美元之間。在第三個(gè)階段，大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)100億至1000億美元。在第四個(gè)階段中納米計(jì)算機(jī)將得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2000億至1萬(wàn)億美元。在第五階段里，科學(xué)家們將研制出能夠制造動(dòng)力源與程序自律化的元件和裝置，市場(chǎng)規(guī)模將高達(dá)6萬(wàn)億美元。主要有超細(xì)薄膜、碳納米管、納米陶瓷、金屬納米晶體和量子點(diǎn)線等。1)超細(xì)薄膜

超細(xì)薄膜的厚度通常只有1納米-5納米，甚至?xí)龀?個(gè)分子或1個(gè)原子的厚度。超細(xì)薄膜可以是有機(jī)物也可以是無(wú)機(jī)物，具有廣泛的用途。如沉淀在半導(dǎo)體上的納米單層，可用來(lái)制造太陽(yáng)能電池，對(duì)開(kāi)發(fā)新型清潔能源有重要意義；將幾層薄膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多層薄膜，是制造高密度磁盤(pán)的基本材料。5.納米技術(shù)的主要研究項(xiàng)目2)

碳納米管

碳納米管是由碳60分子經(jīng)加工形成的一種直徑只有幾納米的微型管，是納米材料研究的重點(diǎn)之一。與其它材料相比，碳納米管具有特殊的機(jī)械、電子和化學(xué)性能，可制成具有導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體特性的高強(qiáng)度纖維，在傳感器、鋰離子電池、場(chǎng)發(fā)射顯示、增強(qiáng)復(fù)合材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，因而受到工業(yè)界的普遍重視。目前，碳納米管雖仍處于研究階段，但許多研究成果已顯示出良好的應(yīng)用前景。納米技術(shù)的內(nèi)容納米技術(shù)包含下列四個(gè)主要方面：1、納米材料：當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在0.1—100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒(méi)有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。

納米技術(shù)不同于微米技術(shù)。后者是利用光刻及腐蝕等技術(shù)，從宏觀尺度自上而下地進(jìn)行材料的制造，集中表現(xiàn)在集成電路的生產(chǎn)等方面。而納米技術(shù)則相反，其突出特點(diǎn)是基于自組裝這種自下而上的方式制造納米材料。當(dāng)然，納米材料的制造不完全依靠自組裝，為了保證批量生產(chǎn)的效率，也會(huì)同時(shí)運(yùn)用光刻技術(shù)。

過(guò)去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過(guò)研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來(lái)高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類(lèi)材料命名為納米材料。

納米技術(shù)應(yīng)用

納米技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一門(mén)高新技術(shù)，目前已成功用于許多領(lǐng)域，現(xiàn)在主要講下面幾個(gè)方面：1、納米技術(shù)在生物、醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用

醫(yī)藥使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過(guò)程越來(lái)越精細(xì)，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測(cè)少量血液，就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。2、納米技術(shù)在家用中的應(yīng)用家電用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰霜、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。3、納米技術(shù)在電子計(jì)算機(jī)和電子工業(yè)中的應(yīng)用

可以從閱讀硬盤(pán)上讀卡機(jī)以及存儲(chǔ)容量為目前芯片上千倍的納米材料級(jí)存儲(chǔ)器芯片都已投入生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。

中科院化學(xué)所的科技人員利用納米技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子繪制出世界上最小的中國(guó)地圖應(yīng)用實(shí)例不用洗滌劑的納米服裝2002年，一批高科技服裝面料從實(shí)驗(yàn)室走上了展臺(tái)：不用洗滌劑也能清潔的衣物、可用做防水地圖的仿真絲面料等令人耳目一新視頻：納米布料

具有易潔納米涂層的陶瓷視頻：納米表面摔不碎的納米陶瓷納米陶瓷強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅納米銅視頻：SPS復(fù)合材料改善鋼板的特性

科學(xué)家幻想的人體中血紅細(xì)胞和人造細(xì)胞在一起的情景。體內(nèi)某些缺氧的部分會(huì)感到疲勞，紅血球的重要功能之一是向身體各部分輸送氧分子。藍(lán)色小球稱為呼吸者，它們具有比紅血球攜帶氧分子多數(shù)百倍的功能，且本身裝有納米計(jì)算機(jī)、納米泵，可以根據(jù)需要將氧釋放，同時(shí)將無(wú)用的二氧化碳帶走。畫(huà)家筆下的一種納米仿生術(shù)機(jī)器人。這種稱為游蕩者的納米仿生物可以為人體傳送藥物，進(jìn)行細(xì)胞修復(fù)等工作。納米技術(shù)鑄造“袖珍軍團(tuán)”隨著納米技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們能對(duì)逐個(gè)原子進(jìn)行加工，精度極高。利用這些技術(shù)加工出的納米齒輪、納米彈簧、納米噴嘴、納米軸承、微型傳感器、微型執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件，能夠制成一系列新產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道，日本已組裝出一種只有米粒大小的汽車(chē)；德國(guó)則研制出了長(zhǎng)24毫米、高8毫米、重量只有400毫克的微型直升機(jī)；而美國(guó)研制的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，在微小的空間中能裝下1000臺(tái)。納米蒼蠅作用非凡的“蒼蠅”這是一種蒼蠅樣大小的機(jī)器蟲(chóng)，它既可用飛機(jī)、火炮和步兵武器投放，也可人工放置在敵信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)附近，大批機(jī)器“蒼蠅”可在一個(gè)地區(qū)形成高效偵察監(jiān)視網(wǎng)，大大提高戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取的數(shù)量和質(zhì)量。如果再給“蒼蠅”安上某種極小的彈頭，它們就會(huì)變成“蜇人的黃蜂”。納米軍裝雖然美軍目前所穿的作戰(zhàn)服裝已經(jīng)具備較好的防彈、防水性能，但是缺點(diǎn)也很明顯，即重量太大，而且還需攜帶許多諸如夜視儀等其他裝備才能執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，這樣的軍裝既笨重又不透氣，穿起來(lái)十分難受，限制了美軍作戰(zhàn)能力的發(fā)揮。而納米軍裝恰恰可以解決這些問(wèn)題。納米技術(shù)的前景

近年來(lái)，對(duì)納米技術(shù)的應(yīng)用研究不斷取得突破性進(jìn)展，并顯示出革命性的產(chǎn)業(yè)前景。納米技術(shù)的發(fā)展，不僅開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)科學(xué)技術(shù)的新時(shí)代，還將會(huì)引起社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域發(fā)生重大變革。

一、納米技術(shù)的發(fā)展將直接推動(dòng)其他高技術(shù)群的進(jìn)步納米技術(shù)在電子器件制造、加工及新材料合成等方面，顯示出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，人們已經(jīng)可以利用納米技術(shù)把一個(gè)個(gè)原子排布起來(lái)，這就為制造特殊的電子器件乃至高集成度的集成電路創(chuàng)造了條件。利用納米技術(shù)制成的新材料，具有傳統(tǒng)材料無(wú)法比擬的良好特性。如，用鐵鈷合金和氮化鐵制成的納米技術(shù)材料作磁記錄介質(zhì)時(shí)，不僅信噪比高，音質(zhì)、圖像非常清晰，而且記錄密度也比通常所用的材料高出10倍，納米技術(shù)材料還可以被用來(lái)加工光盤(pán)模具，而光盤(pán)一旦進(jìn)入納米級(jí)，其信息存儲(chǔ)量將是現(xiàn)