納米功能材料及應用課件

教學內容及要求第一章緒論第二章納米微粒的基本性質第三章納米微粒的結構及物理化學特性

第四章納米微粒的制備方法 第五章納米功能材料的制備 第六章納米功能材料在航天航空工業(yè)中的應用 第七章納米功能材料在能源、化工、環(huán)保中的應用第八章納米功能材料在機、電中的應用 第九章納米功能材料在信息、通訊中的應用第十章納米功能材料在生物、醫(yī)學中的應用 納米功能材料及應用教學內容及要求納米功能材料及應用1p.2課程性質、目的和任務性質：前沿性材料科學目的：拓寬知識面、增強創(chuàng)新能力任務：讓學生了解納米功能材料及其工程應用p.2課程性質、目的和任務2什么是納米？什么是納米科技？為什么人們對納米及納米科學如此看重？研究納米的基本方法是什么？什么是納米材料？1.緒論—

奇妙的納米科技與納米材料什么是納米？1.緒論—

奇妙的納米科技與納米材料3什么是納米？納米首先是一個尺度概念納米（Nano-meter）希臘語“侏儒”數學尺度1nm=10-9m=10埃。頭發(fā)直徑：50-100

m,1nm相當于頭發(fā)的1/50000。氫原子的直徑為1埃，所以1納米等于10個氫原子一個一個排起來的長度。氫原子什么是納米？什么是納米？納米首先是一個尺度概念納米（Nan4p.51.概述跳蚤頭發(fā)紅細胞病毒DNA單壁納米碳管Pt/TiO2顆粒p.51.概述跳蚤頭發(fā)紅細胞病毒DNA單壁納米Pt/Ti5p.610cm1cmp.610cm1cm6p.7100μm10μmp.7100μm10μm7p.81μm100nmp.81μm100nm8p.910nm1nmp.910nm1nm9<1nm(原子尺度)---物理學~nm(分子尺度)---化學nm-0.1mm----知識的鴻溝0.1mm-100mm(晶粒)----材料科學>0.1mm(器件，肉眼)----機械制造、力學、航空航天>??（望遠鏡）----天文學微觀和宏觀----一個相對概念處于微觀和宏觀之間的“介觀”世界，帶來一系列的“奇異性”、“突變”，導致納米材料、納米器件一系列新功能、新現(xiàn)象<1nm(原子尺度)---物理學微觀和宏觀處于微觀和宏觀之間10所謂“納米科技”，就是在0.1-100納米的尺度上，研究原子、分子和其它類型物質的運動和變化的科學；同時在這一尺度范圍內對原子、分子等進行操縱和加工的技術，又稱為納米技術。納米科技的主要研究內容:創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料制備各種納米器件和裝置探測和分析納米區(qū)域的性質和現(xiàn)象什么是納米科技？所謂“納米科技”，就是在0.1-100納米的尺度上，納米科技11人和動物堅硬牙齒的外表面，即牙釉質，是由納米尺寸的微晶組成。天體隕石的碎片和海洋中存在的亞微米膠體粒子蜜蜂的定向：蜜蜂的體內存在磁性的納米粒子，具有“羅盤”的作用，可以為蜜蜂的活動導航。以前人們認為蜜蜂是利用北極星或通過搖擺舞向同伴傳遞信息來辨別方向。最近，英國科學家發(fā)現(xiàn)，蜜蜂利用羅盤來判明方向。納米材料及納米技術的自然存在人和動物堅硬牙齒的外表面，即牙釉質，是由納米尺寸的微晶組成。12海龜在大西洋的巡航—頭部磁性粒子的導航螃蟹的橫行—磁性粒子“指南針”定位作用的紊亂蓮花效應—蓮花出污泥而不染荷葉葉面上存在著非常復雜的多重納米和微米級的超微結構。表面上有許多微小的乳突乳突的平均大小約為10微米，平均間距約12微米。而每個乳突有許多直徑為200納米左右的突起組成的。海龜在大西洋的巡航—頭部磁性粒子的導航13納米功能材料及應用ppt課件14壁虎飛檐走壁每只腳底部長著數百萬根極細的剛毛，而每根剛毛末端又有約400根至1000根更細的分支。這種精細結構使得剛毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產生分子引力。動植物按照微基準來說，就是納米機器的組合體。這些納米機器，就是人們熟知的蛋白質。而細胞則可以說是由這些納米機器在組裝而成的微米機器。

壁虎飛檐走壁動植物按照微基準來說，就是納米機器的組合體。15納米紀事最早的納米材料：

中國古代的銅鏡的保護層：納米氧化錫中國古代的墨及染料1857年，法拉第制備出金納米顆粒1861年，膠體化學的建立1962年，久保(Kubo)提出了著名的久保理論上世紀七十年代末至八十年代初，開始較系統(tǒng)的研究1985年，Kroto和Smalley等人發(fā)現(xiàn)C601990年7月，在美國巴爾的摩召開第一屆納米科技會議1994年，在波士頓召開的MRS秋季會議上正式提出納米材料工程為什么人們對納米及納米科學如此看重？納米紀事為什么人們對納米及納米科學如此看重？16中國古代利用蠟燭來燃燒收集碳黑作為墨的原料（中國古代字畫歷經千年而不褪色），是最早的納米材料。中國古代銅鏡表面的防銹層經檢驗為納米氧化錫顆粒構成的一層薄膜。古代的寶劍等微晶化增強已經得到科學證實。歐冶子但當時人們并不知道這其中的原因，不知道是納米技術的作用，因為人的肉眼根本就看不到納米尺度小顆粒。他們只知道這樣的工藝所做的工件好。中國古代的“納米技術”--無意識人工制備納米材料至少追溯到1000多年前。中國古代利用蠟燭來燃燒收集碳黑作為墨的原料（中國古代字畫歷經17納米功能材料及應用ppt課件181959年12月29日，美國著名物理學家、諾貝爾物理獎得主費因曼Feynman，在美國物理學會召開的年會上，作了一個題為：《底層大有可為》

“There‘sPlentyofRoomattheBottom”的著名演講。在演講中，費因曼滿懷激情地說：“當我們深入并游蕩在原子的周圍，我們是在按不同的定律活動，我們會遇到許許多多新奇的事情，能以全新的方式生產，完成異乎尋常的工作。如果有一天可以按人的意志安排一個個原子，將會產生什么樣的奇跡？！”他我們描述了一副激動人心的畫面：通過人為地操縱單個原子，來構造我們需要的特定功能的物質如同用原子來搭積木！現(xiàn)代納米科技的啟蒙—“底層大有可為”1959年12月29日，美國著名物理學家、諾貝爾物理獎得主費19由于光波長及其相干性，其極限分辨率~0.1mm,用光學顯微鏡是看不到納米尺寸的物體的。1932年，德國的Ruska發(fā)明了世界上第一臺透射電子顯微鏡，為探索微觀物質世界打下了基礎。1986年諾貝爾物理獎到1998年，透射電子顯微鏡的分辨率已達到0.13nm。但是透射電子顯微鏡只能看，不能搬動原子。納米科技的技術依托—電子顯微鏡由于光波長及其相干性，其極限分辨率~0.1mm,用光學顯微鏡20分辨率0.2nm分辨率0.2nm211981年，IBM公司的G.Binning和H.Rohrer根據電子的隧道效應發(fā)明了掃描隧道電子顯微鏡（ScanningTunnelingMicroscope,STM），獲1986諾貝爾物理獎。目前，人們可以利用掃描隧道電子顯微鏡來觀察原子、分子和直接操縱安排原子。至今，具有最高的分辨率。Z軸分辨率達到0.01nm。掃描隧道電子顯微鏡—對原子的操控掃描隧道電子顯微鏡—對原子的操控22納米功能材料及應用ppt課件231990年，美國加州的IBM研究室D.M.Eigler等人利用STM在4K和超真空環(huán)境中，在Ni的表面上將35個氙原子排布成最小的IBM商標。這張放大了的照片登在《時代》周刊上，被稱為當年最了不起的公司廣告。每個字母高5nm。Xe原子間最短距離約為1nm。這種原子搬遷的方法就是使顯微鏡探針針尖對準選中的Xe原子、使針尖接近Xe原子、使原子間作用力達到讓Xe原子跟隨針尖移動到指定位置而不脫離Ni的表面。用這種方法可以排列密集的Xe原子鏈。1990年，美國加州的IBM研究室D.M.Eigler等人利24在Xe原子搬遷后，又實現(xiàn)了分子的搬遷排列。在鉑單晶的表面上、將吸附的一氧化碳分子(CO)用STM搬遷排列起來、構成一個身高僅5nm的世界上最小的人的圖樣。用來構成這圖樣的CO分子間距離僅為0.5nm,人們稱它為“一氧化碳小人”。在Xe原子搬遷后，又實現(xiàn)了分子的搬遷排列。在鉑單晶的表面上、25來自同一實驗室的科學家又用48個鐵原子排列在銅表面上組成了漢字“原子”兩字。漢字的大小只有幾個納米。來自同一實驗室的科學家又用48個鐵原子排列在銅表面上組成了漢26用掃描隧道顯微鏡的針尖在銅表面上搬運和操縱48個Fe原子，使它們排成圓形。圓形上原子的某些電子向外傳播，逐漸減小，同時與相內傳播的電子相互干涉形成干涉波。用掃描隧道顯微鏡的針尖在銅表面上搬運和操縱48個Fe原子，使271991年，日本日立研究室實驗了在室溫下用STM移去二硫化鉬晶體表面上的一些原子，進行單原子操縱，以原子空穴的形式寫下了“Peace91”的字樣，其每個字母的尺寸均小于1.5納米。1991年，日本日立研究室實驗了在室溫下用STM移去二硫化281994年，中國科學院化學所和中國科學院北京真空物理室利用STM在單晶硅表面上通過提走硅原子的方法，獲得了（線寬2nm）硅原子的“毛澤東”。在石墨表面刻出線寬10nm的“中國”字符。漢字的大小只有幾個納米白春禮院士1988年4月12日，中國第一臺計算機控制的STM研制成功。1994年，中國科學院化學所和中國科學院北京真空物理室利用29這些技術的突破對于高密度信息儲存、納米電子器件、量子阱器件、新型材料的形成和物種再選等方面具有非常重要和廣泛的應用。這些技術的突破對于高密度信息儲存、納米電子器件、量子阱器件、30p.311984年，德國薩爾大學的Gleiter教授等人首次采用惰性氣體冷凝法制備了具有清潔表面的納米金屬粉末，然后在真空室中原位加壓成納米固體，并提出了納米材料界面結構模型，制備了具有清潔表面的納米晶體Pd,Fe,Cu等塊狀材料。隨后發(fā)現(xiàn)TiO2納米陶瓷在室溫下出現(xiàn)良好韌性，使人們看到了改善陶瓷脆性的希望。p.311984年，德國薩爾大學的Gleiter教授等人首31p.32C60等富勒烯（Fullerence）采用激光轟擊石墨靶，并用甲苯來收集碳團簇、用質譜儀分析發(fā)現(xiàn)了由60個碳原子構成的碳團簇豐度最高，通稱為C60。RobertF.CurlJr.p.32C60等富勒烯（Fullerence）Robert32p.33富勒烯是一系列純碳組成的原子簇的總稱。它們是由非平面的五元環(huán)、六元環(huán)等構成的封閉式空心球形或橢球形結構的共軛烯。其中C60是由60個碳原子以20個六元環(huán)和12個五元環(huán)連接而成，具有30個雙鍵(C=C)的足球狀空心對稱分子，所以，富勒烯也稱為「足球烯」。1996年諾貝爾獎。p.33富勒烯是一系列純碳組成的原子簇的總稱。它們是由非平33p.34富勒烯就像磁鐵一樣，具有吸附自由基的特性，能夠扮演「自由基清道夫」的角色，可以降低人體因為新陳代謝、外在環(huán)境影響所產生的自由基。目前富勒烯的運用范圍極為廣泛，除了抗老化保養(yǎng)之外，在工業(yè)半導體、重大疾病的防治上，也受到極大的重視。FullerenceC80為富勒烯的衍生物，其高穩(wěn)定、抗自由基、抗氧化、細胞啟動重組功效及醫(yī)學防癌領域中的應用被廣泛關注。

p.34富勒烯就像磁鐵一樣，具有吸附自由基的特性，能夠扮演34p.35納米多層膜系統(tǒng)巨磁電阻效應1988年，法國的費爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發(fā)現(xiàn)，微弱的磁場變化可以導致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，他把這種效應命名為巨磁電阻效應（GiantMagneto-Resistive，GMR）。就在3年前，德國格林貝格爾教授在具有層間反平行磁化的鐵/鉻/鐵三層膜結構中也發(fā)現(xiàn)了完全同樣的現(xiàn)象。p.35納米多層膜系統(tǒng)巨磁電阻效應35p.36阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾因分別獨立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應而獲得2007年諾貝爾物理學獎。----硬磁盤的數據讀出頭（ReadHead）：體積小而靈敏----計算機硬盤存儲密度提高50倍1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效應的讀出磁頭，磁盤記錄密度提高了17倍。1995年，宣布制成每平方英寸3Gb硬盤面密度所用的讀出頭，創(chuàng)下了當時的世界記錄。硬盤的容量從4ＧB提升到了600ＧB或更高。納米科技就在你身邊，你正在享用！p.36阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾因分別獨立發(fā)現(xiàn)巨磁阻36p.372000年1月21日，美國總統(tǒng)克林頓宣布，美國將從2000年10月1日起實施一項新的國家計劃——國家納米科學技術計劃（NNI），并把其作為美國政府當前科技研究與開發(fā)的第一優(yōu)先計劃。據報道，美國政府在2001年預算中用于納米科技研究與開發(fā)的經費高達4.95億美元，增幅幾乎是翻了一番。美國總統(tǒng)科技助理寫信給國會稱:納米技術將與信息技術或生物技術一樣，對21世紀經濟、國防和社會產生重大影響，可能引導下一場工業(yè)革命(leadingtothenextindustrialrevolution)，應把它放在科學技術的最優(yōu)先地位(toppriority)。2003年11月，通過了《21世紀納米技術研究開發(fā)法案》，標志著納米技術已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。政府的巨額資助—巨大的機遇與挑戰(zhàn)p.372000年1月21日，美國總統(tǒng)克林頓宣布，美國將從37p.38克林頓說：“我的預算支持一個比較重要的、新的國家納米技術倡議，即在原子和分子水平上操縱物質的能力，價值為5億美元。試設想一下這些可能：材料將10倍于鋼的強度而重量只有其幾分之一；國會圖書館內所有信息可以壓縮在一塊0.3mm大的硅片上；當癌病變只有幾個細胞那樣大小時就可以探測到。我們的某些目標可能需要20年或更長的時間才能達到，但這恰恰是為什么聯(lián)邦政府要在此起重要作用的原因?！笨肆诸D的美國國家納米技術倡議書副標題：“領導下一次工業(yè)革命”納米科學技術工程協(xié)作小組（IWGN）由物理學家、化學家、生物學家和工程師組成10個納米中心目標：盡快將納米技術由可行性變成現(xiàn)實。p.38克林頓說：“我的預算支持一個比較重要的、新的國家納38美國2001-2002財政年度NNI的預算表美國2001-2002財政年度NNI的預算表39p.402007,2008及2009財政年度NNI的預算表p.402007,2008及2009財政年度NNI的預算40p.412000年日本鑒于美國政府把納米科技列為國家技術發(fā)展戰(zhàn)略目標，日本政府不會忘記20世紀美國在信息高速公路發(fā)展中所表現(xiàn)出的戰(zhàn)略眼光，這一歷史教訓迫使政府把納米技術作為今后日本科研的新重點，投入研究開發(fā)經費約3.1億美元，并設立了專門的納米材料研究中心，力爭在這一高新技術領域中不落后于美國。把以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通訊、環(huán)境保護并列為4大重點發(fā)展領域。研究重點是納米級材料的制造技術和功能，通訊用高速度、高密度的電子元件和光存儲器等。p.412000年日本鑒于美國政府把納米科技列為國家技術發(fā)41p.42過去10年，西方發(fā)達國家納米科技領域的投資以年均25％以上的速度增長，總投資超過100億美元。p.42過去10年，西方發(fā)達國家納米科技領域的投資以年均242p.43是指結構上具有納米尺度調制特征的材料。特征尺寸1-100nm（微粒尺寸、晶粒尺寸。晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等）納米材料具有性能的特異變化把組成相或晶粒結構的尺寸控制在100納米以下的具有特殊功能的材料稱為納米材料。即三維空間中至少有一維尺寸小于100nm的材料或由它們作為基本單元構成的具有特殊功能的材料?！肮δ堋备拍?，即“量子尺寸效應”。什么是納米材料？p.43是指結構上具有納米尺度調制特征的材料。把組43p.44納米材料怎樣的分類？零維納米材料一維納米材料二維納米材料三維納米材料p.44納米材料怎樣的分類？零維納米材料44p.450維材料quasi-zerodimensional—尺寸為納米級(100nm)以下的顆粒狀物質。包括粉體材料，納米球氧化鐵顆粒的高分辨透射電鏡照片p.450維材料quasi-zerodimensiona45p.461維材料:線徑為1-100nm的纖維(管)。2維材料:厚度為1-100nm的薄膜。體相納米材料（由納米材料組裝而成）納米孔材料（孔徑為納米級）MCM-41介孔分子篩p.461維材料:線徑為1-100nm的纖維(管)。MC46p.47納米就不再是簡單的數學尺度，會使材料的物理、化學特性帶來重大變化。納米材料的新性質：當物質小到1~100nm(10-9~10-7m)時,由于其巨大的表面及界面效應,物質的很多性能發(fā)生質變,呈現(xiàn)出許多既不同于宏觀物體,也不同于單個孤立原子的奇異現(xiàn)象（如量子化效應，非定域量子相干效應，量子漲落與混沌，多體關聯(lián)效應和非線性效應等等）（七大效應-表面效應、電子能級不連續(xù)效應、量子尺寸效應、小尺寸效應、量子隧道效應、庫侖堵塞效應、介電限域效應）p.47納米就不再是簡單的數學尺度，會使材料的物理、化學特47“由上而下”(TopDown)技術系利用微加工等方法，將組件不斷微小化。

如：切割、研磨、蝕刻、光刻印刷等“由下而上”(BottomUp)”，技術操控分子、原子，按照人類的意愿進行設計與組裝。在這方法里，獨立的原子和分子會被置放或是自行聚集在它們所需要的精準地方，設計分子或原子在一起而制造出更大的具有特定功能的物體。這種技術路線將減少對原材料的需求,降低環(huán)境污染。如：化學合成、自組裝、定位組裝等納米材料的制備(研究)方法納米材料的制備(研究)方法48費曼：1959年，著名理論物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼曾預言：“毫無疑問，當我們得以對納微尺度的事物加以操縱的話，將大大的擴充我們可能獲得物性的范圍”。還設想“如果有朝一日人們能把百科全書儲存在一個針尖大小的空間并能移動原子，那么這將給科學帶來什么？”這正是對納米科技的預言—小尺寸大世界。量子動力學1965發(fā)展納米材料與納米科技的意義費曼：1959年，著名理論物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼曾預言491991年：IBM的首席科學家Armstrong曾預言：“我們相信納米科技將在信息時代的下一個階段占中心地位，并發(fā)揮革命的作用，正如20世紀70年代初以來微米技術已經起的作用那樣?！奔{米技術可能是下個世紀前二十年最重要的技術.克林頓著名科學家錢學森也預言：“納米和納米以下的結構是下一個階段科技發(fā)展的一個重點，會是一次技術革命，從而將使21世紀又一次產業(yè)革命?！盚.Rohrer,1993年微米技術曾同樣被認為對使用牛耕地的農民無關緊要。的確，微米與牛毫無關系但它卻改變了耕作方式，帶來了拖拉機。

這些預言十分精辟的指出了納米體系的地位和作用。1991年：IBM的首席科學家Armstrong曾預言：“我501993年，因發(fā)明STM而獲得Nobel物理學獎的科學家?！ち_雷爾(HeinrichRohrer)博士寫信給江澤民主席。他寫道：“我確信納米科技已經具有了150年前微米科技所具有的希望和重要意義。150年前，微米成為新的精度標準，并成為工業(yè)革命的技術基礎，最早和最好學會并使用微米技術的國家都在工業(yè)發(fā)展中占據了巨大的優(yōu)勢。同樣，未來的技術將屬于那些明智地接受納米作為新標準、并首先學習和使用它的國家?！?/p>

1993年，因發(fā)明STM而獲得Nobel物理學獎的科學家?！?1納米材料特殊功能的起源表面效應隨納米微粒尺寸減小，表面積大大增加： →表面能大大增加→位于表面的原子數大大增加納米材料特殊功能的起源表面效應隨納米微粒尺寸減小，表面積大大52dnm總原子數表面原子所占比例%比表面積%103x104209044x1034022.5x10380450微粒尺寸、總原子數、表面原子所占比例與比表面積關系表dnm總原子數表面原子所占比例%比表面積%103x1053處于表面的原子不同于內部原子內外原示意圖

處于表面的原子不同于內部原子內外原示意圖54原子配位不足→懸鍵→表面能、表面活性高極不穩(wěn)定、極易與其它原子反應原子配位不足→懸鍵55量子尺寸效應是指納米粒子尺寸小到一定值時，費米能級附近的電子能級由連續(xù)變?yōu)殡x散的現(xiàn)象。由于納米粒子會出現(xiàn)能級分裂，當能級間距離大于熱能、磁能、光子能量或超導態(tài)的凝聚能時，就會因為量子尺寸效應而發(fā)生特異的光、熱、磁、聲、電等現(xiàn)象。量子尺寸效應56小尺寸效應當納米粒子的尺寸與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長等物理尺寸相當或更小時，周期性邊界條件被破壞，光、熱、磁、聲、電等均會隨著粒子尺寸的減小發(fā)生顯著變化。這種效應也叫做體積效應。小尺寸效應57電子能級不連續(xù)效應宏觀量子隧道效應庫侖堵塞效應介電限域效應納米微粒分散在異質介質中由于界面引起的體系介電增強的現(xiàn)象。介電限域對光吸收、光化學、光學非線性等性質都有影響。電子能級不連續(xù)效應58直接操縱原子方面：日本科學家成功將硅原子堆成一個“金字塔”，首次實現(xiàn)原子三維空間的立體搬遷。1991年，IBM的科學家制造了超快的氙原子開關?？赡軐⒚绹鴩鴷D書館的全部藏書存儲在一個直徑為0.3cm的硅片上。美國科學家們制造出一種尺寸只有4nm的復雜分子，具有“開”和“關”的特性，由激光驅動，并且開、關速度很快。納米材料重要進展及典型應用舉例納米材料重要進展及典型應用舉例59納米刻蝕：目前微電子技術中最細刻度為幾分之一微米，即激光光列。如果把搬遷原子的位置按照電路的方式搬遷，便可以用STM進行納米級的刻蝕。我國已能用STM刻出10nm的細線。一是可制備高密度的存儲器。日本NEC公司研制出高密度記錄技術，在一張郵票大小的襯底上可以記錄下400萬頁報紙的內容。二是可用分子束外延技術制造出三維納米量子器件。納米刻蝕：60納米陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷材料質地較脆，韌性、強度較差，其應用受到限制。納米陶瓷可能克服陶瓷材料的脆性，具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性（理想）。所謂納米陶瓷，是指顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料。也就是說，晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。納米陶瓷材料61Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小為幾個納米的晶粒組成，則能夠在低溫下變?yōu)檠有缘模軌虬l(fā)生100%的韌性形變。并發(fā)現(xiàn)納米TiO2陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性，在180℃經受彎曲而不產生裂紋。許多專家認為，如能解決單相納米陶瓷的燒結過程中抑制晶粒長大的技術問題，從而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的納米陶瓷，則它將具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統(tǒng)陶瓷無與倫比的優(yōu)點。英國著名科學家萊恩Cahn在Nature雜志上撰文說：“納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑?！奔{米陶瓷的應用方面：摔不碎的陶瓷，防彈玻璃。Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小為幾個納米的晶粒組成62設計新型復合材料碳納米管/高分子復合材料----高強度材料設計新型復合材料63英特爾將碳納米管技術用于未來芯片設計芯片廠商英特爾正指望用碳納米管取代半導體芯片內部的銅連線。這種轉變總有一天會消除芯片廠商面臨的一些大問題。芯片連線已經成為半導體廠商面臨的一個頭疼的問題。根據摩爾定律，芯片廠商每兩年就要縮小一次半導體芯片內部的元件。然而，縮小連線會增加電阻，降低芯片的性能。芯片廠商在90年代從把連線從鋁線轉變?yōu)殂~線從而繞過了這個問題。遺憾的是，隨著芯片尺寸的縮小，這個電阻問題將成為英特爾等芯片廠商遇到的大問題。碳納米管導電性比金屬要好，有可能成為替代金屬連線的解決方案。英特爾將碳納米管技術用于未來芯片設計642008年2月1日亞利桑那州立大學DavidK.Ferry提出利用納米線連接電路建立三維堆砌芯片的構想，將大大提高計算機的運行速度。2008年2月1日亞利桑那州立大學DavidK.Ferr65碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高的溫度而不會燒毀。用碳納米管做繩索，是惟一可以從月球上掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球——月球乘人的電梯，人們在月球定居就很容易了。碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造66利用納米磁學中顯著的巨磁電阻效應(giantmagnetoresistance)和很大的隧道磁電阻(tunnelingmagnetoresistance)現(xiàn)象研制的讀出磁頭將磁盤記錄密度提高30多倍。1997年，明尼蘇達大學電子工程系納米結構實驗室采用納米平板印刷術成功地研制了納米結構的磁盤，長度為40納米的Co棒按周期性排列成的量子棒陣列。由于納米磁性單元是彼此分離的，因而稱為量子磁盤。它利用磁納米線陣列的存儲特性，存貯密度可達400Gb×in-2。

利用納米磁學中顯著的巨磁電阻效應(giantmagneto67碳納米管場發(fā)射顯示器1999年韓國，2000年日本制成顯示器樣管碳納米管場發(fā)射顯示器1999年韓國，2000年日本制成顯示器68Molecular-scalemachinescouldonedayhavemedicalapplicationssuchasremovingcancerouscells.Nature

451,770-771(14February2008)|納米機器—直接切除、殺死癌細胞Molecular-scalemachinescould691996年，IBM公司利用分子組裝技術，研制出了世界上最小的“納米算盤”，算盤架是蝕刻而成的銅槽和銅脊，算珠由球狀的C60分子構成，槽脊柱只有一個原子高，每個槽內可容納任意個巴基球，巴基球由掃描隧道顯微鏡操縱在銅槽內滑動。理論上金澤夫斯基的算盤儲存信息的容量是常規(guī)電子計算機存儲器的10億倍。納米算盤1996年，IBM公司利用分子組裝技術，研制出了世界上最小的701999年，（王中林）美國、中國、法國和巴西科學家用精密的電子顯微鏡測量納米管在電流中出現(xiàn)的擺頻率時，發(fā)現(xiàn)可以測出納米管上極小微粒引起的變化，從而發(fā)明了能稱量億億分之二百克的單個病毒的“納米秤”。該成果在《Science》發(fā)表，這種世界上最小的秤，為科學家區(qū)分病毒種類，發(fā)現(xiàn)新病毒作出了貢獻。納米秤1999年，（王中林）美國、中國、法國和巴西科學家用精密的電71

納米鑷子用電操縱，使用它時，在兩根電極上加電壓，使一根納米管臂帶正電，另一根納米管臂帶負電通過改變所加電壓的大小，可增加或減少鑷子之間的吸力(即夾東西的力量)。試驗表明，鑷子的兩臂在電壓達到8.5伏時可完全合攏，而加較低的電壓時，鑷子兩臂間可留下一定的間隙?，F(xiàn)在制成的實驗性納米鑷子，.臂的寬度約50納米、長度約4微米。而如果直接在電極上沉積單層納米管，就可能生產出足以抓住單個分子的微型鑷子。納米鑷子

納米鑷子用電操縱，使用它時，在兩根電極上加電壓，使一根納米72納米功能材料及應用ppt課件73納米功能材料及應用ppt課件74合理利用傳統(tǒng)能源能源領域凈化劑助燃劑能使煤充分燃燒，燃燒當中自循環(huán)，使硫減少排放，不再需要輔助裝置。利用納米改進汽油、柴油的添加劑，實際上它是一種液態(tài)小分子可燃燒的團簇物質，有助燃、凈化作用。開發(fā)新能源能量轉化材料太陽能轉化成電能熱能轉化為電能化學能轉化為電能等合理利用傳統(tǒng)能源能源領域凈化劑能使煤充分燃燒，燃燒當中75在新型能源中的應用－在太陽能中應用地球上的石油、煤······有限資源～50年～300年唯有太陽能－可持續(xù)利用目前地球上的總能耗，只占太陽能照到地球后被吸收的1/10