納米材料科學(xué)與技術(shù).ppt

1、,納米材料科學(xué)與技術(shù),1,1.納米科技概念的提出與發(fā)展,當(dāng)2000年人們回顧歷史的時(shí)候, 他們會(huì)為直到1959年才有人想到直接用原子, 分子來制造機(jī)器而感到驚訝。 - Richard P. Feynman,1959,還設(shè)想“如果有朝一日人們能把百科全書儲(chǔ)存在一個(gè)針尖大小的空間并能移動(dòng)原子，那么這將給科學(xué)帶來什么？”這正是對(duì)納米科技的預(yù)言小尺寸大世界。,1959年12月，費(fèi)曼所作的題為底部還有很大空間的演講，被公認(rèn)為是納米技術(shù)思想的來源。費(fèi)曼曾預(yù)言：“毫無疑問，當(dāng)我們得以對(duì)納微尺度的事物加以操縱的話，將大大的擴(kuò)充我們可能獲得物性的范圍”,費(fèi)曼（Richard Feynman），物理學(xué)家 量子動(dòng)力

2、學(xué) 1965諾貝爾獎(jiǎng),2,1974年，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工。 1982年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具（掃描隧道顯微鏡），使人類首次在大氣和常溫下看見原子，為我們揭示一個(gè)可見的原子、分子世界，對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用。 1990年7月，第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。,1.納米科技概念的提出與發(fā)展,3,第一階段 (1990年以前) 在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的性能。 第二階段 (1994年以前) 如何利用納米材料已挖掘出來

3、的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料。 第三階段 (1994之后) 納米組裝體系。,1.納米科技概念的提出與發(fā)展,4,引 言：納米科技的發(fā)展史是一個(gè)由幻想到現(xiàn)實(shí)的過程，其中不乏里程碑式的事件(圖1)。,圖1 納米科技發(fā)展的里程碑節(jié)點(diǎn),5,1.納米科技概念的提出與發(fā)展,納米（Nanometer）是長(zhǎng)度的單位,什么是納米？,6,1納米=10-9m，大約等于十個(gè)氫原子并列一直線的長(zhǎng)度。 形象地講，一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般，這就是納米長(zhǎng)度的概念。 人類頭發(fā)的直徑大約有6萬至8萬納米。,納米材料的主要形式,納米粒子,納米線,納米帶,納米膜,納米管,納米固體材料,7,

4、某一方向尺度為1-100nm的材料稱為納米材料,各種納米結(jié)構(gòu),8,二維 指在空間中有一維 在納米尺度， 如超薄膜、多層膜、超晶格等,按照維數(shù)劃分,零維 指在空間三維方向 均為納米尺度的顆粒、原子團(tuán)簇等,一維 指在空間有二維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等,9,納米分類,按化學(xué)組成與結(jié)構(gòu): 納米金屬材料、納米陶瓷材料、納米高分子材料、納米復(fù)合材料； 按力學(xué)性能: 納米增強(qiáng)陶瓷材料、納米改性高分子材料、納米耐磨及潤(rùn)滑材料、超精細(xì)耐磨材料； 按光學(xué)性能: 納米吸波(隱身)材料、光過濾材料、光導(dǎo)電材料、感光或發(fā)光材料、納米改性顏料、納米抗紫外線材料； 按電子性能: 納米半導(dǎo)體傳感器材料、納米超

5、純電子漿料； 按磁性: 高密度磁記錄介質(zhì)材料、磁流體、納米磁性吸波材料、納米磁性藥物、納米微晶永磁或軟磁材料、室溫磁制冷材料; 按熱學(xué)性能: 納米熱交換材料、低溫?zé)Y(jié)材料、低溫焊料、特種非平衡合金; 按生物與醫(yī)用性能:納米藥物、納米骨和齒修復(fù)材料、納米抗菌材料; 按表面活性:納米催化材料、吸附材料、防污環(huán)境材料,納米材料的種類,10,2、納米材料概述,全球科技經(jīng)濟(jì)瞭望：科學(xué)界普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一臺(tái)主要的發(fā)動(dòng)機(jī)，其作用可使微電子學(xué)在20世紀(jì)后半葉對(duì)世界的影響相形見絀，納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、材料和信息通信等行業(yè)帶來革命性的變革。,11,納米材料概述 納米技術(shù)在美國(guó),美國(guó)早在

6、2000年就率先制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。 2003年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)又通過了21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開發(fā)。,12,納米材料概述 納米技術(shù)在美國(guó),2010年: 80萬納米科技人才,GDP1萬億美元, 200萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì) 能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料。 軍工: 隱形飛機(jī)表面涂料、艦船

7、表面納米涂料 本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一，制定了“國(guó)家納米技術(shù)倡議”: 納米材料 納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué) 納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué),13,國(guó)會(huì): 21世紀(jì)前20年的立國(guó)之本，日本政府總共投資了多于38億美元在研究上 著名大企業(yè): 納米實(shí)用化技術(shù)的計(jì)劃 三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線 自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣,納米材料概述 納米技術(shù)在日本,日本目前是僅次于美國(guó)的第二大納米技術(shù)投資國(guó)。,14,2005年，歐盟制定歐洲納米技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，歐盟成員國(guó)德國(guó)、法國(guó)、芬蘭等分別制定了本國(guó)納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，歐盟及主要成員國(guó)已累計(jì)投入超過140億美元。 俄羅斯從2001年開始重點(diǎn)推動(dòng)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)，2

8、007年專門成立國(guó)有俄羅斯納米技術(shù)集團(tuán)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。,納米材料概述 納米技術(shù)在歐洲,15,我國(guó)從20世紀(jì)80年代起就一直高度重視納米技術(shù)，作為較早開展納米技術(shù)研究的國(guó)家之一，2001年就成立國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)，同年7月科技部等五部委發(fā)布國(guó)家納米科技發(fā)展綱要（2001-2010）。 2001-2009年，我國(guó)用于納米科技的研發(fā)經(jīng)費(fèi)超過26億元人民幣。我國(guó)在納米材料研究方面與國(guó)際保持同步，并已開始產(chǎn)業(yè)化。 2009年，我國(guó)發(fā)表納米科技SCI-E論文總數(shù)首次超越美國(guó)，躍居世界第一，專利申請(qǐng)量世界第二；先后建設(shè)國(guó)家納米技術(shù)科學(xué)中心和納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究,納米材料概述 納米技術(shù)與當(dāng)代中國(guó)

9、,16,納米材料的奇異性能,納米材料的特殊性能是由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)生四大效應(yīng)，即小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)（含宏觀量子隧道效應(yīng)）、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)，從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的物理、化學(xué)性能。由于納米材料在磁、熱、光、電、催化、生物等方面具有奇異的特性，使其在諸多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景，并已經(jīng)成為當(dāng)今世界科技前沿的熱點(diǎn)之一。,17,表面效應(yīng),引發(fā)性能： 1）表面原子輸運(yùn)構(gòu)型變化：催化 2）電子自旋構(gòu)象能譜變化：光學(xué),表面原子特點(diǎn)： 1）原子配位不滿，多懸空鍵 2） 高表面能，高表面活性,納米材料的奇異性能,表面效應(yīng),如A原子缺少三個(gè)近鄰，B、C、D原子各缺少兩個(gè)近鄰，E原子缺少一個(gè)近

10、鄰，它們均處于不穩(wěn)定狀態(tài)， 近鄰缺位越多越容易與其他原子結(jié)合，說明處于表面的原子(A、B、C、D和E)比處于內(nèi)部的原子的配位有效明顯的減少。,納米材料的奇異性能,由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對(duì)超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。,小尺寸效應(yīng),納米材料的奇異性能,20,寬頻帶強(qiáng)吸收 納米粒子呈黑色、極低反射率 納米氮化硅、碳化硅及氧化鋁粉末對(duì)紅外有一個(gè)寬帶吸收譜 大的比表面導(dǎo)致了平均配位數(shù)下降，不飽和鍵和懸鍵增多 可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，也可以應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等 量子限域效應(yīng),（1）光學(xué)性質(zhì),

11、小尺寸效應(yīng),納米材料的奇異性能,21,銀多面體納米晶由于等離子體共振吸收峰變化導(dǎo)致散射的顏色發(fā)生變化.,小尺寸效應(yīng),（1）光學(xué)性質(zhì)：藍(lán)移,納米材料的奇異性能,22,（1）光學(xué)性質(zhì)：藍(lán)移,小尺寸效應(yīng),納米材料的奇異性能,23,（2）光學(xué)性質(zhì)：發(fā)光,小尺寸效應(yīng),納米材料的奇異性能,24,固態(tài)大尺寸物質(zhì)，熔點(diǎn)固定； 超細(xì)微化后其熔點(diǎn)顯著降低，當(dāng)粒徑小于10納米時(shí)尤為顯著 例如，塊狀金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064 ， - 當(dāng)顆粒尺寸減小到10 nm尺寸時(shí)，則降低27， - 2 nm尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327左右。 比熱容、熱膨脹系數(shù)： - 納米金屬 Cu 的比熱容是傳統(tǒng)純Cu的2倍； - 納米固體Pd 的熱膨脹比

12、傳統(tǒng)Pd材料提高1倍； - 納米Ag作為稀釋致冷機(jī)的熱交換器效率比傳統(tǒng)材料高30%,（3）熱學(xué)性質(zhì),小尺寸效應(yīng),納米材料的奇異性能,25,納米顆粒足夠小時(shí)，呈現(xiàn)超順磁性。磁性超細(xì)顆粒具有高的矯頑力。 磁性材料納米化后，磁化率也會(huì)發(fā)生明顯變化。納米磁性金屬磁化率是宏觀狀態(tài)下的 20 倍，而飽和磁矩是宏觀狀態(tài)下的1/2。 磁性超微顆粒生物磁羅盤 高矯頑力制作高貯存密度的磁記錄磁粉 超順磁性制作磁性液體,鐵磁流體,（4）磁學(xué)性質(zhì),小尺寸效應(yīng),納米材料的奇異性能,26,典型案例： 銀是優(yōu)良的良導(dǎo)體，(1015)nm的銀微粒電阻突然升高，失去了金屬的特征，變成了非導(dǎo)體。 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的氮化硅、二氧化硅等，

13、當(dāng)尺寸達(dá)到(1520)nm時(shí)電阻卻大大下降，用掃描隧道顯微鏡觀察時(shí)不需要在其表面導(dǎo)電材料就能觀察到其表面的形貌。,（5）電學(xué)性質(zhì),小尺寸效應(yīng),主要原因： 晶界上原子體積分?jǐn)?shù)增大，晶界原子排列混亂、厚度大，界面能壘導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化。,納米材料的奇異性能,27,為分散介質(zhì)的粘度系數(shù)；r為粒子半徑,（6）動(dòng)力學(xué)性質(zhì),小尺寸效應(yīng),擴(kuò)散,是在有濃度差時(shí)，由于微粒熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))而引起的物質(zhì)遷移現(xiàn) 象。微粒越大，熱運(yùn)動(dòng)速度愈小。一般以擴(kuò)散系數(shù)(D)來量度擴(kuò)散速度。,28,納米材料的奇異性能,原子配位不滿，多懸空鍵； 微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力； 宏觀量子隧道效應(yīng)； 一些宏觀量（如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量

14、子相干器件中的磁通量）具有的隧道效應(yīng),宏觀量子隧道效應(yīng),意義: 確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限,29,納米材料的奇異性能,當(dāng)粒子尺寸降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象和納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)，能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。 能帶理論表明: 金屬費(fèi)米能級(jí)附近電子能級(jí)一般是連續(xù)的，這一點(diǎn)只有在高溫或宏觀尺寸情況下才成立。 對(duì)于只有有限個(gè)導(dǎo)電電子的超微粒子來說，低溫下能級(jí)是離散的。,量子尺寸效應(yīng),30,納米材料的奇異性能,什么是納米科技？,31,納米科技研究?jī)?nèi)容,納米科技的研究?jī)?nèi)容：納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米

15、材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等學(xué)科。 納米技術(shù)涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。,納米科技大廈,32,納米科技,33,視頻資料： 什么是納米,納米材料應(yīng)用領(lǐng)域,能源領(lǐng)域,金屬防護(hù),路橋領(lǐng)域,建筑節(jié)能,34,35,視頻資料: 1 Nano You,STM的工作原理,將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)兩者之間的距離足夠小時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過電極間的絕緣層，形成 “隧道電流”，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。 STM工作時(shí)的特點(diǎn)利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取圖像。 STM工作方式 恒電流掃描 恒高度掃描,36,STM的原理示意圖,37,38,STM

16、觀察和研究固體表面的微觀結(jié)構(gòu),觀察和研究固體表面的微觀結(jié)構(gòu),1.3 特點(diǎn)及應(yīng)用,39,白春禮院士，1988年4月12日，中國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的STM研制成功。,40,1989年美國(guó)加州IBM實(shí)驗(yàn)內(nèi)，依格勒博士（D.Eigler）采用低溫、超高真空條件下的STM操縱著一個(gè)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出“中國(guó)”二字，標(biāo)志我國(guó)在納米科技領(lǐng)域占有一席之地。,STM例：移動(dòng)原子,41,STM例：移動(dòng)鐵原子,1993年，美國(guó)科學(xué)家在低溫下，用STM針尖將48個(gè)鐵原子排成一個(gè)圓環(huán)，并且直接觀察到了電子駐波的圖形。,42,視頻資料：掃描隧道顯微鏡的發(fā)明STM

17、的工作原理如何移動(dòng)、觸摸原子,43,宇宙大爆炸以后的冷卻時(shí)期，當(dāng)時(shí)原始凝聚物質(zhì)形成早期星體中的納米結(jié)構(gòu)。自然界又演變出許多構(gòu)成地球生物的納米結(jié)構(gòu)-貝殼和動(dòng)物骨骼。原始人類發(fā)現(xiàn)火的時(shí)候，他們創(chuàng)造了“人工納米材料”-煙粒。西漢銅鏡和黑漆鼓，徽墨，漆器。,圖 2.2 自然界里的納米材料,44,納米材料的自然歷史,圖5 王羲之夜亂貼（局部）,徽墨精煙墨,45,蓮花葉子表面的自我潔凈 蓮花葉面表面的結(jié)構(gòu)與粗糙度為微米至納米尺寸的大小。當(dāng)遠(yuǎn)大于該結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上時(shí)，只能和葉面上凸?fàn)钗镄纬牲c(diǎn)的接觸。液滴在自身的表面張力作用下形成球狀，在滾動(dòng)中吸附灰塵，并滾出葉面。,納米材料的自然歷史,46,4

18、7,水滴在涂層表面的表觀接觸角： cos =(1-) cos - :表面材質(zhì)；:表面粗糙度,48,49,提高表面憎水性/微觀凹-凸形貌,150o 耐污性5%,疏水,改性,蜜蜂-導(dǎo)航功能,蜜蜂體內(nèi)存在著磁性的納米粒子，這些粒子具有羅盤的作用，這就是蜜蜂飛行的導(dǎo)航系統(tǒng)。,鵝毛和鴨毛的排列非常整齊，且毛與毛之間的隙縫極小，小到納米尺寸，所以水分子無法穿透層層的鵝毛和鴨毛。所以鵝與鴨得以在水中保持身體的干燥。這種結(jié)構(gòu)還極其通氣。,納米材料的自然歷史,51,52,通過涂層表面微觀結(jié)構(gòu)與形貌的設(shè)計(jì)，使之具有類似海豚皮表面納米結(jié)構(gòu)與形貌，以實(shí)現(xiàn)艦船涂層的長(zhǎng)效、無毒防污,53, 影響艦船的戰(zhàn)斗性能（污損率為5

19、%時(shí)的阻力=潔凈 表面的2倍） 燃油消耗（燃料消耗增加10%） 維修成本增加 加速船體腐蝕，縮短使用壽命, 船艦?zāi)臀弁繉?54,壁虎的腳底部長(zhǎng)著數(shù)百萬根極細(xì)的剛毛,壁虎的每根剛毛末端又有一千多根頂部呈刮鏟狀的更細(xì)的分支毛,55,2008年3月，美國(guó)哈佛麻省理工羅伯特蘭格和杰弗里卡普教授開發(fā)出一種具有彈性的、可生物降解的膠貼。 該膠貼的靈感來自壁虎的足部， 這種膠貼，也是依靠納米尺度的柱體和化學(xué)膠水制成的，它是第一個(gè)能呈現(xiàn)出良好黏性強(qiáng)度和動(dòng)物安全性的膠貼。,56,57,現(xiàn)代納米發(fā)展與高新科技,1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼的10成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

20、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開關(guān)以及納米級(jí)電子線路等。,碳納米管被發(fā)現(xiàn),視頻：中國(guó)在納米碳管研究中的突破,58,天梯碳納米管繩梯,古人曾經(jīng)幻想，順著天梯就可以上天了。他們認(rèn)為，沿著昆侖山頂峰上的大樹向上爬，爬到樹頂就能進(jìn)入天庭，這棵樹就是上天的天梯。,從地面修造一架天梯達(dá)到幾萬千米高的衛(wèi)星，底部必須是直徑358千米粗的柱子，才能支撐得住，才不會(huì)被自己的重量壓彎，這樣的天梯，其底座相當(dāng)于江蘇省的面積那么大。,59,天梯碳納米管繩梯,建設(shè)天梯（20世紀(jì)90年代提出）：同步衛(wèi)星放下由碳納米管制作的繩纜到地球。升降機(jī)將沿著這個(gè)繩纜爬上

21、爬下。,60,石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子 以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料.,A. K. Geim,K.S. Novoselov,61,石墨烯的發(fā)現(xiàn),朗訊公司和牛津大學(xué): 納米鑷子 碳納米管“秤”，稱量一個(gè)病毒的重量 稱量單個(gè)原子重量的“納米秤”,納米研究進(jìn)展,62,2005年，美國(guó)萊斯大學(xué)教授詹姆斯-圖爾設(shè)計(jì)了一個(gè)納米車，雖然沒有馬達(dá)，但可以借助熱擴(kuò)散在金屬表面移動(dòng)。他指出費(fèi)林加研發(fā)的新分子是在制造當(dāng)前只能通過酶的生物學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的機(jī)器方面邁出的重要一步。圖爾說：“我們可以捕獲小分子，組裝成類似

22、電子存儲(chǔ)器那樣的小型裝置。”,63,世界最小四輪納米車,顯微外科術(shù)的革命細(xì)胞修復(fù)術(shù),眾所周知，上世紀(jì)器官移植，人工器官技術(shù)的發(fā)展，曾使得外科從修復(fù)外科時(shí)代(對(duì)病變器官與組織的切除)向替代外科時(shí)代(器官移植、人工器官)發(fā)展，并有專家預(yù)言21世紀(jì)醫(yī)學(xué)仍然是替代外科為主的時(shí)代。,64,納米藥包,美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員正在研究一種只有20nm的藥物炸彈和包含了1000個(gè)納米藥包的微型芯片； 在固定的DNA鏈上連接上殺癌的藥物膠囊，放到病人血液和組織內(nèi)，一遇上癌細(xì)胞的DNA時(shí)，DNA鏈就與癌細(xì)胞的DNA結(jié)合，這時(shí)藥物開關(guān)受觸發(fā)而開放，藥物便釋放出來，殺滅癌細(xì)胞；,65,納米泵人造紅細(xì)胞,它比體內(nèi)血液

23、中的紅細(xì)胞要多攜帶200多倍的氧氣。,血液形態(tài)圖,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,納米技術(shù)與基因療法的結(jié)合,瑞典科學(xué)家制作的微型醫(yī)用機(jī)器人，可移動(dòng)并撿起肉眼看不見的玻璃珠。 用這種微型機(jī)器手將果蠅的染色體基因進(jìn)行信號(hào)移動(dòng)，培育出的果蠅多長(zhǎng)了一個(gè)胸脯和翅膀，甚至把果蠅的眼睛和翅膀挪位；,果蠅：遺傳學(xué)和分子發(fā)育生物學(xué)的國(guó)王圖中左側(cè)為雌性，右側(cè)為雄性,納米清潔工,科學(xué)家設(shè)想制造出負(fù)責(zé)清掃血管的納米機(jī)器人（清潔工），專門負(fù)責(zé)清掃血管壁上的膽固醇、凝血等沉積物，以預(yù)防腦血栓等心血管??；同時(shí)也可以制作出清掃體內(nèi)癌細(xì)胞的機(jī)器人。,納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物。納米機(jī)器人小到可在人的血管中自由地游動(dòng)，對(duì)于腦血栓、

24、動(dòng)脈硬化等病灶，可以很容易地予以清理而不用進(jìn)行危險(xiǎn)的開顱、開胸手術(shù)。,69,隱形戰(zhàn)斗機(jī),防彈衣,因納米碳管既輕又強(qiáng)度極高，是鋼的10100倍，用它來作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來疊去，又能抵御強(qiáng)大的子彈的沖擊力。,70,機(jī)器人配備納米“大腦”,71,“納米科技戰(zhàn)士”,72,這種人手模型上的聚合體遇電會(huì)收縮彎曲，可裝備在作戰(zhàn)服上作為“輔助肌肉”增強(qiáng)士兵跳躍、搬運(yùn)的能力，同時(shí)也可用于戰(zhàn)場(chǎng)急救。,73,74,未來的美軍作戰(zhàn)服可能就是這個(gè)樣子,75,“麻雀衛(wèi)星” “蚊子導(dǎo)彈” “蒼蠅飛機(jī)”“螞蟻士兵”美欲五年裝備納米武器,76,December 15, 2000,“麻雀衛(wèi)星”,質(zhì)量不足1

25、0千克，各種部件全 部用納米材料制造，一枚小型 火箭一次就可以發(fā)射數(shù)百顆。 若在太陽同步軌道上等間隔地 部署648顆功能不同的“麻雀衛(wèi) 星”，就可以保證在任何時(shí)刻對(duì) 地球上任何一點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視， 即使少數(shù)失靈，整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 的工作也不會(huì)受影響。,77,五角大樓的一次電腦模擬的納米武器作戰(zhàn)演習(xí)“戰(zhàn)爭(zhēng)”發(fā)生在2010年，美國(guó)與敵方的飛機(jī)、坦克、大炮在戰(zhàn)場(chǎng)上頻繁調(diào)動(dòng)。就在雙方劍拔弩張之時(shí)，天空中出現(xiàn)了許多“蒼蠅”、“黃蜂”等“小昆蟲”，地面上也擁出數(shù)以萬計(jì)的“螞蟻”。這些“小動(dòng)物”有的在戰(zhàn)場(chǎng)上空盤旋，有的則直接進(jìn)入敵方的指揮機(jī)關(guān)、雷達(dá)站、彈藥庫等。 突然間，隨著一聲巨響，敵方彈藥庫率先發(fā)生爆炸。緊接

26、著，敵方指揮通信系統(tǒng)也莫名其妙地炸開了花，在前線待命的飛機(jī)、坦克和航母，因接不到指令、失去彈藥和能源補(bǔ)給，全都成了廢鐵。,隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人類也許能夠研制出各種“難以有效防御”的先進(jìn)武器，尖端的納米技術(shù)有可能成為“本世紀(jì)人類面臨的最大威脅之一”。,78,2009年2月，Grimes在Nature報(bào)道了“水變油”實(shí)驗(yàn)：向鋼管內(nèi)通入二氧化碳和水蒸氣，用納米管薄膜覆蓋住儀器的后部，然后在容器頂部安裝石英窗戶使陽光進(jìn)入。 在納米管上時(shí)，納米管釋放出高能量的載荷子，使得水分子分解為氫氧自由基和氫離子。二氧化碳分解后的產(chǎn)物氧氣、一氧化碳和氫氣后，就反應(yīng)生成了甲烷和水?！?在整個(gè)反應(yīng)后期，銅和鉑催化作用明顯，但由于鉑的價(jià)格昂貴，如何減少鉑含量而使得催化效果不變，仍值得研究。,79,人工光合成太陽能轉(zhuǎn)化,2000年4月，美國(guó)能源部桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用激光微細(xì)加工技術(shù)研制出智能手術(shù)刀，該手術(shù)刀可以每秒掃描10萬個(gè)癌細(xì)胞，并將細(xì)胞所包含的蛋白質(zhì)信息輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析判斷。 2001年紐約斯隆-凱特林癌癥研究中心的戴維. 沙因貝格爾博士報(bào)道了把放射性同位素錒-225的一些原子裝入一個(gè)形狀像圓環(huán)的微型藥丸中，制造了一種消滅癌細(xì)胞的靶向藥物。,8