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)簡介

納米是英文nano的譯名，是一種長度單位，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)，有時簡稱為納米技術(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)（計算機技術(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)、納機械學(xué)等。

1993年，繼1989年美國斯坦福大學(xué)搬走原子團“寫”下斯坦福大學(xué)英文名字、1990年美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“ＩＢＭ”之后，中國科學(xué)院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字，標志著我國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地1997年，美國科學(xué)家首次成功地用單電子移動單電子，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)在提高成千上萬倍的量子計算機1999年，巴西和美國科學(xué)家在進行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當于一個病毒的重量；此后不久，德國科學(xué)家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀錄。近年，近年來，一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，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年科技基本計劃的研發(fā)重點；德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng)；美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎(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械而著稱的美國風(fēng)險企業(yè)宰貝克斯公司的一項預(yù)測認為，納米技術(shù)的發(fā)展可能會經(jīng)歷以下五個階段：第一階段的發(fā)展重點是要準確地控制原子數(shù)量在100個以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計算機設(shè)計／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。這個階段的市場規(guī)模約為5億美元。第二個階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達到實用化水平。其中包括從有機碳酸鈣中制取的有機納米材料，其強度將達到無機單晶材料的3000倍。該階段的市場規(guī)模在50億至200億美元之間。在第三個階段，大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級的計算機設(shè)計／制造系統(tǒng)、目標設(shè)計技術(shù)、計算機模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場規(guī)?？蛇_100億至1000億美元。在第四個階段中納米計算機將得以實現(xiàn)。這個階段的市場規(guī)模將達到2000億至1萬億美元。在第五階段里，科學(xué)家們將研制出能夠制造動力源與程序自律化的元件和裝置，市場規(guī)模將高達6萬億美元。主要有超細薄膜、碳納米管、納米陶瓷、金屬納米晶體和量子點線等。1)超細薄膜

超細薄膜的厚度通常只有1納米-5納米，甚至?xí)龀?個分子或1個原子的厚度。超細薄膜可以是有機物也可以是無機物，具有廣泛的用途。如沉淀在半導(dǎo)體上的納米單層，可用來制造太陽能電池，對開發(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，是制造高密度磁盤的基本材料。5.納米技術(shù)的主要研究項目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之一。與其它材料相比，碳納米管具有特殊的機械、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度纖維，在傳感器、鋰離子電池、場發(fā)射顯示、增強復(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)包含下列四個主要方面：1、納米材料：當物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在0.1—100納米這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、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。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，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，其突出特點是基于自組裝這種自下而上的方式制造納米材料。當然，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，也會同時運用光刻技術(shù)。

過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。第一個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們在20世紀70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個導(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，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。

納米技術(shù)應(yīng)用

納米技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一門高新技術(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)過程越來越精細，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入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(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)在電子計算機和電子工業(yè)中的應(yīng)用

可以從閱讀硬盤上讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機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)在石墨表面通過搬遷碳原子繪制出世界上最小的中國地圖應(yīng)用實例不用洗滌劑的納米服裝2002年，一批高科技服裝面料從實驗室走上了展臺：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胞和人造細胞在一起的情景。體內(nèi)某些缺氧的部分會感到疲勞，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，且本身裝有納米計算機、納米泵，可以根據(jù)需要將氧釋放，同時將無用的二氧化碳帶走。畫家筆下的一種納米仿生術(shù)機器人。這種稱為游蕩者的納米仿生物可以為人體傳送藥物，進行細胞修復(fù)等工作。納米技術(shù)鑄造“袖珍軍團”隨著納米技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們能對逐個原子進行加工，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)行機構(gòu)等零部件，能夠制成一系列新產(chǎn)品。據(jù)報道，日本已組裝出一種只有米粒大小的汽車；德國則研制出了長24毫米、高8毫米、重量只有400毫克的微型直升機；而美國研制的微型發(fā)動機，在微小的空間中能裝下1000臺。納米蒼蠅作用非凡的“蒼蠅”這是一種蒼蠅樣大小的機器蟲，它既可用飛機、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，大批機器“蒼蠅”可在一個地區(qū)形成高效偵察監(jiān)視網(wǎng)，大大提高戰(zhàn)場信息獲取的數(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題。納米技術(shù)的前景

近年來，對納米技術(shù)的應(yīng)用研究不斷取得突破性進展，并顯示出革命性的產(chǎn)業(yè)前景。納米技術(shù)的發(fā)展，不僅開創(chuàng)了一個科學(xué)技術(shù)的新時代，還將會引起社會經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域發(fā)生重大變革。

一、納米技術(shù)的發(fā)展將直接推動其他高技術(shù)群的進步納米技術(shù)在電子器件制造、加工及新材料合成等方面，顯示出了其獨特的優(yōu)勢。目前，人們已經(jīng)可以利用納米技術(shù)把一個個原子排布起來，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，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)材料還可以被用來加工光盤模具，而光盤一旦進入納米級，其信息存儲量將是現(xiàn)