納米材料及其應(yīng)用

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院1

納米材料及其應(yīng)用2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院2

主要內(nèi)容納米概念納米科學(xué)技術(shù)納米材料納米材料的應(yīng)用2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院3Ⅰ納米概念ⅡⅢⅣ2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院4納米概念2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院5化合物金屬材料半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料硅酸鹽材料復(fù)合材料納米材料高分子材料2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院6納米（nanometer）是一個(gè)長(zhǎng)度單位，簡(jiǎn)寫(xiě)為nm。

1nm=10-9m1nm等于10個(gè)氫原子一個(gè)挨一個(gè)排起來(lái)的長(zhǎng)度。人的一根頭發(fā)絲的直徑相當(dāng)于6萬(wàn)個(gè)納米。納米是一個(gè)極小達(dá)到尺寸，但它又代表人們認(rèn)識(shí)上的一個(gè)新層次，從微米進(jìn)入到納米。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院7納米尺度的概念2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院8跳蚤頭發(fā)紅細(xì)胞病毒從宏觀世界到微觀世界Pt/TiO2

催化劑2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院9花粉是納米級(jí)的粒子病毒也是納米級(jí)的,３0-100nm.2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院10ⅠⅡ納米科學(xué)技術(shù)ⅢⅣ2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院11如果一個(gè)納米的粒子放在乒乓球上，相當(dāng)于把一個(gè)乒乓球放在地球上。用什么儀器去看納米掃描隧道顯微鏡（英文名稱是ScanningTunnelingMicroscope，簡(jiǎn)稱為STM）。STM具有驚人的分辨本領(lǐng)，水平分辨率小于0.1納米，垂直分辨率小于0.001納米2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院12掃描隧道顯微鏡示意圖2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院13

左圖為單個(gè)Xe原子靜置在Ni表面上的情景，右圖為探針“拾”起該原子的情景。此圖分別顯示出相應(yīng)的兩個(gè)狀態(tài)的STM圖像。

圖原子操作過(guò)程的STM象2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院14納米科技和納米材料

納米科技是在0.1-100nm的空間內(nèi)，研究物質(zhì)組成體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用，以及實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)，被世界各國(guó)列為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

納米材料是指用晶粒尺寸為納米級(jí)的微小顆粒制成的各種材料，其粒徑為0.1-100nm，納米物質(zhì)有四大效應(yīng)：即小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院15納米材料的特異性能

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在納米的世界里，物質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。納米黃金變?yōu)楹谏?，納米鉑（白金）變成鉑黑;納米材料還具有超塑性，室溫下的納米銅絲經(jīng)過(guò)軋制，其長(zhǎng)度可以從1cm延伸到100cm，其厚度可以從1mm減小到0.01mm；陶瓷在通常情況下是很硬、很脆的，如果采用納米粉體制成納米陶瓷，它也可以具有韌性（“摔不破的陶碗”）；硅晶體是不發(fā)光的，但納米硅卻會(huì)發(fā)光；涂有納米涂層的玻璃可以防霧（汽車(chē)車(chē)窗玻璃）。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院161959年，費(fèi)曼的預(yù)言這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想。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，為我們揭示一個(gè)可見(jiàn)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。1984年，德國(guó)研制成功第一個(gè)金屬納米材料；1987年，美國(guó)研制成功氧化鈦納米材料；1990年，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；1993年，中國(guó)科學(xué)院真空物理實(shí)驗(yàn)室，首次操縱原子成功寫(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1999年，納米技術(shù)逐步走向市場(chǎng)，全年納米產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)額達(dá)到500億美元。納米科技大事記2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院17納米材料的發(fā)展歷史1959年，著名的諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼（RichardFeynman）就設(shè)想：“如果有一天人們可以按照自己的意志排列原子和分子，那會(huì)產(chǎn)生什么樣的奇跡！”，“毫無(wú)疑問(wèn)，如果我們對(duì)細(xì)微尺度的事物加以控制的話，將大大擴(kuò)充我們可以獲得物性的范圍”，他首次提出了“納米”材料的概念。

費(fèi)曼對(duì)納米技術(shù)的最早夢(mèng)想，成為一個(gè)光輝的起點(diǎn)，人類開(kāi)始了對(duì)納米世界的探求。

今天，納米科技的發(fā)展使費(fèi)曼的預(yù)言已逐步成為現(xiàn)實(shí)。納米材料的奇特物性正對(duì)人們的生活和社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院18掃描隧道顯微鏡的發(fā)明掃描隧道顯微鏡亦稱為“掃描穿隧式顯微鏡”、“隧道掃描顯微鏡”，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1982年由格爾德·賓寧（G．Binning）及海因里?！ち_雷爾（H．Rohrer）在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，兩位發(fā)明者因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院19掃描隧道顯微鏡用“手”觸摸原子/d/200809/c9396cf4-d730-490e-aab2-be48715fae01.shtml2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院20

納米科學(xué)技術(shù)

下圖所示為超高真空中利用掃描隧道顯微鏡技術(shù)，在硅單晶體表面（111）面上移動(dòng)Si原子而形成“中國(guó)”二字字樣。圖超高真空中,用STM技術(shù)，移動(dòng)Si（111）面上的原子形成“中國(guó)”字樣2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院21

1994年，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所和中國(guó)科學(xué)院北京真空物理室利用STM在單晶硅表面上通過(guò)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(guó)”字符。漢字的大小只有幾個(gè)納米白春禮院士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。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院221993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。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院23用原子寫(xiě)的“原子”用掃描隧道顯微鏡的針尖將原子一個(gè)個(gè)地排列成漢字，

漢字的大小只有幾個(gè)納米。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院24

每個(gè)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(duì)準(zhǔn)選中的Xe原子、使針尖接近Xe原子、使原子間作用力達(dá)到讓Xe原子跟隨針尖移動(dòng)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(guó)加州的IBM研究室艾格勒等人利用STM在4K和超真空環(huán)境中，在Ni的表面上將35個(gè)氙原子排布成最小的IBM商標(biāo)。這張放大了的照片登在《時(shí)代》周刊上，被稱為當(dāng)年最了不起的公司廣告。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院251991年，IBM公司的“拼字”科研小組用STM針尖移動(dòng)吸附在金屬表面的一氧化碳分子，拼成了一個(gè)大腦袋小人的形象。圖中每個(gè)白團(tuán)是單個(gè)一氧化碳分子豎在鉑表面上的圖象，頂端為氧分子，各個(gè)分子的間距約0.5nm。這個(gè)"分子人"從頭到腳只有5nm高，堪稱世界上最小的人形圖案。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院26原子森林由德國(guó)實(shí)驗(yàn)室托斯頓·鄧卓巴拍攝的這一圖像顯示了一片GeSi量子點(diǎn)“森林”，其實(shí)，它們只有15納米高，直徑也只有70納米。

藍(lán)寶石美國(guó)伊利諾斯大學(xué)香檳分校的斯科特·麥克拉倫及其同事一同建造了這張精美制作的藍(lán)寶石襯底的彈坑圖像。此藍(lán)寶石是通過(guò)飛秒級(jí)激光脈沖擊打其表面而受熱的，在此過(guò)程中，藍(lán)寶石噴射出原子而留下一個(gè)淺淺的彈坑。此晶體經(jīng)再加熱和再次噴射，形成了這里所展示的內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)。1飛秒是千萬(wàn)億分之一秒。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院27

納米線幾種植物的葉子，包括荷花，展現(xiàn)出其自潔特性。這種所謂的“荷花效應(yīng)”也叫作自清潔效應(yīng)，那么，荷花何以出淤泥而不染？是因?yàn)樗谋砻媸止饣?，污垢難以停留？不是?？茖W(xué)家用掃描電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)荷花的花瓣表面像毛玻璃一樣毛糙，全是納米級(jí)的“疙瘩”。

這些“疙瘩”讓雨水將荷葉清洗干凈，從而讓荷花保持最佳光合作用能力，顯得精神抖擻。這張2微米x2微米圖像顯示一種人造制品在模仿荷花的自清潔效應(yīng)。此地毯似的一團(tuán)納米線是由化學(xué)汽相淀積處理而成的。當(dāng)水滴落在此超級(jí)不沾水的納米線上時(shí)，它們會(huì)快速滴落，并帶走納米線上的塵埃。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院282萬(wàn)顆黃金微粒繪出太陽(yáng)圖像納米技術(shù)創(chuàng)奇跡

ＩＢＭ公司研究人員在最新一期《自然納米技術(shù)》雜志上發(fā)表科研報(bào)告說(shuō)，他們創(chuàng)造出了世界上最小的藝術(shù)作品之一——用２萬(wàn)顆黃金微粒繪出的太陽(yáng)圖像。這幅太陽(yáng)圖像取材于一位１７世紀(jì)煉金士畫(huà)的黃金符號(hào)，研究人員以蝕刻方式，用每顆直徑６０納米的黃金微粒在硅晶片上做出了這幅畫(huà)。這件作品實(shí)現(xiàn)了精度上的突破，預(yù)示著未來(lái)人們可以制造超微傳感器、透鏡和納米級(jí)電路所需的電線。ＩＢＭ公司和其他公司的一些科學(xué)家一直致力于超微電路的研制工作，他們不斷提升未來(lái)將投入使用的電子元器件的性能。實(shí)際上目前最先進(jìn)的微型處理器所用元件的直徑甚至小于６０納米。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院29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。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院30鐵原子的移動(dòng)過(guò)程2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院31ⅠⅡⅢ納米材料Ⅳ2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院32摔不碎的納米陶瓷強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅納米材料

—特性2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院33具有易潔納米涂層的陶瓷納米粒子的親疏水特性2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院34

荷葉葉面上存在著非常復(fù)雜的多重納米和微米級(jí)的超微結(jié)構(gòu)。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(gè)乳突有許多直徑為200納米左右的突起組成的。

蓮花葉子表面的自我潔凈2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院35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。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院36荷葉現(xiàn)象/d/200809/f9df6cc9-819f-48c8-ae63-5d067b157543.shtml2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院37鵝毛和鴨毛的排列非常整齊，毛與毛之間的隙縫小到納米尺寸，所以水分子無(wú)法穿透層層的鵝毛和鴨毛。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。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院38壁虎飛檐走壁每只腳底部長(zhǎng)著數(shù)百萬(wàn)根極細(xì)的剛毛，而每根剛毛末端又有約400根至1000根更細(xì)的分支。這種精細(xì)結(jié)構(gòu)使得剛毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產(chǎn)生分子引力。動(dòng)植物按照微基準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，就是納米機(jī)器的組合體。這些納米機(jī)器，就是人們熟知的蛋白質(zhì)。而細(xì)胞則可以說(shuō)是由這些納米機(jī)器在組裝而成的微米機(jī)器。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院39TEM下的納米顆粒納米粉末

納米材料分類2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院40SEM下的納米纖維納米纖維2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院41納米膜

納米薄膜是指尺寸在納米量級(jí)的晶粒（或顆粒）構(gòu)成的薄膜以及每層厚度在納米量級(jí)的單層或多層膜。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院42新型碳基納米材料2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院431991年4月，日本筑波的NEC公司飯島澄男(Iijima)等首次用高分辨透射電鏡觀察到了多壁碳納米管(Multi-WalledCarbonNanotube)。這些碳納米管是多層同軸管，也叫巴基管(Buckytube)。1993年又發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(Single-WalledCarbonNanotube)。新型碳基納米材料：碳納米管(carbonnanotube)2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院44Schematicofasingle-walledcarbonnanotube(SWNT)Schematicofamulti-walledcarbonnanotube(MWNT)

與MWNTs相比，SWNTS是由單層圓柱型石墨層構(gòu)成，其直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院45碳納米管nanotube碳納米管是一種長(zhǎng)度和直徑之比很高的纖維。它韌性極高，兼具金屬性和半導(dǎo)體性，強(qiáng)度比鋼高100倍，而重量只有鋼的1/6?？茖W(xué)家們已經(jīng)研制成功了世界上最小的碳管，他們認(rèn)為這將是最細(xì)和最穩(wěn)定的納米碳管。這種小小的圓柱體直徑僅為0.4納米。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院461970年，法國(guó)奧林大學(xué)Endo用氣相生長(zhǎng)技術(shù)制成了直徑為7nm的碳纖維，但未進(jìn)行細(xì)致的表征。幾乎同時(shí)，莫斯科化學(xué)物理研究所的研究人員也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了碳納米管和納米管束，但是這些碳納米管的縱橫比很小。1996年，美國(guó)著名的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者斯莫利(Smalley)等合成了成行排列的單壁碳納米管束(bundle)，每一束中含有許多碳納米管，這些碳納米管的直徑分布很窄。我國(guó)中國(guó)科學(xué)院物理研究所解思深等人實(shí)現(xiàn)了碳納米管的定向生長(zhǎng)，并成功合成了超長(zhǎng)(毫米級(jí))納米碳管。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院47碳納米管的性質(zhì)和應(yīng)用電學(xué)性質(zhì)碳納米管的性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于直徑和手性，直徑越小，電子的狀態(tài)與sp2差別越大，表現(xiàn)的量子效應(yīng)越明顯。美國(guó)C.T.White教授計(jì)算得出[n-m]=3q（q為整數(shù)),碳管為金屬性。其他情況表現(xiàn)半導(dǎo)體性，并且禁帶寬度正比于碳管直徑的倒數(shù)。單臂納米管為金屬性，鋸齒形、手性碳管部分為金屬，部分為半導(dǎo)體性。隨著半導(dǎo)體納米管直徑增加，帶隙變小，在大直徑情況下，帶隙為零，呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院48碳納米管纖維紡織技術(shù)2004年11月19日美國(guó)《科學(xué)》周刊306卷2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院49單壁納米管的生長(zhǎng)2004年11月19日美國(guó)《科學(xué)》周刊306卷2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院50碳納米管獨(dú)特的力學(xué)性質(zhì)：碳納米管的強(qiáng)度比鋼高100多倍，楊氏模量估計(jì)可高達(dá)5TPa，(測(cè)量報(bào)道1.28±0.59)這是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料，而比重卻只有鋼的1/6，延伸率為百分之幾，具有好的可彎曲性，單壁納米碳管可承受扭轉(zhuǎn)形變并可彎成小圓環(huán)，應(yīng)力卸除后可完全恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)；壓力不會(huì)導(dǎo)致碳納米管的斷裂。用作復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。碳納米管的強(qiáng)度測(cè)量2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院51具有極好的可彎折性0304560902023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院52具有極好的可扭曲性2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院53碳納米管儲(chǔ)氫碳納米管由于其管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管之間的類石墨層空隙，成為最有潛力的儲(chǔ)氫材料，用于發(fā)展納米管燃料電池。美國(guó)國(guó)立可再生能源實(shí)驗(yàn)室采用程序控溫脫附儀測(cè)量單壁納米碳管的載氫量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)在130K、4×104Pa條件下的載氫量為5wt％一10wt％，并認(rèn)為SWNT是唯一可用于氫燃料電池汽車(chē)的儲(chǔ)氫材料。這是世界上關(guān)于碳納米管儲(chǔ)氫的第一篇報(bào)道。

Nature．1997．386(27)377—379H2原子和C納米管2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院54用納米碳管建成的地月載人電梯構(gòu)想圖2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院55微型奧巴馬頭像是由美國(guó)密歇根州大學(xué)機(jī)械工程系教授約翰·哈特（JohnHart）制造的，他稱該微型頭像為“納米奧巴馬”，這種立體逼真頭像竟比鹽粒還要小。每個(gè)納米奧巴馬頭像包含著1.5億個(gè)碳納米管，這些碳納米管像叢林中的樹(shù)木一樣垂直地排列著，每個(gè)碳納米管都是中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，其直徑僅為人體頭發(fā)的五萬(wàn)分之一。據(jù)稱，哈特制造這件“納米藝術(shù)品”的目的在于讓更多人體驗(yàn)納米技術(shù)的魅力所在。

哈特說(shuō)：“‘納米奧巴馬’頭像是以一種獨(dú)特的方式向公眾呈現(xiàn)納米技術(shù)概念，同時(shí)，它將帶給人們更多的樂(lè)趣?！睘榱藙?chuàng)建“納米奧巴馬”頭像，他們采用了畫(huà)家謝潑德·費(fèi)爾雷（ShepardFairey）繪制的頗受歡迎的紅、白、藍(lán)色調(diào)構(gòu)成的奧巴馬素描頭像，哈特將這個(gè)素描頭像進(jìn)行縮小，并使用激光建立一個(gè)模板打印在一個(gè)玻璃板上。照射紫外線穿過(guò)這個(gè)玻璃板模具，投影在一張硅薄片上形成相應(yīng)的頭像。然后他們?cè)谶@個(gè)頭像圖形的基礎(chǔ)上生成碳納米管，在制造碳納米管時(shí)采用了高溫化學(xué)反應(yīng)。

之后研究人員使用電子顯微鏡對(duì)納米奧巴馬頭像進(jìn)行了拍照，其頭像僅有0.5毫米大小。除了制作納米藝術(shù)品之外，碳納米管還可以用于制造太陽(yáng)能電池，新型診斷和治療疾病的方法，新一代計(jì)算機(jī)處理器和內(nèi)存，以及更結(jié)實(shí)的輕型材料。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院56此雙壁碳納米管納機(jī)電系統(tǒng)用于測(cè)量單個(gè)金原子質(zhì)量

美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過(guò)打造世界首個(gè)全功能性的納米管裝置，成功建造了一個(gè)可以給金原子稱重的納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)。此項(xiàng)研究負(fù)責(zé)人物理學(xué)家亞歷克斯·澤特爾；此成果發(fā)表在最新出版的《自然-納米技術(shù)》雜志上。

此新式納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器由單個(gè)碳納米管組成，有雙層壁，具有全部電子特性，且硬度增加了。碳納米管的一端可自由活動(dòng)，而另一端入則連接在一個(gè)電極上，且距離相對(duì)的電極相當(dāng)近。來(lái)自電池或太陽(yáng)能電池上的直流電源與這對(duì)電極相連，導(dǎo)致它以某種波動(dòng)的共振頻率振動(dòng)。當(dāng)一個(gè)原子或分子被存放在此碳納米管上面時(shí)，此碳納米管的共振頻率就會(huì)因此原子或分子的質(zhì)量而改變，類似于不同體重的跳水運(yùn)動(dòng)員會(huì)改變跳水板的共振頻率一樣。此研究小組成員肯尼思·延森說(shuō)："讓碳納米管振動(dòng)很簡(jiǎn)單，難的就是探知其振動(dòng)的微小變化。我們通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)射或噴霧讓它產(chǎn)生了振動(dòng)，并探測(cè)到此碳納米管一端的電流變化。"利用此納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器，澤特爾小組對(duì)單個(gè)金原子稱了重量，其質(zhì)量為3.25x10^25千克。這意味著大約3億億億個(gè)金原子才能達(dá)到1千克。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院57神奇的納米世界

單根碳納米彈簧

靚麗的納米世界2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院582023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院59

酷似大力神杯的硅納米結(jié)構(gòu)

掃描隧道顯微鏡下的納米團(tuán)簇2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院602023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院61納米皇冠2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院62ⅠⅡⅢⅣ納米材料的應(yīng)用2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院63納米算盤(pán)

C60每10個(gè)一組，在銅表面形成世界上最小的算盤(pán)。

納米神算子——分子算盤(pán)科學(xué)家把碳60分子每十個(gè)一組放在銅的表面組成了世界上最小的算盤(pán)。與普通算盤(pán)不同的是，算珠不是用細(xì)桿穿起來(lái)，而是沿著銅表面的原子臺(tái)階排列的。

納米材料應(yīng)用2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院64納米齒輪納米軸承2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院65世界上最小的汽車(chē)——僅4nm2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院662010年1月6日，美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家表示，他們開(kāi)發(fā)出了寬度僅為人體頭發(fā)直徑1/50000的“納米賽車(chē)”，其性能超過(guò)了過(guò)去人們研發(fā)的同類“納米車(chē)”。研究人員認(rèn)為，新開(kāi)發(fā)的“納米賽車(chē)”有望加快人們獲得未來(lái)新一代分子機(jī)器的步伐。相關(guān)研究成果發(fā)表在近日出版的美國(guó)化學(xué)會(huì)《有機(jī)快報(bào)》雙周刊上。2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院67華裔教授王中林

在原子力顯微鏡的幫助下，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院王中林小組利用豎直結(jié)構(gòu)的氧化鋅（ZnO）納米線的獨(dú)特性質(zhì)，發(fā)明了能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的世界最小的發(fā)電裝置——直立式納米發(fā)電機(jī)。2006年圖：(a)低倍掃描電子顯維照片顯示兩個(gè)互相纏繞的、表面長(zhǎng)有氧化鋅納米線陣列的纖維，其中一個(gè)鍍有金。(b)高倍掃描電子顯維照片顯示兩纖維界面處的納米線對(duì)納米線結(jié)構(gòu)。(c)顯示多根纖維組成的纖維納米發(fā)電機(jī)的串/并連式連接來(lái)提高輸出電壓/電流。(圖片來(lái)源：王中林實(shí)驗(yàn)室)

世界上最小的發(fā)動(dòng)機(jī)-納米發(fā)動(dòng)機(jī)2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院68]神奇“納米球”發(fā)動(dòng)機(jī)的微觀世界/show/Z5QmGoUY-zARvsMAgFTjLA...html2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院69

2007年超聲波驅(qū)動(dòng)式直流納米發(fā)電機(jī)：超聲波帶動(dòng)的直流納米發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)原理和輸出的直流電流。電流隨超聲波的激發(fā)而起，停止而息。利用約五百根納米線可連續(xù)發(fā)出納安級(jí)的電流。

2008年交流納米發(fā)電機(jī)的示意圖以及當(dāng)來(lái)回彎曲時(shí)所給出的交流輸出電壓：納米布只要能動(dòng)（跑步、走路、心跳

）就能發(fā)電：肌肉活動(dòng)所帶動(dòng)的納米發(fā)電機(jī)2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院70納米發(fā)電機(jī)為血壓傳感器提供動(dòng)力

由氧化鋅納米線構(gòu)成的發(fā)電機(jī)

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院71世界最小直升機(jī)僅香煙盒大小PD-100黑黃蜂

據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，挪威ProxDynamics公司日前研制出一款迄今世界上最微小的“直升機(jī)”。這款納米“直升機(jī)”的體積只有一個(gè)香煙盒大小，持續(xù)飛行時(shí)間約25分鐘，未來(lái)可用于間諜活動(dòng)或者戰(zhàn)場(chǎng)偵察。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院72納米機(jī)器人進(jìn)入人體消化系統(tǒng)工作示意圖

像膠囊一樣的納米機(jī)器人醫(yī)生

重慶納米機(jī)器人“醫(yī)生”

重慶科研人員開(kāi)發(fā)的這種名為“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”的納米機(jī)器人。一種長(zhǎng)得十分奇特的“重慶籍醫(yī)生”目前在國(guó)際上名聲大噪——該醫(yī)生長(zhǎng)得像一顆膠囊，把它吞進(jìn)肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕上一目了然。它第二次被列入國(guó)家“863計(jì)劃”，前一次獲得了該計(jì)劃500萬(wàn)元基金支持，并于2004年獲得“863計(jì)劃”專家組驗(yàn)收該醫(yī)生“腰圍”11毫米，“身高”25.4毫米，長(zhǎng)得完全像一顆膠囊。并于2004年獲得“863計(jì)劃”專家組驗(yàn)收，但這種機(jī)器人目前還只能鉆進(jìn)人的肚子里通過(guò)傳輸圖像“瞧病”，還沒(méi)有治病的本事。

2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院73納米機(jī)器人

納米機(jī)器人的魅力之處在于：由于可以進(jìn)行自我復(fù)制，只需在體內(nèi)植入很少的量，便可達(dá)到治療目的。然而，所謂的魅力與可怕的危險(xiǎn)是同時(shí)存在的，納米機(jī)器人能在10小時(shí)內(nèi)復(fù)制680億個(gè)，在身體“防御盾”不斷被削弱的同時(shí)，人類成為生物和技術(shù)的合成體，也就是同時(shí)具備兩種特征。在這種情況下，抵抗是徒勞的。

生物醫(yī)藥技術(shù)2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院74

生物醫(yī)藥技術(shù)

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、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(kāi)顱、開(kāi)胸手術(shù)。-----中科院研究2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院75科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞特別喜歡吃納米顆粒，這有助于跟蹤癌細(xì)胞在人體內(nèi)的活動(dòng)2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院76

分子機(jī)器人(分子鉗在捕捉癌細(xì)胞)納米級(jí)分子機(jī)器是人類征服自然的整個(gè)宏偉藍(lán)圖中最富有想像力和創(chuàng)造力的部分。為了實(shí)現(xiàn)建造“多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)分子機(jī)器”的夢(mèng)想，四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院生物膜與膜蛋白實(shí)驗(yàn)室主任丘小慶和他領(lǐng)導(dǎo)的研究集體進(jìn)行了為期10年的研究，他們以數(shù)種細(xì)菌信息素、抗體模擬無(wú)核大腸菌素等為模本，構(gòu)建了數(shù)種融合蛋白(抗菌多肽和免疫毒素)。它們均特異性地攻擊了選定的靶細(xì)菌或靶細(xì)胞，其殺傷效力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有抗菌素和免疫毒素，而毒副作用卻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有抗菌素和免疫毒素。目前，科學(xué)家試圖在分子尺寸上組裝一種極其微小的裝置，其在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用前景廣闊2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院77

磁性材料磁性納米材料2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院78

圖為IBM的研究人員利用納米技術(shù)制作的硬盤(pán)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量超過(guò)現(xiàn)在硬盤(pán)存儲(chǔ)容量的100倍。從顯微鏡下我們可以觀察到（如圖8-9），現(xiàn)在的硬盤(pán)表面上看上去非常雜亂無(wú)章，而IBM發(fā)明的新材料的表面磁化顆粒更小，且排列均勻。

新型納米材料硬盤(pán)，容量增加100多倍2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院79左圖為現(xiàn)在存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面，IBM發(fā)明的新材料的表面-磁化顆粒更小，且排列均勻2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院80

磁性墨水驗(yàn)鈔機(jī)艾滋病新型檢測(cè)儀2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院81光學(xué)應(yīng)用納米光學(xué)纖維有孔納米光纖膜2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院82傳感器材料可燃性氣體泄漏報(bào)警器濕度傳感器2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院83傳感器材料紅外線傳感器由金超微粒子沉積在基板上形成的膜可用作紅外線傳感器，制成輻射熱測(cè)量器。輻射測(cè)量?jī)x2023/2/5臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院84

軍事上的應(yīng)用納米隱身涂料隱身戰(zhàn)斗機(jī)（表面涂有激光隱身涂料）“隱身”是指把物體偽裝起來(lái)不易被發(fā)