納米技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1.納米技術(shù)內(nèi)容納米技術(shù)（nanotechnology）是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，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：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計量學(xué)等。納米技術(shù)(nanotechnology），也稱毫微技術(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)用的一種技術(shù)。納米技術(shù)是一門交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)重要涉及：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(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。這七個相對獨立又互相滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度的檢測與表征這三個研究領(lǐng)域。納米材料的制備和研究是整個納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。從迄今為止的研究來看，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念：第一種，是1986年美國科學(xué)家德雷克斯勒博士在《發(fā)明的機器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念，可以使組合分子的機器實用化，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)尚未取得重大進(jìn)展。第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限。也就是通過納米精度的"加工"來人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級的加工技術(shù)，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)成極限?，F(xiàn)有技術(shù)即使發(fā)展下去，從理論上講終將會達(dá)成限度，這是由于，假如把電路的線幅逐漸變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得極薄，這樣將破壞絕緣效果。此外，尚有發(fā)熱和晃動等問題。為了解決這些問題，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。本來，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級的結(jié)構(gòu)。DNA分子計算機、細(xì)胞生物計算機的開發(fā)，成為納米生物技術(shù)的重要內(nèi)容。2.納米技術(shù)的發(fā)展史1993年，第一屆國際納米技術(shù)大會(INTC)在美國召開，將納米技術(shù)劃分為6大分支：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計量學(xué)，促進(jìn)了納米技術(shù)的發(fā)展。由于該技術(shù)的特殊性，神奇性和廣泛性，吸引了世界各國的許多優(yōu)秀科學(xué)家紛紛為之努力研究。納米技術(shù)一般指納米級(0.1一100nm)的材料、設(shè)計、制造，測量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。納米技術(shù)重要涉及：納米級測量技術(shù)：納米級表層物理力學(xué)性能的檢測技術(shù)：納米級加工技術(shù)；納米粒子的制備技術(shù)；納米材料；納米生物學(xué)技術(shù)；納米組裝技術(shù)等。靈感來源納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學(xué)家理查德·費曼1959年所作的一次題為《在底部尚有很大空間》的演講。這位當(dāng)時在加州理工大學(xué)任教的專家向同事們提出了一個新的想法。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。費曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從此外一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進(jìn)行組裝，以達(dá)成我們的規(guī)定？他說：“至少依我看來，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個原子一個原子地制造物品的也許性?！标P(guān)鍵突破1990年，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對單個的原子進(jìn)行了重排，納米技術(shù)取得一項關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了IBM三個字母。這證明費曼是對的的，二個字母加起來還沒有3個納米長。不久，科學(xué)家不僅可以操縱單個的原子，并且還可以“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術(shù)，科學(xué)家們學(xué)會了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計算機硬盤讀寫頭使用的就是這項技術(shù)。著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼預(yù)言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢想。技術(shù)編年史70年代，科學(xué)家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想，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，為我們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用；1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生；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，強度卻是鋼的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點，諾貝爾化學(xué)獎得主斯莫利專家認(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)以及納米級電子線路等；1993年，繼1989年美國斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫”下斯坦福大學(xué)英文、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(biāo)志著中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)家初次成功地用單電子移動單電子，運用這種技術(shù)可望在2023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(jìn)行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它可以稱量十億分之一克的物體，即相稱于一個病毒的重量；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)合發(fā)明的紀(jì)錄；到1999年，納米技術(shù)逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達(dá)成500億美元；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1.16億美元增長到2023年的4.97億美元。中國也將納米科技列為中國的“973計劃”，其間涌出了像“安然納米”等一系列以納米科技為代表的高科技公司。我國的納米先鋒1993年，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(biāo)志著我國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地，并居于國際科技前沿；

1996年終，舟山普陀升興公司與中科院固體物理研究所合作，成功開發(fā)了納米家庭的重要一員--納米SiO2，使我國成為繼美、英、日、法國后，國際上第五個能批量生產(chǎn)此產(chǎn)品的國家；

1997年9月北京大學(xué)成立了納米科技研究中心，目前該中心已取得多項高水平的研究成果，有些方面已達(dá)成國際先進(jìn)水平。其中，由該中心與北京真空物理開放實驗室合作完畢的運用STM在有機復(fù)合薄膜上進(jìn)行的超高密度信息存儲研究，得到了1.3nm的信息點，比國際最小存儲點徑小了近一個量級，該成果被兩院院士評為1997年中國十大科技進(jìn)展的第4名。1991年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種典型的人造納米材料--碳納米管，但它的結(jié)構(gòu)具有多層壁、單壁等多種形態(tài)。北京大學(xué)化學(xué)院顧鎮(zhèn)南專家領(lǐng)導(dǎo)的研究組用簡樸的電弧法大量合成了單壁納米管，經(jīng)純化含量大于90％，并按規(guī)定化學(xué)剪切和修飾成長度為15至20納米，直徑約1.4納米的短管。電子學(xué)系薛增泉專家領(lǐng)導(dǎo)的研究組采用真空加工技術(shù)，使單壁碳納米短管組裝牢固豎立在黃金薄膜表面上，并用單壁碳納米管做出了世界上最細(xì)的、性能最佳的掃描探針，獲得了精美的熱解石墨的原子形貌像；用掃描隧道顯微探針測得了單壁短管的導(dǎo)電特性和大氣中室溫下的量子臺階和動態(tài)負(fù)阻特性的I-V曲線；運用單壁短管作為場電子顯微鏡（FEM）的電子發(fā)射源，拍攝到過去認(rèn)為不也許看到的原子像。

1997年12月，青島化工學(xué)院納米材料研究所崔作林、張志琨專家主持發(fā)明的“高熔點納米金屬催化劑的制備方法”榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，這是迄今我國納米科技領(lǐng)域獲得的最高等級的國家級獎勵；

1998年，清華大學(xué)范守善小組成功地制備出直徑為3－50納米、長度達(dá)微米量級的氮化鎵半導(dǎo)體一維納米棒，使我國在國際上初次把氮化鎵制備成一維納米晶體；

1998年，美國《科學(xué)》雜志上刊登了我國科學(xué)家的論文。我國科學(xué)家用非水熱合成法，制備出金剛石納米粉，被國際刊物譽為“稻草變黃金--從四氯化碳制成金剛石；”

1999年，中國科學(xué)院物理研究所解思深研究員率領(lǐng)的科研小組，不僅合成了世界上最長的“超級纖維”碳納米管，發(fā)明了一項“3毫米的世界之最”，并且合成出世界上最細(xì)的碳納米管；

1999年上半年，北京大學(xué)納米技術(shù)研究取得重大突破，電子學(xué)系專家薛增泉領(lǐng)導(dǎo)的研究組在世界上初次將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面，并組裝出世界上最細(xì)且性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。

1999年，中科院金屬研究所成會明博士合成出高質(zhì)量的碳納米材料，使我國新型儲氫材料研究一舉躍上世界先進(jìn)水平。

1999年12月，中國科技促進(jìn)經(jīng)濟投資公司與安康地區(qū)薯蕷產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司、旬陽縣農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司聯(lián)合興辦的陜西中科（旬陽）精細(xì)化工有限責(zé)任公司的年產(chǎn)3000噸納米級超細(xì)活性氧化鋅生產(chǎn)線在陜西旬陽縣建成投產(chǎn)。中科院在江蘇順利進(jìn)行了300噸中試之后，又移師旬陽，用中科院化工冶金研究所的“八五”成果NPP法新技術(shù)、新工藝，建成首期年產(chǎn)3000噸納米級超細(xì)活性氧化鋅和副產(chǎn)品4500噸硫酸銨鋅的工廠，產(chǎn)品性能、指標(biāo)達(dá)成國外同類先進(jìn)產(chǎn)品的水平，不僅能生產(chǎn)球型氧化鋅，還可制備針狀納米級氧化鋅，價格也較外國產(chǎn)品低廉。中科院運用高新技術(shù)開發(fā)西部資源的這一創(chuàng)新項目，使我國納米材料的研發(fā)水平躋身世界先進(jìn)行列。

2023年1月，華東理工大學(xué)技術(shù)化學(xué)物理研究所在引進(jìn)的俄羅斯15KW微波等離子體納米顆粒制備裝置上成功地開發(fā)了納米顆粒制備核心技術(shù)通過了上海市科委主持的鑒定。微波等離子體化學(xué)氣相合成是制備納米粒子的一類重要的方法，俄羅斯在微波等離子體化學(xué)氣相合成研究方面處在國際領(lǐng)先地位，他們率先建立了國際上功率最高的微波等離子體化學(xué)氣相合成裝備。為了縮短我國與國外的差距，上海市科委和上海市新興技術(shù)和新興工業(yè)辦公室聯(lián)合立項，由華東理工大學(xué)技物所承擔(dān)該套裝置的引進(jìn)任務(wù)。通過3年的艱苦努力，華東理工大學(xué)的專家們成功地完畢了裝置的引進(jìn)，并消化掌握了該套設(shè)備及納米顆粒制備核心技術(shù)，開發(fā)了快速冷凝控制粒子生長和凝并技術(shù)，制取了涉及Mo、TiN、TiO2和ZrO2在內(nèi)的多種金屬、氮化物和氧化物納米粒子，并提出納米顆粒的形態(tài)控制方法。通過兩年來的正常運營表白，該裝置功率大，可適應(yīng)多種等離子氣氛，可用氣、液、固形態(tài)進(jìn)料，特別適合于制備納米金屬及非氧化物顆粒。

3.納米材料納米材料：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。這種既具不同于本來組成的原子、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。假如僅僅是尺度達(dá)成納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，經(jīng)常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域事實上大量存在于自然界，只是以前沒有結(jié)識到這個尺度范圍的性能。第一個真正結(jié)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(jì)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，它就失去本來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比本來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化的細(xì)小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。納米金屬材料是20世紀(jì)80年代中期研制成功的，后來相繼問世的有納米半導(dǎo)體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料等。納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nanometermaterial)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)由于強相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質(zhì)。納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nanoparticle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)提成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。納米技術(shù)的廣義范圍可涉及納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。納米材料具有一定的獨特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定限度時，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點來描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以兩者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面充滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結(jié)，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。就熔點來說，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處在不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，導(dǎo)致超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是導(dǎo)致熔點下降，同時納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料。一般常見的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優(yōu)異的磁性材料。納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長，因此將與入射光產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用。金屬在適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸取光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸取率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測器材料。納米技術(shù)在世界各國尚處在萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進(jìn)國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。納米材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展1861年，隨著膠體化學(xué)的建立，科學(xué)家們開始了對直徑為1~100nm的粒子體系的研究工作。真正故意識的研究納米粒子可追溯到20世紀(jì)30年代的日本的為了軍事需要而開展的“沉煙實驗”，但受到當(dāng)時實驗水平和條件限制，雖用真空蒸發(fā)法制成了世界第一批超微鉛粉，但光吸取性能很不穩(wěn)定。到了20世紀(jì)60年代人們開始對分立的納米粒子進(jìn)行研究。1963年，Uyeda用氣體蒸發(fā)冷凝法制的了金屬納米微粒，并對其進(jìn)行了電鏡和電子衍射研究。1984年德國薩爾蘭大學(xué)（SaarlandUniversity)的Gleiter以及美國阿貢實驗室的Siegal相繼成功地制得了純物質(zhì)的納米細(xì)粉。Gleiter在高真空的條件下將粒子直徑為6nm的鐵粒子原位加壓成形，燒結(jié)得到了納米微晶體塊，從而使得納米材料的研究進(jìn)入了一個新階段。1990年7月在美國召開了第一屆國際納米科技技術(shù)會議（InternationalConferenceonNanoscience&Technology)，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個新分支。自20世紀(jì)70年代納米顆粒材料問世以來，從研究內(nèi)涵和特點大體可劃分為三個階段：第一階段（1990年以前）：重要是在實驗室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究評估表征的方法，探索納米材料不同于普通材料的特殊性能；研究對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這種材料稱為納米晶或納米相材料。第二階段（1990~1994年）：人們關(guān)注的熱點是如何運用納米材料已發(fā)掘的物理和化學(xué)特性，設(shè)計納米復(fù)合材料，復(fù)合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。第三階段（1994年至今）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)材料體系正在成為納米材料研究的新熱點。國際上把這類材料稱為納米組裝材料體系或者納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系。納米材料的四大效應(yīng)納米材料是指晶粒尺寸為納米級（１０～ｍ）的超細(xì)材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般為１～１０ｎｍ．它涉及體積分?jǐn)?shù)近似相等的兩個部分．一是直徑為幾個或幾十個納米的粒子．二是粒子間的界面．前者具有長程序的晶狀結(jié)構(gòu)，后者是既沒有長程序也沒有短程序的無序結(jié)構(gòu)納米材料由于其獨特的尺寸結(jié)構(gòu)，使得納米材料有著傳統(tǒng)材料不具有的特性．即四大效應(yīng)，１表面效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變化而急劇增大后引起的性質(zhì)上的變化．球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積／體積）與直徑成反比．隨著顆粒直徑變?。缺砻娣e將會顯著地增長，說明表面原子所占的原子數(shù)將會顯著地增長．通常，對直徑大于１００ｎｍ的顆粒表面效應(yīng)可忽略不計．當(dāng)尺寸小于１０nm時．其表面原子數(shù)急劇增長，甚至１克納米顆粒的表面積的總和可高達(dá)１００ｍ２．這時的表面效應(yīng)將不容忽略．納米顆粒的表面與大塊物體的表面，若用高倍率電子顯微鏡對金屬納米顆粒（直徑為２ｎｍ）進(jìn)行電視攝像，實時觀測，發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)．隨著時間的變化會自動形成多種形狀（如立方八面體、十面體、二十面體多孿晶等，它既不同于一般固體，又不同予液體．是一種準(zhǔn)固體。由于表面原子數(shù)增多，原子配位局限性及高的表面能，使這些原子易與其他原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性，例如金屬的納米粒子在空氣中會燃燒，無機的納米粒子在空氣中會引吸氣體，并與氣體進(jìn)行反映２小尺寸效應(yīng)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)，當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長，以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特性尺寸相稱或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞；非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)．對納米顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增長，從而產(chǎn)生一系列新奇的性質(zhì)．一是光學(xué)性質(zhì)，金屬納米顆粒對光的反射率很低．通常低于１％，大約幾微米的厚度就能完全消光．所以．所有的金屬在納米顆粒狀態(tài)下都呈現(xiàn)黑色；二是熱學(xué)性質(zhì)，固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時．其熔點是固定的，納米顆粒的熔點卻會顯著減少．例如，金的常規(guī)熔點是1064℃，10nm顆粒熔點減少了27℃，２nm的熔點僅為327℃；三是磁學(xué)性質(zhì)，小尺寸的納米顆粒磁性與大塊材料顯著不同，大塊的純鐵矯頑力約為踟Ａ／ｍ，而直徑小于20nm時，其矯頑力可以增長1000倍．當(dāng)直徑小于6nm時．其矯頑力反而減少為零，呈顯出超順磁性．可廣泛地應(yīng)用于電聲器件、阻尼器件等．運用等離子共振頻率隨顆粒尺寸變化的性質(zhì)．可以改變顆粒尺寸來控制吸取邊的位移，制造具有一定頻寬的微渡吸取納米材料．它們可用于電磁渡屏蔽和隱形飛機等３量子尺寸效應(yīng)大塊材料的能帶可以看作是準(zhǔn)連續(xù)的，而介于原子和大塊材料之間的納米材料的能帶將分裂為分立的能級．能級聞的間距隨顆粒尺寸減小而增大．當(dāng)熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈顯出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)．例如導(dǎo)電的金屬在納米顆粒時可以變成絕緣體，磁距的大小與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會反常變化４宏觀量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)．宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及實用都有著重要意義．它限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息貯存的時間極限．量子尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)將會是未來微電子器件的基礎(chǔ)，它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)～步微型化的極限．當(dāng)微電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時．必須要考慮上述的量子效應(yīng)4納米材料的檢測掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡scanningtunnelingmicroscope縮寫為STM。它作為一種掃描探針顯微術(shù)工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀測和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下（4K）可以運用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測量工具又是加工工具。工作原理掃描隧道顯微鏡是根據(jù)量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)原理，通過探測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。根據(jù)量子力學(xué)原理，由于電子的隧道效應(yīng)，金屬中的電子并不完全局限于金屬表面之內(nèi)，電子云密度并不是在表面邊界處突變?yōu)榱恪Ｔ诮饘俦砻嬉酝?，電子云密度呈指?shù)衰減，衰減長度約為1nm。用一個極細(xì)的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與被研究物質(zhì)(稱為樣品)的表面作為兩個電極，當(dāng)樣品表面與針尖非?？拷?距離＜1nm)時，兩者的電子云略有重疊，如圖1所示。若在兩極間加上電壓U，在電場作用下，電子就會穿過兩個電極之間的勢壘，通過電子云的狹窄通道流動，從一極流向另一極，形成隧道電流I。隧道電流I的大小與針尖和樣品間的距離s以及樣品表面平均勢壘的高度有關(guān)，其關(guān)系為，式中A為常量。假如s以nm為單位，以eV為單位，則在真空條件下，A≈1，。由此可見，隧道電流I對針尖與樣品表面之間的距離s極為敏感，假如s減小0.1nm，隧道電流就會增長一個數(shù)量級。當(dāng)針尖在樣品表面上方掃描時，即使其表面只有原子尺度的起伏，也將通過其隧道電流顯示出來。借助于電子儀器和計算機，在屏幕上即顯示出樣品的表面形貌。工作方式恒電流模式運用一套電子反饋線路控制隧道電流I，使其保持恒定。再通過計算機系統(tǒng)控制針尖在樣品表面掃描，即是使針尖沿x、y兩個方向作二維運動。由于要控制隧道電流I不變，針尖與樣品表面之間的局域高度也會保持不變，因而針尖就會隨著樣品表面的高低起伏而作相同的起伏運動，高度的信息也就由此反映出來。這就是說，STM得到了樣品表面的三維立體信息。這種工作方式獲取圖象信息全面，顯微圖象質(zhì)量高，應(yīng)用廣泛。恒高度模式對樣品進(jìn)行掃描過程中保持針尖的絕對高度不變；于是針尖與樣品表面的局域距離將發(fā)生變化，隧道電流I的大小也隨著發(fā)生變化；通過計算機記錄隧道電流的變化，并轉(zhuǎn)換成圖像信號顯示出來，即得到了STM顯微圖像。這種工作方式僅合用于樣品表面較平坦、且組成成分單一(如由同一種原子組成)的情形。從STM的工作原理可以看到：STM工作的特點是運用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取顯微圖像，而不需要光源和透鏡。這正是得名“掃描隧道顯微鏡”的因素原子力顯微鏡它重要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運動檢測裝置、監(jiān)控其運動的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計算機控制的圖像采集、顯示及解決系統(tǒng)組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充足接近互相之間存在短程互相斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM測量對樣品無特殊規(guī)定，可測量固體表面、吸附體系等。工作原理原子力顯微鏡（atomicforcemicroscope，簡稱AFM）運用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測樣品原子之間的作用力，從而達(dá)成檢測的目的，具有原子級的分辨率。由于原子力顯微鏡既可以觀測導(dǎo)體，也可以觀測非導(dǎo)體，從而填補了掃描隧道顯微鏡的局限性。原子力顯微鏡是由IBM公司蘇黎世研究中心的格爾德·賓寧與斯坦福大學(xué)的CalvinQuate于一九八五年所發(fā)明的，其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用類似掃描探針顯微鏡（SPM）的觀測方法。原子力顯微鏡（AFM）與掃描隧道顯微鏡（STM）最大的差別在于并非運用電子隧穿效應(yīng)，而是檢測原子之間的接觸，原子鍵合，范德瓦耳斯力或卡西米爾效應(yīng)等來呈現(xiàn)樣品的表面特性。具體\o"查看圖片"圖1.激光檢測原子力顯微鏡探針工作示意圖原子力顯微鏡的基本原理是：將一個對薄弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極薄弱的排斥力，通過在掃描時控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將相應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運動。運用光學(xué)檢測法或隧道電流檢測法，可測得微懸臂相應(yīng)于掃描各點的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。下面，我們以激光檢測原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscopeEmployingLaserBeamDeflectionforForceDetection,Laser-AFM）——掃描探針顯微鏡家族中最常用的一種為例，來具體說明其工作原理。如圖1所示，二極管激光器（LaserDiode）發(fā)出的激光束通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦在微懸臂（Cantilever）背面，并從微懸臂背面反射到由光電二極管構(gòu)成的光斑位置檢測器（Detector）。在樣品掃描時，由于樣品表面的原子與微懸臂探針尖端的原子間的互相作用力，微懸臂將隨樣品表面形貌而彎曲起伏，反射光束也將隨之偏移，因而，通過光電二極管檢測光斑位置的變化，就能獲得被測樣品表面形貌的信息。\o"查看圖片"子力顯微鏡——原理圖在系統(tǒng)檢測成像全過程中，探針和被測樣品間的距離始終保持在納米（10e-9米）量級，距離太大不能獲得樣品表面的信息，距離太小會損傷探針和被測樣品，反饋回路(Feedback）的作用就是在工作過程中，由探針得到探針-樣品互相作用的強度，來改變加在樣品掃描器垂直方向的電壓，從而使樣品伸縮，調(diào)節(jié)探針和被測樣品間的距離，反過來控制探針-樣品互相作用的強度，實現(xiàn)反饋控制。因此，反饋控制是本系統(tǒng)的核心工作機制。本系統(tǒng)采用數(shù)字反饋控制回路，用戶在控制軟件的參數(shù)工具欄通過以參考電流、積分增益和比例增益幾個參數(shù)的設(shè)立來對該反饋回路的特性進(jìn)行控制。工作方式原子力顯微鏡的工作模式是以針尖與樣品之間的作用力的形式來分類的。重要有以下3種操作模式：接觸模式（contactmode)，非接觸模式（non-contactmode)和敲擊模式(tappingmode）。接觸模式從概念上來理解，接觸模式是AFM最直接的成像模式。正如名字所描述的那樣，AFM在整個掃描成像過程之中，探針針尖始終與樣品表面保持緊密的接觸，而互相作用力是排斥力。掃描時，懸臂施加在針尖上的力有也許破壞試樣的表面結(jié)構(gòu)，因此力的大小范圍在10-10～10-6N。若樣品表面柔嫩而不能承受這樣的力，便不宜選用接觸模式對樣品表面進(jìn)行成像。非接觸模式非接觸模式探測試樣表面時懸臂在距離試樣表面上方5～10nm的距離處振蕩。這時，樣品與針尖之間的互相作用由范德華力控制，通常為10-12N，樣品不會被破壞，并且針尖也不會被污染，特別適合于研究柔嫩物體的表面。這種操作模式的不利之處在于要在室溫大氣環(huán)境下實現(xiàn)這種模式十分困難。由于樣品表面不可避免地會積聚薄薄的一層水，它會在樣品與針尖之間搭起一小小的毛細(xì)橋，將針尖與表面吸在一起，從而增長尖端對表面的壓力。敲擊模式敲擊模式介于接觸模式和非接觸模式之間，是一個雜化的概念。懸臂在試樣表面上方以其共振頻率振蕩，針尖僅僅是周期性地短暫地接觸/敲擊樣品表面。這就意味著針尖接觸樣品時所產(chǎn)生的側(cè)向力被明顯地減小了。因此當(dāng)檢測柔嫩的樣品時，AFM的敲擊模式是最佳的選擇之一。一旦AFM開始對樣品進(jìn)行成像掃描，裝置隨即將有關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰頂之間的最大距離等，用于物體表面分析。同時，AFM還可以完畢力的測量工作，測量懸臂的彎曲限度來擬定針尖與樣品之間的作用力大小。5.納米生物醫(yī)學(xué)納米生物技術(shù)通過對細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的人工設(shè)計與工程操作，從而產(chǎn)生了新的一類在體（invivo）納米生物技術(shù)，開發(fā)納米生物計算機、細(xì)胞機器人、生物細(xì)胞制藥廠等新技術(shù)。定義：生物納米技術(shù)是指在納米尺度上結(jié)識生物分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系，并在此基礎(chǔ)上岸研究者的意愿組合，裝配，發(fā)明出滿足人們意愿并行使特定功能的生物納米機器。納米生物學(xué)定義，內(nèi)容，內(nèi)含，特點不同于宏觀生物學(xué)，納米生物學(xué)是從微觀的角度來觀測生命現(xiàn)象、并以對分子的操縱和改性為目的的。納米生物學(xué)發(fā)展時間不長就已經(jīng)取得了可喜的成績。生物科學(xué)家在納米生物學(xué)領(lǐng)域提出了許多富有挑戰(zhàn)性的新觀念。納米生物學(xué)的加工技術(shù)可以向生物細(xì)胞學(xué)習(xí)。納米科技在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1子力顯微鏡(AFM)的應(yīng)用AFM是納米生物技術(shù)中的一項十分重要的研究工具,在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用得非常廣泛。與其他生物技術(shù)相比,具有如下特點:分辨率高(可達(dá)分子水平);可在生理條件下觀測;樣品制備簡樸;圖像可以三維形式直接顯示;可以進(jìn)行動態(tài)觀測;可以對樣品的納米性質(zhì)進(jìn)行定量分析。1.1.1觀測高精度的表面三維形態(tài)圖像已用AFM觀測過的生物樣品涉及蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA和RNA等生物大分子以及人血小板、病毒、活細(xì)胞等。目前開展最多也最成熟的是觀測生物樣品的表面結(jié)構(gòu),如細(xì)胞和細(xì)胞器的表面形態(tài)DNA和蛋白質(zhì)大分子的二級結(jié)構(gòu),以及構(gòu)成病毒衣殼的衣殼粒的表面排列方式等實時追蹤觀測生物樣品的生理變化由于能直接觀測活細(xì)胞,因此可以運用AFM實時追蹤觀測細(xì)胞和細(xì)胞器的生理變化,如細(xì)胞活動周期的變化。在實時觀測生物分子的活動中,AFM也是一種抱負(fù)的手段,如可以觀測DNA和蛋白質(zhì)等生物大分子的構(gòu)象變化,大分子晶體的晶核形成和結(jié)晶化過程,以及某些生物分子的工作過程等。運用AFM還可以實時觀測病毒的毒粒消退過程[4]和細(xì)菌S-層的形成。測量生物樣品間互相作用力將單個分子連接在AFM的針尖上,與固定在云母等基底上的特異分子互相作用,根據(jù)探針懸臂的變化可以測得這對特異分子的互相作用力,其精度可達(dá)10-11N。假如這種力具有更高的特異性,可以根據(jù)所測得的力定性地測知被測樣品是什么。目前這方面的研究很多,涉及細(xì)胞-細(xì)胞、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、酶-底物[5,6]、抗原-抗體、受體-配體、藥物-靶標(biāo)以及其他許多生物復(fù)合物之間的互相作用。測量生物樣品表面的理化性質(zhì)運用AFM還可以測量生物樣品表面的某些理化性質(zhì),如黏性、彈性、硬度等。在用AFM測量豚鼠外毛細(xì)胞(outerhaircells,OHCs)的力學(xué)性質(zhì)(mechanicalproperties)時發(fā)現(xiàn),在細(xì)胞頂點處的力學(xué)性質(zhì)最大,比基底部和中部區(qū)域要大3倍,此外發(fā)現(xiàn)隨著細(xì)胞的長度增長,其表面楊氏模量減小[7]納米技術(shù)在診療上的應(yīng)用最近,國外科學(xué)家Kim等最近研制出了一種多聚復(fù)合納米顆粒(NPs),可用于癌細(xì)胞的檢測：①以一種可降解生物多聚物(PLGA)作為基質(zhì),將化學(xué)治療藥物(阿霉素)以納米顆粒的形式納入到了聚合納米顆?；|(zhì)當(dāng)中；②將CdSe/ZnS半導(dǎo)體量子點(QDs)或超順磁性的納米晶體四氧化三鐵嵌入該基質(zhì)中；③通過聚乙二醇基團(tuán)將對癌細(xì)胞有靶向作用的葉酸連接到被修飾的PLAG上,構(gòu)成了一個完整的NPs；④在癌細(xì)胞上有過量表達(dá)的葉酸受體,連有葉酸的NPs通過抗原抗體結(jié)合反映偵查到癌細(xì)胞并進(jìn)行光學(xué)成像,可以通過核磁共振和熒光成像來觀測抗原抗體的結(jié)合進(jìn)而對癌細(xì)胞進(jìn)行監(jiān)測。同時,通過四氧化三鐵的磁導(dǎo)作用將阿霉素運送到癌細(xì)胞附近,殺死癌細(xì)胞。標(biāo)示，治療6.納米材料的制備按制備原理分為：物理和化學(xué)按生成介質(zhì)分為：固液氣物理方法應(yīng)用納米技術(shù)制成的服裝真空冷授法：用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。其特點純度高、結(jié)晶組織好、位度可控，但技術(shù)設(shè)備規(guī)定高。物理粉碎法：透過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點操作簡樸、成本低，但產(chǎn)晶純度低，順粒分布不均勻。機械球磨法：采用球磨方法，控制適當(dāng)?shù)臈l件得到純元素、合金或復(fù)合材料的納米粒子。其特點操作簡樸、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻?；瘜W(xué)方法氣相沉積法：運用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反映合成納米材料。其特點產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。沉淀法：把沉淀劑加人到鹽溶液中反映后，將沉淀熱解決得到納米材料.其特點簡樸易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備載化物。水熱合成法：高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱解決得納米粒子。其特點純度高，分散性好、拉度易控制。溶膠凝膠法：金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低沮熱解決而生成納米粒子。其特點反映物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制，適于氧化物和11一VI族化合物的制備?；杖橐悍ǎ簝桑夯ゲ幌嗳艿娜軇┰诒砻婊钚詣┑淖饔孟滦纬扇橐?，在徽泡中經(jīng)成核，聚結(jié)、團(tuán)聚、熱解決后得納米粒子。其特點粒子的單分散和接口性好，11一VI族半導(dǎo)體納米粒子多用此法制備。液相法是目前實驗室和工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的合成超微粉體材料的方法.與氣相法比較有如下優(yōu)點:①在反映過程中運用多種精制手段;②通過得到的超細(xì)沉淀物,可很容易制取高反映活性的納米粉體重要特性:①可精確控制化學(xué)組成;②容易添加微量有效成分,制成多種成分均一的納米粉體;③納米粉體材料表面活性高;④容易控制顆粒的尺寸和形狀;⑤工業(yè)化生產(chǎn)成本低.環(huán)節(jié)多，容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象固相法突出優(yōu)點是操作方便,合成工藝簡樸,粒徑均勻,且力度可控,污染少,同時又可以避免或減少液相中易出現(xiàn)的硬團(tuán)聚現(xiàn)象,成本低.，適合規(guī)模生產(chǎn)

缺陷是組成不易均勻,微粒易團(tuán)聚,微粒直徑分布寬.，不適宜于納米線，納米棒，納米膜制備

可以運用該方法制備納米SI3N4SICZNOSNONIO等金屬氧化物氣相法制備的材料顆粒都比較小，這是優(yōu)勢，而缺陷就是能耗大7納米電子，納米加工的發(fā)展史納米電子涉及基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢規(guī)定器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷，更小，是指響應(yīng)速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界，它的影響將是巨大的。從歷史發(fā)展的角度來看，任何一個新興學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展，都具有鮮明的時代特性，并植根于當(dāng)時科學(xué)發(fā)展的肥沃土壤。如量子力學(xué)的出現(xiàn)導(dǎo)致了固體能帶理論的形成和固態(tài)電子器件的誕生，使微電子技術(shù)獲得了迅速發(fā)展，就是明顯例證。本世紀(jì)初興起的納米電子學(xué)研究，也同樣具有深刻的社會與科技發(fā)展背景。一般認(rèn)為納米電子的由來與發(fā)展有兩條途徑：一條是以無機材料的固態(tài)電子器件尺寸和維度不斷變小的自上而下的發(fā)展途徑；另一條則是基于化學(xué)有機高分子和生物分子的自組裝功能器件尺度逐漸變大的自下而上的發(fā)展過程?；诠虘B(tài)電子器件尺寸不斷變小的自上而下發(fā)展途徑１９５８年，美國科學(xué)家基爾比發(fā)明了集成電路，開創(chuàng)了微電子技術(shù)發(fā)展的新時代。特別是１９６０年以后，ＭＯＳ晶體管及其集成電路的出現(xiàn)，開始了微電子工業(yè)蓬勃發(fā)展的歷史進(jìn)程。１９６５年，英特爾公司的創(chuàng)始人摩爾科學(xué)而及時地總結(jié)了集成電路的發(fā)展規(guī)律，提出了著名的“摩爾定律”，即集成電路的集成度每３年增長４倍。迄今為止，ＭＯＳ集成電路一直嚴(yán)格遵循這一定律發(fā)展。從最初每個芯片上僅有６４個晶體管的小規(guī)模集成電路，發(fā)展到今天能集成上億個器件的甚大規(guī)模集成電路。預(yù)計到２０１４年，器件特性尺寸為３５ｎｍ的集成電路將投入批量生產(chǎn)，此后將進(jìn)人以納米ＣＭＯＳ晶體管為主的納米電子學(xué)時代?？v觀半導(dǎo)體集成電路的整個發(fā)展歷程可以看出，微電子器件特性尺寸的按比例縮小原理起了至關(guān)重要的作用，也正是這種器件尺寸日漸小型化的發(fā)展趨勢，促使人們所研究的對象由宏觀體系進(jìn)入到納米體系。從這個意義上說，納米電子學(xué)是微電子學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果“。自上而下發(fā)展途徑的另一個分支是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的低維化。１９６９年，日本著名物理學(xué)家江崎及其合作者所提出的半導(dǎo)體超晶格概念，具有巨大的創(chuàng)新意義和潛在的應(yīng)用前景。從１９７０年到１９９０年，是半導(dǎo)體超晶格與量子研究的黃金時期。在這２０年中，不僅它們自身獲得了令世人矚目的進(jìn)展。特別重要的是其開創(chuàng)了凝聚態(tài)物理學(xué)新進(jìn)展中低維物理研究的全新領(lǐng)域。２０世紀(jì)９０年代初期，納米科學(xué)技術(shù)在全世界急速興起，首當(dāng)其沖的是納米材料的制備、表征與物性研究。一時之間各種納米材料的形成技術(shù)應(yīng)運而生，其中，分子自組裝技術(shù)用于有機納米團(tuán)簇與超分子的制備引起了化學(xué)與材料學(xué)家的廣泛重視。這是由于此類材料在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、機械以及催化和環(huán)保等許多領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用價值。分子自組裝的最重要應(yīng)用，則是運用該技術(shù)制作具有特定功能的納米量子器件，無疑這是一條納米電子學(xué)的自下而上的發(fā)展途徑。發(fā)展納米電子學(xué)的此外一條重要途徑就是由無機材料構(gòu)成的納米微粒、納米薄膜和納米固體的研究。１９８６年，德國的著名材料物理學(xué)家格萊特專家率先采用物理方法制備了由納米晶粒和晶粒間兩種形成的納米固體材料，在世界范圍內(nèi)引起了轟動。其后，人們紛紛采用各種工藝，如分子束外延、激光燒蝕沉積、磁控濺射、等離子體化學(xué)汽相沉積、凝膠-溶膠法和高能離子注入等沉積生長了各類納米薄膜材料，并設(shè)計和制作了一系列低維量子結(jié)構(gòu)器件。納米電子學(xué)的概念概括起來就是：它是一個采用納米結(jié)構(gòu)材料所具有的各種量子化效應(yīng)，通過適宜的納米加工技術(shù)，設(shè)計并制作具有實用化的納米量子器件及其集成電路的學(xué)科分支。２０世紀(jì)下半葉，以ＭＯＳ晶體管集成電路為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)，對信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了極大推動作用。那么２１世紀(jì)上半葉，以納米量子器件及集成為基礎(chǔ)的納米電子技術(shù)，將對信息、材料、生物以及環(huán)境技術(shù)等產(chǎn)生比微電子技術(shù)更加長遠(yuǎn)和更加廣發(fā)的革命性影響。但是，從整體發(fā)展而言，目前納米電子學(xué)尚處于起步階段，它是一個綜合了多學(xué)科的匯合點。它的發(fā)展不僅有重大的基礎(chǔ)理論意義，并且又有非常誘人的應(yīng)用前景，有也許為人類的文明與進(jìn)步帶來潛在的經(jīng)濟和社會效益。納米加工納米級精度的加工和納米級表層的加工，即原子和分子的去除、搬遷和重組是納米技術(shù)重要內(nèi)容之一。納米加工技術(shù)擔(dān)負(fù)著支持最新科