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1、纳米技术,纳米“纳米”是长度单位，1nm=10-9m即1纳米等于十亿分之一米，大约等于10个氢原子并排起来的长度，相当于万分之一头发的粗细。纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为介观世界。,纳米技术纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8m)到亿分之一米(10-9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子或原子团、分子团进行操纵和加工使其形成所需要的物质称为纳米技术。,人类对纳米技术的研究已有了50多年的历史。1959年，美国著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者理查德费曼认为：能够用宏观的机器来制造比其体
2、积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子线度。,纳米技术的发展,费曼幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。他认为：“物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物质的可能性”，并表示：“我深信不移，当人们能操纵细微物质的时候，将可获得极其丰富的新的物质的性质。”费曼对纳米技术的最早梦想，成为一个光辉的起点，人类开始了对纳米世界的探求。,科学家发现，在纳米的世界里，物质发生了质的飞跃。比如硅晶体是不发光的，但纳米硅却会发光；陶瓷在通常情况下是很硬、很脆的，如果采用纳米粉体制成纳米陶瓷，它也可以具有韧性；纳米材料还具有超塑性，室温下的纳米铜丝经过轧制，其长度可以从1cm延伸到1
3、00cm，其厚度可以从1mm减小到0.01mm。,1990年美国商业机器公司借助扫描隧道显微镜，在一小片镍晶体上用35个氙原子写出了该公司名称的缩写字母“IBM”，轰动全球。从此开创了一个崭新的纳米世界。,1991年元旦前夕，日本日立电子公司向公众展示了一个原子大小的新年祝词“peace91”（和平91）。每个字母的高度均小于1.5纳米，它是把硫原子一个一个地从二硫化钼晶体上轰击出来写成的。美国商业机器公司的“IBM”是在-263下拼出的，而日立公司的祝词则是在室温下完成的。该成就表明，纳米技术从此步入了实用阶段。,用扫描隧道显微镜的针尖将原子一个个地排列成汉字，汉字的大小只有几个纳米。,纳米
4、技术应用,1、纳米技术在陶瓷领域方面的应用2、纳米技术在微电子学上的应用3、纳米技术在生物工程上的应用 4、纳米技术在光电领域的应用5、纳米技术在化工领域的应用6、纳米技术在医学上的应用7、纳米技术在分子组装方面的应用8、纳米技术在其它方面的应用,纳米级微缩图象 1992年，日本电信电话公司在银-硒合金表面上以单个原子的线条画出爱因斯坦肖像。同年10月，“日立”公司又将硅原子排列成立体金字塔。由原子垒起的金字塔共18级台阶，每级2个原子高，其底边长仅为48纳米和36纳米。原子级线条的绘制成功，意味着可将2 000册杂志的文章浓缩在一个句点符号内。,陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工
5、业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国材料学家指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。,虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。,返回,纳米级微电子元件 日本日立中心实验室利用半导体材料砷化镍，率先开发新一代微电子元件。这些
6、电子元件呈细长的鬃状结晶形，粗仅20纳米，可使计算机的计算速度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。,超微型计算机 随着微电子技术的不断发展，集成度越来越高，计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小的芯片中。,1994年，IBM公司研制成新型巨磁电阻效应读出磁头，将磁盘的记录密度提高了17倍。,目前，在硬盘的驱动器上已经开始使用这项技术，产值已超过100亿美元年。,超微型电动机 1994年世界最小的电动机在美国6家科研单位的通力协作下完成，这架电动机主轴的直径仅有2103nm，体积只有一个红血球那么大。,
7、返回,虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用。,返回,纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。,除了能提高效率以外，无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。由于只
8、需要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关，适合用于光纤通信。,返回,纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是粒径小，比表面积大,光催化效率高。将金属纳米粒子掺杂到化纤制或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩，用于电池电极、化学成分探测器及作为高效率的热交换隔板材料等。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。,返回,随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭露头脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体，其线度在152
9、0nm之间，并且生物体内的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由流动。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。,科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。这样，在不久的将来，被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解，从而将使医学研究发生一次革命。,返回,1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的纳米算盘，该算盘的算珠由球状的C60分子构成。美国佐
10、治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种崭新的纳米秤，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该秤可以用来称取病毒的重量。,返回,微型机械 美国华盛顿大学制成直径仅有1104nm的金属齿轮，两个齿轮咬合在一起还不足一根人发的宽度。它可以用于微型机械、微型机器人、微型汽车、微型飞机的制造。用微型部件组装的汽车可以只有一粒米大小；用微型部件组装的飞机可以只有一粒花生米大小。,超微型环状激光器 在制导与反导弹防卫系统上，美国西北大学工程学院开发的超微激光器，形状似指环，直径仅有1104nm，不仅具有大型激光器的功能，而且携带方便，效果更佳。,利用先进的纳米技术，在不久的将来，可制成含有纳米电脑的可人-
11、机对话并具有自我复制能力的纳米装置，它能在几秒钟内完成数十亿个操作动作。在军事方面，利用昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报，使目标丧失功能。,利用纳米技术还可制成各种分子传感器和探测器。利用纳米羟基磷酸钙为原料，可制作人的牙齿、关节等仿生纳米材料。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。,另外，还可利用碳纳米管来制作储氢材料，用作燃料汽车的燃料储备箱。利用纳米颗粒膜的巨磁阻效应研制高灵敏度的磁传感器；利用具有强红外吸收能力的纳米复合体系来制备红外隐身材料，都是很具有应用前景的技术开发领域。,目前，在纳米领域，美国、日
12、本、德国的技术处于领先地位。我国紧跟其后，处于第二阶梯的前列。其中，纳米碳管技术处于世界一流水平，比如大面积定向碳管的合成、超长纳米碳管的制备等。,用纳米碳管建成的地月载人电梯构想图,纳米技术的发展和前景 当今世界各国的科学家以及产业界都认识到纳米技术将会成为高新技术，因此很多国家均投入了大量的资金和研究人员。美国在1999年投入2.55亿美元，2000年投入了4.95亿美元，是投入资金最多的国家，日本其次。我国在国家重点基础研究项目“973计划”中投资4000万人民币，重点支持国内的八家科研单位。,纳米技术极大地促进了生产力的发展，对经济、社会正在产生广泛而深刻的影响。据统计：全球纳米技术的
13、年产值已达500亿美元，预计到2020年将达到14 400亿美元。纳米技术将彻底改变传统的生产方式，改变目前的产品结构、产业结构，进而改变人们的生活方式，把人类的文明推向一个更高的阶段。,返回,纳米技术与生活,纳米技术与生活,纳米农用陶瓷浸种器具有吸收远红外线的功能，可使大水分子团产生共振分解成小水分子。小水分子带有大量动能，速度快，渗透力比普通水强30以上，容易进入生物体内，不断撞击生物体细胞，促进新陈代谢，增强抗病性，达到增产目的。,种植专用纳米863生物助长器,纳米技术可给人们带来健康食品。胆固醇含量过高会导致人体动脉硬化；在食品中加入植物固醇，如果能在大肠中被吸收，胆固醇吸收量便会减少
14、。植物固醇难以溶解，很难吸收；用纳米技术将植物固醇制成微粒，在一定的温度下将微 粒均匀分散于植物脂肪中，可大大增强人体对植物固醇 的吸收和利用。,植物固醇,纳米技术可以带来新食品。纳米技术可将纤维素粉碎成单糖、葡萄糖和纤维二糖等，使地球上丰富的有机物成为可利用的营养物质。利用纳米技术，只要操纵DNA链上少数几种核苷酸甚至改变几个原子的排列，就可培养出新的基因食品。,纳米破壁花粉,转基因食品,纳米材料促使抗菌服装出现。服装会沾染汗液、皮脂及其他分泌物，同时也粘附环境中的污物。这些污物是各种微生物的营养源，病菌在服装上不断繁殖，使污物产生臭味，导致皮炎及其他疾病。把纳米材料加到色浆中，通过织物与染
15、料的结合，使抗菌剂牢固附着在织物上，得到抗菌服装、抗菌毛巾、棉被、枕巾等织物。,抗菌衬衣和领带,纳米抗菌防静电面料,纳米毛巾：纳米毛巾纤维细度仅为头发丝的1/200，超细、超柔软、超长寿命。是纳米级的高科技产品。是时尚的更新换代性清洁日用品。纳米毛巾的六大显著特点：高吸水性（比普通毛巾多吸水30%）、去污强（能清洁皮肤毛孔，可代替洗面奶产品）、易洗涤、不脱色、不落毛、长寿命。,纳米毛巾,日本帝人公司将纳米ZnO和纳米SiO2放入化纤中，使其具有除臭功能，广泛用于制造绷带、手术服、护士服，还可用于内衣、外装等，有效预防和杜绝人与人之间、人与物之间的交叉感染。用对人体红外线有很强吸收作用的纳米微粒
16、添加到衣服纤维中，可提高衣服保暖效果，制成保暖内衣，同时还有抑菌和杀菌的效果。,保暖内衣,在水泥配料中加入部分收集的纳微米级粉尘，经均匀分散后，水泥烧成温度降低，还有利于改善水泥性能，提高水泥强度、耐久性等一系列指标。控制配料，还可获得一系列新品种水泥，如弹性水泥、延性水泥、太阳能水泥、远红外水泥、环境友好水泥等。,超细水泥,新装修的房间内空气中有机物浓度很高，从中可检测出几百种有机物，最主要的是甲醛、甲苯等对人体有害和致癌物。纳米材料可降解空气中的有害有机物，其中纳米TiO2的降解效果最好，可达到100。降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。,TiO2喷雾剂降解室内
17、甲醛,涂料可以美化居室，但是传统材料由于耐洗刷性差，时间不长，墙壁就变得斑驳陆离。纳米技术的应用，使涂料的许多指标都大幅度提高。外墙涂料的耐洗刷性就可以由原来的一千多次提高到一万多次，寿命也延长了两倍多。玻璃和瓷砖表面图上纳米薄层，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，任何粘在表面上的物质，包括油污、细菌等，在光的照射下，由于纳米的催化作用，可以变成气体或很容易被擦掉的物质。,新型纳米涂料-液体壁纸,纳米涂炭材料,洗衣机内部的环境非常潮湿，闲置几天就会滋生大量细菌。使用时间越长，细菌滋生越多，对衣物污染就越严重。长期使用这种洗衣机洗衣服，就有可能产生交叉感染，引发各种皮肤病。纳米银复合材料洗衣机外筒，能
18、增加韧性，具有耐摩擦、耐冲击的特点，还有很强的防垢能力，阻止污垢在桶壁沉积，保持洗衣机自身清洁。,小鸭纳米洗衣机,纳米空调借助纳米材料的抗菌效果，大肠杆菌杀灭率大于95，金黄色葡萄球菌杀灭率大于95，甲琉醛、乙硫醛的清除率可达98%。纳米冰箱是将其经常与人体和食物接触的部件都加入纳米抗菌成分(如托盘、搁物架、抽屉、蛋盒、门把手等)，可有效预防和杜绝细菌在冰箱表面存留，而且不沾染污垢。,空调中的抗菌装置,纳米抗菌冰箱,69的电能转化为红外线，仅少部分转化为光能。如何提高发光率，增加照明度一直是急需解决的问题。人们用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成多层干涉膜，衬在灯泡内壁，不但透光率好，而且有很
19、强的红外反射能力。这种灯泡亮度与传统的卤素灯相同时，可省电15。,高压钠灯,探照灯,生物波纳米水杯：经过了生物波纳米技术处理，一个看上去普普通通的水杯，如果倒入饮用水可以让水分子变得更小，更容易被人体吸收，可改善血液循环，而倒入牛奶则可以分解乳糖，倒入茶水可减少茶的涩味。我们平时喝的水，一半都是大分子团水，活性较差，经过生物波纳米杯作用，可以促使水分子之间的缔结断裂，形成小分子团水，使水具有强渗透力、强溶解力，增强含氧量，更容易被人体细胞吸收，有“活水”之称。而长期饮用这种水可以改善血液循环和微循环，促进新陈代谢，在一定程度上有利于调节肠胃功能、缓解便秘。,瑞士发现手机等移动通信装置产生的电磁
20、场对人的脑电流有明显的干扰；德国发现手机产生的射频电磁场会造成人体血管的收缩，导致人体血压升高，持续35分钟的射频电磁场辐射使血压平均升高5-10mmHg。手机电磁场还有可能引发使用者一系列健康问题或疾病，如疲劳、晕眩、呕吐、头疼，甚至导致老年痴呆症、脑癌及其他癌症。,香港科技大学研制成功一种对手机发出的微波有50以上吸收率的纳米薄膜，而且电磁辐射的频率越高，薄膜的吸收能力越强。这无疑给手机的制造商和使用者都带来福音。,手机防辐射薄膜,Nokia Morph 纳米概念手机,Nokia和剑桥大学联合推出了这款具有纳米技术的概念手机Morph（中文直译变种）。Morph极具柔韧性，可以任意弯曲变形，还具有表面自动清洁以及完全透明的电路设计，采用全屏幕显示，可以折叠，也可以弯曲成为一个手镯当饰品佩戴，同时无线耳机佩戴在衣服上便于行动中接听电话。Nokia Morph 纳米概念机探索的是未来纳米技术（材料特性）给个人移动终端带来的潜在创新。,
