1 纳米技术与纳米材料.ppt

纳米技术与纳米材料一纳米技术的发展概况1纳米科技的概念与发展1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品”，这是关于纳米技术最早的梦想。七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。

1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具－－扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。7就在他提供1000美元奖金的几个月后，加州理工学院的物理学家威廉•麦克莱伦经过两个半月午饭时间的努力，就利用一架显微镜，牙签和一台钟表匠使用的车床，制成了边长还不到六十四分之一英吋的能发动的电动机。
费曼兑现了自己的诺言，不过他立刻陷入了家庭“经济危机”。因为他在六年之后才得诺贝尔奖，给麦克莱伦发奖之后，已身无分文。当时费曼刚和第三任妻子温妮丝结婚不久，有了孩子卡尔和米雪，又买了房子，所有的家庭开销全指望他那份教授工资呢。焦急之中，他劝那些想获得第二份费曼奖金的发明者：“悠着点！干慢点！松把劲！”其实他大可不必如此焦急。直到1985年11月斯坦福大学电子工程系的研究生汤姆•纽曼才解决了第二个问题，他用五百万分之一英吋的电子束作字母，将英国大文豪狄更斯的名著《双城记》的第一页缩写在两万五千分之一的书页面积上。
在纽曼获得第二份费曼奖金1000美元后两年三个月，费曼因患癌症辞世。1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。

1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。

2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞，并将细胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析判断。
2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维.沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕-225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。
这些研究表明纳米技术应用于医学的进展是十分迅速的。从1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。
日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；
德国专门建立纳米技术研究网；
美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。

2007年起，欧美各国纷纷建立新的纳米研究计划和纳米战略发展规划，预计2015年，各国纳米技术的科研总投入达到500亿美元，到2020年，产品市场达到2000-4000亿美元。13短片：
纳米是什么？
纳米技术改变我们的生活
2纳米科技研究的技术路线利用原子力显微镜针尖作为”笔”，一个固体基质（例如，金）作为”纸”，以及对固体基质有化学亲和力的分子作为”墨水”。
将分子从ＳＰＭ针尖毛细传输至固体基质上，直接书写亚微米尺度的包含一组分子的图形。“自下而上”的技术纳米材料的特异性能，粒子尺寸小，有效表面积大。

(1)小尺寸效应
(2)表面效应
(3)量子尺寸效应
(4)宏观隧道效应(1)纳米材料的表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。如：
从图中可以看出，粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的