纳米技术的基础知识.ppt

纳米技术一、纳米的基本知识2．纳米科技概念的提出与发展二、纳米科技的研究领域2.纳米器件纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。因此，纳米器件的研制和应用水平是进入纳米时代的重要标志。如前所述，纳米技术发展的一个主要推动力来自于信息产业。纳米电子学的目标是将集成电路的几何结构进一步减小，超越目前发展中遇到的极限，因而使得功能密度和数据通过量达到新的水平。在纳米尺度下，现有的电子器件把电子视为粒子的前提不复存在，因而会出现种种新的现象，产生新的效应，如量子效应。利用量子效应而工作的电子器件称为量子器件，像共振隧道二级管、量子阱激光器和量子干涉部件等。与电子器件相比，量子器件具有高速(速度可提高1000倍)、低耗(能耗降低1000倍)、高效、高集成度、经济可靠等优点。为制造具有特定功能的纳米产品，其技术路线可分为“自上而下”(topdown)和“自下而上”(bottomup)两种方式。“自上而下”是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化；而“自下而上，是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，·从而构筑成具有特定功能的产品。这种技术路线将减少对原材料的需求，降低环境污染。科学家希望通过纳米生物学的研究，进一步掌握在纳米尺度上应用生物学原理制造生物分子器件，目前，在纳米化工、生物传感器、生物分子计算机、纳米分子马达等方面，科学家都做了重要的尝试。3．纳米结构的检测与表征所谓“眼睛”，即可利用SPM直接观察原子、分子以及纳米粒子的相互作用与特性。所谓“手”，是指SPM可用于移动原子、构造纳米结构，同时为科学家提供在纳米尺度下研究新现象、提出新理论的微小实验室。同时，与纳米材料和结构制备过程相结合，以及与纳米器件性能检测相结合的多种新型纳米检测技术的研究和开发也受到广泛重视。如激光镊子技术可用于操纵单个生物大分子。三、纳米科技前景的展望传感器是纳米技术应用的一个重要领域。随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。比如，将微型传感器装在包装箱内，可通过全球定位系统，可对贵重物品的运输过程实施跟踪监督；将微型传感器装在汽车轮胎中，可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司机轮胎何时需要更换或充气；还有些可承受恶劣环境的微型传感器可放在发动机汽缸内，对发动机的工作性能进行监视。在食品工业领域，这种微型传感器可用来监测食物是否变质，比如把它安装在酒瓶盖上就可判断酒的状况等。
1．材料和制备用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。2．微电子和计算机技术纳米技术的发展，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。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。3．环境和能源4．医学与健康研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。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。5．生物技术在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等，在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能，生物仿生化学药品和生物可降解材料；动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等。6．航天和航空7．国家安全四、各国对纳米技术的积极应对美国于2000年2月宣布启动“国家纳米科技计划(NNI)”，在2001年财政年度拨款4.95亿美元以加强研究实力。政府认为纳米技术就像20世纪50年代的晶体管一样，其科研和工业化的应用将进一步促进美国经济的发展；为美国培养新世纪的技术人才；增强美国国际科技竞争力的需要；节约资源能源，保证美国未来的可持续发展；纳米技术是开发未来微型武器的技术基础，是国防工业的未来。
德国拟建立或改组六个政府与企业联合的研发中心，并启动国家级的研究计划。法国最近决定投资8亿法郎建立一个占地8公顷、建筑面积为6万平方米、拥有3500人的微米／纳米技术发明中心，配备最先进的仪器设备和超净室，并成立微米纳米技术之家，专门负责申请专利和帮助研究人员建立创新企业。
日本除继续推动早已开始的纳米科技计划外，每年投资2亿美元推动新的国家计划和新的研究中心建设。五、纳米的奇异特性超微颗粒表面原子百分数与颗粒直径的关系由上表可见，对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其