纳米材料介绍分解.ppt

物理科学与技术学院
方鹏飞第五章纳米材料5.1纳米和纳米技术

纳米（Nanometer）又称毫微米，是一种长度单位.把1米分成10亿份,每一份就是1纳米（1nm=10-9m）。
1982年,一种奇特的显微镜(扫描隧道显微镜)发明后,便诞生了一门以0.1至100纳米尺度空间为研究对象的前沿学科,也就是研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新学科,它就是纳米科技。蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范围
光合作用在“纳米车间”进行
细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂”
莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应”
纳米结构是生命现象中基本的东西纳米技术的发展历史
1959年，美国著名的物理学家，诺贝尔奖获得者费曼：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能够移动原子，那么这将给科学带来什么！”对纳米科技的预言人们常说的小尺寸大世界。
1990年7月，在美国巴尔的摩召开了国际首届纳米科学技术会议；1996年，在中国召开了第四届纳米科技学术会议。
首届（1992年）纳米材料会议在墨西哥召开；
1994年在德国斯图加特召开了第二届国际纳米材料学术会议；
1996年在美国夏威夷召开第三届国际会议；
1998年在瑞典斯德哥尔摩召开了第四届纳米材料会议；
2000年在日本仙台举行第五届国际纳米材料会议。
纳米这项新技术的诞生,其用途之广,涉及领域之多,前所未有。纳米技术是一门崭新的交叉学科,学科领域涵盖纳米物理学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学、纳米医学、纳米显微学、纳米计量学和纳米制造等,有着十分宽广的学科领域。二十一世纪,纳米技术将广泛应用于信息、医学和新材料领域。

在未来的20至30年内,纳米技术将在三个方面对人类社会产生深刻影响:
一、社会生产途径；
二、人类生活方式；
三、人们思维模式。
所以,纳米技术的出现,标志着人类社会在发展进程中正迈向一个新的台阶。5.1.1纳米电子学
电子器件的集成度已经接近了它的理论极限。在纳米尺度上，由于电子的波动性质而呈现各种量子效应，使得电子器件已无法按照通常的要求进行工作。
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这种利用量子效应制作的器件不仅体积小，还具有高速、低耗和电路简化的特点。纳米电子学中另一个有趣的研究热点是所谓的单电子器件。开发单电子晶体管,只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗降低到原来的1000—10000分之一。基于利用STM对分子、原子进行搬迁的事实，人们产生了利用该技术制造分子存储器甚至原子存储器的梦想。物体的表面有原子的位置为“1”，没原子为“0”，这不就可以表示二进制吗？这不就是存储器吗？一个分子存储器能够存储的信息，相当于100万张光盘的存储量；而一张同样大小的原子存储器的容量，将能够存入人类有史以来的全部知识！纳米材料学
科学研究发现，当材料的颗粒缩小到只有几纳米到几十纳米时，由于颗粒表面相对活跃的原子数量与颗粒内部结构稳定的原子数量的比例大大增加，使得材料的性质发生了意想不到的变化。具有未来超级纤维之称的碳纳米管是当前材料研究领域中非常热门的纳米材料，它是一种由碳原子组成的、直径只有几个纳米的极微细的纤维管。碳纳米管具有极其奇特的性质：它的强度比钢高100倍，但是重量只有钢的六分之一；它的导电性十分怪异，太空升降机由于碳纳米管的强度高、重量轻，如果把它做成缆绳，即使缆绳的长度是从同步轨道卫星下垂到地面的距离，它也完全可以经得住自身的重量。到那个时候，人类到太空旅行将是一件轻而易举的事情。
纳米壁挂电视用纳米有机发光材料制作的电视屏幕可以象一幅图画一样卷起来带走。纳米有机发光材料的特点是材料既具有柔性，同时可以在电场的作用下发出各种颜色的光。用碳纳米管制成电子枪,可点亮新一代平面显示屏。
纳米固体燃料实验发现纳米铜和铝一遇到空气就会激烈燃烧，发生爆炸，可以作为未来的固体燃料使火箭具有更大的推动力。
纳米隐身飞机在飞机外表面涂上纳米超微粒材料,可以有效吸收雷达波,这就是隐身飞机。纳米卫星、微型飞船和原子精密度计算机,都将一一成为现实。5.1.3纳米机械学
车、钳、刨、铣等机械加工过程必然要去掉一些下脚料，造成浪费。而纳米制造技术则是以相反的方向，直接由原子、分子来完整地构造器件。科学家们已经用原子、分子操纵技术、纳米加工技术、分子自组装技术等新科技制造了纳米齿轮、纳米电池、纳米探针、分子泵、分子开关和分子马达等。纳米机械产品
用极微小部件组装一辆比米粒还小,能够运转的汽车、微型车床,可望钻进核电站管道系统检查裂缝;只有蜜蜂大小且能升空的直升机;眼睛几乎看不见的发动机;提供化工使用的火柴盒大小的反应器。5.1.4纳米生物学
生命过程是已知的物理、化学过程中最复杂的过程。纳米