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纳米科学发展史论文HEFEI UNIVERSITY纳米科学发展史题目 纳米科学发展史 专业班级 10级自动化（2）班 姓 名 汪家乐 学 号 1005075039 指导老师 赵扬老师 完成时间 2012年10月4日 目 录摘要：3关键词：31.引言:32.纳米技术的含义：33.纳米技术的发展史：43.1纳米科学发展简史：43.2纳米科学发展的五个阶段：54.纳米技术的应用：64.1医药：64.2家电：64.3电子计算机和电子工业：64.4环境保护：74.5纺织工业：74.6机械工业：75. 纳米产业发展趋势：75.1信息产业中的纳米技术：75.2环境产业中的纳米技术：85.3能源环保中的纳米技术：85.4纳米生物医药：85.5纳米新材料：85.6纳米技术对传统产业改造：96.我国纳米技术的发展：96.1我国纳米材料及技术专利现状：106.2我国纳米科技成果的转化途径：106.3国际地位比较：117.结束语:118.参考文献：128.1网站类参考文献：128.2图书类参考文献：13纳米科学发展史摘要随着测量与表征技术的显著提高，纳米科学技术得到了飞速的发展，已经成为一门集前沿性、交叉性和多学科特征的新兴研究领域。本文以纳米技术的发展史为核心，首先介绍了关于纳米的一些概念，紧接着按纳米的发展简史和五个阶段，以及在医药、家电、电子计算机和电子工业、环境保护、纺织工业机械工业上的的应用上和纳米产业未来的发展趋势；最后介绍了我国在纳米技术方面发展历史与现状以及取得的突出成绩。关键词：纳米技术，发展，应用，我国1.引言:纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。 当空间尺度足够小的时候，以分子或者更小的单位排列的时候，就会发现很多比现实世界更为奇异的事情。这是因为运用纳米技术之后，分子或者原子等粒子的结构会发生很大的改变，当然也就会产生更多的原来不具备的特性。 对于高端的技术来讲，纳米技术更为重要。纳米技术在超导的应用方面，集成电路的发展方面都具有重要的地位。纳米技术是一种新型技术，它是建立在微观的技术基础之上的，所以需要投入的资金和技术都是非常大的，但是一旦达到工业生产之后它所创造的产值往往是异常丰富的。2.纳米技术的含义：纳米是英文nano的译名，是一种长度单位，原称毫微米，就是10的-9次方米（10亿分之一米），约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。纳米科技是融介观体系物理、量子力学等现代科学为一体并与超微细加工、计算机、扫描隧道显微镜等先进工程技术相结合的基础上。3.纳米技术的发展史：3.1纳米科学发展简史：1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费曼在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上预言：如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。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。70年代美国康奈尔大学格兰维斯特和布赫曼利用气相凝集的手段制备纳米颗粒，开始了人工合成纳米材料。1982年，研究纳米的重要工具-扫描隧道显微镜被发明。1989年德国教授格雷特利用惰性气体凝集的方法制备出纳米颗粒，从理论及性能上全面研究了相关材料的试样，提出了纳米晶体材料的概念，成为纳米材料的创始人。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行。1991年，碳纳米管被发现，它的质量只有同体积钢的六分之一，强度却是钢的十倍。1992年开始，两年一届的世界纳米材料会议分别在墨西哥、德国、美国夏威夷、瑞典举行。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”。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储容量比现有计算机提高成千上万倍的量子计算机。1999年，巴西和美国科学家发明了世界上最小的“秤”，可称量十亿分之一克的物体，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”。1999年，全球纳米产品的年营业额达到500亿美元。 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。3.2纳米科学发展的五个阶段：据日本阿普莱德研究所提供的材料介绍，以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝克斯公司的一项预测认为，纳米技术的发展可能会经历以下五个阶段：第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳米结构物质。这需要使用计算机设计制造技术和现有工厂的设备和超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。 第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段，纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制取的有机纳米材料，其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的市场规模在50亿至200亿美元之间。 第三个阶段，大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要求有高级的计算机设计制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。 第四个阶段中实现纳米计算机。这个阶段的市场规模将达到2000亿至1万亿美元。 第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。4.纳米技术的应用：纳米技术的应用较为广泛，主要应用如下：4.1医药：使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。4.2家电： 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，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。4.3电子计算机和电子工业： 可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。4.4环境保护： 环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。4.5纺织工业：在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。4.6机械工业：采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。5. 纳米产业发展趋势：5.1信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。纳米技术在未来的信息产业中应用主要表现在4个方面：网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面。压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。 5.2环境产业中的纳米技术：现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。未来，不少公司将致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，目前已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。 5.3能源环保中的纳米技术：在合理利用传统能源方面，现在主要将用于净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。5.4纳米生物医药：纳米生物医药就是将从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。 5.5纳米新材料：据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40，减少co2，排放40，此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。 5.6纳米技术对传统产业改造：未来是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。必须全方位应用纳米技术、纳米材料；第二是电力工业。利用纳米技术可以改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶；第三是建材工业中的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。 1999年8月20日美国商业周刊在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪我国经济的腾飞奠定雄厚的基础。 6.我国纳米技术的发展：我国政府对纳米材料及纳米技术的研究一直给予高度重视，国家 和各地方通过“国家攻关计划”、“863”计划、“973”计划的实施， 积极投入力量和资金，使我国纳米的研发水平获得了很大的发展。 从系统分布上分析，纳米研发的主要力量集中在高等院校和中科院系统，这两部分的科研力量占整个我国纳米研发力量的90 以上；另外，也有部分企业介入了纳米材料及技术的研发领域，但力量薄弱(约占5 )，而且层次不高。 从人员结构上分析，我国现有纳米材料及纳米技术的研究人员有4500 余人，其年龄结构比较合理，学历背景也非常过硬，70 以上的纳米科研人员拥有硕士以上学位，拥有博士、高级职称的约占 30，拥有硕士、中级职称的约占40 。 从研究的领域分析，现有纳米材料的研究，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，占 80 左右，高分子和化学合成材料也是一个重要方面。但一半以上的研发力量集中在层次较低的纳米材料领域，而在纳米制造、纳米电子、纳米生物医药方面，则力量薄弱。 从研究的成果分析，10年来，我国纳米基础理论的研究人员在国内外学术刊物上共发表有关纳米材料和纳米结构的论文2400 篇，其中发表在自然和科学等世界顶级学术杂志上的论文共6 篇，影响因子在6 以上的学术论文近20 篇，影响因子在 3 以上的31 篇，被SCI和EI收录的文章占整个发表论文的59 。 6.1我国纳米材料及技术专利现状： 根据英国ThomsonDerwent公司以全球专利信息为研究对象的调查数据，2000 年到2002 年，我国在纳米技术发明方面的专利增长迅猛，占国际专利申请总量的12%，排名世界第三，仅次于美国和日本，高于德国和韩国。调查显示，我国自 1997 1998 年时起发明数量逐研发经费呈逐年增长态势。其中，国家自然科学基金的资助投入占70 以上，实行产学研相结合的社会企业资助投入则增长较快。在过去的 10 多年里，纳米基金项目保持平稳增长趋势，年平均增长率在 20 30 ,2000年后批准的纳米基金项目明显增多。据统计：1990年-2000 年间，至少有536 个题目带有“纳米”字样的项目；在 1999年和 2000 年中，科学基金新批准和资助的在研纳米基金项目总经费达 8000 万元左右；基础研究起步较早的领域是纳米材料和纳米化学 领域。 6.2我国纳米科技成果的转化途径： 我国纳米科技成果的转化方式主要有技术转让、技术入股以及自行生产等，但产业化率普遍较低，不足 20 。造成这种现象的主要原因，一是技术成果本身不具备产业化条件，二是由于信息不通，造成科研成果转化的渠道不畅通，缺少资金的有力支持。 如果将我国纳米产品的成熟程度按中试、批量生产和规模化生产划分，明显呈剧烈递减态势。 研究开发和规模化生产的距离较大，大量成果在实验室小试已经完成，大约只有5 的实验室成果最终能够转化为规模化生产。根据对20 所高等院校和14家科研单位较为成熟的纳米项目的抽样比较分析，这些较成熟项目的平均研发时间为 3.12 年，已成功转让或者着手进行转化工作的约为l 3。技术入股和技术转让两种方式正好换位，既反映出实施项目转化的公司一般都希望与科技发明人员形成长久合作关系，同时也反映出现在一般企业后续科研力量的匮乏。 6.3国际地位比较 ： 总体来说，在纳米技术研究领域，由于我国认识较早，因此在一些方面与国外先进水平差距并不大，特别是在纳米材料及其应用、隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机物非金属纳米材料为主，约占 80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，但在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。 在纳米技术产业化方面，我国目前似乎也遵循着高科技成果产业化的一般规律，即在科学发现和小试阶段与世界先进国家的差距并不大，但在中试、工程放大、应用研究、市场开拓、工业化生产等后面几个阶段，我国与先进国家之间的差距就明显增大了。7.结束语:中科院院士白春礼说过，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来不远了。纳米技术引起的世界性技术革命和产业革命，将会比历史上任何一次世界性技术革命对社会经济、政治、国防等领域产生的影响更为巨大。纳米技术具有广阔的应用前景，有人曾把纳米技术、信息技术和生物技术看作21世纪的三大关键技术。因此，21世纪也将是纳米世纪。作为21世纪前沿战略科技领域的纳米技术，正在或者将要对社会各个层面产生不可估量的影响。对于纳米科技，科学的态度是积极参与，脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。8.参考文献：8.1网站类参考文献：【1】中国工控展览网. 纳米材料的发展前景./cn/Document/CommonSense/de