纳米技术和微型机

纳米技术和微型机 应用与未来发展 庞皓文 2 纳米技术 纳米技术 nanotechnology 是用单个原子 分子制造物质的科学技术 研究结构尺寸在0 1至100纳米范围内材料的性质和应用 纳米技术含义 3 纳米技术的沿革 纳米技术的灵感 来自于已故物理学家理查德 费曼1959年所作的一次题为 在底部还有很大空间 的演讲 70年代 科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想 1981年 科学家发明研究纳米的重要工具 扫描隧道显微镜 1990年 IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排 纳米技术取得一项关键突破 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 2001年 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 4 纳米技术的应用领域 纳米级加工技术微电子与计算机技术光电材料生物医学领域纳米陶瓷 5 纳米级加工技术 纳米级加工的含意是达到纳米级精度的加工技术 实质是切断原子间的结合 实现原子或分子的去除 量块 金刚石压头尖端这些精密部件的制造公差带少于5 50纳米 为了提高计算机存储盘存储容量 加工精度也在不断的提高 现在正在实现3纳米的表面光洁度加工 6 微电子与计算机技术 2008年2月1日 亚利桑那州立大学DavidK Ferry提出利用纳米线连接电路建立三维堆砌芯片的构想 将大大提高计算机的运行速度 8 光电材料 纳米碳管碳纳米管是直径非常细的中空管状纳米材料 它能够大量地吸附氢气 成为许多个 纳米钢瓶 研究表明 约2 3的氢气能够在常温常压下从碳纳米管中释放出来 据报道 2010年 就可以生产出氢气汽车 只需携带1 5升左右的储氢纳米碳管 即可行驶500km 9 光电材料 纳米激光器是一根弯曲成极薄面包圈形状的光子导线 其大小和形状能有效控制它发射出的光子的量子行为 从而影响激光器工作 纳米激光器工作时只需约100mA电流 10 生物医学领域 纳米泵人造红细胞它比体内血液中的红细胞要多携带200多倍的氧气 11 纳米陶瓷 传统陶瓷材料质地较脆 韧性 强度较差 因而应用受较大限制 纳米陶瓷是在陶瓷中加入或生成纳米级颗粒 晶须 晶片纤维等 使晶粒 晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平 使材料的强度 韧性和超塑性大幅度提高 12 纳米陶瓷 纳米陶瓷节能灯 纳米陶瓷刀 纳米陶瓷刀优点 高硬度 高耐磨永不生锈抗腐蚀无毒 环保不留异味 13 纳米技术的未来发展 纳米科技在众多领域的应用前景1 能源与环境领域发展绿色能源和环境处理技术 减少污染或恢复被破坏的环境 利用孔径10到100纳米的有序纳米材料和纳米薄膜材料 可去除水中小于200纳米和空气中小于20纳米的污染物 在能源领域 纳米技术将会对能源的功率 能量的存储以及能量的增长产生显著影响 利用纳米的合成和组合方法 制造高强度轻质材料 提高运输效率 节省能耗 14 纳米技术的未来发展 2 医学与健康领域用纳米传感器作疾病的早期诊断 如纳米氧化物 造影技能在肝癌诊断中的应用等 3 航天和航空技术领域把航天器件 航空器件做成纳米器件 可极大地减少体积 重量和降低能耗 极大地增加航天器的有效载荷 4 国家安全领域纳米科技给未来战争将带来巨大的影响 包括数据图像的实时传递 作战指挥 导弹预警 核武器防护 微型侦察装置等 15 纳米技术的未来发展 美国专家预测纳米科技发展的五个阶段1 第一阶段 能准确地控制原子数目100个以下的纳米结构物质 2 第二阶段 生产纳米结构物质阶段 纳米结构的物质和复合材料的制造达到实