纳米科技导论-0概论--修改

纳米技术与应用,华中科技大学材料学院黄开金2015年9月,联系方式：QQ:443591498电话箱：huangkaijin,(1)黄开金，纳米材料的制备及应用，冶金工业出版社，2009年4月(2)AnIntroductiontoNanoscienceandNanotechnology,AlainNouailhat,WileyPress,2008,为期三天的第六届中国国际纳米科学技术会议2015年9月5日在京闭幕，大会主席、中国科学院院长白春礼在开幕式上致辞时指出，纳米技术、信息技术和生物技术是当今世界科技发展的重要支柱。早在20世纪80年代中期，中国就积极参与促进纳米科学的基础研究和应用研究，近年来发表的纳米论文和专利的快速增长表明，中国的努力为纳米技术的应用提供了坚实的基础。白春礼还为获得“中国国际纳米科学技术会议奖”的三位学者颁发了奖牌，他们是美国的CharlesM.LIEBER、德国的KlausKERN和中国的江雷。,白春礼指出：纳米科技发展方兴未艾，基础科学研究领域中新原理不断建立、新功能材料的涌现与可控制备技术的发展、纳米生物医药的应用探索，都体现出纳米科技对人类知识体系的极大拓展以及对生活方式的潜在推动作用。然而，纳米科技目前的发展也面临挑战，例如，尽管纳米材料显示了产业化以及临床应用的巨大前景，但多数材料目前仍处于实验室研究阶段，如何实现这些材料的功能化、推动商业化应用、相关的生态影响和生物效应是纳米科技发展面临的关键问题。,纳米技术主要包括四个方面的内容,纳米技术包含下列四个主要方面：第一方面是纳米材料，包括制备和表征。纳米材料是纳米科技发展的重要基础。纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度，并且具有特殊性能的材料。,其主要类型为：纳米颗粒与粉体、纳米碳管和一维纳米材料、纳米薄膜、纳米块材。在纳米尺度下，物质中电子的特性（量子力学性质）和原子的相互作用将受到尺度大小的影响，如能得到纳米尺度的结构，就可能控制材料的基本性质如熔点、磁性、电容甚至颜色，而不改变物质的化学成份。,对于纳米材料的研究包括两个方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型纳米材料。目前纳米材料应用的关键技术问题是在大规模制备的质量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化。,第二方面是纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS）。用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。,MEMS用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。,第三方面是纳米生物学和纳米药物学。利用纳米技术，人们已经可以操纵单个的生物大分子。操纵生物大分子，被认为是有可能引发第二次生物学革命的重要技术之一。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。,纳米生物学和纳米药物学最有发展前景的几个方面，包括：1.纳米技术在生物医药基础研究中的应用。纳米尺度的一些高精度单分子观测操纵技术，在生物医药基础研究中意义重大。2.纳米生物传感器。目前还处于研究前期，但长远发展意义明显。3.纳米生物医用材料，特别是组织工程材料的研究。,4.纳米药物，这将是纳米生物医药领域最强的生长点。其中还可以细分为两个方面：(1)纳米药物载体和给药系统，这方面的研究除材料外，还必须加强与药物作用机理的有机结合，以及具体药效的验证；(2)纳米药物粒子，如中药纳米颗粒、重组蛋白、DNA导入粒子等等，这方面的研究需要加强。,第四方面是纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。如现有的硅和砷化镓器件的响应速度最高只能达到1012秒，功耗最低只能降至1微瓦。而量子器件在响应速度和功耗方面可以比这个数据优化100010000倍。,当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。“更小”是指集成电路的几何结构要小，更快是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。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。因此，纳米电子学的发展，可能会在电子学领域中引起一次新的电子技术革命，从而把电子工业技术推向更高的发展阶段。,尊严,纳米是一个长度计量单位，1纳米=10-9米。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下（1-100nm）的微小结构。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-910-7m)或由它们作为基本单元构成的材料在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的技术。纳米科学：在纳米尺度上研究材料的制备及其性质、现象的科学。纳米科学技术（简称纳米科技）：制造和研究纳米尺度（10-910-7m）的器件和材料的科学技术。,操纵,纳米技术应用,晶体管,染色体,水热法制备的纳米氧化锌片,PH值对纳米氧化锌形貌的影响,美国乔治大学的王中林研究小组制备的各种形态纳米氧化锌,3.纳米材料与结构特性量子尺寸效应小尺寸效应表面效应宏观量子隧道效应,限制,太阳能电池板,6.纳米科技发展趋势,趋势1：各国纷纷制定自己的纳米科技发展计划,截至2014年底，先后有141个纳米项目获科技部重大科学计划资助，覆盖纳米材料、纳米表征与检测、纳米生物与医学、纳米器件、纳米能源、纳米环境和纳米催化等主要领域。此外，国家自然科学基金会启动了两期有关纳米科技相关的重大研究计划，累计投入约4亿元人民币。中国科学院面向纳米产业聚焦的纳米先导A计划项目预算约10亿元人民币。,美国国家纳米技术顾问专家委员会2015年5月发布报告称，2001年至今美国各级政府和企业每年共投资约30亿美元用于纳米技术研究，占全球该领域科研总投入的三分之一。据统计，中国在这一领域累计投入10亿美元。中国科学院院长白春礼指出，中国从上世纪80年代开始发展纳米科学的基础研究和应用研究，是少数几个从一开始就积极参与纳米竞争的国家。近年