纳米和纳米科技

1，纳米材料，2，1，纳米技术，2，纳米材料的概念和分类，3，纳米材料的特性和应用，3，纳米在哪里？早些时候，中国古代安徽产的墨水从烟囱里扫干净，到处筛，开发出的墨水很细，很均匀，很胖，写得很好，这就是纳米粒子。一，纳米和纳米技术，4，5，人类头发，纳米有多小？6，7，2，纳米技术是什么？1959年，费因曼在一个名叫在底部还有很大空间( thereisleentyofroomatthebottom )的著名演讲中说：“如果有一天原子和分子能够按照人的意志排列，会发生什么奇迹呢？”还预测，人类可以用新的小型机器制造更小的机器。最终，人们根据各自的意愿从单个分子甚至单个原子开始组装，制造出最小的人工机器。这些都可以说是纳米技术最早的移动/梦想。第一次提出纳米尺度的科学和技术问题的是美国著名物理学家，诺贝尔奖获得者理查德费曼(RichardPFeynman)。8，纳米技术的迅速发展是20世纪80年代末90年代初。1982年，菲尼什(C. bin nig)和劳雷尔(H. rohrer)等人发明了扫描隧道显微镜(STM)，这是费曼期待的纳米技术研究的重要机构。STM不仅以极高的分辨率揭示了“可见”原子、分子微世界，还提供了操纵原子、分子的强大工具，为人类进入纳米世界打开了更广阔的大门。9、扫描隧道显微镜空间分辨率高，横向为0.1纳米，纵向为0.01纳米。它主要用于绘制表面的三维原子结构，并在纳米尺度上研究物质的特性，直接操作原子或分子，使表面的纳米加工成为可能，例如表面的侵蚀、修改、直接使用。STM头部，扫描隧道显微镜，10，基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描。针尖是单个原子，非常细的探针接近样品表面，针尖和样品表面非常近(小于1纳米)，针尖的原子和样品表面原子的电子云重叠。此时，在针尖和样品之间添加偏置值，电子通过针尖和样品之间的障碍物，形成罗安等级(10-9A)的隧道电流。隧道电流对距离非常敏感，使针尖和样品表面之间的间距保持不变，控制压电陶瓷，使探针沿表面以精确的三维(x，y，z)扫描时，由于样品表面的高低，刀尖和样品之间的距离发生了变化，距离的变化导致隧道电流发生变化；通过控制和记录隧道电流的变化，并将信号发送到计算机进行处理，可以获得样品表面的高分辨率三维地形图像。扫描隧道显微镜通常用于导体和半导体表面的测定。扫描隧道显微镜的工作原理，11，12，1990年，纳米技术取得了突破性进展。美国IBM的AlmadenResearchCenter科学家使用STM将35个氙原子移动到各自的位置，在镍金属表面加起来3纳米以下的长度，展示了世界上最小的IBM商标的“IBM”这三个字。13，1991年，IBM的拼写研究小组利用STM在铂的表面安装一氧化碳分子，分子间距为0.5纳米左右的这种“分子”，从头到脚只有5纳米的世界上最小的人形图案。141993年，中国科学院北京真实物理实验室用STM操作硅原子“中国”一词表示，中国开始在国际纳米技术领域占有一席之地。(在室温下，STM的针端与硅样品之间的相互作用，将硅晶体表面的原子拨开，在表面形成“中国”的形状。15，16，目前科学界普遍认可的纳米技术在纳米尺度(1-100纳米)上研究物质(包括原子、分子操作)的特性和相互作用，并对如何利用这些特性和相互作用进行多学科交叉特性的科学和技术定义。纳米技术与多个领域紧密相关，是代表多个领域跨学科特性的前沿领域。17、纳米技术由纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测和表征三个研究领域组成。在这里，纳米材料是纳米技术的基础。纳米设备的开发水平和应用水平是人类是否进入纳米技术时代的重要标志；纳米尺度的检测和表征是纳米技术研究的必不可少的手段，也是理论和实验的重要基础。18，19，20，纳米这一新技术的诞生，其用途广泛，其领域史无前例。纳米技术是涵盖纳米物理学、纳米电子、纳米化学、纳米材料学、纳米机械、纳米生物学、纳米医学、纳米显微镜、纳米仪器、纳米制造等广泛领域的新型学制。在21世纪，纳米技术将广泛应用于信息、医学、新材料领域。21，22，纳米电子器件中最具应用前景的是量子器件。利用量子效应制作的这种装置不仅体积小，而且具有高速、低消耗、简化电路的特点。纳米电子的另一个有趣的研究热点是被称为单个电子的单个电子设备，利用单个电子中的库仑阻塞效应，使一个电子实现对一个电子的控制，从而开发单个电子的数字电路或存储器的可能性。只要控制一个电子的运动，就可以开发出能够执行特定功能的单个电子晶体管，将功耗减少到原来的1000-10000分之一。23，纳米内存，每平方厘米10万亿字节的存储密度。24.根据利用STM转移分子和原子的事实，有了利用这项技术制造分子存储甚至原子内存的梦想。如果物体表面的原子位置是“1”，原子没有“0”，不是可以表示二进制数吗？这不就是记忆体吗？一个分子存储可以存储的信息相当于100万个光学存储。同样大小的原子储存容量，也可以储存在整个人类历史的所有知识里！25，26，27，28，宇宙升降机，碳纳米管的强度高，重量轻，所以制作这个“宇宙电梯”电缆，电缆长度从同步轨道卫星落到地面的距离也足以承受重量。到那时，人类到宇宙旅行会被视作等闲。如果用它把地球月球变成人的电梯，人们就很容易在月球上定居。29，纳米壁挂电视用纳米有机发光体制作的电视屏幕可以像图片一样卷起来带走。纳米有机发光材料的特点是材料灵活，在电场的作用下发出多种颜色的光。用碳纳米管制作电子枪可以照亮新一代平面显示器。30、纳米固体燃料实验结果表明，纳米铜和铝只要遇到空气就会剧烈燃烧，发生爆炸，作为未来的固体燃料，火箭可能会有更大的推动力。31，32，33，分子自我组装，两个不同分子被分子间的力在溶液中自我组装的情况。纳米大小很小，因此纳米机器必须具备自我组装、自我复制等功能。用碳纳米管制作的纳米齿轮模型，纳米齿轮的原子看起来很明显。纳米齿轮，34，分子马达是由生物大分子组成的纳米系统，利用化学能进行机械工作。天然分子马达，例如驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，参与生物体内一系列重要的生命活动，例如细胞质运输、DNA克隆、细胞分裂、肌肉收缩等。以微管蛋白为轨道，沿着微管的阴极向两极移动，完成各种细胞内外展功能。ATP酶(分子马达)、ATP酶(adenosinetriphosphatase)可以催化ATP水解产生ADP和无机磷的反应，这种反应在生物体的生命过程中释放出大量能量，35、纳米直升机、美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达，进入人体细胞生物分子组件将人体的生物“燃料”ATP转化为机械能，使金属推进器的工作速度每秒8转，从而在人的细胞内“飞翔”和“着陆”。这种技术还处于开发初期，其控制和应用方法仍然是未知数。今后有可能完成在人体细胞内发放药物等医疗任务。美国lucent technologies和英国牛津大学的科学家们用脱氧核糖核酸(DNA)制造了一个纳米大小的镊子，每个镊子的长度只有7纳米。利用DNA的基本组成部分碱基的匹配机制，可以把DNA作为“燃料”，调节这个镊子的重复开闭。利用它可以制作分子大小的电子电路，未来的电脑规模更小，运算速度更快。如果有一个能捏住分子或原子并自由组合的微型钳子，制造纳米机器就容易多了。37、用很小的零件组装一台比米粒小的汽车，小型车床预计将进入核电站管道系统检查裂纹；只有蜜蜂大，能在天上飞的直升机，几乎看不见眼睛的引擎；提供化学工业中使用的火柴盒大小的反应器；在未来的战场上，麻雀卫星、蚂蚁士兵、蚊子导弹、巴黎飞机、间谍草等纳米武器飞驰。纳米机械产品，38，39，“麻雀卫星”，质量不到10公斤，各种零部件都是纳米材料制造的小型火箭，一次可以发射数百枚。如果将648颗功能不同的“麻雀卫星”置于太阳同步轨道上，那么在任何时间点，地球上的任何位置，都将受到持续的监视，即使发生几次故障，整个卫星网络的运行也不会受到影响。40，纳米生物学，纳米生物学的产生离不开扫描探针显微镜(SPM)的发明和在生命科学中的应用。生命过程是已知的物理、化学过程中最复杂的过程。纳米生物学的目的是从微观的角度观察生命现象，并对分子进行操作和变形。41、生物学家在纳米生物学领域提出了很多具有挑战性的新想法，如生物学家。其特点是像基因分子一样有自我复制功能。这样就可以利用纳米加工技术，根据分子设计方法，合成、复制成多种用途的生命部件，利用生物部件组装生物智能和计算速度更快的生物计算机。具有特定功能的纳米生物学机器人；如果将生物部件与无机物质或结晶物质结合，就可以制造出具有生命功能的纳米电路等。42，右边的照片是科学家幻想的人体红细胞和人工细胞在一起的场景。红细胞的一个重要功能是把氧分子传递到身体的不同部分，如果部分缺氧，这部分就会感到疲劳。称为呼吸器官的蓝色球(纳米人工细胞)，不但携带比红细胞多几百倍的氧分子，还装有纳米电脑或纳米泵，必要时释放氧气，拿走无用的二氧化碳。43.纳米机器人可以在人的血管中自由游泳，因此很容易清洁脑血栓、动脉硬化等病变，不做危险的开颅术、开胸术等。纳米仿生机器人可以为人体传递药物、修复细胞等工作，纳米生物学机器人可以沟通血管，用44、纳米材料制作的人工眼球可以像实际的眼睛一样同步移动，还可以通过电刺激大脑神经，看到精彩的世界。45“纳米生物导弹”是专门研究癌症的超细纳米药物，它可以将抗癌剂连接到磁性超微粒子，向癌细胞方向发射，使其全军覆没。treating disease : nanopartclearsoulddelivevertreatmentstospecificallytargetedsites，includingplacesthatstandardrugsdrugsdites，46，纳米细胞受精器用于修复细胞内的各种病变，如线粒体、核病变。47，以维数为基准，纳米材料的基本单位可以分为三类：(1)在空间的三维尺度中，如零维、纳米尺度粒子、原子簇等；(2)作为一维，意味着在空间中二维位于纳米尺度上，例如纳米线、纳米条、纳米管、纳米带等。(3)在三维空间中具有一维纳米尺度的二维，如薄膜、多层膜、超晶格等。第二，纳米材料的概念和分类，纳米材料三维以上的纳米尺度范围或基本单位构成的材料。48，示意图，49，纳米材料大部分是人工制造的，属于人工材料，但是纳米粒子和纳米固体在自然界中已经存在。例如，天体的陨石碎片，人类和动物的牙齿都是由纳米粒子构成的。浩瀚的海洋是巨大的超微粒子聚集的地方。这