纳米材料---PPT课件

.1，2，1，纳米和纳米技术，2，纳米材料的概念和分类，3，纳米材料的性质和应用，3，纳米在哪里？ 中国古代安徽出产的墨水，从烟道里扫出来后一次过筛，制成的墨水非常细小、均匀、丰满、写字非常好，这实际上是纳米粒子。 一、纳米和纳米技术，四、五、HumanHair，一纳米大小是多少，6、7、2，什么是纳米技术？ 1959年，费曼在thereisplentyofromatthebottom .的着名演讲中谈到“某一天，如果能按照人的意志配置原子和分子，会发生什么样的奇迹呢？” 并且预言人类可以用新的小型化仪器制造更小的机器，最后人们可以用自己的意志由单一分子或者由单一原子组装，制造出最小的人工机器。 这些可以说是纳米技术最初的动机/梦想。 最先提出纳米尺度上的科学和技术问题的是美国着名物理学家、诺贝尔奖得主理查德费曼。 8、纳米技术的快速发展是在80年代末1990年代初。 1982年，宾尼希(C.Binnig )和劳蕾尔(H.Rohrer )等人发明了费曼希望纳米技术研究的重要仪器扫描隧道显微镜(scanningtunnelingmicroscopy，STM )。 STM不仅以极高的分辨率揭示了“可见”原子、分子微观世界，还为操作原子、分子提供了强大的工具，为人类进入纳米世界打开了更大的大门。 9、扫描隧道显微镜具有较高的空间分辨率，横向优于0.1纳米，纵向优于0.01纳米。 它主要绘制表面三维原子结构图，用纳米尺度研究物质的特性，实现表面纳米加工，如直接操作原子和分子，完成表面侵蚀、修饰、直接书写等。 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。 这是非常细的探针(针尖头部为单一原子)，接近试料表面，针尖和试料表面接近(小于1纳米)时，针尖头部的原子和试料表面的原子电子云重叠。 此时，当在针尖与样品之间施加偏置电压时，电子通过针尖与样品之间的势垒形成纳米级(10-9A )隧道电流的隧道电流对距离敏感，保持针尖与样品表面之间的间隔恒定，控制压电陶瓷以使探针沿表面精密三维(x，y，z ) 进行移动扫描，根据样本表面的阶梯差，针尖和样本之间的距离发生变化，距离的变化引起隧道电流变化，控制并记录隧道电流的变化，将信号发送给计算机处理，可以得到样本表面的高分辨率的三维形态图像。 扫描隧道显微镜通常用于导体和半导体表面的测定。扫描隧道显微镜的结构、11、12、1990年，纳米技术取得了巨大突破。 美国IBM almanden研究中心的科学家使用STM将35个氙原子移动到各自的位置，在镍金属表面构成3个“IBM”字符，这3个字符合不到3纳米长度，成为世界最小的IBM商标。 13，1991年IBM的“拼写”科学组利用STM使一氧化碳分子竖立在铂表面，是分子间距约0.5纳米的“分子人”，该“分子人”从头到脚仅5纳米，成为世界最小的人偶图案。 14、1993年中国科学院北京实物实验室在STM上操作硅原子写下“中国”字样，标志着中国开始在国际纳米科技领域占据地位。 (室温下使用STM的针尖，通过针尖与硅样品的相互作用，引出硅晶体表面的原子，在表面形成“中国”的图案。.15，16，目前科技界公认的纳米技术定义是一种科学和技术，它们具有纳米尺度(1100纳米)内物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用。 纳米技术与众多学科密切相关，是表现多学科交叉性的前沿领域。 17、纳米技术包括三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳米尺度的测量和特征。 其中纳米材料是纳米技术的基础纳米器件的研制水平和应用程度是人类进入纳米技术时代的重要指标纳米尺度的测量和特点是纳米技术研究不可或缺的手段、理论和实验的重要基础。18、19、20、纳米这种新技术的诞生，其用途广泛、领域多，从未有过。 纳米技术是一门新兴的交叉学科，学科领域有纳米物理学、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非常广泛的领域。 二十一世纪，纳米技术广泛应用于信息、医学、新材料领域。 在、21、22、纳米电子器件中，应用前景最深的是量化器件。 利用这种量子效应制作的装置不仅体积小，而且具有高速、低功耗和简化电路的特征。 纳米电子的另一个有意思的研究焦点是所谓的单电子器件，在单电子器件中，可以利用库仑区块效应，一个一个地控制电子，从而开发单电子的数字电路和存储器。 开发了单电子晶体管，只需控制一个电子的行为就能完成特定的功能，能耗降低到原来的100010000分之一。 23、纳米内存、存储密度达到每平方厘米10兆字节。 24、基于利用STM转移分子、原子的事实，人们产生了利用这一技术制造分子存储器以及原子存储器的梦想。 物体表面有原子的位置是“1”，没有原子的位置是“0”，这个表示二进制，这不是存储器吗？ 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相同大小的原子存储器的容量，能够保存人类历史以来的一切知识！25、26、27、28、宇宙飞行器由于碳纳米管的强度高、重量轻，因此如果将其作为“宇宙电梯”电缆，电缆的长度就是从同步轨道卫星到地面的距离，能够承受其自身的重量。 到那时为止，人类去宇宙旅行是很简单的事情。 如果使用这个建造地球-月球乘坐的电梯的话，人们在月球上定居是很容易的。 29、纳米壁挂式电视机可以将纳米有机发光材料制成的电视画面像画一样卷起来携带。 纳米有机发光材料的特点是材料具有柔软性，同时可通过电场发出各种颜色的光。 用碳纳米管制作电子枪，可以点亮下一代平面显示器。 30、纳米固体燃料实验表明，纳米铜和铝在接触空气时会剧烈燃烧、爆炸，作为未来的固体燃料可以给火箭带来很大的推动力。31、32、33、分子自组装、两种不同分子在分子间力的作用下在溶液中自组装时。 由于纳米尺寸非常小，纳米机械必须具有自组装、自复制等功能。 用碳纳米管制作的纳米齿轮模型，能清楚地看到纳米齿轮上的原子。 纳米齿轮、34、分子马达由生物高分子构成，是利用化学能机械工作的纳米系统。 天然分子马达如驱动蛋白、RNA聚合酶、肌红蛋白等在机体内参与了一系列重要的生命活动，如细胞质输送、DNA复制、细胞分裂、肌肉收缩等。 以微管蛋白为轨道，沿微管的负极向正极运动，从而完成各种细胞内外质功能。ATP酶(分子马达)、ATP酶(adenosinetriphosphatase )催化ATP水解生成ADP和无机磷的反应，该反应释放出大量能量，为机体提供生命过程。 35、纳米直升机、美国康奈尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达，开发出了进入人体细胞的纳米机电装置“纳米直升机”。 其中的生物分子模块将人体的生物“燃料”ATP转化为机械能，使金属推进器的运转速度每秒8转，利用这种能量可以在人体细胞内“飞”和“着陆”。 该技术尚处于研发初期，其控制和应用还是未知数。 将来有可能完成向人体细胞内注射药物等医疗任务。 36、美国朗根科技公司和英国牛津大学科学家用DNA (脱氧核糖核酸)制作纳米级镊子，臂长仅为7nm。 利用DNA基本要素的碱配对机制，可以将DNA变成“燃料”，重复开关该镊子。 利用它可以制造分子大小的电子电路，减小未来计算机的体积，加快计算速度。 土匪想到的DNA镊子，如果有超小型镊子，可以夹住分子和原子，自由组合，制作纳米机变得容易。 37、用极微小的部件组装小米粒、可以运转的汽车、小型车床，进入核电站的管道系统，驱动可以期待检查龟裂的只有蜜蜂大小的直升飞机，为隐形发动机化工提供火柴盒大小的反应器的未来战场纳米机械产品，38，39，麻雀卫星的质量不足10公斤，各种部件均由纳米材料制成，小型火箭一次可发射数百枚。 在太阳同步轨道上等间距配置648颗功能不同的“麻雀卫星”，可以随时连续监视地球上的任何地点，即使有少数故障也不会影响卫星网络整体的工作。40、纳米生物学、纳米生物学的发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。 纳米生物学从微观角度观察生命现象，以分子的操作和改性为目标。 41、生物学家在纳米生物学领域提出了许多挑战性的新观念。 其特点是像基因分子一样具有自我复制功能。 这样，利用纳米加工技术，可以按照分子设计的方法合成、复制各种用途的生命部件，具有利用生物部件组装生物智能、计算速度快的生物计算机的特定功能的纳米机器人生物部件可以与无机材料或晶体材料结合，制作具有生命功能的纳米电路等。42，右图是科学家幻想的人体血红蛋白细胞和人工细胞同时存在的情景。 人体红血球的重要功能之一，就是把氧分子输送到身体的所有部分，身体的某些部分缺氧的话，那个部分就会疲劳。 画中的蓝球(纳米人工细胞)被称为呼吸者，不仅比红细胞拥有氧分子的百倍多的功能，还配备了纳米电脑和纳米泵，可以根据需要释放氧气，运出无用的二氧化碳。 43、纳米机器人能够在人的血管中自由游泳，对脑血栓、动脉硬化等病灶不用进行危险的开颅、开胸手术就能很容易地清除。 纳米仿生机器人可以向人体输送药物，进行细胞修复等工作，纳米仿生机器人可以使血管通畅，44、由纳米材料制成的人造眼球，不仅可以像真实的眼睛一样同时运动，还可以用电脉冲刺激脑神经，看到美妙的世界。、45、“纳米生物导弹”专用于癌症。 对于这种癌症的超微细纳米药物，将抗肿瘤药物连接到磁性超微粒子上，给癌细胞定向，使其全灭。 treating disease : nanoparticlesullddelldellevertretretstaticatidestitestitesitititititititititititititititititititititi gold nana thatweretargetdtotumorsmilight、whenhitbyinfraredlight、heattupenoughtodestrythegrowths .46、纳米细胞复制器修复细胞内各种病变，如线粒体、核病变纳米材料的基本单元可分为三类： (1)零维指空间三维尺度为纳米尺度，例如纳米尺度粒子、原子团簇等；(2)一维指空间中存在纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带等二维；(3)二维指三维空间中存在一维纳米二、纳米材料的概念和分类，纳米材料是指三维空间中至少一维在纳米尺度范围内，或者是以它们为基本单位构成的材料。 48、形象49、纳米材料大部分是人工制作而成的人工材料，但自然界中已存在纳米微粒和纳米固体。 例如，天体陨石的碎片，人体和兽类的牙齿是由纳米微粒子构成的。 浩瀚的海洋是巨大的超微粒子的聚集场所。 另外，由于这些单元通常具有量化性质，所以在零维、一维和二维的基本单元中，它们被称为量化点、量化线和量化阱。 50、Agnanosphereparticles(10nm )、零维度、CdSnanocrystals(3.8nm )、51、零维度、InSenanocrystals(7.5nm )、52、一维度、diameter :57 nm length 30 PbCrO4nanorods VO2nanorods，diameter :40-60 nm长度：1-2 um，53，一维，Ag2Senanowires，diameter :30-40 nm长度：-50um，54 ZnO nanotubes outer diameter :80 nmwallthickness :20 nm，55，一维，CdSnanobelts， width : severalletessnoserveralhundresdsofnanometerstckness :60 nm，length : severallestnoserveralhundresoftmicrometers； somoftthemevenhavelengthsontheorderedofmillmeter .56，2维，Al2O3porousfilm，Porousdiameter:70nm，57，2维，co (oh )2hexagonalnanon -Co(OH)2 -Co(OH)2，width : severlmicrometerstchickness :15 nm，note : thesinstesshothepensionsobtbaineddispersingtheple 58 Cu3SnS4nanoshelltubes、由基本单元构成的纳米材料、theidinitividinitionn