进入奇妙的纳米世界(ppt 57页).ppt

纳米材料,2,一、奇妙的纳米世界,1.纳米是什么2.纳米自然世界3.用纳米改造生活,3,1.1空间尺度的划分,宇观(Cosmoscopic)遥观(Remotesensoscopic)宏观(Macroscopic)显微观(Optico-microscopic)介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic):1100nm微观(Microscopic)皮米观(Picosopic)飞米观(Fentoscopic)亚飞米观(Subfentoscopic),1纳米是什么,4,1.2纳米,纳米是什么?纳米nanometer是尺寸单位。1纳米=十亿分之一米(1nm=10-10m)=0.0000001毫米（1nm=10-7mm）常见的长度单位：千米（kilometer）；米（meter）；厘米；毫米；微米（m）纳米；皮米；飞米头发的直径（0.08mm）,1纳米是什么,5,1.2纳米,地球直径约为12万7千公里，而十亿分之一约是12.7厘米，就大概是一颗弹珠的大小了。-牛顿杂志,1纳米是什么,6,1.2纳米,苹果VS.氢原子将1nm的物体放在乒乓球上，就像乒乓球放在地球上一般,1纳米是什么,7,1.2纳米,1纳米是什么,8,手背,白血球,DNA,1纳米是什么,9,蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1100nm的范围光合作用在“纳米车间”进行细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂”纳米结构是生命现象中基本的东西,1纳米是什么,10,2.纳米自然世界,11,2.1自然及生活中的“纳米”,其实我们生活的自然环境中早就存在纳米的现象。,比方说：莲叶表面不沾污泥，或者是鸭子在水中游泳，但翅膀并不透水。科学家研究后，才发现这些物质的表面结构都呈纳米尺寸。,2纳米自然世界,12,2.1自然界及生活中的“纳米”,蜜蜂蜜蜂身体内存在磁性纳米粒子，具罗盘的导航功能、使蜜蜂飞行时不会迷失方向。莲花莲花能够出淤泥而不染、其奥秘就是莲叶上布满精密的纳米结构，污泥与尘土无法沾附，水珠落在莲叶上，只能滚动而不会扩散。,2纳米自然世界,13,2.1自然界及生活中的“纳米”,2纳米自然世界,14,2.1自然界及生活中的“纳米”,海豚蝉.蝴蝶蛾人体小肠海龟鸭,2纳米自然世界,15,蜜蜂,2纳米自然世界,16,蜜蜂,英国的科学家发现，蜜蜂的腹部存有磁性纳米颗粒，这种纳米颗粒具有“罗盘”的功用，可以做为蜜蜂的行动导航。,2纳米自然世界,17,蜜蜂,从前科学家一直以为，蜜蜂是利用北极星,或是身体的摇摆，来告诉同伴方向;最近科学家才发现蜜蜂的腹部存有磁性纳米颗粒，这种纳米颗粒具有“罗盘”的功用，蜜蜂在离开蜂房时，会把周围环境图像储存起来，采蜜归来时会开启记忆系统，把储存在记忆中的图像与眼前看到的图像进行比对，并不断移动，直到两个图像完全一致。,2纳米自然世界,18,海龟-行动导航,纳米磁性引导海龟回家海龟为了寻找食物，会横渡大半个海峡，到另一个海域生活，当产卵季来临时，又会再度迁移游过数万里的海洋，回到原本的地区产卵。科学家发现，引导海龟费时五六年，又高达数万里行程的神秘力量，正是海龟头上所拥有的一种纳米磁性物质。,2纳米自然世界,19,螃蟹,印象中“横行”霸道的螃蟹，在他们第一对蟹角里也有几颗用于定向的磁性纳米颗粒，就像几个小小的指南针。其实螃蟹的老祖先也曾堂堂正正的前进后退，行走自如，只是亿万年来，由于地球磁场发生多次剧烈倒转，使得螃蟹体内小磁针粒发生严重的混乱完全失去原先的定向作用，最后使他们失去了前后移动的能力，变成必须“横行”天下，真是可怜的下场啊！,是真的吗？我好想直着走比较酷！,2纳米自然世界,20,2.2自然界中的纳米结构,鹅毛鸭毛不透水由于雁鸭及鹅类动物其羽毛上具有纳米颗粒的防水结构，故可浮于水面上。水黾（黾mn）行走于水上水黾的足部末端具有纳米颗粒的组织，可行走于水面上。,2纳米自然世界,21,纳米结构,鸭、鹅羽毛不沾水的秘密鸭、鹅羽毛排列非常紧密，毛和毛之间的空隙有纳米尺寸那么小，因此，水分子没有办法穿过他们身上的羽毛而沾附在身上。当然，在寒冷的冬天里,因为有不透气的羽毛保暖，鸭子和鹅快快乐乐的戏水玩耍，也不会冷呢!,2纳米自然世界,22,纳米结构,蛾能找到方向，是因其眼球有纳米结构蝉蝶翅有纳米结构，光折射后五彩缤纷人体小肠周壁绒毛，是天然纳米结构，帮助消化、吸收海豚表皮有纳米结构,2纳米自然世界,23,牙齿和宝剑,人类和动物的牙齿坚硬无比，能承受极大且不断咀嚼的磨损和压力，原因是在牙齿的外表排列着纳米尺寸的微小晶体。中国古代铸剑大师，可能已经创造纳米晶体结构，使得凡铁铸成的宝剑既不锈蚀又能削铁如泥。,2纳米自然世界,24,莲花效应,2纳米自然世界,25,莲花效应(LotusEffect),莲花效应(Lotuseffect)：在莲花的叶子上，其表面有自然的微小纳米级颗粒（大约大小为1纳米的惧水性蜡晶体），而在这个布满纳米级颗粒的表面结构上，水分子不易与表面接蟹，导致水珠不会分散，让污泥、水粒子不容易沾附表面。而这种特性更让莲叶具有“自我洁净”的功能,2纳米自然世界,26,最早发现莲叶上纳米级颗粒的德国人Prof.Dr.WilhelmBarthlott,2纳米自然世界,27,莲花出淤泥而不染,水滴滴在莲花叶片上，形成晶莹剔透的圆形水珠，而不会摊平在叶片上的现象，便是莲花叶片表面的“纳米”结构所造成。表面不沾水滴，污垢自然随着水滴从表面滑落，因此纳米结构造成所谓的莲花效应(LotusEffect),2纳米自然世界,28,2纳米自然世界,29,高倍数显微镜下观察荷叶表面的纳米突起,2纳米自然世界,30,纳米突起,2纳米自然世界,31,纳米突起,2纳米自然世界,32,在莲花叶子上的一颗水滴，当它在滚落的过程中，吸附灰尘的粒子,2纳米自然世界,33,莲花效应(LotusEffect),在莲花叶子上的一颗水滴，当它在滚落的过程中,吸附灰尘的粒子。从图中，清晰可见莲叶上的乳突体。这些乳突体大约都有5至10微米的高度,而且本身都会有一种腊晶体的细微纳米结构，约一纳米的大小,2纳米自然世界,34,莲花效应的应用,莲花效应实质为既疏水也疏油的超双疏效应经过超双疏技术处理过的各种纺织材料（棉、麻、丝、毛、绒、混纺、化纤等）等不仅显示出卓越的超疏水超疏油性能（包括蔬菜瓜汁、墨水、酱油等各种物质），而且不改变原有织物的各种性能（纤维强度、染料亲和性、耐洗涤性、透气性、皮肤亲和性、免熨性等），甚至还增加了杀菌、防辐射、防霉等特殊效果。,2纳米自然世界,35,在一个有经过BASF莲花喷雾剂处理过的木头表面上的一颗水滴。这种涂装处理使得这个表面非常地抗水防水，具有超级的疏水能力,2纳米自然世界,36,3、用纳米改造生活,二十一世纪是纳米的世纪。全世界科学研究皆积极投入纳米技术应用的开发，未来的人类生活可能深受纳米的影响，而改变生活的方式。,3用纳米改造生活,37,纳米材料的基本单元,零维：纳米尺寸的粒子一维：纳米粗细尺寸的棒、碳管、线二维：指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格对应称为：量子点、量子线、量子阱三维：纳米尺寸晶粒的三维块材料,3用纳米改造生活,38,3.1媒体中的纳米怪象,纳米冰箱纳米洗衣机,3用纳米改造生活,39,3.1媒体中的纳米怪象,说法上就很荒谬在宏观世界和微观世界之间，存在一个区域，范围大致在0.1至100纳米之间，科学家将其称为介观区域。介观区域里有许多难以解释的现象，过去一直是人类科学的盲区社会上商家热炒的“纳米”实际上就是指纳米材料，相当一部分“纳米材料”并不符合标准-中国钢铁研究总院纳米材料研究中心副主任、国家纳米科技指导协调委员会委员周少雄教授,3用纳米改造生活,40,“纳米车辆”,世界上第一辆“纳米车辆”。科学家说，未来这种车辆可用来运输单个的分子，成为“纳米生产”中的有用工具至纳米见方，不到头发丝直径的万分之一，却拥有完整的底盘、轮轴和车轮当这种“纳米车辆”放置在金片表面时，受热就会运动-纽约时报2005.10.22,3用纳米改造生活,41,世界最小纳米收音机问世,尺寸仅为头发丝直径万分之一的碳纳米管构成碳纳米管集天线、调谐器、放大器和解调器于一身利用共振现象探测无线电信号,3用纳米改造生活,42,3.2用纳米改造生活,脾气暴躁、易燃易爆的纳米金属颗粒材料世界中的大力士-纳米金属块体奇妙的碳纳米管善变颜色的纳米氧化物材料刚柔并济的纳米陶瓷爱清洁的纳米材料法力无边的半导体纳米材料运送药物的“导弹”,3用纳米改造生活,43,（1）纳米技术进展,1991年，NEC实验室观察到碳纳米管,3用纳米改造生活,44,（1）纳米技术进展,实心的纳米棒、纳米线、量子线,3用纳米改造生活,45,（1）纳米技术进展,朗讯公司和牛津大学:纳米镊子碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量称量单个原子重量的“纳米秤”,3用纳米改造生活,46,（1）纳米技术进展,能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料（美国）“超黑粉”，对雷达波的吸收率达99（美国）国会:21世纪前20年的立国之本（日本）韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术印度：像抓软件产业那样抓纳米科技德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金,3用纳米改造生活,47,（1）纳米技术进展,1991年海湾战争中，美国战斗机表面包覆了纳米材料（纳米材料，Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3纳米的硼化物、氮化硼，碳化硼及其复合材料都是隐身材料），吸收宽频带的微波，可以逃避雷达的监视，而伊拉克的军事目标没有这种设施，失效惨重。,3用纳米改造生活,48,美国研制的纳米磁性材料，在一定条件下产生光发散效应，改变光传播方向，达到扰乱敌人探测的目标。,（1）纳米技术进展,3用纳米改造生活,49,（1）纳米技术进展,纳米Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3及其复合材料对人体红外有强烈吸收，可以起到保暖作用，减轻衣服重量，对登山运动员、军人战士防寒,3用纳米改造生活,50,紫外光吸收：纳米TiO2、Al2O3、SiO2、ZnO等对250nm以下的波长有较强的吸收。185nm的短波紫外线对人体健康有损害，而且对日光灯的寿命有影响，若将Al2O3粉末掺入稀土荧光粉中，吸收掉这些有害的紫外光。可作防晒剂和化妆品中,（1）纳米技术进展,3用纳米改造生活,51,纳米材料制备的分子机器人(分子医生)：这个分子机器人在人体的血液循环中，对人体各部位进行健康检查，诊断，并能进行特殊治疗，疏通血栓，清除心脏血管的脂肪沉淀物，可吞噬病毒，杀死病毒。,（1）纳米技术进展,3用纳米改造生活,52,纳米鼻：美国斯坦福大学纳米碳管制成的纳米鼻。在室温条件下，造价低廉，长仅有3m，可检测空气中NH3、NO2，可用实验室家庭中有毒气体的报警。,（1）纳米技术进展,3用纳米改造生活,53,（2）纳米技术在中国,1993年，中科院操纵原子写字,3用纳米改造生活,54,（2）纳米技术在中国,3用纳米改造生活,中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列;合成了当时最长的纤维级碳纳米