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化学与纳米技术

背景介绍纳米金表面水滴一滴水在用电铸方法制备纳米结构金表面。这些颜色由白光在表面反射和那些表面等离子体激元产生。第1页纳米技术

概论1981年扫描隧道显微镜创造后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它最终目标是直接以原子或分子来结构含有特定功效产品。所以，纳米技术其实就是一个用单个原子、分子射程物质技术。

纳米技术是一门交叉性很强综合学科，研究内容包括当代科技辽阔领域。纳米科学与技术主要包含：纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等七个学科我们主要介绍一下纳米技术在生物以及材料方面发挥推进力量，以及化学在其中起到主要作用背景介绍~

纳米棒棒糖

--这是一个侧面图，现实了搭在两个镍电极间一根硅纳米线。在右边那一头，纳米线连着一个小纳米镍金属球，看起来就象是个棒棒糖。所以偶们叫它"纳米棒棒糖"。此图由日立S-4700场发射扫描电镜拍摄。样品法线跟电子束成85度角。第2页纳米材料缤纷世界背景介绍镍色子边长为200微米，是利用自组装技术制造，图中色子颜色是后期制作时用电脑软件加上去。第3页纳米材料概述与分类概述--纳米材料统指合成材料基本单元大小限制在1~100nm范围材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起尺度。、分类--纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。下面我们来一一介绍它们特点及功效。

第4页纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大线状材料。可用于：微导线、微光纤（极有可能成为未来量子计算机与光子计算机主要元件）材料；新型激光或发光二极管材料等。

纳米纤维用于净水纳米纤维可将太阳能转换成为燃料第5页纳米膜纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小间隙薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度磁统计材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。纳米隔热电镀膜

用作防爆膜以及汽车防爆膜纳米负离子远红外电热膜第6页图为纳米镍粉电镜图

可用作高效催化剂纳米粉末又称为超微粉或超细粉，普通指粒度在100纳米以下粉末或颗粒，是一个介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态固体颗粒材料。可用于：高密度磁统计材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电子封装材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。总之，纳米粉末应用领域十分广泛。能够说是纳米材料中最“能干”一类。

第7页纳米材料功效

家电--用纳米材料制成纳米材料多功效塑料，含有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里抗菌除味塑料。

电子计算机和电子工业--能够从阅读硬盘上读卡机以及存放容量为当前芯片上千倍纳米材料级存放器芯片都已投入生产。计算机在普遍采取纳米材料后，能够缩小成为“掌上电脑”。环境保护--环境科学领域将出现功效独特纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。纺织工业--在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用具，可制得满足国防工业要求抗紫外线辐射功效纤维。

第8页纳米材料制备方法物理法化学法粉碎法构筑法沉淀法水热法溶胶－凝胶法冷冻干燥法喷雾法干式粉碎湿式粉碎气体冷凝法溅射法氢电弧等离子体法共沉淀法均相沉淀法水解沉淀法纳米材料合成方法分类气相反应法液相反应法气相分解法气相合成法气－固反应法第9页可见在纳米材料合成方法中,化学方法不但在使用而且可操作性很强,其中，沉淀法、水热法溶胶、凝胶法、冷冻干燥法、喷雾法都是制备纳米材料有力方法。可见化学与纳米材料息息相关。含有电子存放磁性硼铁化钴纳米线材料阵列。直径为100微米镍－锰－镓合金短纤维材料第10页纳米材料介绍之--碳纳米管在1991年日本NEC企业基础研究试验室电子显微镜教授饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生球状碳分子时，意外发觉了由管状同轴纳米管组成碳分子,这就是现在被称作“Carbonnanotube”，即碳纳米管。碳纳米管分类碳纳米管按照石墨烯片层数分类可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。多壁管管壁上通常充满小洞样缺点。与多壁管相比，单壁管是由单层圆柱型石墨层组成，其直径大小分布范围小，缺点少，含有更高均匀一致性。第11页力学方面--因为碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成份比较大，使碳纳米管含有高模量、高强度。碳纳米管硬度与金刚石相当，却拥有良好柔韧性，能够拉伸。当前在工业上惯用增强型纤维中，决定强度一个关键原因是长径比，即长度和直径之比.

碳纳米管性能制备导电方面--碳纳米管上碳原子P电子形成大范围离域π键，因为共轭效应显著，碳纳米管含有一些特殊电学性质。

碳纳米管含有良好导电性能，因为碳纳米管结构与石墨片层结构相同，所以含有很好电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁螺旋角。相关制备--当前惯用碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法。放大后碳纳米管第12页纳米生物学发展

1981年扫描隧道显微镜创造后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它最终目标是直接以原子或分子来结构含有特定功效产品。它便是纳米技术。所以，纳米技术其实就是一个用单个原子、分子射程物质技术。纳米生物学和纳米药品学是纳米技术在生物领域分支

扫描隧道显微镜第13页纳米生物学研究任务纳米生物学研究任务是，在纳米尺度上应用生物学原理，发觉新现象，最终制成可编程分子机器。因为纳米生物学发展才刚才起步，其广泛应用前景尚难全部预料到。当前所能包括内容大致为：①在纳米尺度上了解生物大分子精细结构及其与功效联络；②在纳米尺度上获取生命信息；③分子机器研制。

第14页了解生物大分子精细结构结果在纳米生物学中，应用扫描隧道显微镜STM研究蛋白质结构是近年进展。在观察蛋自质分子表面结构形貌这方面，研究当前还处于探索阶段。中科院化学所STM小组，报道了相关胰岛素研究工作。中科院上海原子核所和上海细胞生物学所合作，取得了人体β-珠蛋白质基因某个调控过程中

DNA形成环结构STM图像。生物学家认为，这种环结构对了解基因调控机制有主要意义。英国《Nature》杂志有专文介绍，美国明尼苏达大学一小组观察到了磷酸化激酶形貌。当前，研究已包括到氨基酸、人工合成多肽、结构蛋白和功效蛋白等主要领域。另外，应用STM观察蛋白质与DNA复合物报道也不停传出。

第15页应用扫描隧道显微镜STM研究蛋白质结构方面取得进展让我们对人体以及全部生命体细微组成物质有了详细了解。这无疑是为化学家以及生物学家研究怎样更加好“管理”人体内部组织，治愈疾病理论基础。科学家测得蛋白质空间模型第16页制造分子机器

---纳米科技最终目标利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造类似生物大分子分子机器这便是纳米科技最终目标--制造分子机器，而分子机器启发起源于生物体系中存在大量生物大分子，它们被理查德·菲利普·费曼在《费曼说纳米》中说成是微小机器，被看作是自然界分子机器。从这个意义上说，纳米生物学应该是纳米科技中一个关键领域。）第17页美国著名物理学家

理查德·菲利普·费曼利用DNA和一些特殊蛋白质特殊性质，有可能制造出分子器件。当前研究热点在分子马达、硅－神经细胞体系和DNA相关纳米体系与器件。利用纳米技术，人们已经能够操纵单个生物大分子。操纵生物大分子，被认为是有可能引发第二次生物学革命主要技术之一。第18页纳米生物学在研究领域

最新进展及介绍糖类包裹磁性纳米颗粒可用于去除病菌研究人员将甘露糖与二氧化硅包覆磁性Fe3O4纳米颗粒经过三唑或氨类化合物共价连接，使糖类均匀分布在磁性纳米颗粒表面组成磁性糖类-纳米颗粒体系。磁性纳米颗粒巨大比表面积、较小粒径使其更轻易、更加快速地吸附在菌体细胞表面。这种体系只需5分钟便能检测到大肠杆菌存在，能够依据响应模式不一样轻松分辨三种不一样大肠杆菌并去除88%靶向细菌。

糖类包覆磁性纳米颗粒是磁性纳米颗粒首次被用来检测、量化以及分辨菌体细胞，作为细菌快速检测、去除方法在病菌去除以及诊疗中含有巨大应用前景。

--摘自《美国化学会志》(JACS)

第19页药品

放入

磁性

纳米

颗粒

内

部研究人员将磁性纳米载体与含有生物活性碳水化合物如甘露糖耦合，为检测、去除大肠杆菌以及其它有害细菌提供了有效处理方法。

有效预防农产品细菌污染事件发生以及生化恐怖攻击威胁。（许多细菌利用哺乳动物细胞表面碳水化合物作为附着工具从而会引发一系列农产品细菌污染事件）

相关微生物另一项纳米生物方面最新研究—美国加州大学两名工程师发觉了活细菌体内半导体纳米管，他们发觉了细菌会产生由硫化砷组成纳米管。这种纳米管与化工合成纳米管相比，有着独特物理化学性质。此项发觉将有利于开发出一套全新纳米电子器件。

第20页关于癌症早期诊疗--美国加州大学洛杉矶分校癌症研究中心说，他们在原子显微镜下用一个极小探针接触到癌细胞，以此来确定其表面