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纳米科技及其新应用主讲人：崔青霞同组人员：鲁方元、唐利娜、杨帆、韩艳艳2010.11.26目录一、纳米和纳米科技的概念二、纳米材料的奇异性能三、纳米技术潜在应用四、纳米科技前景的展望五、我国纳米科技的研究水平一、纳米和纳米科技的概念纳米结构？纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下（1-100nm）的微小结构。纳米技术？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、分子制造物质的科学技术。什么是纳米科技？•创造和制备优异性能的纳米材料•设计、制备各种纳米器件和装置•探测分析纳米区域的性质和现象纳米科技的科学意义（1）纳米科技将促使人类认知的革命首先，纳米科技的科学意义体现在：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土。其次，由于纳米科技是对人类认知领域新疆域的开拓，人类将面临对新理论和新发现重新学习和理解的任务。再次，从人类未来发展的角度看，可持续发展将是人类社会进步的唯一选择。纳米科技推动产品的微型化、高性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少人类对其过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。(2)纳米科技将引发一场新的工业革命•纳米技术是80年代初迅速发展起来的前沿学科，它使人们认识、改造微观世界的水平提高到了一个新的高度。纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑、电视机、卫星、机器人等的体积变得越来越小.二、纳米材料的奇异性能•纳米金属的熔点比普通金属低几百度；•气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍；•纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高１０倍；•纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极强，是隐形技术的突破；•纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强。用作发光二极管、激光二极管，实现光电集成。中科大功能纳米材料研究室1.纳米硅发光奇异性能实例2.碳纳米管多种优异性能碳纳米管是由碳原子按一定规则排列形成的空心笼状管式结构，其直径不超过几十纳米（一纳米为十亿分之一米）。导电性强、场发射性能优良、强度是钢的100倍、韧度高等，是一种用途广泛的新材料。莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度，将少量纳米管置于29Kpa的水压下（相当于水下18000千米深的压力）做实验。不料未加到预定压力的1/3，纳米管就被压扁了。他们马上卸去压力，它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。应用：科学家得到启发，发明了用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧，用作汽车或火车的减震装置，可大大减轻车辆的重量。用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧纳米管做成的“纳米秤”更令人惊奇的是，最近美国、中国、法国和巴西科学家用精密的电子显微镜测量纳米管在电流中出现的摆频率时，发现可以测出纳米管上极小微粒引起的变化，从而发明了能称量亿亿分之二百克的单个病毒的“纳米秤”。这种世界上最小的秤，为科学家区分病毒种类，发现新病毒作出了贡献。碳纳米管储氢高质量的碳纳米管能储存大量氢气，从而可以实现用氢气为燃料驱动无污染汽车。H23.碳60的奇异性能1985年在太空碳分子实验室中，偶然发现60个碳原子组成空心的笼状结构的碳分子，后来人们发现石墨碳分子经激光、电弧等强高温加热，或又在一定的催化剂（铁基和镍基）的帮助下，碳原子能形成C60分子。碳60超导体已经试验过往C60中掺杂，引入碱金属、碱土金属原子，可以得到各向同性的超导性，制成了有机超导体。C60作成的分子算盘•1996年11月，IBM公司在瑞士苏黎士研究室工作的物理学家金泽夫斯基等，想能否用一台扫描隧道显微镜和一些布基球，制成一个能计算的机器。结果研究出第一台分子算盘，储存信息容量是常规电子计算机存储器的10亿倍，可能是将来制造出分子般大小的机器的第一部。•移动单个分子或原子的技术，将是下一代电子元件和开发纳电子集成电路的关键。5.催化活性增强以粒径小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率提高到传统镍催化剂的10倍。6.纳米结构的性能与应用DonEiglerIBM量子栅栏三、纳米技术潜在应用•纳米科技将对信息和生物技术产业产生革命性的影响•促使传统产业的“旧貌换新颜”比如通过纳米材料的研究，我们在化纤制品中加入纳米微粒，可以除味、杀菌。通过纳米技术的运用，使建筑物外墙涂料的耐洗刷性由原来的1000多次提高到1万多次，老化时间也延长了两倍多。纳米武器称雄未来战场间谍草机器苍蝇蚊子导弹蚂蚁士兵麻雀卫星“间谍草”这是一种看似小草的微型探测器，其内装有敏感的超微电子侦察仪器、照相机和感应器，可侦测出百米以外的坦克、车辆等出动时产生的震动和声音，能自动定位、定向和进行移动，绕过各种障碍物。“机器苍蝇”它既能被飞机、火炮和步兵武器投放，也可以人工放置在敌军信息系统和武器系统附近，大批“机器苍蝇”可在某地区形成高效侦察监视网，大大提高战场信息获取量。如果再在它们身上安装某种极小的弹头，“苍蝇”无疑会变成“马蜂”。“蚊子导弹”利用纳米技术制造的形如蚊子的微型导弹，可以起到神奇的战斗效能。纳米导弹直接受电波遥控，可以神不知鬼不觉地潜入目标内部，其威力足以炸毁敌方火炮．坦克、飞机、指挥部和弹药库。“蚂蚁士兵”这是一种通过声波控制的微型机器人。这些机器人比蚂蚁还要小，但具有惊人的破坏力。Teleoperatedorautonomous它们可以通过各种途径钻进敌方武器装备中，长期潜伏下来。一旦启用，这些“纳米士兵”就会各显神通，有的专门破坏敌方电子设备，使其短路、毁坏；有的充当爆破手，用特种炸药引爆目标；有的施放各种化学制剂，使敌方金属变脆、油料凝结或使敌方人员神经麻痹、失去战斗力。“麻雀卫星”质量不足10千克，各种部件全部用纳米材料制造，一枚小型火箭一次就可以发射数百颗。若在太阳同步轨道上等间隔地部署648颗功能不同的“麻雀卫星”，就可以保证在任何时刻对地球上任何一点进行连续监视，即使少数失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响。四、纳米科技前景的展望1．材料和制备2．微电子和计算机技术3．环境和能源4．医学与健康5．生物技术6．航天和航空7．国家安全1．材料和制备在纳米尺度上，通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元，制备更轻、更强和可设计的材料，同时具有长寿命和低维修费用的特点；以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。实现材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复。2．微电子和计算机技术纳米结构微处理器的效率提高1兆倍，并实现太比特的存储器(提高1000倍)；研制集成纳米传感器系统。分子计算3．环境和能源发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境；制备孔径lnm的纳孔材料作为催化剂的载体，有序纳米孔材料和纳米膜材料(孔径l0~l00nm)用来消除水和空气中的污染；成倍的提高太阳能电池的能量转换效率。4．医学与健康纳米技术将给医学带来变革：纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应；研究耐用的与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统。5．生物技术在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等；在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能；生物仿生化学药品和生物可降解材料；动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等。6．航天和航空纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数倍的降低。这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米集成的测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。间谍卫星7．国家安全拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家，将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位。•先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用；•通过纳米机械学，微小机器人的应用将提高部队的灵活性和增加战斗的有效性；•用纳米和微米机械设备控制，国家核防卫系统的性能将大幅度提高；•通过纳米材料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇和战斗机等。五、我国纳米科技的研究水平1995年，德国科技部对各国在纳米技术方面的相对领先程度的分析中，我国在纳米材料方面与法国同列第五等级，前四个等级为日本、德国、美国、英国和北欧。谢谢！放映结束感谢各位的批评指导！让我们共同进步