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纳米技术在精细化工中的应用与发展前景

纳米技术在精细化工中的应用与发展前景
纳米技术在精细化工中的应用与发展前景

一、应用

1.高分子

(1)涂料

将纳米材料应用与涂料中可分为两种情况:一是将纳米材料分散于传统涂料后得到的纳米材料改性涂料;二是完全有纳米粒子组成的纳米涂层材料。前者主要利用纳米粒子的抗紫外线、光催化等性能对传统涂料进行改性,从而提高涂料的某些性能。由于纳米材料改性涂料的工艺相对简单,工业可行性好,因此目前的研究工作大多集中在该领域。一方面纳米材料改性涂料不仅在常规的力学性能如附着力、抗冲击、柔韧性等方面会得到提高,而且还有可能提高涂料的耐老化、耐腐蚀、抗辐射性能。此外,纳米材料改性涂料还可能出现某些特殊功能:自清洁、抗静电、隐身吸波、阻燃等性能。

纳米材料是粒径非常微小的细微颗粒,其表面活性相当高,如何将其有效的分散在涂料体系中,是纳米材料在涂料中应用的关键问题。纳米材料的表面处理、添加方式、分散设备的选择等,直接影响到纳米材料在涂料中的分散状态。xin\纳米材料在涂料中的应用进展_刘红波.pdf

(2)塑料

纳米S Oi2对塑料不仅起补强作用,而且具有许多新的特性。利用它透光、粒度小,可使塑料变得更致密,可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高。

"纳米塑料"是指基体为高分子聚合物,通过纳米粒子在塑料树脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐热、耐候、耐磨等性能。"纳米塑料"能使普通塑料具有象陶瓷材料一样的刚性和耐热性,同时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐冲击性和易加工性。目前,能实行产业化的有通过纳米粒子改性的NPE、NPET和NPA6(即纳米聚乙烯、纳米PET聚脂、纳米尼龙6)利用纳米粒子,将银(Ag+)设计到粒子表面的微孔中并稳定,就能制成纳米栽银抗菌材料,将这种材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉,自洁等优良性能,使其成为绿色环保产品。目前,已在ABS、SPVC、HIPS、PP塑料中得到应用。

(3)粘合剂和密封胶

将纳米材料如纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中,使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料,是指具有亲水性,将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构,即纳米SiO2形成网络结构掏胶体流动,固体速度加快,提高粘结效果,由于颗粒尺寸小,更增加了胶的密封性。

(4)纤维

纳米纤维的用途很广,如将纳米纤维植入织物表面,可形成一层稳定的气体薄膜,制成双疏性界面织物,既可防水,又可防油、防污;用纳米纤维制成的高级防护服,其织物多孔且有膜,不仅能使空气透过,具可呼吸性,还能挡风和过滤微细粒子,对气溶胶有阻挡性,可防生化武器及有毒物质。以纳米S iO2和纳米T iO2经适当配比而成的复合粉体作为纤维的添加剂,可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。

A.紫外防护纤维

B.远红外功能纤维

C.抗菌防臭和除臭纤维

D.抗静电纤维

2.催化领域

纳米粒子是一种极好的催化剂,这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全,导致表面的活性位置增加,使它具备了作为催化剂的基本条件。镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂,可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600 ℃降低到室温。

3.化妆品

在防晒产品中以往多使用有机化合物为紫外线吸收剂, 但是存在诸如为了尽可能保护皮肤不接触紫外线而提高添加量之后, 会增加发生皮肤癌以及产生化学性过敏等问题。在纳米技术被广泛应用的今天, 钠米氧化钛及氧化锌以其安全无毒、能屏蔽紫外线、无毒、无味、不分解、不变质、着色力高、遮盖力强或透明度高、色相好和色谱广等优异性能, 被广泛应用于防晒化妆品中。从防晒新技术、新原料的发展来看, 它们也是极具发展前途的一类防晒化妆品原料。

纳米原料用在化妆品防晒剂中, 最大的优点是其属于无机惰性原料, 不像有机防晒剂其活性和刺激性较强, 会对皮肤产生毒副作用, 应用非常安全。例如, TiO2 就是一种很好的纳米防晒原料。纳米TiO2对长波(320 nm~400 nm)和中波(280 nm~320 nm)均有屏蔽作用, 且自身为白色, 可以随意着色, 在防晒霜、粉底霜、口红和防晒摩丝等化妆品中得到广泛应用。纳米TiO2 的粒径对紫外线的吸收能力和遮盖力影响很大, 一般以30 nm~50 nm 粒径为最佳。

纳米ZnO 的抗菌性源于两个方面, 其一, Zn2+ 与Ag+、Cu2+一样属于重金属离子, 可与病菌和病毒体内蛋白质上的巯基结合, 从而抑制它们的活性。其二, 在紫外线的照射下, ZnO 会产生空穴(h +)电子(e - )对, 活泼的空穴和电子分别从纳米ZnO 价带(VB)、导带(CB)迁移至粒子表面, 把表面吸附的水或羟基(OH)转变成氢氧自由基(·OH), 把表面吸附的氧气转变成原子氧(O 2-), 氢氧自由基具有极强的氧化能力, 从而把大多数细菌和病毒杀死。纳米ZnO 应用于防晒化妆品中, 不但使体系拥有收敛性和抗炎性, 而且具有吸收人体皮肤所分泌出的油脂的功效。

4.医药方面

纳米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,可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;使用纳米技术的新型诊断仪器,只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病,美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物,称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物,注射到人体血管中,通过磁场导航输送到病变部位,然后释放药物。纳米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流动,因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道,我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒,然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用,通过纳米技术处理后的银表面急剧增大,表面结构发生变化,杀菌能力提高200倍左右,对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统,其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的

药物的给药。

纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质特别是酶,从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。

二、展望前景

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。

纳米材料奇异性: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。

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

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。

7.国家安全

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。

蚂蚁士兵: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。

我国纳米技术研究水平

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。

纳米技术虽然起源于国外发达国家,但是目前在我国也具有极大的发展潜力,国家也在不断提升对这方面的关注程度,一方面增加对纳米技术的研究经费,并密切关注纳米技术以及纳米材料的基础研究工作。另一方面积极推动地方政府和企业对于纳米技术的应用,从而实现了以基础研究到产品应用的完整体系。

现阶段,我国对一些纳米材料的研究也取得了令人瞩目的成就。在物理、化学方面采用多种方法研制出的高密度、性能优越的纳米陶瓷,以及制备出的金属合金氧化物、碳化物等纳米化合物,并且建立了相应的基础设备,能够真正意义上做到控制纳米微粒的尺寸大小,制成纳米薄膜以及其它纳米材料与传统材料相比较而言,在强度、硬度、韧性以及扩散度、可塑性、导电率等方面都有显著提升。并且我国还在世界上首次发现了氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区所表现出的超塑性形变;在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应以及自旋波共振等领域也取得了卓越的成就;设计并研制出了纳米复合氧化物体系,它对中红外波段吸收率高达92%,并将其应用于红外保暖纤维。目前,纳米材料和纳米技术这项诞生于二十一世纪的崭新技术已经逐渐打破了人们的传统生活理念,并从根本上解决了人类所面临的诸如能源、环境保护以及医药卫生等重大问题。

参考文献

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纳米技术发展史

纳米技术发展史 【摘要】纳米技术是21世纪科技发展的制高点,是新工业革命的主导技术,它将引起一场各个领域生产方式的变革,也将改变未来人们的生活方式和工作方式,使得我们有必要认识一下纳米技术的发展史。纳米技术的发展史是一个很长的过程,同时也是一个广泛应用的过程。 【关键词】发展纳米技术纳米材料 纳米技术基本概念 纳米技术是以纳米科学为基础,研究结构尺度在0.1~100nm范围内材料的性质及其应用,制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手 段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为 基础,以当代精密仪器和先进的分析技术为手 段,是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物 理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域,各传统学科之间的界限变得模糊,各学科高度交叉和融合。 纳米技术包含下列四个主要方面: 1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。

过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于 自然界,只是以前没有认识到这个尺度 范围的性能。第一个真正认识到它的性 能并引用纳米概念的是日本科学家,他 们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。2、纳米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。3、纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物,

纳米技术的应用与前景展望

纳米技术的应用与前景展望 【摘要】纳米技术是二十一世纪最具潜力的学科分支,有可能成为下一世纪前二十年的主导技术。本文概述了纳米技术在陶瓷、电器、医学等方面的应用,并对纳米技术的发展进行了展望。 【关键词】纳米技术;应用;发展前景 0.引言 纳米技术是上世纪末出现的高技术,有科学家预言,在21世纪纳米材料将是“最有前途的材料”,纳米技术甚至会超过计算机和基因学,成为“决定性技术”.1990年,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开,《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世.从此一个崭新的科学技术领域—纳米科技开始得到科技界的广泛关注。[1] 1.纳米技术 1.1纳米技术的发展现状 二十世纪90年代以后,纳米技术飞速发展。自首届国际纳米科学技术会议召开以后,世界各国的纳米技术研究风起云涌,各种形式的研究机构像雨后春笋遍布世界各地,纳米技术研究所涉及的科学领域及应用范围在不断扩大,各个领域都取得了可喜的进展,纳米技术研究获得了空前的快速发展。纳米材料是纳米技术的重要组成部分,在纳米材料领域,人们研究出了纳米金属、合金、陶瓷和有机高分子等复合型材料并在实际中应用,取得了明显的效果。[2] 1.2发展纳米技术的重要性 纳米技术的研究开发可能在精密机械工程、材料科学、微电子技术、计算机技术、光学、化工、生物和生命技术以及生态农业等方面产生新的突破。世界各国都给予极大的重视,美国国家关键技术委员会将纳米技术列为政府重点支持的22项关键技术之一,制定了投资2亿美元进行大规模开发纳米技术的10年计划。英国成立了纳米技术战略委员会,国家纳米技术计划已开始实施。科学家们认为,纳米技术的深远意义可与18世纪的工业革命相媲美,它的重要性非常大,表现在技术和科学方面,主要有以下几点: (1)纳米技术是一项交叉领域学科,对它的基础研究和应用研究是能否拥有国际竞争力的先决条件。 (2)由于它的交叉学科性能,决定了它不仅应用于一种技术领域,它为许多学科的发展奠定基础并起到推动的作用。

纳米光电子技术的发展及应用

纳米光电子技术的发展及应用 摘要:纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术,本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例,随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展,两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。 关键词:纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用 一、前言 纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性,交叉性的学科领域,为21世纪三大高新科技之一。而如今,纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展,该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活,成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出,而不同领域对纳米技术的看法大相径庭,就目前发展现状而言大体分为三种:第一种,是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念,可以制造出任何种类的分子结构;第二种概念把纳

米技术定位为微加工技术的极限,也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术;第三种概念是从生物角度出发而提出的,而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 二、纳米技术及其发展史 1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学,促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性,神奇性和广泛性,吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造,测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。 2、纳米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等. 3、纳米生物学和纳米药物学:如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技,我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技,有着我们未所发掘到潜能与实用价值,在这个世代,各种技术的发展迅速,随着纳米技术的进一步发展,可以作为一种催化剂,促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米(一种长度计量单位,等于1/1000,000,000米)尺度附近的物质,其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”,其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域,包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲,包括如下领域: 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程,但纳米技术已经证明,可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体,使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式,如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力,它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说:“当我们进入21世纪时,纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响,至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计,纳米技术在新世纪中的应用前景广阔,已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域,信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看,人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究,则是1959年,这一年,著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为,能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器,而这较小的机器又可制作更小的机器,这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末,美国MIT(麻省理工大学)的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初,德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒,并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来,这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言,尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成,碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子,其强度是钢的100倍,直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达,一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学,因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业,是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理

纳米科技的发展及未来的发展方向

纳米科技的发展及未来的发展方向 论文 理学院 08光信息科学与技术 张箐 0836017

纳米科技的发展及未来的发展方向 一:纳米科技的起源: 纳米是长度度量单位,一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R.Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出:如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置,则将会有许多激动人心的新发现。他还强调:人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说:试想,如果有一天,人们可以按自己的意志来安排一个个原子,将会产生怎样的奇怪现象。 与所有的天才假想一样,费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后,许多科学家又尽情发挥想像力,从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。 纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初,宾尼希(C.Binnig)和罗雷尔(H.Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器--扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy,STM)。STM 不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界,同时也为操纵原子、分子提供了有力工具,从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。 与此同时,纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年,纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心(Almaden Research Center)的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置,组成了“IBM”三个字母,这三个字母加起来不到3纳米长。 1990年7月,第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微

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纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪,纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用,并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词:纳米材料;功能;应用; 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成,也正因为这样,纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如:其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等,这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题,可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史,由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时,其韧性、 强度、硬度大幅提高,使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用,从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管,表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性,成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展,已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

纳米二氧化钛的现状与发展概要

纳米二氧化钛的现状与发展 作者:未知时间:2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前,纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等,需求量不大,没有形成大的生产规模。80年代以后,开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂,为纳米TiO2打开了市场,使纳米TiO2的生产和需求大大增加,成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。 由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景,并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门,因此,纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究,并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2,总生产能力估计在(6000~10000)t/a,单线生产能力一般为(400~500)t/a。 根据莎哈里本公司统计,2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右,其消费量与产品应用见表1。 表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用 近几年,有关纳米TiO2的新建装置已很少报道,主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量,多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高,技术要点和难点主要表现在以下几个方面:①国际上纳米TiO2的价格为(30~40)万元/t,其成本大致是销售价格的2/5,原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素;②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术;③金红石型纳米TiO2的表面处理技术;④纳米TiO2应用分散技术;⑤纳米TiO2应用功能的提升技

纳米技术医学运用前景

纳米技术医学运用前景 一、在诊断技术方面的应用 扫描探针显微镜,其探针可以沿样品表面逐点扫描,针尖能随样品的高低起伏作上下运动,用光学方法测量针尖的运动,就可以得到分子的图像。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结 构改变,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具———光学相干层析术(OCT)已研制成功,OCT的分辨率可达纳米级,较CT 和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀 死活细胞。通过应用纳米技术,在DNA检测时,可免去传统的PCR扩增 步骤,快速、准确。美国NASAAmesCen-terforNanotechnology与中南 大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作,将碳纳米管用于基因芯片, 可以在单位面积上连接更多的更高,样本需要量低于1000个NDA分子(传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子);需要的样品量更少,可以免去传统的PCR扩增步骤;结果可靠,重复性好;操作简单,易实现 检测自动化。其基本原理是:连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交 捕获特异性的靶DNA或RNA,靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极,电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。国外在80年代末开始着手研究超顺磁性氧化铁超微颗粒的研究,90年代把这种造影剂应用于临床。 其技术要点是:制备出高顺磁性氧化铁纳米颗粒,在其表面耦连肝癌 组织靶向性物质(如肝肿瘤特异性单克隆抗体、肝肿瘤细胞表面特异性受体的配体)制成特异性的MRI造影剂。我国科学家也成功开发了应用超顺磁氧化铁脂质体纳米粒进行肝癌诊断的技术,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤,还能发现更小的肝转移癌病灶。目前不加造影剂的磁共振检查能发现直径1.0cm的肝癌病灶,因此该成果大大提升了肝癌早期诊断的敏感性。国家863资助课题“纳米复合包裹生物微系统制备、超 声造影和控制释药”,研制了纳米包膜微米微泡超声造影剂与包裹药物和气体的微球,造影后对比效果明显增强,有利于疾病的早期诊断和鉴

纳米科技的发展现状及前景

纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。 1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、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。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容 从迄今为止的研究来看,关于纳米技术分为三种概念: 第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发,成为纳米生物技术的重要内容1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学,促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性,神奇性和广泛性,吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造,测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。关键突破 1990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排,纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。目前,制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想。 纳米技术包含下列四个主要方面:

纳米科学与技术的发展历史

纳米科学与技术的发展历史 物三李妍 1130060110 纳米科学与技术(简称纳米科技)是80年代后期发展起来的,面向21 世纪的综合交叉性 学科领域,是在纳米尺度上新科学概念和新技术产生的基础.它把介观体系物理、量子力学、混沌物理等为代表的现代科学和以扫描探针显微技术、超微细加工、计算机等为代表的高技术相结合, 在纳米尺度上(0.1nm到10nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互 作用,以及利用原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的特性制造具有特定功能的产品,实现生产方式的飞跃。 历史背景 对于纳米科技的历史, 可以追溯到30多年前着名物理学家、诺贝尔奖获得者Richard Feynman于美国物理学会年会上的一次富有远见性的报告 . 1959 年他在《低部还有很大 空间》的演讲中提出:物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说, 人类 能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态, 最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。他在这篇报告中幻想了在原子和分子水平上操纵和控制物质.他的设想 包括以下几点: (1)如何将大英百科全书的内容记录到一个大头针头部那么大的地方; (2) 计算机微型化; (3)重新排列原子.他提醒到, 人类如果有朝一日能按自己的主观意愿排列原子的话, 世界将会发生什么? (4) 微观世界里的原子.在这种尺度上的原子和在体块材 料中原子的行为表现不同.在原子水平上, 会出现新的相互作用力、新颖的性质以及千奇 百怪的效应. 就物理学家来说, 一个原子一个原子地构建物质并不违背物理学规律.这正 是关于纳米技术最早的构想。20 世纪70 年代, 科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist 和Buhrman 利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒, 提出了纳米晶体材料的概念, 成为纳米材料的创始者。之后, 麻省理工学院教授德雷克斯勒积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。纳米科技的迅速发展是在20 世纪 80 年代末、90 年代初。1981 年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——— 扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM), 为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984 年德国学者格莱特把粒径6 nm 的金属粉末压成纳米块, 经研究其内部结构, 指出了它界面奇异结构和特异功能。1987 年, 美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO2 多晶体。1990 年7月第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际扫描隧道显微学会议在美国巴尔

纳米技术与未来生活

纳米技术与未来生活 “正像七十年代微电子技术引发了信息革命一样,纳米科学技术将成 为下世纪信息时代的核心。” ——IBM的首席科学家Amotro ●纳米技术的起源与发展 1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后甚至可以根据人类的意愿,逐个排列原子或分子,制造超晶态产品,这是关于纳米技术最早的梦想。 七十年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想,1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术(Nano-technology)一词描述精密机械加工。1982年,科学家发明观察纳米结构的重要工具--扫描隧道显微镜(STM),揭示了一个可直接探测的原子、分子世界,对当时称为“介观物理”(Mesoscopic Physics)的研究和发展产生了积极的促进作用。并且,只有在介观体系中才显得那么重要的表面和界面问题也开始发展成为科学。1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。 ●纳米与纳米技术 所谓纳米,它仅仅是一个长度单位,一个纳米相当于十亿分之一米,是人类毛发直径的一万分之一,是可见光最短波长的四百分之一。如果做一个纳米的小球,把它放在一个乒乓球上,就好像把乒乓球放在地球上。纳米一个比微观尺度(原子大小为0.1纳米)大,又比宏观尺度(光学显微镜分辨极限的微米尺度)小的世界。这个世界里的研究工作是从基础物理学对这个尺度上的结构(纳米结构——Nano-structure)所表现出的奇异特性开始的。如果考察电子通过纳米圆环所组成电路,它的行为将不遵守欧姆定律,而表现出彼此之间的关联性(AB效应)。在这个尺度上的物质,表面原子或分子占了相当大的比例,已经无法区分它们是长程有序(晶态)、短程有序(液态),还是完全无序(气态)了,而成为物质的一种新的状态——纳米态。并且,人们很早就注意到这种纳米态的性质不主要取决于其体内的原子或分子,而是主要取决于表面或界面上分子排列的状态。由于它们具有量子力学上的强关联性而表现出完全不同于宏观和微观世界的介观性质,这就是纳米材料。 而通常讲的纳米科技就是对待这样一个数量级的微观世界的科学技术。其精髓是从对原子分子的精确控制出发,构建具有全新分子、全新排列形式的人造结构。也就是说,纳米技术希望能够操纵一个一个原子、一个一个分子,并用这种办法来做成一些材料和器件。1959年,加州理工学院的一位教授就提出了这样一种设想:做一种万能制造机,一面放上各样的分子、原子,另一面想出来什么东西,就通过原子的组排,轻松实现。而从原理上讲,利用纳米技术,是有可能的。可见纳米技术的神奇了。 作为纳米技术,本身它并不神秘,实际上从微米技术到纳米技术,应该说啊是科学发展的一个自然的结果。我们现在生活在微米时代。在微米时代,我们用计算机,录像机、电视,都是微米技术的结晶。比如奔腾芯片已经做到了0.17-0.18个微米,相当于几百个纳米。也就是说,从尺度上来讲,微米技术已经逐渐进入到纳米尺度。所以从某种意义上讲,从诶米科技到纳米科技是科学发展的必然结果。 然而,纳米技术不仅仅是微米技术的简单延伸,实际上纳米技术是建立在人们对纳米世

纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题

纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题 21世纪,信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为,纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响,远远超过电子技术。 纳米生物技术是国际生物技术领域的前沿和热点问题,在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景,特别是纳米药物载体、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等,将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用。 目前,国际上纳米生物技术在医药领域的研究已取得一定的进展。美国、日本、德国等国家均已将纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展。 纳米技术:于细微之处显神奇 纳米技术是在纳米尺度内,通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊的性能,并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。由于纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,被称为纳米世界,也是物理、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。纳米材料中包含了若干个原子、分子,使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。几十个原子、分子或成千个原子、分子"组合"在一起时,表现出既不同于单个原子、分子的性质,也不同于大块物体的性质,这种"组合"被称为"超分子"或"人工分子"。"超分子" ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一,现专注于石墨烯、

的性质,如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当"超分子"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时,奇特的性质又会失去。通俗来说,纳米材料一方面可以被当作一种"超分子",充分地展现出量子效应;而另一方面它也可以被当作一种非常小的"宏观物质",以至于表现出特性。同时,许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上,因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化,将加深对生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合他们,是当今纳米科学技术的主要问题之一。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等方面。 在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究,这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用,它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分,是有利的作用,还是不利的作用更难以判断,这不但给某一现象的解释带来困难,同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响,如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响,这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来,纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面:一是纳米颗粒的表面改性,通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度;二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态(连续分布还是孤立分布)来控制量子尺寸效·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一,现专注于石墨烯、

纳 米 技 术 专 题

纳米技术专题——综述 一门前途无量的新兴技术-纳米技术 前言 提到从九十年代初起,纳米技术(Nanotechnology)得到迅速发展,显示出勃勃生机。它是信息技术、生命科学技术和许多其它技术能够进一步发展的共同基础,将对人类未来产生深远的影响,并且孕育着巨大的商机。 提到本文将根据收集到的国内外资料,对纳米技术进行介绍,以飧读者。 一、纳米技术的由来和发展 提到提到纳米技术,首先要了解纳米这一长度单位。一纳米是十亿分之一米,或千分之一微米。直观上讲,人的头发直径一般为20-50微米,单个细菌用显微镜测出直径为5微米,而1纳米大体上相当于4个原子的直径。传统的特性理论和设备操作的模型和材料是基于临界范围普遍大于100纳米的假设,当材料的颗粒缩小到只有几纳米到几十纳米时,材料的性质发生了意想不到的变化。由于组成纳米材料的超微粒尺度,其界面原子数量比例极大,一般占总原子数的40%-50%左右,使材料本身具有宏观量子隧道、表面和界面等效应,从而具有许多与传统材料不同的物理、化学性质,这些性质不能被传统的模式和理论所解释。 提到纳米技术就是研究结构尺寸在0.1至100纳米(有些资料为1至100纳米)范围内材料的性质和应用。它的本质是一种可以在分子水平上,一个原子、一个原子地来创造具有全新分子形态的结构的手段,使人类能在原子和分子水平上操纵物质;它的目标是通过在原子、分子水平上控制结构来发现这些特性,学会有效的生产和运用相应的工具,合成这些纳米结构,最终直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。 提到因而,各个不同学科的科学家潜心研制和分析纳米结构,试图发现单个分子、原子在纳米级范围内不能被传统的模式和理论所解释的现象以及众多分子下这些现象的发展,他们的工作奠定了纳米技术的基础,推动了纳米技术的发展。 提到让我们简单回顾一下它的历史: 提到1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上预言:如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质,将会打开一个崭新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。 提到1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。70年代美国康奈尔大学格兰维斯特和布赫曼利用气相凝集的手段制备纳米颗粒,开始了人工合成纳米材料。 提到1982年,研究纳米的重要工具-扫描隧道显微镜被发明。

对纳米科技的利弊及其未来的发展的思考

对纳米科技的利弊及其未来的发展的思考 主题:【(讨论课总结)对纳米科技的利弊及其未来的发展的思考】发布人:吴天晨发布时间:2008-05-15[回复] 参与了“纳米科技与人类生活”课程讨论课之后,我在对纳米科技的认识上又有了很多的收获,通过一些个人的总结呵思考,我对纳米科技有了更加深入的理解,对于其未来发展也有一些个人的看法和想法,希望通过这份总结表述出我个人对于本次讨论主题的若干认识,并在和其他同学交流切磋的过程中吸取更多的精华、收获更大的进步。 一、关于本次讨论课主题 本次讨论课主题,是关于纳米科技的利弊及其未来的发展。正如大家在讨论课上所表述的那样,纳米科技在现实生活中的运用非常广泛,这一门新兴科技在未来的几十年中势必会发挥出极大的潜力和优势。 关于纳米科技的运用,其实关乎到我们生活中的方方面面。根据我们讨论课上所讨论的内容,我又寻找了一些资料进行补充,总结各位同学的关键,发觉确实纳米科技涵盖的范围非常广泛: (1)军事国防领域:纳米卫星以及相关的纳米传感器可以灵敏地“感觉”水流、水温、水压等极细微的环境变化,并及时反馈给中央控制系统,最低限度地降低噪声、节约能源,其高科技成分的体现还在于它能根据水波的变化提前“察觉”来袭的敌方鱼雷,使潜艇及时做规避机动;能用较低的辐射功率完成“智能武器”的敌我识别,以免误伤自己。这其中有些优势恐怕是当今世界其他的侦查设备所望尘莫及的。 (2)环境保护领域:在燃煤中加入纳米级助燃催化剂,可帮助煤充分燃烧,提高能源利用率,防止有害气体产生。研究表明,纳米钛酸钴还可在发动机汽缸内发挥催化作用,使汽油燃烧时不再产生及排放一氧化硫和氮氧化物,使汽车尾气无需处理。此技术对我国船舶发动机有很好的应用前景。同时,纳米的净水装置也将为我们的生活提供非常大的便利,新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力,是普通净水剂的10~20倍。通过纳米孔径的过滤装置,还能除去水中的细菌,使水分子、矿物质以及微量元素被保留下来,处理后即可以饮用。 (3)医学生物领域:遗传学领域中,通过纳米技术先将DNA染色体全部分解为单个基因,然后根据需要进行组装,转基因整合成功率几乎可达100%。而在医疗过程中,纳米级别的诊断和治疗器件能够最大程度减少医疗器械堆对人体组织的损害,再比如纳米传感器能够哦探测早期癌细胞并传递药物,种种事实表明,纳米技术运用于医学遗传领域将有助于化解许多目前的问题,从而为人类做出巨大的贡献。 (4)纳

纳米材料的应用及发展前景

纳米材料的应用及发展前景 摘要 纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响,可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程,并简述了纳米材料在各方面的应用及其在涂料和力学性能材料方面的发展前景。 关键词:纳米材料、纳米技术、应用、发展前景 一、前言 从尺寸大小来说,通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下(注1米=100厘米,1厘米=10000微米,1微米=1000纳米,1纳米=10埃),即100纳米以下。因此,颗粒尺寸在1~100纳米的微粒称为超微粒材料,也是一种纳米材料。纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的,后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material),是指其结构单元的尺寸介于1 纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产(超微粉、镀膜、纳米改性材料等),性能检测技术(化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能)。纳米加工技术包含精密加工技术(能量束加工等)及扫描探针技术。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大,也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构,此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结,同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段,美、日、德等少数国家,虽然已经初具基础,但是尚在研究之中,新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平,研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展

关于纳米技术的应用现状及展望

关于纳米技术的应用现状及展望 【论文关键词】:纳米科学纳米技术纳米管 【论文摘要】:讨论纳米科学和技术在新时期里发展所面对的困难和挑战。一系列新的方法将被讨论。我们还将讨论倘若这些困难能够被克服我们可能会有的收获。 纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。无论是从基础研究(探索基于非经典效应的新物理现象)的观念出发,还是从应用(受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使)的角度来看,纳米结构都是令人极其感兴趣的。 1. 纳米结构的制备 有两种制备纳米结构的基本方法:build-up和 build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件(纳米团簇、纳米线以及纳米管)组装起来;而build-down 方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤:1)纳米部件的制备;2)纳米部件的整理和筛选;3)纳米部件组装成器件(这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等);“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制,而且它的制造机理与现代工业装置相匹配,换句话说,它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积(MOVCD)等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。 很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期,研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up” 方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示,如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来,我们必将收获更多的成果。 2. 纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制 为了充分发挥量子点的优势之处,我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围(或者更小才能避免高激发态子能级效应,如对于GaN材料量子点的横向尺寸要小于8纳米)才能实现室温工作的光电子器件,在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说,如果它们能在室温下工作,则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。 ⑴ 电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作

纳米技术的发展历程及现状

纳米技术的发展历程及现状 纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10~100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。由于纳米技术将最终使人类能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子,以实现对微观世界的有效控制,所以被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有极为重要影响的一门热点学科,被世界各国列为21世纪的关键技术之一,并投入大量的人力物力进行研究开发。 纳米技术的思想是1959年美国物理学家费曼(Feynman R.P.)提出。到了70年代后半期,有人倡导发展纳米技术,但是当时多数主流科学家对此仍持怀疑态度。在70年代中期到80年代后期,不少科学家相继在实验室制备得到纳米尺寸的材料,并发现这种材料具有不少奇妙特性。1990年,当国际商用机器公司(IBM)的科学家运用扫描隧道显微镜将氙原子拼成了该公司商标\"IBM\",这是第一次公开证实在原子水平有可能以单个原子精确生产物质,纳米技术开始成为媒体关注的热点。1990年7月,在美国巴尔的摩召开的第一届国际纳米科技大会,标志着纳米科技的正式诞生。 纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)在其中起着重要作用。 21世纪前20年,是发展纳米技术的关键时期。由于纳米材料特殊的性能,将纳米科技和纳米材料应用到工业生产的各个领域都能带来产品性能上的改变,或在性能上有较大程度的提高。利用纳米科技对传统工业,特别是重工业进行改造,将会带来新的机遇,其中存在很大的拓展空间,这已是国外大企业的技术秘密。英特尔、IBM、SONY、夏普、东芝、丰田、三菱、日立、富士、NEC等具有国际影响的大型企业集团纷纷投入巨资开发自己的纳米技术,并到得了令世人瞩目的研究成果。纳米技术在经历了从无到有的发展之后,已经初步形成了规模化的产业。 目前纳米材料及技术的应用也越来越广泛,在专业电子信息产业,纳米技术的应用将为电子信息产业的发展克服以强场效应、量子隧穿效应等为代表的物理限制,以功耗、互联延迟、光刻等为代表的技术限制和制造成本昂贵、用户难以承受的经济限制,制造出基于过于效应的新型纳米器件和制备技术。具有量子效应的纳米信息材料将提供不同于传统器件的全新功能,从而产生出新的经济增长点。这将是对信息产业和其他相关产业的一场深刻的革命。这些技术的突破将全面地改变人类的生存方式,它所带来的经济价值是难以估量的。正如美国《新技术周刊》指出,纳米技术在电子信息产业中的应用,将成为21世纪经济增长的一个主要发动机,其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见细。 我国纳米材料研究始于20世纪80年代末,“八五”期间,“纳米材料科学”列入国家攀登项目。此后,国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目,国家863计划、973计划新材料领域也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。其中,863计划纳米材料与微机电系统重大专项于2002年正式启动。2002年重大专项以市场、应用和国家重大战略需求为导向,面向和促进产业化为重点,针对国际纳米材料技术发展趋势,并结合我国国情,在有相对优势和战略必争的关键领域,如纳米信息材料及器件的集成

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