纳米技术资料3 PPT课件

• 如果两个量子点通过一个“结”连接起来, 一个量子点上的单个电子穿过能垒到另一 个量子点上的行为称作量子隧穿。
electron
• 有人估计,如果量子点的尺寸为1nm左右, 我们可 以在室温下观察到上述效应.当量子点尺寸在十几 纳米范围, 观察上述效应必须在液氮温度下.原因 很容易理解, 体系的尺寸越小,电容C越小,e2/2C越 大,[(e2/2C)>kT] 这就允许我们在较高温度下进行 观察.利用库仑堵塞和量子隧穿效应可以设计下一 代的纳米结构器件, 如单电子晶体管和量子开关 等.
四、宏观量子隧道效应
电子具有粒子性又具有波动性，因 此存在隧道效应。隧道效应是基本的量 子现象之一，即当微观粒子的总能量小 于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势 垒。近年来，人们发现一些宏观物理量， 如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中 的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为 宏观的量子隧道效应。
• 宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重 要意义。 它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极 限。量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件 的基础, 或者它确立了现存微电子器 件进一步微型化 的极限。当微电子器件进一步细微化时 , 必须要考虑 上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时， 当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应 而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限 尺寸大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体 管就是利用量子效应制成的新一代器件。
• 一、小尺寸效应 • 二、表面效应 • 三、量子尺寸效应 • 四、宏观量子隧道效应 • 五、库仑堵塞与量子隧穿 • 六、介电限域效应
一、小尺寸效应
随着颗粒尺寸的量变，在一定条件 下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺 寸变小所引起的宏观物理性质的变化称 为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸 变小，同时其比表面积亦显著增加，从 而产生如下一系列新奇的性质。

纳米技术
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纳米
“纳米”是长度单位，1nm=10-9m
即1纳米等于十亿分之一米，大约等于10个氢原子并排起 来的长度，相当于万分之一头发的粗细。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，被称为介观世界。
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纳米技术
纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8m)到亿分之一米 (10-9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学 问；同时在这一尺度范围内对原子、分子或原子团、分子 团进行操纵和加工使其形成所需要的物质称为纳米技术。
费曼对纳米技术的最早梦想，成为一个光 辉的起点，人类开始了对纳米世界的探求。
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科学家发现，在纳米的世界里，物质发生了质的飞 跃。比如硅晶体是不发光的，但纳米硅却会发光；陶瓷 在通常情况下是很硬、很脆的，如果采用纳米粉体制成 纳米陶瓷，它也可以具有韧性；纳米材料还具有超塑性， 室温下的纳米铜丝经过轧制，其长度可以从1cm延伸到 100cm，其厚度可以从1mm减小到0.01mm。
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虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其
优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧
性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等
诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强
腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作
用，具有广阔的应用前景。
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纳米级微电子元件
日本日立中心实验室利用半导体材料砷化镍， 率先开发新一代微电子元件。这些电子元件呈细长 的鬃状结晶形，粗仅20纳米，可使计算机的计算速 度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。
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超微型计算机
随着微电子技术的不断发展，集成度越来越 高，计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却 越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个 美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小 的芯片中。

2 纳米技术的历史
纳米技术起源于理论物理学家理查德·费曼在1959年提出的思想，随着技术的发展，纳米 技术逐渐成为研究的热点。
3 纳米技术的应用领域
纳米技术的应用涵盖医学、能源、材料制备和计算机科学等领域，为我们的生活和科学 技术带来了巨大的影响。
纳米材料
纳米颗粒
纳米颗粒是指具有纳 米级尺寸的固体颗粒， 具有特殊的物理、化 学和光学性质，广泛 应用于电子、光催化 和生物医学等领域。
纳米技术在计算机科学领域有着独特的应用，如 纳米电子器件和量子计算。
纳米技术的风险
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环境风险
纳米材料的释放和排放可能对环境产生影响，需要注意管理这些风险以保护生态 系统。
2
生物风险
纳米材料对生物体的毒性和生物相容性需要进行评估，确保安全使用纳米技术。
3
社会风险
纳米技术可能带来一定的社会和伦理问题，需要谨慎考虑与管理，确保科技发展 的可持续性。
发展趋势
未来的纳米技术
纳米技术的发展将进一步拓展应用领域，如量子纳 米技术和纳米机器人等，开启更加神奇的科技时代。
可持续发展的纳米技术
纳米技术的可持续发展将关注环境友好性、资源高 效利用和社会公平性，推动科技与可持续发展的融 合。
结论
纳米技术拥有巨大的潜力，同时也带来一定的风险。为了实现纳米技术的可 持续发展，需要政府、企业和公众的共同参与和监管。
《纳米技术》PPT课件
欢迎来到《纳米技术》PPT课件！通过本次讲解，您将深入了解纳米技术的简 介、纳米材料、纳米制备方法、应用领域、风险以及发展趋势。准备好开启 科技的奇妙之旅了吗？
纳米技术简介
1 什么是纳米技术
纳米技术是研究和应用材料、装置和系统的科学、工程和技术的一门学科，其尺度位于 纳米米级尺度范围内。

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生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
感谢您的观看
03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
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纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
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纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
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纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
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药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。

在第四个阶段中纳米计算机将得以实现。这个阶段的市场规模将 达到2000亿至1万亿美元。
在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化 的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。
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5. 纳米技术的主要研究项目
主要有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和 量子点线等。
1) 超细薄膜
超细薄膜的厚度通常只有1纳米-5纳米，甚至会做成1个分 子或1个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物， 具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制 造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄 膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜， 是制造高密度磁盘的基本材料。
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3) 陶瓷材料 陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但
由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的 韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的 柔韧性和可加工性。
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纳米技术的内容
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。
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2) 碳纳米管
碳纳米管是由碳60分子经加工形成的一种直径只有几纳米 的微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比， 碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导 体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子 电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景， 因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究 阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。

爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要”。 几百年来人类的近 代史也证明，科学的发展需要高瞻远瞩和丰富的想象力。自从18 世纪后半叶欧洲工业革命以来，特别是20世纪以来，众多几年前 还被认为是“不可能”的、仅在科幻小说中幻想过的巨大成就如 电子世界、智能机器人、登月、心脏移植、基因拼接、用火箭飞 船探索金星和火星、建立宇宙空间站等等，都一一变成了活生生 的现实，而且有的现实比最初的想象走得更远。在当今世界上， 科技先进的美国成了实现人类幻想、取得成就最多的国家。20世 纪20年代以后，美国又成了世界科幻文艺的中心。埃里克•德雷 克斯勒（K.Drexler）教授(图13)就是在这种充满科学幻想的环 境中成202长1/3/起7 来，并成了这批科学CH“EN先LI 知先觉”者中的佼佼者。22
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[问题与思考]
费曼说的“最底层”是什么含意？（指原子、分子 层面，这是构成物质的最基本单元）
阅读材料
在报告那天，费曼用如下的话结束了演讲：
“我愿意出资1000美元，奖励第一个把一本书中的信 息缩小到书页两万五千分之一面积内的人。”
“我愿意再出资1000美元，奖励第一个制造出能够
从外部控制，线度只有六十四分之一英吋的电动机械
在纽曼获得第二份费曼奖金1000美元后两年三个月，费曼
因患癌症辞世。
2021/3/7
CHENLI
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2.3比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的 显微镜
长期以来人类就有一个幻想：希望能 直接“看”到原子，而不是采用X衍射方 法，通过X衍射图的分析间接地看到原子。 直至20世纪80年代初除了个别情况外原子 还是不能直接被“看”到。这个幻想在 1981年由于扫描隧道显微镜（STM）的发 明终于成为现实。
2021/3/7
CHENLI

纳米科学技术是世纪年代末期刚 刚诞生并正在崛起的新科技,它的基本 涵义是在纳米尺寸(10-10-10-7m)范围内 认识和改造自然,通过直接操作和安排 原子、分子创新新物质。
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1993年,“NATURE”杂志的副总编在该杂志 上发表评论性的论文指出,以单电子隧道效应为 基础的单电子晶体管很可能在2000年以后问世。 他的论文发表两年以后,日本科学家率先在实验 室里研制成功单电子晶体管,其使用的硅和二氧 化钛的纳米尺寸达到了几个纳米。近一两年来, 美国普度大学也制造出在室温下就具有单电子 隧道效应的单电子晶体管。有人预计单电子晶 体管和超导相干器件以及微小磁场探测器很可 能成为纳米电子技术的核心
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纳米材料的应用 1、陶瓷增韧； 2、磁性材料； 3、纳米微粒的活性及其在催化方面的应用； 4、光学应用； 5、其他应用。
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磁性材料
（1）巨磁电阻材料； （2）新型的磁性液体和磁记录材料、磁性液 体； （3）纳米微晶软磁材料； （4）纳米微晶稀土永磁材料； （5）纳米磁致冷工质；
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纳米材料的应用 1、陶瓷增韧； 2、磁性材料； 3、纳米微粒的活性及其在催化方面的应用； 4、光学应用； 5、其他应用。
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光学应用
（1）红外反射材料； （2）优异的光吸收材料； （3）隐身材料“隐身”是指把人体伪装起 来,让别人看不见；
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其他应用
纳米抛光液、纳米静电屏蔽材料、导电

上形成薄膜或结构。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
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成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
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如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
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纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。

2.看看关于纳米技术的动漫，拓展 自己的想象力。
THNAK YOU
① 21世纪必将是纳米的世纪。
纳米技术的重要性
② 什么是纳米技术呢？这得从纳米说起。 纳米技术的含义
③ 纳米技术就在我们身边。 ④ 纳米技术可以让人们更加健康。
纳米技术的运用
⑤ 纳米技术将给人类的生活带来深刻的变化。 纳米技术的未来
段落层次
课文共五个自然段，概括每段的大意。
第一部分(1)：纳米技术是高新技术。 第二部分(2)：什么是纳米技术。 第三部分(3)：纳米技术就在我们身边。 第四部分(4)：纳米技术可以让人类更健康。 第五部分(5)：纳米技术将给人类带来深刻的变化。
学科学的精神。
字词阅读
词语学习
纳米ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
拥有
冰箱
除臭
功能
蔬菜
材料
钢铁
隐形
健康
字词阅读
细胞
疾病
预防
病灶
需要
深刻
无能为力
认生字
pīnɡ pānɡ yōnɡ shā jūn chòu
乒乓拥杀菌臭
shū tàn ái zhènɡ lǜ jí
蔬碳癌症率疾 灶
写生字
nà
yōnɡ xiānɡ chòu shū
纳拥箱臭蔬
纳米技术就在我们身边。
拓展延伸
如果让你利用纳米技术， 你希望把它运用到生活的哪些 地方？发挥你的想象说一说。
纳米技术将会使人们的生活更加美好。
纳米抗菌衬衫和领带
纳米塑料啤酒瓶
纳米牙刷
纳米技术就在我们身边。
拓展延伸
纳米技术的新产品：
自洁玻璃在玻璃表 面上涂抹一层特殊的纳 米涂料后，使得含水、 甚至含油的液体难以附 着在玻璃的表面。

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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
(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.
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。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
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。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这 种利用量子效应制作的器件不仅体积小，还具有高速、 低耗和电路简化的特点。纳米电子学中另一个有趣的研 究热点是所谓的单电子器件,在单电子器件中，利用库仑 阻塞效应，甚至能够对电子一个一个的加以控制，这有 可能开发出单电子的数字电路或存储器。开发单电子晶 体管, 只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗 降低到原来的1000—10000分之一。