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纳米医学材料PPT课件

纳米医学材料PPT课件

我国四川大学研制的纳米人工眼球通过电脉冲刺激
大脑神经，使患者可“看”到外部的精彩世界。眼 球
的外壳是用纳米材料做成，眼球的外壳里面安置微 型摄像机与集成电脑芯片，通过这两个部件将影像 信号转化成电脉冲刺激大脑神经从而实现可视功能 。
纳米人工鼻实际上是一种气体探测器，与燃气监视 器道理相同，可同时监测多种气体。英国伯明翰大
谢谢观看
纳米材料具有传统材料所不具备的奇异的，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
1.通常情况下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的应 用范围而纳米陶瓷却变成了韧性材料，在常温下能 弯曲，不怕摔。
纳米治疗技术
利用纳米磁性离子可分离癌细胞，从人体中取出免 疫球蛋白然后与包覆了聚苯乙烯的磁性离子结合， 将带有正常细胞和癌细胞的骨髓液取出，加入只与 骨髓中癌细胞结合的抗体，将磁性粒子放入骨髓液 中，它只与携带抗体的癌细胞相结合，利用磁分离 装置很容易将癌细胞从骨髓中分离，分离度高达 99.9%。
学正在研制“纳米鼻”来预报哮喘病发作的环境因 素
，一旦空气中含有易引发哮喘病的气体其显示器就 会发出信号。
“纳米机器人"通过血管送入人体去侦察疾病，携带 DNA去更换或修复有缺陷的基因片段，它能够跟随 DNA的运行轨迹自由的行走、移动、转向以及停止。
纳米金胶体与免疫球蛋白结合制备的金探针可方
便定性检测艾滋病毒抗体。用艾滋病检测试纸， 如果待测液中有HIV抗体，金颗粒附在滤纸上呈现 红色斑点，为抗体阳性，如果没有，金颗粒全部 通过滤纸，不显红点，为抗体阴性在医学方面的应用 • 纳米医学的展望
• 纳米（nm）是一种计量单位，1纳米是1米的十亿 分之一。
• 花粉和病毒是纳米级别的，病毒在80-100纳米之 间。

纳米材料的表面ppt_图文

纳米材料的表面ppt_图文
师昌绪院士为国家自然科学基金资 助纳米科技研究成果展览题词
纳米科技的前景展望
• 材料和制备 • 微电子和
计算机技术 • 环境和能源 • 医学与健康 • 生物技术 • 航天和航空 • 国家安全
FROM:
纳米材料的存在形式
纳米材料的分类
纳米微粒的结构与形貌
形貌
Nano peapod
high-resolution, low-temperature scanning tunneling microscope (STM) (Science----1 February 2002)
Nano rings
JACS 2005
Nano-flowers
中科院物理所先进材料与结构分析实验 室李超荣副研究员、张晓娜、表面物理 国家重点实验室曹则贤研究员通过应力 自组装在无机体系Ag/SiOx微米级的内 核/壳层结构上成功地获得了三角格子铺 排和斐波纳契数花样。
• 纳米技术是一门高新技术，它对21世纪材料科学和微型器 件技术的发展具有重要影响。 •纳米技术，就是要做到，从小到大，从下到上。要什么东西 ，将分子、原子搭起来，就是什么东西，原材料浪费为零， 能耗降到极低，彻底从技术上解决了环保问题。
什么是纳米技术(nanotechnology)？
纳米技术是当前全球都在谈论的热门话题。 所谓纳米技术，是指用数千个分子或原子制造新型材料或微 型器件的科学技术。 纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但 它却是纳米技术发展的基础。 牛津大学材料系目前研究的纳米技术项目有40多个，其中主 要的有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量 子点线等。
倍； • 纳米陶瓷的强度和韧性显著提高
纳米氧化铝粉体添加到常规85瓷、95瓷中，观察到强 度和韧性均提高50％以上；

纳米材料基本概念和分类PPT课件

纳米材料基本概念和分类PPT课件
纳米材料基本概念和分类ppt 课件
• 纳米材料简介 • 纳米材料分类 • 纳米材料制备方法 • 纳米材料应用前景
01
纳米材料简介
纳米材料定义
01
纳米材料是指在三维空间中至少有 一维处于纳米尺度范围（1100nm）或由它们作为基本单元 构成的材料。
02
纳米尺度范围是指介于原子、分 子和宏观物体之间的尺寸范围， 这个尺度上的材料具有许多独特 的物理和化学性质。
纳米材料特性
小尺寸效应
由于纳米材料尺寸小，其电子能 级、磁学、光学等性质发生显著 变化，表现出不同于常规材料的
性能。
表面效应
纳米材料的表面原子数占总原子数 的比例很高，表面原子活性高，导 致材料表现出特殊的化学和物理性 质。
量子尺寸效应
当粒子尺寸达到纳米量级时，量子 效应开始显现，纳米材料的光学、 电学等性质发生变化。
一维纳米材料
在空间两个方向尺寸在纳 米尺度，如纳米线、纳米 管等。

二维纳米材料
在一个方向尺寸在纳米尺 度，如石墨烯、氮化硼等。
03
纳米材料制备方法
物理法
机械研磨法
通过高能球磨机或行星球磨机等 设备，将大块物质研磨成纳米级
粉末。
蒸发冷凝法
通过加热使物质蒸发，然后在冷 凝过程中重新凝结成纳米级颗粒。
纳米材料应用领域
电子信息
制造高性能电子器件、 存储器、显示器等，提 高电子产品的性能和可
靠性。
能源环保
应用于太阳能电池、燃 料电池、环境净化等领 域，提高能源利用效率
和环保性能。
生物医疗
用于药物输送、生物成 像、疾病诊断和治疗等 方面，提高医疗效果和
安全性。
化工环保

纳米材料简介ppt课件

纳米材料简介ppt课件
17
The end
18
纳米粒子表面积大、表面活性中心多，为催化剂提供了必要条件。 目前纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等广泛用于高分子聚合 物氧化、还原及合成反应的催化剂。如用纳米镍粉作为火箭固体燃 料反应催化剂，燃烧效率提高100倍；以粒度小于100nm的镍和铜锌合金的纳米材料为主要成分制成加氢催化剂，可使有机物的氢化 率达到传统镍催化剂的10倍；用纳米TiO2制成光催化剂具有很强的 氧化还原能力，可分解废水中的卤代烃、有机酸、酚、硝基芳烃、 取代苯胺及空气中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。
12
C 5 hapter 纳米材料的应用
1、在半导体中的应用
当前微处理器已达到550万个晶体管的集成度、600MHZ的频率和 0.18的线宽，仍满足不了技术发展的需要。根据Intel公司预测，到 2011年微处理器将达到10亿个晶体管的集成度、10GHz 的频率和0.07的线宽，这使以硅为主要材料的超大规模集成电路(VLSI) 的工艺和原理达到极限要继续发展必须寻求工艺和技术突破。“光电 集成”就是其中一个途径，在硅电路中用光连接取 代电连接。然而大块的硅或锗的发光效率很低，且发光波段在近红外， 不适合“光电集成”。寻求一种有效产生光发射的硅基材料已成为材 料科学的一个热点。半导体纳米材料在可见光区具有较高的发光效， 发光波段与发光效率可由纳米材料的尺寸得以控制。此，多孔硅中的 量子点结构、二元半导体化合物中的嵌埋结构及半导体超晶格材料， 在光纤通讯和光探测器方面有广泛的应用。
4
C 3 hapter 纳米材料的纳米效应
1、量子尺寸效应
2、小尺寸效应 3、表面效应 4、宏观量子隧道效应 5、库仑阻塞和量子隧穿 6、介电陷域效应
5
表面效应
6
布朗运动
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计算机技术
信
通信技术
息 主流核心技术 控制技术
技 术
软件技术 网络技术 广播电视技术
前沿技术
超导技术 生物技术 纳米技术 虚拟技术
有关信息的获取、传输、处理控制的 设备和系统的技术，3C技术是核心。 注：C5I：指信息获取、通信、处理、 控制、对抗（collection,communication Computing, control,countermeasure, intelligence )
Moore law提出后，曾有相当一部分人认为下一代的 器件是分子电子器件。其理论基础是分子电子学。
因此，纷纷展开了分子电子学的研究，经过几年的工作
逐渐认识到，在微电子器件与分子电子器件之间有一个
过渡时期
纳电子器件。
三、Future Integrated Multichips Systems
RTD：quantum-wellresonant-tunneling diode
挑战: 减少癌症的病痛和死亡— 2015
“A Vision Not a Dream!” by using nanotechnology, A v. Eschenbach, NCI
手段/ 方法？
目标
早期发现 和诊断
2015 10m
现状
发现和诊断
恶性肿瘤 和转移
Year X 现在
过去 mm
Prevention 细胞内的多个基因改变导致癌症，纳米技术将实现更早期的发现和预防
靶向药物、饥饿疗法 、热疗法治疗癌症
（2）国外基础研究计划中对IT、BT、NT的关注
A
2.纳米电子器件概念的提出
（1）人类对客观世界的认识逐渐发展为两个层次
一、宏观领域：肉眼可见的物体 ，无限大到宇宙天体 二、微观领域：以原子分子为最大起点，下至无限领域
在两者之间为介观
包括
微米m（10-6米） 亚微米（10-7米）
导带
LUMO
电子进入此能级易 注入：电子或空穴
1－2ev
EF
1－2ev
0.1-0.5ev
EF
价带
HOMO
4.纳电子器件的主要特点
（1）隧道结和量子点的量子隧道效应。其效应灵敏，可观测到 单电子行为。隧道结和量子点是单电子器件（Single electron devices）的基本单元。
（2）载流子的波动性显著，在相位相干长度范围内，不丢失载 流子的相位信息。当系统尺寸与特性散射自由程相当时，载流 子输运为弹道式的，有显著的干涉、衍射效应。
第一章 纳米材料的基本概念
1.1 纳电子器件基本概念与特点 1.2 纳米材料基本概念和内涵 1.3 纳米结构单元 1.4 纳米材料的新发展
——知识铺垫与视野拓展
1.1 纳电子器件基本概念与特点
1. 纳米技术在信息技术中的地位 （1）相互关系
电子信息材料与元器件技术 重点基础技术 微电子技术 ——11.5重大专项 光电子技术
——William J. Clinton， January 21 , 2000
In 2000, President Clinton chose Caltech—the site of the historic Feynman speech—as the venue to announce the creation of the National Nanotechnology Initiative (NNI), a coordinated Federal program to fund nanotechnology research and development: “My budget supports a major new National Nanotechnology Initiative, worth $500 million… the ability to manipulate matter at the atomic and molecular level. Imagine the possibilities: materials with ten times the strength of steel and only a small fraction of the weight -- shrinking all the information housed at the Library of Congress into a device the size of a sugar cube -detecting cancerous tumors when they are only a few cells in size. Some of our research goals may take 20 or more years to achieve, but that is precisely why there is an important role for the federal government.”
CMOS：complementary metal-oxide semiconductor BiCOMS：Bipolar CMOS
SOI：silicon on insulator Si/SiO2的界面要非常清晰， 一般采用注入氧隔离技术。
Nano-technology( spin, molecular, RTD) devices fully integrated with RF, CMOS, and optical technologies
NT
的牵引,促进和推动作用。
生物、信息、纳米科技是本世纪内发展的主流！
——英刊评出十大对未来影响巨大的发明
——生物科学技术对基因的认识，产生了转基因生 物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存 在的生物。
——信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大 事，因特网几乎可以改变人们的生活方式。
——纳 米 科 学 技 术：
未来的目标应是综合的组件，或SOC（system on chip）！
事实上，早在1985年，G.G.Roberts统计表明：电子元件的 尺寸随年代呈指数减少的关系。A.A.Chiabrera从理论上对 固体结构特性的最小尺寸（原子团）、电流电压感应击穿、 功率耗散、热噪声和Heisenberg不确定原理五个方面进行 了讨论，给出了微电子和元件尺寸的物理极限。如:储存16 位信息的元件：
从粒子性——电子自由程（1-100nm）与器件的物理长度相当
振幅信息
电子在作为信号载流子于器件中传输时，将保留
相位信息
从波动性——材料中自由电子德布罗意波长与器件的物理长度相当
λ：10-100nm
＝2 ( 2 )1/ 2
2m * E
m*：电子有效质量 ，m*<0.1m0(m0-自由电子质量)
三代电子器件的比较（续）
真空管 很小 很小 宏观量 mA 电子
电流 分立 模拟 分立元件 无线电、雷达
晶体管 小 小 宏观量 μA 电子/空穴
电子/空穴数 <1010b/cm2 bit 数字网 计算机
电子盒 显著 显著 有限量 nA 电子/空穴：金属、半导体 孤子：有机材料 极化子：极化材料、有机材料 隧穿速率 >1012b/cm2 qubit 类神经网 计算机、自动器、信息网
（2）极化子（polaron)
电子的自陷 在离子晶体或分子晶体中，电子在运动时受到其他电荷的影响， 会吸引正离子，使它靠近电子，排斥负离子使它远离电子，从 而产生离子的位移极化，极导化致子所的形在成区域内电子静电势下降，称 电子自陷。 这情况在离子晶体中更为明显。 电子带上它运动的极化区域可以看为一种“准粒子”，称极化 子，即电子+晶格畸变。 极化子的尺度取决于电子（或空穴）周围晶格畸变区域的大小。 畸变区域尺度大于晶格常数时，称大极化子。 当畸变区域尺度与晶格常数同量级时，称小极化子。
2 .从um
nm将研究新的效应，新概念，新技术。
3 .再进一步发展，将需要组装功能元件。
纳米材料 “新一代材料——新一代器件——新一代系统”的技术链
（2）电子器件技术的发展趋势
一、Moore定律
Intel公司创始人Gordon Moore1965年在一次讲演中提出 ：芯片晶体管数量每18个月将会增加1倍。1996年，电子 学家和企业家在美国旧金山的国际会议讨论的结果认为过 去20年是这样，未来15年仍是这样。
纳米nm（10-9米）
纳米范围通常1—100nm ，纳米科技 研究的尺寸范围0.1—100nm。 ——纳米尺度的图片概念
过去
mm
um
传统科学技术
现在
um
nm
新效应、新概念、新技术
未来
nm
功能元件组装，更新颖，更复杂新材料组合
1 .当大规模集成电路中元件尺寸由mm
um 时，仍用传统
的技术和科学来表达。
单晶半导体
有机/无机，？
高纯（5～6个9） 半导体纯(8～9个9) ？
电子管制造工艺 光刻、掺杂技术 组装，自相似生长
真空电子学(宏观） 半导体物理(宏观) 纳电子学(局域)
平均值
平均值
非平均值
名称 分布参量作用 温度敏感 载流子数量 信号电流强度 载流子
放大器件控制 集成度 加工模式 加工网 构造仪器
信息技术 ：Information Technology，IT
生物技术 ：Biology Technology，BT
IT→ET
纳米技术： Nano-Technology，NT
Energy + Environment
IT
BT ——NT是IT,BT重要的技术支持
和基础。
——IT,BT的进步,对NT起作很好
有机材料：
在有机材料中存在最低的未占用分子轨道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO,相当于无机材料中 的导带）和最高被占用分子轨道（Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO，相当于无机材料中的价带）， 由于有机分子的链结构容易变化，当有电子进入，将引起周 围分子链的某种结构扰动，而形成一种电子周围环绕着被扰 动分子链的粒子，称为“极化子”。