《纳米技术及应用》PPT课件

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（2） 特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化
后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显 著。例如，金的常规熔点为1064C℃，当颗粒尺寸减小到10纳米 尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银 的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此， 超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片 不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆 料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川 崎制铁公司采用0．1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可 代替钯与银等贵金属。
1999年，巴西和美国科学家发明了世界上最小的“秤”， 可称量十亿分之一克的物体，相当于一个病毒的重量。
此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”。 打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
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到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额 已达到500亿美元。
近年来，一些国家纷纷制定相关相关战略或者计划，投入巨资 抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术 列如新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究 网；美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将 纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001 年的4.97亿美元。
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现在，纳米技术的发展使新的学科领域不断涌现：
（1）纳米物理学； （3）纳米材料学； （5）纳米电子学； （7）纳米力学；
……
（2）纳米化学； （4）纳米生物学； （6）纳米加工学； （8）纳米及电系统；
……
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二、纳米材料概述
1、什么是纳米材料
纳米（nm）：1nm1 09m
纳米材料（0.1~100nm）： 几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合”在一起
“自底层构造的丰富结构”。其中有一段话是这样说的：“我认为，
物理学的原理并不排斥有一个一个的安排原子来制造东西。这样做，
并不违反任何定理，因而在原则上是可以实现的。它在实践中迄今
未实现是因为我们太大了。”他还说：“如果我们能按照自己的愿
望一个一个的安排原子，将会出现什么… … 这些物质将有什么性
质？这是十分有趣的理论问题。虽然我不能精确回答它，但我决不
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。
2、纳米材料是介于微观与宏观之间
以原子、分子为主体------微观世界
过渡区--纳米世界 -----介观世界
人类活动的-----宏观世界h
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三、纳米材料的特性
纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、 化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电， 原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始 导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、 表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的效 应：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧 道效应。
怀疑当我们能在如此小的尺度上进行操纵时，将得到具有大量独特
性质的物质。”现在，理查德·费曼的演讲已被看作是纳米科技基
本概念的起源，有人甚至将纳米科技形象的称为“费曼之梦”。
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1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜， 使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、 分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。
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1、表面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应
用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为 2*10-3微米） 进行电视摄像，观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间 的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面 体等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是种准固体。 在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状 态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这 时微颗粒具有稳定的结构状态。
超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅
速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代
的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。
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2、小尺寸效应
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。
（1） 特殊的光学性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富
贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为 黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金 属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通 常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性 可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳 能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外 隐身技术等。
1990年，美国IBM公司在镍表面用35个氙原子组成了一个 “IBM”图案。
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一年之后，他们用一氧化碳分子在镍表面上构造了一个大头 娃娃的分子人，分子人从头到脚仅有5nm高度。
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1991年，碳纳米管被 人类发现，碳纳米管是石 墨中一层或若干层碳原子 卷曲而成的笼状“纤维”， 内部是空的，外部直径只 有几到几十纳米。这样的 材料很轻，但很结实。它 的密度是钢的1/6，而强 度却是钢的100倍。成为 纳米技术的研究热点。
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（3）特殊的力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成
引言：
回首近代科学技术的发展： （一）蒸汽机时代：产业的机械化 （二）电力时代：产业的电气化 （三）电子计算机时代：产业的信息化和网络化 21世纪，随着科技的发展，人类又将迎来什么时代呢？
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纳米科技时代
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一、纳米技术的由来和发展
1959年12月，在美国物理学会年会上，著名物理学家、诺贝尔
物理奖得主理查德·费曼教授作了一次非常著名的讲演，题目叫做
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1993年，继“ＩＢＭ”之后，中国科学院北京真空物理实验 室自如地操纵原子成功写出“ 中国”二字，标志着我国开始开始 在国际纳米科技领域占有一席之地。
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1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用 这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现有计算机提 高成千上万倍的量子计算机。