纳米加工技术的研究进展
- 格式:pdf
- 大小:292.08 KB
- 文档页数:4
纳米技术的最新进展随着科技的不断发展和进步,人们越来越关注那些新型先进的技术,其中最具潜力和前途的,当属纳米技术了。
自上世纪90年代开始,纳米技术逐渐走进人们的视野,人们开始意识到纳米技术的巨大潜力,并开始致力于研究和应用这项技术。
最近几十年里,纳米技术取得了长足的进步和发展,不仅仅应用于生物医药、材料科学,还涉及了许多领域,所以本文将会对纳米技术的最新进展进行综述。
首先,最新进展领域之一是生物医药领域。
近年来,人们对纳米技术在生物领域的应用愈加重视。
纳米技术最显著的优势之一就是它可以在比细胞还要微小的尺度上操作,可以制造出尺度与人体细胞相当的药物和生物组织。
充分利用这种能力,科学家们研究出了一些可用于治愈癌症的药物,这些药物在结构和功能方面均比传统的化学药品更加优秀。
例如,一些利用纳米技术制造的“纳米粒子”可以更轻易地进入癌症细胞,从而达到更好的治疗效果。
另外,最近研究人员发现,通过使用纳米技术,可以制造出类似自然生物体结构的材料,在治愈组织受损方面也是具有很高的应用价值的。
总的来说,祥报道纳米技术在医学领域内的将日渐增多,未来将会会产生更多医疗应用.其次,最新进展领域之二是制造业。
纳米技术在制造业中的应用也日益增多。
例如,利用纳米技术,可以制造出更轻、更耐用的材料,可以将普通金属或塑料加工成为符合特定需求的形态。
在此,我们不得不提到的是纳米涂层技术。
纳米涂层技术可以在溶液中以纳米级颗粒的形式存在,其导电性、光学性能和力学性能远超过传统的金属或非金属材料,同时还可以抵御污染、氧化和腐蚀等因素,因此可以广泛应用于材料科学和制造领域。
另外,在制造领域中,纳米器件也是一项非常出色的创新。
纳米器件是一种电子设备,其尺寸一般在10纳米到100纳米之间,这种器件可以利用纳米尺寸的极度小巧来实现高度集成和更高的性能。
最后,纳米技术还可以应用于环境领域。
全球气候变化、水资源短缺、环境污染等问题一直是人类所关注的问题。
分子纳米技术的最新进展分子纳米技术是一种新兴的技术,它是一种通过对分子进行操作,控制和组装,来构建纳米级别结构的方法。
目前,分子纳米技术已经成为了这个领域中的一个热点,其最新进展也拥有了许多令人惊叹的成果。
一、分子纳米技术的原理分子纳米技术主要通过操纵和组装分子,来组成不同的结构和功能。
其原理是基于各种物理学,化学和生物学原理来构建分子之间的交互关系和自组织过程。
分子纳米结构的形状、手性、尺寸和其他特性可以通过设计分子自组织、分子识别、反应和调整等方法来进行调控。
此外,分子纳米技术还能够模拟生物大分子的自组织行为,以此来构造人工纳米系统。
二、最新进展1、空间纳米技术制备方法空间纳米技术被认为是分子纳米技术中最重要的制备方法之一。
它利用了各种化学反应的自组织性和空间间隔性质,实现了对分子的组装和结构的各种控制。
近年来,科学家们不断探索新的空间纳米技术制备方法,这些方法涵盖了自组装、聚合物设计、超分子化学和生物技术等领域,取得了明显的进展。
2、分子电子学分子电子学是一种新的分子纳米技术,它利用单分子和纳米级别表面的物理性质,实现了纳米电路和电气元件的制作。
分子电子学不同于传统的电子学制备方法,它的独特性在于将分子置于晶格内,从而使电子在分子上运行,进而产生电子行为。
3、纳米光学纳米光学领域的研究旨在设计和改进用于控制光的部件和元件,使得它们能够精确控制光波的传输、聚焦、散射和反射。
以往的研究主要依靠微纳加工方法来制备纳米光电子学器件,但是该方法受到了尺寸限制和缺乏灵活性的制约。
近年来,利用分子纳米技术制备纳米光学器件,则成为了更为灵活和可控的纳米光学技术制备方法。
4、生物分子分离生物分子分离在生命科学中具有重要的应用,分子纳米技术作为一种新的生物分离技术,它利用一些小分子、纳米颗粒或其他分子来制定各种新的生物分离方法。
分子纳米技术通过调整生物小分子的结构和功能,控制整个过程的自组织、识别和分离。
此外,分子纳米技术还可以利用新的分离介质、表面修饰技术和动态分子识别来分离更复杂的生物分子系统。
纳米机器人技术的最新进展及展望近年来,纳米机器人技术成为了科学界和工程界的热点研究领域之一。
通过利用纳米级材料的特殊性质和微小尺寸,纳米机器人具有高度精确性、灵活性和多功能性,有望应用于医疗、环境、能源和材料等领域。
本文将探讨纳米机器人技术的最新进展,并展望其未来发展的潜力。
纳米机器人技术在医疗领域的应用前景广阔。
随着医疗技术的不断发展,人们对于治疗的需求也越来越高。
纳米机器人可以通过精确控制和操纵微小尺寸的器件,实现在人体内部进行精准的治疗和手术操作。
例如,纳米机器人可以通过进入血管系统,实现血管疾病的诊断和治疗;它们还可以在细胞水平上进行药物释放,针对癌症等疾病进行靶向治疗。
此外,纳米机器人还可以用于提高药物传递的效率和减少副作用,有望成为未来医疗领域的一项重要创新。
纳米机器人技术在环境领域的应用也具有巨大潜力。
随着环境污染问题的日益加剧,纳米机器人的出现为解决环境问题提供了新的思路。
纳米机器人可以在微观尺度上对污染物进行探测和分解,实现高效的环境修复和净化。
例如,纳米机器人可以检测和清除水中的有害物质,改善水质;它们还可以清除空气中的有害物质,提高空气质量。
此外,纳米机器人还可以应用于地下水资源的监测和管理,为环境保护提供有效的手段。
纳米机器人技术在能源领域的发展也备受关注。
传统能源资源的消耗和污染问题使得人们越来越关注可再生能源的开发和利用。
纳米机器人可以应用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等领域,提高能源转换和存储的效率。
例如,纳米机器人可以通过对太阳能电池的构建和优化,提高光能转化效率;它们还可以在燃料电池中提供更高效的催化剂,改善电能转化效率。
此外,纳米机器人还可以应用于能源储存领域,提高电池的充电速度和容量,为可再生能源的大规模应用提供支持。
纳米机器人技术在材料领域的进展也为新材料的开发和制备提供了新的手段。
纳米机器人可以利用其精确控制和操纵的能力,构建具有特殊性能和功能的材料结构。
量子纳米技术小到令人难以置信的世界量子纳米技术是一门前沿的科学技术,将纳米学和量子力学相结合,以研究和利用物质在纳米尺度下的量子效应和性质。
随着科技的发展,人们对于纳米材料的研究和应用越来越深入,对于量子纳米技术的需求也日益增长。
本文将介绍量子纳米技术的定义、应用以及相关的研究进展。
一、量子纳米技术的定义量子纳米技术是将量子力学理论与纳米尺度材料相结合的技术。
在纳米尺度下,物质的特性和行为与宏观尺度相比发生了重大的变化,量子效应成为了主导因素。
量子纳米技术利用这些特性,用纳米材料进行构建和加工,以实现对物质的控制和改变。
通过调整纳米结构的形状、大小和组成,可以改变材料的电学、光学、磁学等性质,实现更高级别的功能。
二、量子纳米技术的应用领域1. 通信领域:量子纳米技术在通信领域有着广泛的应用。
通过利用量子纠缠和量子纠错技术,可以实现更加安全可靠的量子通信系统。
量子密钥分发和量子随机数生成等技术的发展,将在信息安全领域有着重要的应用。
2. 量子计算领域:量子计算是量子纳米技术的重要应用方向之一。
相比传统计算机,量子计算机利用量子比特的并行性和量子纠缠的特性,可以解决一些传统计算机无法解决的复杂问题。
计算速度的指数级增长,将对科学、工程、金融等领域产生巨大的影响。
3. 材料领域:量子纳米技术为材料科学领域带来了新的突破。
通过纳米材料的构筑和调控,可以改变材料的力学、电学、光学等性质,实现新型材料的设计与合成。
例如,利用纳米材料的磁性、电学特性,可以制备高性能的传感器、储能设备和存储介质。
4. 医疗领域:量子纳米技术在医疗领域也有着广泛的应用前景。
通过纳米材料的设计和调控,可以实现药物的靶向输送和释放,提高药物的治疗效果。
同时,利用量子纳米技术制备的纳米生物传感器可以用于早期癌症的检测和诊断。
三、量子纳米技术的研究进展1. 纳米材料的合成与表征:研究者们通过调控材料的尺寸、形状和组成,实现了具有特定功能的纳米材料的合成。
纳米技术在医学领域中的应用研究进 展 【关键词】纳米 纳米技术(nanotechnology)是指在〜lOOnm空间尺度上操纵原子 和分子,对材料进行加工,制造具有特定功能的产品或对物质及其结 构进行研究的一门综合性的高新技术学科。20世纪8()年代开始的纳 米技术在9()年代取得了冲破性进展,其与医学的结合形成了新兴边 缘学科 纳米医疗,即在分子水平上利用分于工具和已掌握的关 于人体的知识,从事的疾病诊断、医学、预防、保健和改善健康状况 等。在熟悉生命的分子基础上,人们能够设计制造大量的具有独特功 效的纳米装置,它们能够发挥类似于组织和器官的功能;它能够达人 体的遍地乃至出入细胞,在人体的微观世界里完成畸变的基因修复、 抹杀初发的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒、探测机体内化学或 生物化学成份的转变、适时地释放药物和人体所需的微量物质、及时 改善人的健康状况等特殊使命。纳米技术在医学领域中的普遍应用将 使21世纪的医学产生一个质的飞跃。 1纳米生物医学材料的应用 由于纳米材料结构上的特殊性,给予纳米材料独特的小尺寸效应 和表面/界面效应,使其在性能上与微米材料具有显著性不同,表现 出诸多优良的性能和全新的功能[1] o在医学领域中,纳米材料 最引人注目的成功应用是作为药物载体和制作人体材料如人工肾脏、 人工关节等。生物兼容物质的开发是纳米材料在医学领域的重要应用 方面,树型聚合物就是提供此类功能的良好材料。目前,纳米生物医 学材料的探索应用如下。 纳米人工红细胞[2,3]咱们明白,脑细胞缺氧6-lOmin即 出现坏死,内脏器官缺氧后也会呈现衰竭。纳米人工红细胞的原理是 用一个能够双向旋转涡轴的选通栅门来控制氧气从小球中释放,通过 调节涡轴旋转的速度和方向,使小球内的氧气按照人体需氧的多少以 必然的速度释放到外部血液中,同时使供氧装置在富氧处具有吸收和 需氧处具有释放氧气的功能;同理,它还必需能在适当的地方吸收和 释放二氧化碳。Robert Freitas初步设计的人工微米红细胞是一个金刚 石的氧气容器,内部有1()()()个大气压,泵动力来自血清葡萄糖,它 输送氧的能力是同样体积天然红细胞的233倍,并具有生物炭活性。 它能够应用于贫血症的局部医治、人工呼吸、肺功能丧失和体育运动 需要的额外耗氧等。 纳米人工线粒体[4]当细胞中的线粒体部份失去功能的时候, 再来增加氧供给水平,并非必然能使组织有效地恢复,这时就需要直 接释放ATP同时伴随着有选择地释放和吸收其他的一些代谢产物, 后者是迅速恢复组织功能的有效手腕。人工线粒体装置,犹如前面的 供氧装置一样,只不过在这里释放的是ATP而不是氧。 纳米人工眼球[5]科普作品四川大学研制的纳米人工眼球能 够像真眼睛一样同步移动,通过电脉冲刺激大脑神经,“看”到岀色 世界。纳米眼球外壳主如果由纳米晶体制成的活性复合材料制作,里 面放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 成电脉冲来刺激大脑的枕叶神经,实现可视功能。 纳米人工鼻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。英国伯明翰大学正在研制“纳米 鼻”来预报致哮喘病发作的环境因素,一旦空气中含有易引发哮喘病 的气体如臭氧、一氧化碳及氮的氧化物时,其显示器就发出信号。 其它纳米生物医学材料[6]模拟骨骼结构的纳米物质,主要 成份为与聚乙烯混合紧缩后的咼基磷灰石网,物理特性符合理想的骨 骼替代物。通过优化纳米管制备制动器,将令人工肌肉取得实现。有 报导氟化钙纳米材料在室温下能够大幅度弯曲而不断裂,金属陶瓷等 复合纳米材料则能更大地改变材料的力学性质,在医学上可能用来制 造人工器官。碳纳米管比钻石还耐用,其弹性犹如人发,在lcm 2 ± 可植100亿根,且敏感度很强,大大超过人们的耳蜗纤毛;髙敏感度的 碳纳米材料人工耳蜗,可用于监听水中游动的微生物节拍,监测水质。 在血液循环中流动的纳米听诊器,可监测特殊细胞功能失调,使癌症 等疾病取得初期诊断。 2纳米技术在临床诊断与检测中的应用[7〜1()]
纳米力学研究进展与应用展望近年来,纳米科学与技术领域取得了突飞猛进的发展,其中纳米力学作为一个重要的研究方向,引起了广泛的关注。
纳米力学主要研究纳米尺度下的力学行为和力学性能,涉及材料的弹性、塑性、断裂等方面。
本文将介绍纳米力学研究的最新进展,并展望其在材料科学、生物医学和能源领域的应用前景。
首先,纳米力学研究在材料科学领域的应用非常广泛。
通过研究纳米材料的力学性能,可以揭示其微观结构与力学行为之间的关系,为材料设计和制备提供理论指导。
例如,纳米力学的研究可以帮助我们理解纳米材料的强度、韧性和耐磨性等性能,从而优化材料的力学性能。
此外,纳米力学还可以用于研究材料的变形机制和断裂行为,为材料的加工和制备提供理论基础。
因此,纳米力学的研究对于材料科学的发展具有重要意义。
其次,纳米力学在生物医学领域的应用也备受关注。
纳米力学的研究可以揭示生物材料的力学性能与其功能之间的关系,为生物材料的设计和应用提供理论指导。
例如,纳米力学的研究可以帮助我们理解细胞的力学特性,从而研究细胞的运动、变形和力学响应等行为。
此外,纳米力学还可以用于研究生物材料的力学性能与其疾病发生和发展之间的关系,为疾病的诊断和治疗提供新的思路。
因此,纳米力学的研究对于生物医学的发展具有重要意义。
最后,纳米力学在能源领域的应用也具有广阔的前景。
纳米力学的研究可以帮助我们理解纳米材料的力学性能与其能源转换效率之间的关系,为能源材料的设计和制备提供理论指导。
例如,纳米力学的研究可以帮助我们理解纳米材料的电子结构和传输特性,从而优化能源材料的电子传输效率。
此外,纳米力学还可以用于研究能源材料的力学性能与其循环寿命和稳定性之间的关系,为能源储存和转换技术提供新的思路。
因此,纳米力学的研究对于能源领域的发展具有重要意义。
综上所述,纳米力学研究在材料科学、生物医学和能源领域具有广泛的应用前景。
随着纳米科学与技术的不断发展,纳米力学研究将进一步深入,为我们揭示纳米尺度下的力学行为和力学性能。
纳米技术的发展及前景1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术,带动纳米产业的发展。
世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究,在千年交替的关键时刻,迎接新的挑战,抓紧纳米材料和柏米结构的立项,迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。
纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。
进入90年代,纳米材料研究的内涵不断扩大,领域逐渐拓宽。
一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密,实验室成果的转化速度之快出乎人们预料,基础研究和应用研究都取得了重要的进展。
美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米Cu的决体材料,硬度比粗晶Cu提高5倍;晶粒为7urn的Pd,屈服应力比粗晶Pd高5倍;具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注,晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望,纳米金属间化合物 FqsAJZCr室成果的转化,到目前为止,已形成了具有自主知识产权的几家纳米粉体产业,睦次鹦米氧化硅。
氧化钛、氮化硅核区个文的易实他借个缈阳放宽在纳米添加功能陶瓷和结构陶瓷改性方面也取得了很好的效果。
根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位,世界发达国家的政府都在部署本来10~15年有关纳米科技研究规划。
美国国家基金委员会(NSF)1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标;美国DARPA(国家先进技术研究部)的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象;日本近匕年来制定了各种计划用于纳米科技的研究,例如 Ogala计划、ERATO计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划,1997年,纳米科技投资1.28亿美元;德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的计划;英国政府出巨资资助纳米科技的研究;1997年西欧投资1.2亿美元。
纳米材料的研究进展以及应用现状1.绪论从概念来说,纳米材料是由无数个晶体组成的,它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度,它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料,试图打造一种全新的新技术材料,将来为人类创造更大的价值。
纳米科学技术也引起了科学家的重视,在当代的科学界有着举足轻重的地位。
纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术,纳米材料技术等。
其中纳米材料技术主要应用于材料的生产,主要包括航天材料、生物技术材料,超声波材料等等。
从1861年开始,因为胶体化学的建立,人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。
然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”,由于当时科技水平落后研究失败。
2.纳米材料的应用现状研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒,不仅可以除去异味和消毒。
还使得衣服不易出现折叠的痕迹。
很多衣服都是纤维材料制成的,通常衣服上都会出现静电现象,在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料,冰箱可以消毒。
利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。
另外利用纳米粉末,可以快速使废水彻底变清水,完全达到饮用标准。
这个技术可以提高水的重复使用率,可以运用到化学工业中。
比如污水处理厂、化肥厂等,一方面使得水资源可以再次利用,另一方面节约资源。
纳米技术还可以应用到食品加工领域,有益健康。
纳米技术运用到建筑的装修领域,可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。
玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦洗。
这样就可以节约成本,提高装修公司的经济效益。
使用纳米微粒的建筑材料,可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。
纳米材料可以提高汽车、轮船,飞机性能指标。
纳米压印加工技术发展综述崔 铮1 陶佳瑞2(1.英国卢瑟福国家实验室微结构中心,英国;2.武汉大学,武汉430072)摘 要:纳米技术是一项有望为21世纪人类生活的各个方面带来革命的技术。
纳米技术不是在一夜之间产生出来的;它是在业已发展多年的、为我们带来了微芯片和其它微米产品的基础上产生的。
任何纳米技术均依赖通过纳米加工技术将物体加工至纳米尺度。
许多具有100纳米以下加工能力的技术已被开发出来。
纳米压印技术就是其中的一项很有希望的技术;它具有低成本、高产量和高分辨率的特点。
本文对纳米压印技术的发展进行了综述,描述了纳米压印的基本原理,然后对近年的新进展进行了介绍,并特别强调了纳米压印的产业化问题。
我们希望这篇综述能够引起国内工业界和学术界的关注,并致力于在中国发展纳米压印技术。
关键词:微纳米加工技术 纳米压印 纳米技术 纳米结构Overvie w of N anoimprinting T echnology DevelopmentCUI Zheng TAO Jiarui(1.Rutherford Appleton Laboratory,U.K.;2.Wuhan U niversity,Wuhan 430072)Abstract:N anotechnology is a21st cent ury technology that prom ises to bri ng revol ution to every aspect of hum an lif e.N anotechnology is not an overnight creation but years of development of m icrotech2 nology that brought us the m icrochips and other m icro w onders.N anotechnology relies on nanof abri2 cation to scale dow n anythi ng that requi res nanometer size.M any techniques have been developed that are capable of f abricati ng st ruct ures less than100nm.A mong them,nanoi m pri nti ng is a prom is2 i ng technology w hich is low cost,high throughput and high resol ution.In this paper,the develop2 ment of nanoi m pri nti ng technique has been reviewed.The basic pri nciple of nanoi m pri nti ng is de2 scribed.It then i nt roduces the new development i n recent years.A particular em phasis is on the In2 dust rializ ation of the technology.It is hoped the overview w ill draw the attention of Chi nese i ndus2 t ry and academ ics to put ef f ort i nto developi ng the technology i n Chi na.K ey w ords:m icro and nanof abrication technology,nanoi m pri nt,nanotechnology,nanost ruct ure1 引论随着科技的进步和发展,人们从理论和实验研究中发现,当许多材料被加工为具有纳米尺度范围(通常在100纳米以下)的形状时,会呈现出与大块材料完全不同的性质。
纳米技术在食品科学工程中的应用摘要:现阶段科学技术不断发展,人们对生活质量的要求也越来越高,同时对食品的安全性也提出了更高的标准以及更严格的规定。
一方面,在食品工业中纳米材料的应用在纳米科学技术的推动下,纳米技术的研究和应用已经成为现代社会的一个重要课题。
另一方面,纳米材料的性能与普通的金属材料相比,具有更高的稳定性、更小的尺寸、更容易被加工,可以通过特殊的方式来进行表面的修饰。
由于纳米技术独特的性质和功能,使其在化学领域得到了广泛的运用,还可用于生物医学的诸多领域,因此需要深入研究纳米技术在食品科学相关工程中的应用,以此为相关人员提供参考。
关键词:纳米技术;食品科学;实际应用;引言:利用纳米技术在食品领域中应用现状和未来发展趋势进行研究,并提出—些可行性的建议和措施。
将纳米材料应用于乳制品的生产中,通过对乳品的改性,提高其稳定性,从而改善其在加工过程中的缺陷;同时,也为新型复合膜的制备提供参考依据。
本文的内容包括以下几个方面:(1)纳米技术的基本概念、特点以及国内外对该技术的研究概况;(2)纳米科技的前景展望,介绍了该技术的优势及存在的问题;(3)纳米科学技术的应用与推广,阐述了该方法的原理、优点及其局限性。
一、纳米技术在食品加工过程中的应用研究(一)纳米技术在食品加工中的试验在食品加工中,纳米技术的应用可以有效地提高食品的品质和质量,在食品的加工过程中,纳米技术的应用也是一个重要的环节和步骤。
纳米材料的特性有很多,例如:具有较高的强度、较好的分散性、良好的稳定性以极高的透明性等,这些性能的优点使得它能够适应各种环境的要求;同时,由于其优异的性质还具备了一定的化学活性,因此它的适用范围非常广,对人体的危害也比较大,对人们的身体健康有着积极的影响;此外,纳米科技还能通过改变微胶囊的形状来实现不同的功能作用,从而使产品的安全性极大提升,使其更容易被广大的消费者接受[1]。
(二)纳米技术在食品加工中的探索近年来,纳米技术在食品加工中的探索取得了很大的进展和突破。
纳米科技的发展及未来的发展方向纳米科技是一门研究和应用材料、器件和系统在纳米尺度下的科学和技术,其在过去几十年中取得了巨大的进展。
纳米科技的发展为各个领域带来了许多创新和突破,包括材料科学、医学、能源、电子学等。
本文将详细介绍纳米科技的发展历程以及未来的发展方向。
一、纳米科技的发展历程纳米科技的概念最早可以追溯到1959年,当时物理学家理查德·费曼在一次演讲中提到了“在非常小的尺度上创造东西”的想法。
然而,直到1980年代末和1990年代初,纳米科技才真正开始引起人们的关注。
在过去的几十年中,纳米科技经历了几个重要的发展阶段。
首先是纳米材料的研究和应用,包括纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜等。
这些纳米材料具有独特的物理和化学性质,可以用于制备新型的材料和器件。
其次是纳米加工技术的发展,包括纳米光刻、纳米印刷和纳米压印等。
这些技术可以在纳米尺度上制造复杂的结构和图案,为纳米器件的制备提供了基础。
最后是纳米器件和纳米系统的研究和应用。
纳米器件包括纳米传感器、纳米电子器件和纳米光学器件等,可以用于检测和控制纳米尺度下的物理和化学过程。
纳米系统是由纳米器件组成的系统,可以实现纳米尺度下的功能和性能。
二、纳米科技的应用领域纳米科技在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域:1. 材料科学:纳米材料具有较大的比表面积和特殊的物理和化学性质,可以用于制备新型的材料,如纳米复合材料、纳米涂层和纳米纤维等。
这些材料在能源、环境和生物医学等领域具有重要的应用价值。
2. 医学:纳米科技在医学领域的应用主要包括纳米药物递送、纳米诊断和纳米治疗等。
纳米药物递送可以将药物精确地送达到病灶部位,提高药物的疗效和减少副作用。
纳米诊断可以用于检测和诊断疾病,如纳米生物传感器和纳米成像技术等。
纳米治疗可以利用纳米材料的特殊性质来治疗疾病,如纳米热疗和纳米光疗等。
3. 能源:纳米科技在能源领域的应用主要包括纳米材料的制备和纳米器件的研究。
纳米技术在机械制造中的应用第一部分纳米技术在精密加工中的应用 (2)第二部分纳米材料在机械零件制造中的优势 (6)第三部分纳米涂层技术提高机械耐磨性 (8)第四部分纳米测量技术在机械精度控制中的作用 (11)第五部分纳米技术在超精密机床设计中的应用 (14)第六部分纳米技术在机械表面处理与修复中的应用 (16)第七部分纳米技术在提高机械性能与寿命方面的研究 (20)第八部分纳米技术在绿色机械制造领域的应用前景 (25)第一部分纳米技术在精密加工中的应用# 纳米技术在机械制造中的应用引言随着科技的飞速发展,纳米技术已经成为现代制造业中的一个重要领域。
纳米技术是指通过直接操纵和控制原子、分子或原子团,以构建具有特定功能的产品或设备的技术。
在机械制造领域,纳米技术的应用已经取得了显著的成果,特别是在精密加工方面。
本文将探讨纳米技术在精密加工中的应用及其对机械制造行业的影响。
纳米技术在精密加工中的应用# 1. 提高加工精度在传统的机械加工过程中,由于刀具磨损、热变形等因素,往往难以达到很高的加工精度。
然而,纳米技术的引入使得加工精度得到了显著提高。
通过使用纳米级的刀具和磨具,可以有效地减少刀具磨损和热变形对加工精度的影响。
此外,纳米级加工设备通常具备高精度的定位系统和控制系统,能够实现微米甚至纳米级别的精确控制,从而大大提高加工精度。
# 2. 改善表面质量表面质量是衡量机械零件性能的重要指标之一。
纳米技术在精密加工中的应用可以显著改善零件的表面质量。
通过采用纳米级的磨具和抛光剂,可以实现对零件表面的超精细打磨和抛光,从而获得光滑、无缺陷的表面。
这种高质量的表面可以减少摩擦、提高耐磨性,延长零件的使用寿命。
# 3. 增强材料性能纳米技术在精密加工中的应用还可以改变材料的微观结构,从而提高其性能。
例如,通过纳米压印技术,可以在金属材料表面形成纳米尺度的纹理,这些纹理可以改变材料的摩擦特性,提高其耐磨性和抗疲劳性能。
落被检测出来;凉茶对于金黄色葡萄球菌和沙门氏菌也有一定的抗性,MIC都为25g/ml,即当凉茶达到25 g/mL时平板中没有菌落被检测出来。
在生理盐水对照平板中,有菌落生长。
3结语本研究结果显示,本研究制备的凉茶对幽门螺旋杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌具有良好的抑菌作用,抑菌作用大小依次为幽门螺旋杆菌>大肠杆菌>沙门氏菌>金黄色葡萄球菌;对各菌株的最低抑菌浓度:幽门螺旋杆菌和大肠杆菌为12.5g/mL,金黄色葡萄球菌和沙门氏菌为25g/mL。
本研究制备的凉茶具有一定的抑菌活性,对几种供试菌种都有较强的抑制作用,其中对幽门螺旋杆菌的抗菌作用较为突出,这说明该凉茶可能对胃病具有一定的治疗效果。
参考文献:[1]高文,胡伏莲.幽门螺旋杆菌与胃肠外疾病[J].中华医学杂志,2001,81(23):1470.[2]章淑萍.广州凉茶利弊杂谈[J].河南中医,2005,25(9):78.[3]罗友华,黄亦琦,杨辉.中草药凉茶的研究概述[J].海峡药学,2006(5):95-98.[4]卢艳花.中药有效成分提取分离实例[M].北京:化学工业出版社,2007:36-39.纳米技术在食品工业中的应用与研究进展杨敏,马永全,于新(仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225)摘要:纳米技术是在纳米尺度理解、控制和操纵物质世界的一项新技术,已在材料、化工、医药、食品等领域得到了广泛的应用。
介绍了食品纳米技术与纳米食品,综述了纳米技术在食品包装、加工与安全检测方面的应用,并对纳米食品潜在的食品安全问题进行了探讨。
关键词:纳米技术;纳米食品;纳米包装材料;应用中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1004-874X(2010)04-0151-05Application of nanotechnology on food industryYANG Min,MA Yong-quan,YU Xin(College of Light Industry and Food Science,Zhongkai University of Agriculture and Engineering,Guangzhou510250,China)Abstract:Nanotechnology was a new technology of understanding,controlling,and manipulating matters at the nanoscale. It had been widely used in the fields of materials,chemical industry,medicine,food,and so on.This paper had a brief introduction on food nanotechnology and nano-food.Application of nanotechnology on food packing,processing and safety detecting was summarized.The potential safety issues of nano-food were still discussed.Key words:Nanotechnology;nano-food;nanoscale packing materials;application纳米技术是指在纳米尺度(0.1~100nm)上利用原子、分子结构的特性及其相互作用原理,并按人类的需要,在纳米尺度上直接操纵物质表面的分子、原子乃至电子来制造特定产品或创造纳米级加工工艺的一门新兴学科技术[1]。
我国纳米科学与技术发展研究 一、纳米科技的基本认识 纳米是物理学中一个长度计量单位,即纳米是1米的10亿分之一。纳米科技是在现代物理学和新兴的高新工程技术相互融合的基础上逐步兴起的新兴学科,与生物技术、信息技术并称为引领21世纪的三大高新技术。它主要是运用先进技术在纳米尺度(1nm到100nm之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用(主要是量子特性),其最终目的是能够按照人类自己的意愿直接操纵单个原子、分子,设计和制造具有特定功能的产品,以实现生产方式的重大变革。纳米科学与技术主要包括物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等七个相对独立又相互渗透的学科以及纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征等三个重点研究领域。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。扫描隧道显微镜(STM)在纳米科技中占有重要的地位,并贯穿于纳米科技各大分支领域中,其分析和加工手段占纳米科技工作一半以上。 由于纳米科学技术将在材料科学、机械制造、微电子学、计算机技术、生物技术、医学与健康、环境与能源、高分子化学、航空航天以及国家安全等领域有着广阔的应用前景,必将引发一场新的工业技术变革。与此同时,纳米科技还将推动产品的微型化、高性能化和环境友好化,极大地节约资源和能源,减少人类对资源的过分依赖,并促进生态环境的改善,将在新的层次为人类可持续发展提供物质和技术保证。世界范围内围绕纳米技术的世界性激烈竞争已经悄然开始。
二、纳米科技发展现状 (一)国外纳米科技产业化发展现状 20世纪末开始,纳米技术作为一种新技术逐渐成为世界关注热点。很多国家把纳米科技看成是最有可能取得突破的科学和工程领域。全世界大约有35个国家已经加入了“纳米”创新竞赛中。每年用于纳米科学和纳米技术的公共或私人研究项目预算能达到90亿美元。目前每年全球市场对纳米技术产品的需求已经达到几千亿美元,到2015年,纳米技术商品和服务据测甚至有可能高达1万亿美元。 2000年美国正式发布了“国家纳米技术计划”(NNI),将纳米技术列入21世纪前10年关键领域之一,确保美国在这一新兴领域拥有主导地位。目前美国在纳米合成、纳米装置精密加工、纳米生物技术、纳米基础理论等多方面处于世界领先地位。 日本是开展纳米技术基础和应用研究最早的国家。早在1981年,日本科学技术厅推出了“先进技术的探索研究计划”(ERATO)。同时日本通产省先后实施了数个有关纳米技术的大型10年研究计划。日本80家大企业中,有大约40%的企业设置了专门的纳米科研机构。 20世纪90年代以来,欧盟制定了科技研发第4框架计划和第5框架计划。同时在“尤里卡计划”中就将纳米技术研究纳入其中。目前,欧洲在纳米微电子、纳米器件、纳米生物科技、纳米粒子以及纳米涂层和新仪器等应用方面取得了巨大成就。
纳米技术及其前景纳米技术:未来科技的前沿与无限可能当我们谈论纳米技术时,我们谈论的是一种尺度上的突破,一种将科技推向前进的力量。
纳米技术,这个源自希腊语 "nano"的词汇,意味着微小或毫微小,将科技带到前所未有的微观世界。
在这个世界里,一切皆有可能,纳米技术正逐渐展现出其巨大的潜力和前景。
纳米技术是一种涉及尺度在1至100纳米范围内的材料、结构、设备和系统的研究和应用。
在这个尺度上,物质的物理和化学性质会发生显著的变化,为人类探索未知领域提供了无限可能。
纳米技术在许多领域都已经有了实际应用。
在医疗领域,纳米药物和纳米疗法的发展为疾病治疗提供了新的途径。
在电子领域,纳米电子学和纳米制造技术的进步为新一代计算机和通信技术的发展提供了基础。
在化工领域,纳米材料的应用已经帮助我们生产出更高效、更环保的化学品和材料。
纳米技术的未来前景看起来非常光明。
随着科研技术的不断进步,我们有理由相信纳米技术将会在未来的市场和技术领域中占据重要的地位。
政策支持、科研投入的增加以及社会对纳米技术应用的期待都为纳米技术的发展提供了良好的环境。
然而,纳米技术也面临着一些挑战。
首先,纳米技术的精度控制是一个巨大的挑战。
其次,纳米技术的成本问题也需要得到解决。
此外,纳米技术的人才培养和供给也是一个重要的议题。
只有克服了这些挑战,纳米技术才能更好地向前发展。
纳米技术的未来是充满希望的。
随着科研技术的不断进步,我们可以预见纳米技术在未来将会带来更多的突破和变革。
无论是医疗、电子、化工等领域,还是更广泛的市场和应用前景,纳米技术都将会成为未来科技的重要力量。
纳米技术的前景看起来非常激动人心,但我们也必须认识到,纳米技术的应用和发展需要科研人员、政策制定者、企业等多方面的共同努力。
只有通过合作与交流,我们才能克服挑战,推动纳米技术的进步,实现未来的愿景。
总的来说,纳米技术是一个具有巨大潜力的前沿科技领域。
虽然目前我们还面临着一些挑战,但是随着技术的不断进步和应用的不断拓展,我们有理由相信纳米技术的未来将会更加光明。
第8卷第4期 2011年8月 综述
Summarization V0】.8 No.4
August 2011
纳米加工技术的研究进展 张文毓, (洛阳船舶材料研究所, 侯世忠
河南洛阳471039)
摘要:纳米技术的核心是纳米加工技术。文章阐述了纳米加工技术的研究现状、应用和前景 展望。希望对纳米加工技术有所了解。 关键词:纳米加工技术;SPM;电子柬光刻;微纳米加工
Advances in Nano-machining Technology ZHANG Wen-yu,HOU Shi—zhong (Luoyang Ship Material Research Institute,Luoyang 47 1 039,China)
Abstract:Nanofabrication technology is key nanotechnology.In the paper,thestatus application and prospect of nanome—
ter process technology research are introduced in details.Through this paper we get quite comprehensive understanding to nanofabrication technology. Keywords:nano—machining;technology;SPM;electr0n—beam—photoetching Micro—nano—machining
1前言 :T}I12 文献标识码:A 文章编号:1812—1918(2011)04—0068—04
纳米技术是当代科学发展的一个新兴领域, 它的最终目标是在纳米尺度上制造具有特定功能 的产品,实现生产方式的飞跃,因此,纳米技术 的核心是纳米加工技术。纳米加工技术主要包括 机械加工、化学腐蚀、能量束加工和复合加工等 加工方法。然而,由于这些方法本身的特点,例 如加工精度进一步提高受限、设备昂贵等,使纳 米加工技术的发展受到限制。随着扫描探针显微 镜加工技术的出现,为纳米加工技术的发展注入 了新的活力。 基于SPM的纳米加工方法主要包括单原子操 纵的原子级加工、阳极氧化法及机械刻蚀加工 等,是一种具有广阔发展前景的高新技术,将在 收稿日期:2010—06—07 纳米加工领域有重要的实际意义,有可能成为未 来微机械、纳米电子器件等加工的重要方法【l】。 2纳米加工技术研究现状 2.1纳米加工技术 纳米加工是指达到纳米级精度、尺度和效率 的加工。纳米加工技术是为了适应微电子及纳电 子技术、微机械电子系统(MMES)的发展而迅速 发展起来的一门加工技术。目前,探索新的纳米 加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。 随着纳米加工技术的发展,现已出现了多种纳米 加工技术,有减小曝光光源波长的加工技术,如 电子束光刻、x射线光刻、极紫外光刻和原子光 刻等;探针直接书写式纳米加工技术,如基于扫 描探针显微镜(SPM)的纳米加工技术、蘸笔纳 第4期 2011年8月 纳米科技
Nanoscience&Nanotechnology No.4
August 2011
米印刷术fDPN);纳米复制加工技术,如微接触 印刷(Microcontact Printing, cP)、纳米压印光 刻技术fnano imprinted lithogra--phy,NIL)[21等。 纳米加工是纳米尺度制造业的核心:一方 面,对宏观材料从大到小进行纳米级的超精加工 ;另一方面,可按人们的设计,从小到大直接对 原子、分子进行操作、沉积和迁移来制造各种功 能材料、元器件。 图l是纳米加工技术的工艺流程图[31。纳米加 1二技术是在常温、常压和稀释性化学介质中完成 的缓慢过程,因此,陈化和高分子溶液参与表面 改性往往是不可缺少的_T序。不难看出,可以把 纳米溶液看成是一种特殊的表面处理剂。纳米溶 液是纳米加工工艺最基本、最重要的原料。纳米 溶液的制备技术是纳米加工技术的基础,例如, 硅和铝的纳米溶液应用在石油化_T中的催化剂制 造工业上已经有半个世纪了。近年来,混合氢氧 化物纳米正电性颗粒的制备及性能研究也受到广 泛关注,特别是纳米铝镁溶液的工业化生产已经 开始获得油田开采的实际认可。 究等方面,还可用于对DNA链和病毒进行处理 等,在生物工程中具有重要的应用前景。只有掌 握最新纳米结构制造技术,才能在未来科技发展 中拥有竞争力 。 ToP—Down的纳米加工技术是未来纳米器件 实用化的关键技术。近年来,水浸没式193nm光 学光刻(其数值孔径高达1.44)的迅猛发展将光 学光刻的分辨率延续 ̄lJ50nm以下。光学光刻的主 要竞争对手是下一代光刻技术(Next generation lithogra-phy,NGL)。通常认为NGL的候选者主 要有接近式x射线光刻技术(PxL)、极端远紫外 投影光刻、电子束投影光刻技术、多通道电子束 高速直写等。除了NGL夕 ,还有许多新概念光刻 技术不断被人们提出,如纳米压印光刻、原子纳 米光刻技术、量子纠缠态光刻技术、阵列光刻、 基于波带片的x射线投影光刻、193nm无掩模光 刻、x射线无掩模光刻等,但是这些新概念光刻 技术目前都还处于概念设计阶段¨5】。 几种新兴的纳米加工技术:利用扫描隧道显 微镜和原子力显微镜的纳米加工技术、化学合成 方法、聚焦离子束技术、准分子激光直写纳米加 工技术、纳米压印技术(软刻印技术(sL1、热压印 技术(HEL))嘲。
图 纳米加工技术的工艺流程框图 3 纳米加工技术的应用
2.2纲米加q-技术研冤现状 近年来,利用飞秒激光直写技术进行j维纳
纳米光刻技术是纳米科技发展的基础。它涵 米结构加工已成为一个受到广泛关注的研究工 盖了从电子束到极紫外的宽光谱范围,包括纳米 作。中科院理化技术研究所段宜明团队、日本理 压印技术以及更多的创新性概念。当前,美、日 化学研究所河田聪团队通过合作,近日在利用飞 两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。 秒激光多光子纳米加工技术进行三维微纳结构制 2003年东京精密和索尼以及其它各大厂家联合开 备的研究中获得重要进展,成功突破了光学衍射 发出低能电子束投影光刻(LEEPL),能达到 极限,实现了纳米尺度的三维金属纳米结构加 30nm线宽,价格仅为上代光刻机的j分之一。为 _丁。该研究团队利用基于非线性光学原理的飞秒 了应对纳米技术的挑战,欧洲最近几年开展国家 激光多光子直写纳米加工技术,突破衍射极限, 间的大型合作项目技术,纳米光刻技术得到了深 利用多光子聚合反应,成功地获得纳米尺度加工 入研究和广泛发展,期望能衍生出更加完备的微 分辨率,并实现了功能性纳米复合材料的三维 加工技术方法,从而适于复杂图案和器件的制 微纳结构加工 。由于目前的光刻技术能够加工 造。 的最小 ̄#d130nm,不能满足纳米电子器件的 纳米光刻技术可用于纳米材料制作、纳米器 加工要求,为此它必将被更先进的加_T技术所取 件加丁、纳米长度测量、纳米物质的物理特性研 代,如扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜 第8卷第4期 2011年8月 综述
Summarization V01.8 No.4
August 2011
(AFM)纳米加工技术等。 随着STM的理论和实验技术的日益完善,它 必将在单原子操纵和纳米技术等诸多研究领域中 得到越来越广泛的应用。到那时,也许现在的巨 型计算机将有可能做成大头针那样大小,即使是 美国最新开发成的峰值速度高达每秒12万亿次超 级计算机,也将会小到可以随手放进口袋里。目 前,已经发展了一种基于AFM的纳米刻蚀技术, 且制备了特征尺寸为60nm的金属氧化物场效应晶 体管(MOSFET)。美国普渡大学已用化学自组装 法制备出了由二维纳米金微粒阵列组成的分子尺 度的电路。 聚焦离子束技术(FIB)在20世纪七八十年 代得到了蓬勃发展,特别是80年代末,聚焦离子 束技术基本成熟。90年代中期,聚焦离子束技术 在各个方面得到应用,如微米纳米尺度上的沉 积、刻蚀、离子注入、扫描成像、无掩膜光刻和 微机械系统加工(MEMS)以及微米纳米微结构 直接成型等。后来科研工作者又将聚焦离子束系 统和飞行时间二次离子质谱仪联机使用fFIB~ TOF—SIMS1,与扫描电子显微镜联机使用fFIB— SEM1,使聚焦离子束技术在微米 米加工和检 测分析中大显身手,进一步拓展了聚焦离子束技 术的应用范围。与其它传统的微加工技术相比, 它具有更高的图形分辨率,可以加工更细小的微 结构,能进行无掩膜加工,对不同材料的适应性 强等[81。 聚焦离子束系统是微细加工和分析的主要技 术之一,是一个完美的微米钠米技术研究平台。 聚焦离子束(FIB)技术的具体应用有掩模修补、 电路修改和器件失效分析等。此外,FIB技术已 经用于许多光电子器件、超量子干涉器件及纳米 生物器件的制备中。总之,FIB技术的主要优点 是以很高的精度实现复杂的微结构,不足之处是 加工速度较慢,因此,FIB技术主要用于那些尺 寸相对较小、耗时相对较少的微结构,并且最适 合小尺度结构的后加工及原型制备。 微纳米加工技术可以简单地分为曝光技术与 刻蚀技术。电子束曝光设备为纳米加工技术提供 了有利的技术支持,在新一代量子器件的制作和 研究中发挥了重要作用,对高分辨电子器件的需 70 求推动了电子束曝光技术的发展和应用。纳米级 电路的出现、ULSI电路和量子效应器件的问世必 将对21世纪电子、计算机和信息科学技术产生更 深刻的影响,电子束曝光仍将在主流领域起重要 作用 。 近年来纳米技术的开发热潮为微纳米加工技 术提出了新的要求。最新一代的电子束曝光技术 已经能够制作小于10nm的结构,原子力显微镜探 针可以操纵单个原子。从科学研究的角度,这些 加工技术已经能够满足纳米器件的制作与研究, 但这些技术毕竟不是也很难成为大规模生产的技 术。为了今后纳米科研成果的产业化,必须开发 高生产率、低成本的纳米加工技术。纳米压印技 术有可能通过进一步开发满足这一要求。同时分 子自组装技术具有极大的潜力成为未来的一种大 规模生产技术_1ol。
4纳米Jj ̄-r技术前景展望 纳米加工技术无疑在各行各业有着广泛应用 前景,在医药工业及医疗器械业、卫生材料业 同样如此,如“纳米金”抗肿瘤新药、胶态纳米 银~多用途消毒杀菌剂、药物载体用纳米玻璃微 珠、抗癌新剂型一纳米乳化液,以及利用RNA 为骨架材料制作纳米医疗器械、神奇的化学魔术 师一纳米金催化剂、纳米技术应用实例之一纳米 新制剂PharmFilm、利用纳米技术开发的卫生新 材料一纳米绷带 等。 日立制作所研究开发本部日前成功开发了旨 在实现lTbit级ROM光盘的记录凹坑图案的纳米 加工技术。该技术通过激光和电子束照射、使用 可由晶态变为非晶态的“相变记录膜”,选择性 地只在相变区域进行蚀刻 2]。 由于电子束刻印术、x射线光刻等传统光刻 技术存在加工成本高、加工设备昂贵、加工特征 线宽不能小于100nm等缺点,已不能满足下一代 Ic¥ ̄J造和纳米器件制造的迫切需要。市场急需各 种低成本的替代工艺。纳米压印技术与其他纳米 加丁技术相比优势明显,是下一代实用光刻技 术,具有强大的竞争力。