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  uncle_D2015 2007-01-07 00:00:00

  納米技術(shù) 納米是長度單位，原稱毫微米，就是10的-9次方米（10億分之一米）。納米科學(xué)與技術(shù)，有時(shí)簡稱為納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。從具體的物質(zhì)說來，人們往往用細(xì)如發(fā)絲來形容纖細(xì)的東西，其實(shí)人的頭發(fā)一般直徑為20-50微米，并不細(xì)。單個(gè)細(xì)菌用肉眼看不出來，用顯微鏡測(cè)出直徑為5微米，也不算細(xì)。極而言之，1納米大體上相當(dāng)于4個(gè)原子的直徑。 納米技術(shù)包含下列四個(gè)主要方面： ⒈納米材料：當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1—100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。diyi個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。 ⒉納米動(dòng)力學(xué)，主要是微機(jī)械和微電機(jī)，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、YL和診斷儀器等.用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝。特點(diǎn)是部件很小，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測(cè)準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 ⒊納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。 ⒋納米電子學(xué)，包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢(shì)要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷，更小，是指響應(yīng)速度要快。更冷是指單個(gè)器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。 納米技術(shù)是建設(shè)者的Z后疆界，它的影響將是巨大的。 在1998年的四月，總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問，Neal Lane 博士評(píng)論到，如果有人問我哪個(gè)科學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)?huì)對(duì)未來產(chǎn)生突破性的影響，我會(huì)說該個(gè)啟動(dòng)計(jì)劃建立一個(gè)名為納米科技大挑戰(zhàn)機(jī)構(gòu)，資助進(jìn)行跨學(xué)科研究和教育的隊(duì)伍，包括為長遠(yuǎn)目標(biāo)而建立的ZX和網(wǎng)絡(luò)。一些潛在的可能實(shí)現(xiàn)的突破包括： 把整個(gè)美國國會(huì)圖書館的資料壓縮到一塊像方糖一樣大小的設(shè)備中，這通過提高單位表面儲(chǔ)存能力1000倍使大存儲(chǔ)電子設(shè)備儲(chǔ)存能力擴(kuò)大到幾兆兆字節(jié)的水平來實(shí)現(xiàn)。由自小到大的方法制造材料和產(chǎn)品，即從一個(gè)原子、一個(gè)分子開始制造它們。這種方法將節(jié)約原材料和降低污染。生產(chǎn)出比鋼強(qiáng)度大10倍，而重量只有其幾分之一的材料來制造各種更輕便，更省燃料的陸上、水上和航空用的交通工具。通過極小的晶體管和記憶芯片幾百萬倍的提高電腦速度和效率，使今天的奔騰?處理器已經(jīng)顯得十分慢了。運(yùn)用基因和藥物傳送納米級(jí)的mri對(duì)照劑來發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞或定位人體組織器官去除在水和空氣中Z細(xì)微的污染物，得到更清潔的環(huán)境和可以飲用的水。提高太陽能電池能量效率兩倍。 什么是納米科技？ 納米科學(xué)技術(shù)是研究在千萬分之一米(10-8)到億分之一米(10-9米)內(nèi)，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化的學(xué)問；同時(shí)在這一尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子進(jìn)行操縱和加工又被稱為納米技術(shù)。 納米科技的研究內(nèi)容 創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料 設(shè)計(jì)、制備各種納米器件和裝置 探測(cè)和分析納米區(qū)域的性質(zhì)和現(xiàn)象 什么是納米？ 納米是尺寸或大小的度量單位： 千米（103 ）→米→厘米→毫米→微米→納米（ 10-9） 4倍原子大小，萬分之一頭發(fā)粗細(xì) 納米科技研究什么問題？ 生物科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)、納米科學(xué)技術(shù)是下一世紀(jì)內(nèi)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。生物科學(xué)技術(shù)中對(duì)基因的認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)，可以ZL頑癥，也可以創(chuàng)造出自然界不存在的生物；信息科學(xué)技術(shù)使人們可以坐在家中便知天下大事，因特網(wǎng)幾乎可以改變?nèi)藗兊纳罘绞健? 納米科學(xué)是研究在千萬分之一米(10-8)到億分之一米(10-9米)內(nèi)，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化的學(xué)問；同時(shí)在這一尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子進(jìn)行操縱和加工又被稱為納米技術(shù)。 還原論：把物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)都還原到原子、分子這一層面上。原子論和量子力學(xué)取得了巨大的成功。有機(jī)合成；分子生物學(xué)；轉(zhuǎn)基因食品、克隆羊；原子光譜和激光；固體電子論和IC；幾何光學(xué)到光纖通訊。 宏觀世界上經(jīng)典物理、化學(xué)、力學(xué)的巨大成就：計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)、宇宙飛船、飛機(jī)、汽車、機(jī)器人等改變了人們的生活方式 科學(xué)技術(shù)有認(rèn)識(shí)上的盲區(qū)或人類知識(shí)大廈上的裂縫。裂縫的一邊是以原子、分子為主體的微觀世界，另一岸是人類活動(dòng)的宏觀世界。兩個(gè)世界之間不是直接而簡單的聯(lián)結(jié)，存在一個(gè)過渡區(qū)--納米世界。 例：分子合成 ≤1.5nm， →活體 微電子技術(shù)在0.2μm， 顯微外科只能連接大、小、微血管 ≤ PM10和PM1.5的微粒 50年代，錢老“物理力學(xué)”是企圖連接兩個(gè)世界的前驅(qū)工作之一 圖中顯示用掃描隧道顯微鏡 的針尖在銅表面上搬運(yùn)和操 縱48個(gè)原子，使它們排成圓 形。圓形上原子的某些電子 向外傳播，逐漸減小，同時(shí) 與相內(nèi)傳播的電子相互干涉 形成干涉波。 幾十個(gè)原子、分子或成千個(gè)原子、分子“組合”在一起時(shí)，表現(xiàn)出既不同于單個(gè)原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)。這種“組合”被稱為“超分子”或“人工分子”。“超分子”性質(zhì)，如熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和染、顏色及水溶性有重大變化。當(dāng)“超分子”繼續(xù)長大或以通常的方式聚集成大塊材料時(shí)，奇特的性質(zhì)又會(huì)失去，像真是一些長不大的孩子。 在10nm尺度內(nèi)，由數(shù)量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規(guī)律的認(rèn)識(shí)和如何操縱或組合及探測(cè)、應(yīng)用它們---納米科學(xué)技術(shù)的主要問題。 原子和分子的微觀世界和宏觀世界的過渡區(qū)內(nèi)的新現(xiàn)象和新規(guī)律 探測(cè)納米長度內(nèi)物理、化學(xué)生物信息的新原理和新方法 新概念和新理論：強(qiáng)關(guān)聯(lián)、強(qiáng)場(chǎng)、快過程、少粒子的量子體系 應(yīng)用 新科學(xué)還是老理論的翻版？ 歷史悠久的新科學(xué)技術(shù) 西漢銅鏡和黑漆鼓 徽墨 漆器 催化劑材料 感光材料和彩色膠片 含有高嶺土顆粒的輪胎 WHY？不清楚 近十年，計(jì)算機(jī)和材料設(shè)計(jì)；探測(cè)技術(shù)STM、AFM、SNOM；IC和生命科學(xué)的推動(dòng)；制備技術(shù)發(fā)展；理論的發(fā)展 高強(qiáng)度和高韌性、可自修復(fù)、有智能、可再生→新一代納米材料 為什么小尺寸會(huì)有如此重要的影響？ 表面效應(yīng) 小尺寸效應(yīng) 量子限域效應(yīng) 研究目標(biāo)和可能的應(yīng)用 材料和制備：更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計(jì)；長壽命和低維修費(fèi)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破壞過程中納米級(jí)損傷的診斷和修復(fù)； 微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)：2010年實(shí)現(xiàn)線條為100nm的芯片，納米技術(shù)的目標(biāo)為：納米結(jié)構(gòu)的微處理器，效率提高一百萬倍；10倍帶寬的高頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；兆兆比特的存儲(chǔ)器（提高1000倍）；集成納米傳感器系統(tǒng)； 醫(yī)學(xué)與健康 快速、GX的基因團(tuán)測(cè)序和基因診斷和基因ZL技術(shù)；用藥的新方法和藥物''技術(shù)；耐用的人體友好的人工組織和器官；復(fù)明和復(fù)聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統(tǒng) 航天和航空 低能耗、抗輻照、高性能計(jì)算機(jī)；微型航天器用納米測(cè)試、控制和電子設(shè)備；抗熱障、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料 環(huán)境和能源 發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境； 孔徑為1nm的納孔材料作為催化劑的載體；MCM-41有序納孔材料（孔徑10-100nm）用來祛除污物；納米顆粒修飾的高分子材料 生物技術(shù)和農(nóng)業(yè) 在納米尺度上，按照預(yù)定的大小、對(duì)稱性和排列來制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖、核酸等。在納米材料和器件中植入生物材料產(chǎn)生具有生物功能和其他功能的綜合性能。，生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料，動(dòng)植物的基因改善和ZL，測(cè)定DNA的基因芯片等

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