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1、纳米材料学纳米材料学第五章第五章 纳米材料纳米材料通识教育材料科学5.1纳米和纳米技术纳米和纳米技术 纳米纳米（Nanometer）又称毫微米，是一种长度单位）又称毫微米，是一种长度单位.把把1米分成米分成10亿份亿份,每一份就是每一份就是1纳米（纳米（1nm=10-9m）。）。1982年年,一种奇特的显微镜一种奇特的显微镜(扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜)发明后发明后,便诞便诞生了一门以生了一门以0.1至至100纳米尺度空间为研究对象的前沿学科纳米尺度空间为研究对象的前沿学科,也就是研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新学科也就是研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新学科,它就是纳米科技。
2、它就是纳米科技。l蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1100nm的范围l光合作用在“纳米车间”进行l细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂”l莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应”l纳米结构是生命现象中基本的东西纳米技术的发展历史纳米技术的发展历史1959年，美国著名的物理学家，诺贝尔奖获得者费曼：年，美国著名的物理学家，诺贝尔奖获得者费曼：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能够移动原子，那么这将给科学带来什么！空间内并能够移动原子，那么这将给科学带来什么！”对纳米科技的预言人们常说的小尺寸大
3、世界。对纳米科技的预言人们常说的小尺寸大世界。1990年年7月，在美国巴尔的摩召开了国际首届月，在美国巴尔的摩召开了国际首届纳米科学技纳米科学技术会议术会议；1996年，在中国召开了第四届年，在中国召开了第四届纳米科技学术会议纳米科技学术会议。首届（首届（1992年）年）纳米材料会议纳米材料会议在墨西哥召开；在墨西哥召开；1994年在德国斯图加特召开了第二届国际纳米材料学年在德国斯图加特召开了第二届国际纳米材料学术会议；术会议；1996年在美国夏威夷召开第三届国际会议；年在美国夏威夷召开第三届国际会议；1998年在瑞典斯德哥尔摩召开了第四届纳米材料会议；年在瑞典斯德哥尔摩召开了第四届纳米材料会
4、议；2000年在日本仙台举行第五届国际纳米材料会议。年在日本仙台举行第五届国际纳米材料会议。纳纳米米这这项项新新技技术术的的诞诞生生,其其用用途途之之广广,涉涉及及领领域域之之多多,前前所所未未有有。纳纳米米技技术术是是一一门门崭崭新新的的交交叉叉学学科科,学学科科领领域域涵涵盖盖纳纳米米物物理理学学、纳纳米米电电子子学学、纳纳米米化化学学、纳纳米米材材料料学学、纳纳米米机机械械学学、纳纳米米生生物物学学、纳纳米米医医学学、纳纳米米显显微微学学、纳纳米米计计量量学学和和纳纳米米制制造造等等,有有着着十十分分宽宽广广的的学学科科领领域域。二二十十一一世世纪纪,纳米技术将广泛应用于信息、医学和新材
5、料领域纳米技术将广泛应用于信息、医学和新材料领域。在在未未来来的的20至至30年年内内,纳纳米米技技术术将将在在三三个个方方面面对对人人类类社会产生深刻影响社会产生深刻影响:一、一、社会生产途径社会生产途径；二、人类生活方式二、人类生活方式；三、人们思维模式三、人们思维模式。所所以以,纳纳米米技技术术的的出出现现,标标志志着着人人类类社社会会在在发发展展进进程程中中正迈向一个新的台阶。正迈向一个新的台阶。5.1.1纳米电子学纳米电子学电电子子器器件件的的集集成成度度已已经经接接近近了了它它的的理理论论极极限限。在在纳纳米米尺尺度度上上，由由于于电电子子的的波波动动性性质质而而呈呈现现各各种种量
6、量子子效效应应，使使得得电电子器件已无法按照通常的要求进行工作。子器件已无法按照通常的要求进行工作。纳纳米米电电子子器器件件中中最最有有应应用用前前景景的的是是量量子子元元器器件件。这这种种利利用用量量子子效效应应制制作作的的器器件件不不仅仅体体积积小小，还还具具有有高高速速、低低耗耗和和电电路路简简化化的的特特点点。纳纳米米电电子子学学中中另另一一个个有有趣趣的的研研究究热热点点是是所所谓谓的的单单电电子子器器件件。开开发发单单电电子子晶晶体体管管,只只要要控控制制一一个个电电子子的的行行动动即即可可完完成成特特定定功功能能,使使功功耗耗降降低低到到原原来来的的100010000分之一。分之
7、一。基于利用基于利用STM对分子、原子进行搬迁的事实，人们对分子、原子进行搬迁的事实，人们产生了利用该技术制造分子存储器甚至原子存储器的梦想。产生了利用该技术制造分子存储器甚至原子存储器的梦想。物体的表面有原子的位置为物体的表面有原子的位置为“1”，没原子为，没原子为“0”，这不就可，这不就可以表示二进制吗？这不就是存储器吗？以表示二进制吗？这不就是存储器吗？一个分子存储器能一个分子存储器能够存储的信息，相当于够存储的信息，相当于100万张光盘的存储量；而一张同万张光盘的存储量；而一张同样大小的原子存储器的容量，将能够存入人类有史以来的样大小的原子存储器的容量，将能够存入人类有史以来的全部知识
8、！全部知识！19981998年年IBMIBM公司用公司用原子排成的世界上最原子排成的世界上最小的广告小的广告-IBM 铜表面原子的重构：铜表面原子的重构：48个铁原子构成围栏，內部形成电子驻波。个铁原子构成围栏，內部形成电子驻波。5.1.25.1.2 纳米材料学纳米材料学 科科学学研研究究发发现现，当当材材料料的的颗颗粒粒缩缩小小到到只只有有几几纳纳米米到到几几十十纳纳米米时时，由由于于颗颗粒粒表表面面相相对对活活跃跃的的原原子子数数量量与与颗颗粒粒内内部部结结构构稳稳定定的的原原子子数数量量的的比比例例大大大大增增加加，使使得得材材料料的的性性质质发发生生了意想不到的变化。了意想不到的变化。
9、硅表面重构的原子照片硅表面重构的原子照片 纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料能够弯能够弯曲曲180180度就是一个典型的例度就是一个典型的例子。由于陶瓷材料具有坚子。由于陶瓷材料具有坚硬、耐高温等优良特性，硬、耐高温等优良特性，工业界一直认为陶瓷是未工业界一直认为陶瓷是未来来汽车、飞机发动机汽车、飞机发动机的理的理想材料。想材料。具有未来超级纤维之称的具有未来超级纤维之称的碳纳米管碳纳米管是当前材料研究是当前材料研究领域中非常热门的纳米材料，它是一种由碳原子组成的、领域中非常热门的纳米材料，它是一种由碳原子组成的、直径只有几个纳米的极微细的纤维管。碳纳米管具有极其直径只有几个纳米的极微细的纤维管。碳纳米
10、管具有极其奇特的性质：它的奇特的性质：它的强度比钢高强度比钢高100100倍倍，但是，但是重量只有钢的六重量只有钢的六分之一分之一；它的导电性十分怪异；它的导电性十分怪异，不同结构碳纳米管的导电性可不同结构碳纳米管的导电性可能呈现能呈现良导体良导体、半导体半导体、甚至、甚至绝缘体绝缘体。因此它也许能成为。因此它也许能成为纳纳米级印刷电路米级印刷电路的材料。碳纳米的材料。碳纳米管可能做成纳米开关，或者做管可能做成纳米开关，或者做成极细的针头用于给细胞成极细的针头用于给细胞“打打针针”等等。等等。碳纳米管碳纳米管 太太空空升升降降机机 由由于于碳碳纳纳米米管管的的强强度度高高、重重量量轻轻，如如果
11、果把把它它做做成成缆缆绳绳，即即使使缆缆绳绳的的长长度度是是从从同同步步轨轨道道卫卫星星下下垂垂到到地地面面的的距距离离，它它也也完完全全可可以以经经得得住住自自身身的的重重量量。到到那那个个时时候候，人人类类到到太太空空旅旅行行将将是是一一件件轻而易举的事情。轻而易举的事情。纳纳米米壁壁挂挂电电视视 用用纳纳米米有有机机发发光光材材料料制制作作的的电电视视屏屏幕幕可可以以象象一一幅幅图图画画一一样样卷卷起起来来带带走走。纳纳米米有有机机发发光光材材料料的的特特点点是是材材料料既既具具有有柔柔性性，同同时时可可以以在在电电场场的的作作用用下下发发出出各各种种颜颜色色的的光光。用用碳碳纳纳米米管
12、管制制成成电电子子枪枪,可点亮新一代平面显示屏。可点亮新一代平面显示屏。纳纳米米固固体体燃燃料料 实实验验发发现现纳纳米米铜铜和和铝铝一一遇遇到到空空气气就就会会激激烈烈燃燃烧烧，发生爆炸，可以作为未来的固体燃料使发生爆炸，可以作为未来的固体燃料使火箭火箭具有更大的推动力。具有更大的推动力。纳纳米米隐隐身身飞飞机机 在在飞飞机机外外表表面面涂涂上上纳纳米米超超微微粒粒材材料料,可可以以有有效效吸吸收收雷雷达达波波,这这就就是是隐隐身身飞飞机机。纳纳米米卫卫星星、微微型型飞飞船船和和原原子子精精密密度度计计算算机机,都将一一成为现实。都将一一成为现实。5.1.3纳米机械学纳米机械学车车、钳钳、刨
13、刨、铣铣等等机机械械加加工工过过程程必必然然要要去去掉掉一一些些下下脚脚料料，造造成成浪浪费费。而而纳纳米米制制造造技技术术则则是是以以相相反反的的方方向向，直直接接由由原原子子、分分子子来来完完整整地地构构造造器器件件。科科学学家家们们已已经经用用原原子子、分分子子操操纵纵技技术术、纳纳米米加加工工技技术术、分分子子自自组组装装技技术术等等新新科科技技制制造造了了纳纳米米齿齿轮轮、纳纳米米电电池池、纳纳米米探探针针、分子泵分子泵、分子开关分子开关和和分子马达分子马达等。等。分子自组装分子自组装 纳米齿轮纳米齿轮 纳米机械产品纳米机械产品 用用极极微微小小部部件件组组装装一一辆辆比比米米粒粒还
14、还小小,能能够够运运转转的的汽汽车车、微微型型车车床床,可可望望钻钻进进核核电电站站管管道道系系统统检检查查裂裂缝缝;只只有有蜜蜜蜂蜂大大小小且且能能升升空空的的直直升升机机;眼眼睛睛几几乎乎看看不不见见的的发发动动机机;提提供供化化工工使用的火柴盒大小的使用的火柴盒大小的反应器反应器。纳米机器人纳米机器人 机机器器人人比比血血红红细细胞胞还还要要小小，可可注注入入人人体体血血管管内内,进进行行全全身身健健康康检检查查,疏疏通通脑脑血血管管中中的的血血栓栓,清清除除心心脏脏动动脉脉脂脂肪肪沉沉积积物物,吞吞噬噬病病毒毒,杀杀死死癌癌细细胞胞。纳纳米米机机器器人人将将包包含含有有纳纳米米计计算算
15、机机和和可可以以进进行行人人机机对对话话的装置的装置。纳纳米米算算盘盘 5.1.4纳米生物学纳米生物学生生命命过过程程是是已已知知的的物物理理、化化学学过过程程中中最最复复杂杂的的过过程程。纳纳米米生生物物学学是是从从微微观观的的角角度度来来观观察察生生命命现现象象、并并以以对对分分子子的操纵和改性的操纵和改性为目标的。为目标的。生生物物学学家家在在纳纳米米生生物物学学领领域域提提出出了了许许多多富富有有挑挑战战性性的的新新观观念念，如如生生物物器器件件。它它的的特特点点是是象象遗遗传传基基因因分分子子那那样样具具有有自自我我复复制制功功能能。这这样样一一来来，可可以以利利用用纳纳米米加加工工
16、技技术术，按按照照分分子子设设计计的的方方法法合合成成、复复制制成成各各种种用用途途的的生生命命零零件件，利利用用生生物物零零件件可可以以组组装装具具有有生生物物智智能能、运运算算速速度度更更快快的的生生物物计计算算机机；具具有有特特定定功功能能的的纳纳米米生生物物机机器器人人；生生物物零零件件与与无无机机材材料料或或晶晶体体材材料料结结合合可可以以制制成成具具有有生生命命功功能能的的纳纳米米电电路路等。等。纳纳米米人人造造细细胞胞不不仅仅具具有有比比红红血血球球携携带带氧氧分分子子的的能能力力高高数数百百倍倍，而而且且本本身身装装有有纳纳米米计计算算机机、纳纳米米泵泵，可以根据需要将氧释放，
17、同时将二氧化碳带走。可以根据需要将氧释放，同时将二氧化碳带走。科科学学家家一一直直在在研研究究微微生生物物的的机机械械本本领领并并试试图图把把它它应应用用到到纳纳米米机机械械的的设设计计中中去去。例例如如大大肠肠杆杆菌菌等等细细菌菌的的移移动动靠靠的的是是一一种种称称为为鞭鞭毛毛马马达达的的驱驱动动机机构构。微微生生物物的的鞭鞭毛毛马马达达虽虽然然只只有有30至至50纳纳米米，但但它它的的效效率率却却极极高高。这这种种效效率率相相当当于于只只需需百百分分之之一一马马力力就就可可以以使体重使体重60公斤的人像骑摩托车一样飞速前进。公斤的人像骑摩托车一样飞速前进。由于纳米机器人由于纳米机器人可以小
18、到在人的血管可以小到在人的血管中自由的游动，对于中自由的游动，对于象象脑血栓、动脉硬化脑血栓、动脉硬化等病灶，它们可以非等病灶，它们可以非常容易的予以清理，常容易的予以清理，而不用再进行危险的而不用再进行危险的开颅、开胸手术。纳开颅、开胸手术。纳米仿生机器人可以米仿生机器人可以为为人体传送药物人体传送药物，进行，进行细胞修复细胞修复等工作等工作纳米机器人在疏通血管纳米机器人在疏通血管 5.2国际纳米技术发展的态势国际纳米技术发展的态势美国启动纳米技术促进计划美国启动纳米技术促进计划 克林顿克林顿说：说：“我正在支持一项对我正在支持一项对美国未来经济和发美国未来经济和发展将产生深远影响展将产生深
19、远影响的纳米技术，它是的纳米技术，它是2121世纪最重要、应世纪最重要、应该优先发展的计划该优先发展的计划”。科学技术主席助理科学技术主席助理（19841984年年4 4月）月）Neal Neal LaneLane说：说：“如果人如果人们问我哪个科学和们问我哪个科学和工程领域最有可能工程领域最有可能在未来产生突破性在未来产生突破性成就，我认为会是成就，我认为会是纳米科学和工程纳米科学和工程。”威廉姆斯说：威廉姆斯说：“纳米技术纳米技术对经济社会的影对经济社会的影响将超过计算机响将超过计算机”l美国总统布什2003.12.3日签署了21世纪纳米技术研究开发法案，批准联邦政府在从2005财政年度开
20、始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳米技术的研究开发。l2010年:80万纳米科技人才,GDP1万亿美元,200万个就业机会l能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料l本世纪前10年几个关键领域之一l制定了“国家纳米技术倡议”(NNI):l纳米材料l纳米电子学、光电子学和磁学l纳米医学和生物学l军工:隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料日本和德国出台了相应的研究计划日本和德国出台了相应的研究计划日本日本政府和国会政府和国会作出决定：要向作出决定：要向抓微电子那样抓抓微电子那样抓纳米技术纳米技术，把发展纳米技术把发展纳米技术作为作为2121世纪前世纪前2020年立国之本。年立国之本。德德国国：
21、纳纳米米技技术术是是2121世世纪纪高高科科技技的的制制高点。高点。20002000年年布布署署了了跨跨部部门门的的六六大大中中心心,发发展纳米技术展纳米技术.l1962年,久保(Kubo):久保理论l日本国会:21世纪前20年的立国之本l日本著名大企业:纳米实用化技术的计划三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线自洁净玻璃、光催化净化水或空气其他其他国家国家的纳的纳米科米科技发技发展概展概况况印度印度：要向抓软件产业那样，：要向抓软件产业那样，快速发展纳米技术。快速发展纳米技术。韩国和瑞典韩国和瑞典：20012001年对年对纳米科技投入增长最快的纳米科技投入增长最快的国家。国家。纳米技术是新世
22、纪的主导技术纳米技术是新世纪的主导技术什么是主导技术？什么是主导技术？工业革命以来已经历工业革命以来已经历了三次主导技术，引了三次主导技术，引发了三次工业革命发了三次工业革命 科学革命科学革命技术革命技术革命产业革命产业革命第一次产业革命第一次产业革命(1734-1834(1734-1834）主导技术：蒸汽机主导技术：蒸汽机 动力变革，动力变革，热能、机械能热能、机械能科学基础：牛顿力学、热力学、科学基础：牛顿力学、热力学、能量转化原理能量转化原理第二次产业革命（第二次产业革命（1835-19141835-1914）科学基础：电的发现科学基础：电的发现 电磁理论电磁理论 主导技术：电气化技术主
23、导技术：电气化技术 (发电机和电动机、电力传输、发电机和电动机、电力传输、无线电通讯无线电通讯)第三次产业革命（第三次产业革命（1945-20101945-2010？）？）科学基础：科学基础：X X射线的发现射线的发现 放射线的发现放射线的发现 半导体的发现半导体的发现主导技术：主导技术：微米技术微米技术 微电子技术微电子技术 三次产业革命的启示三次产业革命的启示:1.1.每一次产业革命造就了一、二个先进国家；每一次产业革命造就了一、二个先进国家；2.2.主主导导技技术术经经历历了了孕孕育育期期生生长长期期、高高速速发发展期、稳定期，主导技术周期约展期、稳定期，主导技术周期约50-6050-6
24、0年；年；3.3.主主导导技技术术的的稳稳定定期期开开始始蕴蕴酿酿下下一一个个主主导导技技术；术；4.4.主主导导技技术术带带动动产产业业革革命命，先先从从传传统统产产业业开开始，逐渐形成新的产业群。始，逐渐形成新的产业群。为什么纳米技术会引发新的产业革命为什么纳米技术会引发新的产业革命科科学学基基础础中间领域的重中间领域的重大发现大发现科学框架的建科学框架的建立立纳米技术的产纳米技术的产业革命业革命纳米科学的内涵纳米科学的内涵制高点制高点n-电子学电子学n-加工加工n-生物生物基基础础n-材料材料n-材料材料基基础础纳米物理纳米物理纳米化学纳米化学纳米力学纳米力学 纳米技术纳米技术新工业革命
25、的主导技术新工业革命的主导技术存储密度：存储密度：1061011=10万个磁盘万个磁盘 读写速度：读写速度：1GB20GB纳米技术是纳米技术是21世纪科技发世纪科技发展的制高点展的制高点,是新工业革是新工业革命的主导技术。命的主导技术。20世纪世纪高集成、高空间分辨率，存高集成、高空间分辨率，存储密度：储密度：1000GB计算速度提高计算速度提高1001000倍、倍、功率增加功率增加1000倍，能耗降低倍，能耗降低一百万倍，芯片尺寸降低一百万倍，芯片尺寸降低1001000倍倍纳米技术纳米技术21世纪世纪DNA芯片芯片节省能源节省能源利用资源利用资源优化环境优化环境新工业革命新工业革命纳米技术纳
26、米技术医疗药物医疗药物环境能源环境能源宇航交通宇航交通生物农业生物农业电子器件电子器件计算机计算机国家安全国家安全新材料新材料制制造造传统产业传统产业 推动推动GDP快速增长快速增长 对关键问题的影响力对关键问题的影响力中国占中国占多少份额多少份额市场分析市场分析投资情况投资情况印度：加大投入发展纳米产业印度：加大投入发展纳米产业1997年年2000年年2002年年美国美国1.934.985.19日本日本1.984.25德国德国1.913.74.3单位：亿美元单位：亿美元 罗雷尔罗雷尔-诺贝尔物理奖获得者诺贝尔物理奖获得者七七十十年年度度重重视视微微米米技技术术的的国国家家都都已已成成为为发发
27、达达国国家家,现现在在重重视视纳纳米米技技术术的的国国家家有有可可能能成成为为下下一一世世纪纪的的先先进国家进国家 中国在中国在21世纪魔术般的成为超级先进国家，世纪魔术般的成为超级先进国家，纳纳米技术米技术是可选择的重要途径。是可选择的重要途径。乔纳森乔纳森.斯彭斯斯彭斯-美国耶鲁大学中国现代史教授美国耶鲁大学中国现代史教授名人预测名人预测5.3纳米材料的特性纳米材料的特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范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或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数，纳米围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为三类
28、：材料的基本单元可以分为三类：(1)零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度如纳米尺度颗粒、原子团簇等；颗粒、原子团簇等；(2)一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳纳米丝、纳米棒、纳米管等；米棒、纳米管等；(3)(3)二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜多层膜;超晶格等。超晶格等。l实心的纳米棒、纳米线、量子线因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维和二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子
29、阱维和二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之称。之称。纳米材料大部分都是用人工研究、制备的，属于人纳米材料大部分都是用人工研究、制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。1990年年7月在美国巴尔的摩召开了国际第一届纳米科学月在美国巴尔的摩召开了国际第一届纳米科学技术学术会议，正式把纳米材料科学作为材料科学的一个技术学术会议，正式把纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支公布于世。很快形成了世界性的新的分支公布于世。很快形成了世界性的“纳米热纳米热”。大致可以划分为大致可以划分为3个阶段：个阶段：第一阶段第一阶段(199
30、0年以前年以前)主要是在实验室探索用各种手段主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜包括薄膜)，研究，研究评估表征的方法。评估表征的方法。第二阶段第二阶段(1994年前年前)人们关注的热点是设计纳米复合材人们关注的热点是设计纳米复合材料：料：纳米微粒与纳米微粒复合纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合复合)，纳米微粒与常规块体复合纳米微粒与常规块体复合(0-3复合复合)，复合纳米薄膜复合纳米薄膜(0-2复合复合)。第三阶段第三阶段(从从1994年到现在年到现在)纳米组装研究。它的基本内纳米组装研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳
31、米丝、管为基本单元在一维、二维和涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。l朗讯公司和牛津大学:纳米镊子l碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量l称量单个原子重量的“纳米秤”lDNA开关纳米材料的特性纳米材料的特性A.特殊的特殊的光学光学性质性质 当当黄黄金金被被细细分分到到小小于于光光波波波波长长的的尺尺寸寸时时，便便失失去去了了原原有有的的富富贵贵光光泽泽而而呈呈黑黑色色。事事实实上上，所所有有的的金金属属在在超超微微颗颗粒粒状状态态都都呈呈现现为为黑黑色色。尺尺寸寸越越小小，颜颜色色愈愈黑黑，银
32、银白白色色的的铂铂（白白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。金金属属超超微微颗颗粒粒对对光光的的反反射射率率很很低低，通通常常可可低低于于l，大大约约几几微微米米的的厚厚度度就就能能完完全全消消光光。利利用用这这个个特特性性可可以以高高效效率率地地将将太太阳阳能能转转变变为为热热能能、电电能能。还还可可能能应应用用于于红红外外敏敏感感元元件件、红红外外隐隐身身技技术术等等。1991年年春春的的海海湾湾战战争争，美美国国F117A型型隐隐身身战战斗斗机机外外表表所所包包覆覆的的材材料料中中就就包包含含有有多多种种纳纳米米超超微微颗颗粒粒，它它们们对对不不同同波波段段的的电
33、电磁磁波波有有强强烈烈的的吸吸收收能能力力，以以欺欺骗骗雷雷达达，达达到到隐隐形形目目的的，成成功功地地实实现现了了对对伊伊拉拉克克重重要要军军事事目目标标的的打击。打击。走进你家里走进你家里l纳米TiO2：在光照条件下，会产生具有非常强的氧化能力的空穴，从而将附在表面上的有机物、细菌及其它灰尘分解掉，直至生成CO2和H2O。l杀菌、除味：由于纳米ZnO具有大的比表面积，可以很快地吸收并分解臭气，同时还能有效地杀菌。对黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率高达95%以上。走进你家里走进你家里军事方面的应用军事方面的应用l吸波：纳米ZnO对雷达电磁波具有很强的吸收能力，所以可以做隐形飞机的重要涂料。B.
34、特殊的特殊的热学热学性质性质固固态态物物质质在在其其形形态态为为大大尺尺寸寸时时，其其熔熔点点是是固固定定的的，超超细细微微化化后后其其熔熔点点将将显显著著降降低低，当当颗颗粒粒小小于于10纳纳米米量量级级时时尤尤为显著。为显著。例例如如，金金的的常常规规熔熔点点为为1064，当当颗颗粒粒尺尺寸寸减减小小到到10纳纳米米时时，则则降降低低27，2纳纳米米尺尺寸寸时时的的熔熔点点仅仅为为327左左右右；银银的的常常规规熔熔点点为为670，而而超超微微银银颗颗粒粒的的熔熔点点可可低低于于100。因因此此，超超细细银银粉粉制制成成的的导导电电浆浆料料可可以以进进行行低低温温烧烧结结，此此时元件的基片
35、不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。可用纳米颗粒金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。可用纳米颗粒的粉体作为的粉体作为火箭的固体燃料、催化剂火箭的固体燃料、催化剂。例如。例如,在火箭发射的在火箭发射的固体燃料推进剂中添加固体燃料推进剂中添加l重量比重量比的超微铝或镍颗粒，每克的超微铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可燃料的燃烧热可增加增加l倍。倍。高效环保阻燃材料高效环保阻燃材料C.特殊的特殊的磁学磁学性质性质人人们们发发现现鸽鸽子子、海海豚豚、蝴蝴蝶蝶、蜜蜜蜂蜂以以及及生生活活在在水水中中的的趋趋磁磁细细菌菌等等
36、生生物物体体中中存存在在超超微微的的磁磁性性颗颗粒粒，使使这这类类生生物物在在地地磁磁场场导导航航下下能能辨辨别别方方向向，具具有有回回归归的的本本领领。磁磁性性超超微微颗颗粒粒实实质质上上是是一一个个生生物物磁磁罗罗盘盘，生生活活在在水水中中的的趋趋磁磁细细菌菌依依靠靠它它游游向向营营养养丰丰富富的的水水底底。通通过过电电子子显显微微镜镜的的研研究究表表明明，在在趋趋磁磁细细菌菌体体内内通通常常含含有有直直径径约约为为2*10-2微微米米的的磁磁性氧化物颗粒。性氧化物颗粒。当当颗颗粒粒尺尺寸寸减减小小到到2*10-2微微米米以以下下时时，其其矫矫顽顽力力可可增增加加1千千倍倍，若若进进一一步
37、步减减小小其其尺尺寸寸，大大约约小小于于6*10-3微微米米时时，其其矫矫顽顽力力反反而而降降低低到零到零，呈现出，呈现出超顺磁性超顺磁性。利利用用磁磁性性超超微微颗颗粒粒具具有有高高矫矫顽顽力力的的特特性性，已已作作成成高高贮贮存存密密度度的的磁磁记记录录磁磁粉粉，大大量量应应用用于于磁磁带带、磁磁盘盘及及磁磁卡卡中中。利利用用超超顺顺磁磁性性，已将磁性超微颗粒制成用途广泛的已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体磁性液体。蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，G G代表磁性颗粒。代表磁性颗粒。对地磁场的准确定位，磁偏角和磁倾角？人类大脑中平均含有人类大脑中平均含有20微克（约微克（
38、约500万粒）的万粒）的磁性纳米粒子磁性纳米粒子与进化，成长，某些脑功能的关系？宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的最早重要应用之一最早重要应用之一-磁性液体磁性液体D.特殊的特殊的力学力学性质性质由由于于纳纳米米材材料料粒粒度度非非常常微微小小,具具有有良良好好的的表表面面效效应应,1克克纳纳米米材材料料的的表表面面积积达达到到几几百百平平方方米米。因因此此,用用纳纳米米材材料料制制成成的的产产品品其其强强度度、柔柔韧韧度度、延延展展性性都都十十分分优优越越，就就象象一一种种有有千千万万对对脚脚的的毛毛毛毛虫虫，当当它它吸吸附附在在光光滑滑的的玻玻璃璃面面上上时时
39、，由由于于接触面积大，接触面积大，12级台风有也吹不掉它。级台风有也吹不掉它。陶陶瓷瓷材材料料在在通通常常情情况况下下呈呈脆脆性性，陶陶瓷瓷茶茶壶壶一一摔摔就就碎碎，然然而而由由纳纳米米超超微微颗颗粒粒压压制制成成的的纳纳米米陶陶瓷瓷材材料料，竟竟然然可可以以象象弹簧一样具有弹簧一样具有良好的韧性良好的韧性。研研究究表表明明，人人的的牙牙齿齿之之所所以以具具有有很很高高的的强强度度，是是因因为为它它是是由由磷磷酸酸钙钙等等纳纳米米材材料料构构成成的的。呈呈纳纳米米晶晶粒粒的的金金属属要要比比传传统统的的粗粗晶晶粒粒金金属属硬硬35倍倍。至至于于金金属属-陶陶瓷瓷等等复复合合纳纳米米材料，其应用
40、前景十分宽广。材料，其应用前景十分宽广。高强度汽车材料高强度汽车材料“纳米碳管纳米碳管”异想天开之应异想天开之应用用l坚韧的碳纤维，其密度是钢的1/6，强度为钢的10100倍，重量则只有钢的1/4。l将纳米碳管做成太空升降机的缆绳，由于它的强度高、重量轻，即使是从太空下垂到地面，它也完全可以承受自身的重量而不会断开，它是目前唯一可作为太空云梯的理想材料。太空电梯太空电梯l载卫星、载人、货物运输地球35000km，20T70100亿美元亿美元地球同步轨道7.5天天7.5天天E.特殊的特殊的电学电学性质性质由由于于颗颗粒粒内内的的电电子子运运动动受受到到限限制制，电电子子能能量量被被量量子子化化了
41、了。结结果果表表现现为为当当在在金金属属颗颗粒粒的的两两端端加加上上合合适适电电压压时时，金金属属颗颗粒粒导导电电；而而电电压压不不合合适适时时金金属属颗颗粒粒不不导导电电。原原来来是是导导体体的的铜铜等等金金属属，在在尺尺寸寸减减少少到到几几个个纳纳米米时时就就不不导导电电了了；而而绝绝缘缘的的二二氧氧化化硅硅等等，电电阻阻会会大大大大下下降降，失失去去绝绝缘缘特特性性，变变得能导电了。得能导电了。还还有有一一种种奇奇怪怪的的现现象象，当当金金属属纳纳米米颗颗粒粒从从外外电电路路得得到到一一个个额额外外的的电电子子时时，金金属属颗颗粒粒具具有有了了负负电电性性，它它的的库库仑仑力力足足以以排
42、排斥斥下下一一个个电电子子从从外外电电路路进进入入金金属属颗颗粒粒内内，从从而而切切断断了电流的连续性。了电流的连续性。这这就就使使得得人人们们想想到到是是否否可可以以发发展展用用一一个个电电子子来来控控制制的的电电子子器器件件，即即所所谓谓的的单单电电子子器器件件。单单电电子子器器件件的的尺尺寸寸很很小小，把把它它们们集集成成起起来来做做成成计计算算机机芯芯片片其其容容量量和和计计算算速速度度不不知知要要提高多少倍。提高多少倍。阻隔性材料阻隔性材料一、主流健康，发展势头良好一、主流健康，发展势头良好2001年总投资：1亿元注册资金：60亿元19952000060120180240300360
43、1998公司数量年份2001四、对我国纳米技术产业现状的评价四、对我国纳米技术产业现状的评价中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图l1993年，中科院操纵原子写字l中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列;合成了当时最长的纤维级碳纳米管l中国科技大学:氮化镓粉体l清华大学:氮化镓纳米棒l中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金”l中科院化冶所“七五攻关”:纳米碳化硅“八五863”:纳米阻燃剂l中科院化学所纳米领带l超双疏性界
44、面材料 l防水、防油、防污、防褪色 纳米聚丙烯管材l高强度、抑菌功能l全国范围三百多家纳米企业以“纳米”注册的企业近百家数十条纳米材料生产线资金约百亿元存在的问题存在的问题1.1.三个不够三个不够 科学内涵宣传的不够科学内涵宣传的不够 全面宣传纳米科技领域不够全面宣传纳米科技领域不够 创新难度宣传的不够创新难度宣传的不够2.2.对纳米技术发展的阶段认识得不够对纳米技术发展的阶段认识得不够 21世纪，高科技产业如信息、生物技世纪，高科技产业如信息、生物技术、资源环境、新型能源、宇航、海洋和术、资源环境、新型能源、宇航、海洋和新材料等领域都面临着新的挑战，纳米技新材料等领域都面临着新的挑战，纳米技
45、术的切入，使这些高科技领域的发展出现术的切入，使这些高科技领域的发展出现新的机遇，蕴藏着巨大的潜力。新的机遇，蕴藏着巨大的潜力。机遇机遇结语结语1993年年，因因发发明明STM而而获获得得诺诺贝贝尔尔奖奖的的科科学学家家罗罗雷雷尔尔博博士士在在写写给给江江泽泽民民主主席席的的信信中中指指出出：“许许多多人人认认为为纳纳米米科科技技仅仅仅仅是是遥遥远远的的未未来来基基础础科科学学的的事事情情，而而没没有有什什么么实实际际意意义义。但但我我确确信信纳纳米米科科技技已已经经具具有有与与150年年前前微微米米科科技技所所具具有有的的希希望望和和重重要要意意义义。150年年前前，微微米米成成为为新新的的精精度度标标准准，并并成成为为工工业业革革命命的的技技术术基基础础，最最早早和和最最好好学学会会并并使使用用微微米米技技术术的的国国家家都都在在工工业业发发展展中中占占据据了了巨巨大大的的优优势势。同同样样，未未来来的的技技术术将将属属于于那那些些明明智智地地接接受受纳纳米米作作为为新新标标准准、并并首首先先学学习习使使用用它它的的国国家家。”罗罗雷雷尔尔博博士士的的话话精精辟辟地地阐阐述述了了纳纳米米科科技技对对社会的发展的重要作用。社会的发展的重要作用。纳米科技的发展和应用必将促进人类文明的进步。纳米科技的发展和应用必将促进人类文明的进步。再 见！结束结束