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1、第八章先第八章先进材料材料第一页，本课件共有44页先进材料第二页，本课件共有44页 先先进进材材料料是是根根据据对对材材料料的的物物理理和和化化学学性性能能的的了了解解，为为了了特特定定的需要的需要设计和加工设计和加工设计和加工设计和加工而成的；而成的；先先进进材材料料使使新新新新技技技技术术术术得得以以产产生生和和应应用用，而而新新技技术术又又促促进进了了新新工工业业的的出出现和发展；现和发展；智智智智能能能能材材材材料料料料、仿仿仿仿生生生生材材材材料料料料、新新新新能能能能源源源源材材材材料料料料以以及及在在在在特特特特殊殊殊殊条条条条件件件件下下下下使使使使用用用用的的的的结结结结构构
2、构构材料和功能材料材料和功能材料材料和功能材料材料和功能材料是新材料研究和开发中最受关注的主题；是新材料研究和开发中最受关注的主题；纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料科科科科学学学学技技技技术术术术已已成成为为先先进进材材料料阶阶段段最最活活跃跃的的领领域域，因因为为这这一技术涉及材料、信息、能源、医学、航天等各个方面。一技术涉及材料、信息、能源、医学、航天等各个方面。对对未未来来材材料料的的发发展展趋趋势势大大致致可可以以概概括括为为“六六六六化化化化”：即即智智智智能能能能化化化化、仿生化、复合化、纳米化、轻量化和高功能化。仿生化、复合化、纳米化、轻量化和高功能化。仿生化、复合化、纳米化、轻
3、量化和高功能化。仿生化、复合化、纳米化、轻量化和高功能化。先进材料阶段的特征先进材料阶段的特征 第三页，本课件共有44页“物联网物联网”信息时代信息时代“物联网物联网物联网物联网”几大支柱领域：几大支柱领域：几大支柱领域：几大支柱领域：传感、通信、计算机传感、通信、计算机传感、通信、计算机传感、通信、计算机 “物物联联网网”是是指指通通过过各各类类信信息息传传感感设设备备，按按约约定定的的协协议议，把把物物品品与与互互联联网网相相连连接接，进进行行信信息息交交换换和和通通信信，以以实实现现智智能能化化识识别别、定定位位、跟跟踪踪、监监控控和和管管理。理。“物联网物联网物联网物联网”信息时代的智
4、能家居信息时代的智能家居信息时代的智能家居信息时代的智能家居 第四页，本课件共有44页获取获取存储存储处理处理传输传输显示显示信息功能材料信息功能材料光电功能材料光电功能材料包括着巨大的科学空间和领域：包括着巨大的科学空间和领域：包括着巨大的科学空间和领域：包括着巨大的科学空间和领域：计算机计算机传感传感通信通信共轭高分子材料共轭高分子材料共轭高分子材料共轭高分子材料光纤、光纤、光纤、光纤、光导材料光导材料光导材料光导材料电光材料电光材料电光材料电光材料光存储材料、光存储材料、光存储材料、光存储材料、高分子电存储材高分子电存储材高分子电存储材高分子电存储材料料料料液晶高分子液晶高分子液晶高分子
5、液晶高分子高分子发光高分子发光高分子发光高分子发光材料材料材料材料第五页，本课件共有44页 高高灵灵敏敏度度、高高选选择择性性、操操作作简简便便、实实时时响应和获取信息量响应和获取信息量信息功能材料信息功能材料 传传传传统统统统半半半半导导导导体体体体的的的的硅硅硅硅存存存存储储储储器器器器件件件件存存存存在在在在尺尺尺尺寸寸寸寸较较较较大大大大、制制制制备备备备工工工工艺艺艺艺复复复复杂杂杂杂以以以以及及及及生生生生产产产产成成成成本本本本偏偏偏偏高高高高等等等等问问问问题题题题，急急急急需需需需研研研研发发发发满满满满足足足足信信信信息息息息时时时时代代代代存存存存储储储储速速速速度度度度
6、更更更更快快快快、密密密密度度度度更更更更高高高高、小小小小型型型型化化化化、制制制制作作作作工工工工艺艺艺艺简简简简单单单单、成成成成本本本本低低低低的的的的海海海海量量量量存存存存储储储储要要要要求求求求的的的的新新新新兴存储技术。兴存储技术。兴存储技术。兴存储技术。单单纯纯的的语语音音通通信信已已经经不不能能满满足足人人们们的的需需要要，其其多多媒媒体体化化的的趋趋势势日日益益明明显显（更更明明亮亮、更清晰、可视面积更大的彩色显示屏）。更清晰、可视面积更大的彩色显示屏）。传感传感通信通信存储存储第六页，本课件共有44页 指指具具有有某某些些特特殊殊功功能能的的高高分分子子材材料料。例例如
7、如离离子子交交换换、渗渗透透、催催化化活活性性、导导电电、发发光光、对对环环境境因因素素（光光、电电、磁磁、热热、pH）的敏感性）的敏感性等等。功能高分子材料功能高分子材料 早早早早期期期期的的的的功功功功能能能能高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料有有有有离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂，光光光光刻刻刻刻胶胶胶胶，医医医医用用用用高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料，高高高高分分分分子子子子催催催催化化化化剂剂剂剂等等等等。早早早早期期期期的的的的功功功功能能能能高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料大大大大都都都都是是是是功功功功能能能能单一单一单一单一的。的。的
8、。的。功功能能材材料料研研究究的的进进步步，使使对对功功能能材材料料的的研研究究从从简简单单的的发发展展到到复复杂杂的的功功能能体体系系。同同时时，对对材材料料进进行行功功能能性性操操作作所所需需驱驱动动力力的的认认识识，也也因因持持续续的的深深入入研研究究而而不不断断深深化化，出出现现了了光光、电电、磁磁、热热、化化学学等等驱驱动动因因子子。于于是是就就有有按按驱驱动动力力而而分分类类的的材材料料科科学学体体系系，例例如如光光、电电功功能能高分子材料高分子材料的出现。的出现。第七页，本课件共有44页导电共轭高分子导电共轭高分子 2 20 00 00 0年年年年诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔化化化化
9、学学学学奖奖奖奖获获获获得得得得者者者者第八页，本课件共有44页在在高高分分子子的的整整个个主主链链上上电电子子共共用用，形形成成一一个个大大轨轨道道，电电子子能能在在整整个个共共轭轭主主链链上上流流动动，具具有有类类似似“分分子子导导线线”的的性性质质，形形成成了了一一个个用用于于电电子子导导电电的的“超超级级轨轨道道”。当当载载流流子子（即即电电子子或或空空穴穴）被被注注入入“超超级级轨轨道道”上上时时，可可直直接接导导致致电电导导率率等等的的变变化化，室室温温电电导导率率可可在在绝绝缘缘体体-半半导导体体-金金属属态态范范围围内内（1010-9-9 10105 5 S/cmS/cm）变变
10、化化，这这是是迄迄今今为为止止任任何何材材料料都都无无法法比比拟拟的的特特性性。聚聚苯苯胺胺类类、聚聚噻噻吩吩类类、聚聚吡吡咯咯类类导导电电共共轭轭高高分分子子已已被被广广泛泛用用于于制作导电性变化传感器等。制作导电性变化传感器等。导电共轭高分子导电共轭高分子第九页，本课件共有44页 在在在在1990199019901990年年年年由由由由英英英英国国国国剑剑剑剑桥桥桥桥大大大大学学学学的的的的科科科科学学学学家家家家R.R.R.R.Friend Friend Friend Friend 等等等等发发发发现现现现而而而而提提提提出出出出的的的的。第第第第一一一一种种种种被被被被报报报报道道道道
11、的的的的共共共共轭轭轭轭高高高高分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物是是是是聚对苯乙烯撑（聚对苯乙烯撑（聚对苯乙烯撑（聚对苯乙烯撑（PPVPPVPPVPPV）：）：）：）：高分子电致、光致发光材料高分子电致、光致发光材料PPV及及PPV苯苯环环上上取取代代的的共共轭轭高高分分子子第十页，本课件共有44页 除除PPVPPV外外，还还有有聚聚噻噻吩吩（PTPT）和和聚聚对对苯苯撑撑（PPPPPP），聚聚烷烷基基芴（芴（PFPF）等，它们有如下的基本结构：）等，它们有如下的基本结构：高分子电致、光致发光材料高分子电致、光致发光材料 有机高分子电致发光材料的发现和研究热潮的兴起导致了一门新兴学科有
12、有有有机机机机电电电电子子子子学学学学的诞生，至今仍是备受国际学术届关注的前沿研究领域。第十一页，本课件共有44页 高高分分子子属属于于软软软软物物物物质质质质（soft soft mattermatter），其其特特点点是是对对弱弱的的外外界界影影响响作出相对显著的响应和变化（光、电信号），可用于实现传感功能。作出相对显著的响应和变化（光、电信号），可用于实现传感功能。高分子电致、光致发光材料的应用高分子电致、光致发光材料的应用传感材料传感材料 19911991年年，诺诺贝贝尔尔奖奖获获得得者者、法法国国物物理理学学家家德德热热纳纳（P.P.G.G.De De Gennes)Gennes)在
13、在诺诺贝贝尔尔奖奖授授奖奖会会上上以以“软软物物质质”为为演演讲讲题题目目，给给出出软软软软物物物物质质质质的的的的一一个个重重要要的的特特征征：弱弱弱弱力力力力引引引引起起起起大大大大变变变变化化化化。或或者者说说“对对对对外外外外界界界界微小作用的敏感性、自组织等行为微小作用的敏感性、自组织等行为微小作用的敏感性、自组织等行为微小作用的敏感性、自组织等行为”。软软物物质质研研究究对对象象包包括括聚聚聚聚合合合合物物物物、液液液液晶晶晶晶、表表表表面面面面活活活活性性性性剂剂剂剂、胶胶胶胶体体体体以以以以及及及及生生生生物物物物大大大大分分分分子子子子等等与与人人们们日日常常生生活活及及生生
14、命命活活动动密密切切相相关关的的物物质质，具具有有极极为重要的应用背景。为重要的应用背景。第十二页，本课件共有44页高分子电致、光致发光材料的应用高分子电致、光致发光材料的应用软物质相关书籍软物质相关书籍软物质相关书籍软物质相关书籍 “软软物物质质”概概念念的的提提出出为为物物物物理理理理学学学学、化化化化学学学学、材材材材料料料料科科科科学学学学和和和和生生生生物物物物学学学学之之间间提提供供了了的的一一个个新新的的学学科科发发展展平平台台，软软物物质质的的许许多多新新奇奇行行为为、丰丰富富的的科科学学内内涵涵和和广广泛泛的的应应用用背背景景正正引引起起越越来来越越多多科科学学家家的的兴兴趣
15、。趣。第十三页，本课件共有44页 智智能能化化是是指指其其功功能能可可随随外外界界环环境境变变化化因因素素产产生生感感知知，而而自自动动作作出出适适时时、灵灵敏敏和和适适当当的的响响应应，并并能能自自动动地地调调节节、修修饰饰和和修复。例如，修复。例如，形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金便是一种智能材料。便是一种智能材料。可可以以利利用用外外界界的的变变化化来来调调节节高高分分子子光光、电电等等功功能能的的变变化化，发发掘掘高高分分子子的的软软软软物物物物质质质质特特性性，寻寻找找实实现现高高分分子子功功能能材材料料智智智智能能能能化化化化的的途途径径，是人们当前和今后的努力目标
16、。是人们当前和今后的努力目标。高分子电致、光致发光材料的应用高分子电致、光致发光材料的应用智能化智能化第十四页，本课件共有44页传感器基本结构示意图传感器基本结构示意图Detector ReporterDetector Reporter后端后端Relay Recognize Relay Recognize 前端前端检测器外光路或电路信号转换元感应元新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感第十五页，本课件共有44页机理：机理：光诱导的电子转移过程或能量转移过程光诱导的电
17、子转移过程或能量转移过程新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感长的共轭主链长的共轭主链 +具有分子选择性的捕集器具有分子选择性的捕集器第十六页，本课件共有44页共轭高分子相对于小分子荧光物质的独特优势：共轭高分子相对于小分子荧光物质的独特优势：新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感荧光猝灭荧光猝灭“放大放大”效效应应高灵敏度、高选择性、实时响应、操作简便高灵敏度、高选择性、
18、实时响应、操作简便软物质特性（发光、构象调整、颜色）软物质特性（发光、构象调整、颜色）第十七页，本课件共有44页水溶性共轭高分子水溶性共轭高分子新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感第十八页，本课件共有44页优势：优势：可应用于水环境、生命体系的检测，对化学和生物物质可应用于水环境、生命体系的检测，对化学和生物物质的检测可望被广泛应用到环境卫生监控、疾病诊断、遗传分析、的检测可望被广泛应用到环境卫生监控、疾病诊断、遗传分析、军事、反恐等众多方面。军事、反恐等众多方面
19、。新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于水溶性共轭高分子的荧光传基于水溶性共轭高分子的荧光传基于水溶性共轭高分子的荧光传基于水溶性共轭高分子的荧光传感感感感QTL（quencher-tether-ligand）检测方法示意图：）检测方法示意图：第十九页，本课件共有44页avidin对生物素（对生物素（对生物素（对生物素（avidinavidinavidinavidin）的检测原理示意图：）的检测原理示意图：）的检测原理示意图：）的检测原理示意图：新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于水溶性共轭高分子基于水溶性共轭高分子
20、基于水溶性共轭高分子基于水溶性共轭高分子的荧光传感的荧光传感的荧光传感的荧光传感Fluorescence quenchingbiotinFluorescence recovery第二十页，本课件共有44页发展趋势：发展趋势：新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术新一代信息获取技术基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感基于共轭高分子的荧光传感第二十一页，本课件共有44页有机有机/高分子电致发光二极管（高分子电致发光二极管（OLED/PLED)OLED/PLED)器件发光的工作过程，大致可分为两个阶段器件发光的工作过程，大致可分为两个阶段器件发光的
21、工作过程，大致可分为两个阶段器件发光的工作过程，大致可分为两个阶段.一一一一是是是是载载载载流流流流子子子子的的的的注注注注入入入入；输输输输运运运运和和和和相相相相遇遇遇遇（偶偶偶偶合合合合），即即即即激激激激子子子子(Exciton)(Exciton)的的的的生生生生成阶段。成阶段。成阶段。成阶段。二二二二是是是是激激激激子子子子的的的的衰衰衰衰变变变变 (Decay)(Decay)，包包包包括括括括辐辐辐辐射射射射与与与与非非非非辐辐辐辐射射射射衰衰衰衰变变变变及及及及其其其其间间间间的的的的竞争等。竞争等。竞争等。竞争等。高分子电致、光致发光材料的应用高分子电致、光致发光材料的应用第二
22、十二页，本课件共有44页 OLEDOLED具具有有全全固固态态主主动动发发光光，亮亮度度、效效率率高高，重重量量轻轻，厚厚度度薄薄，材材料料选选择择范范围围宽宽，显显示示色色彩彩丰丰富富，容容易易实实现现白白光光，响响应应速速度度快快，视视角角范范围围宽宽，使使用用温温度度范范围围宽宽，抗抗震震动动性性强强，可可实实现现柔柔性性显显示示，制制作作工工艺艺相相对对简简单单等等优优点点，被被认认为为是是最最有有希希望望取取代代液液晶晶显显示示（LCDLCD）成成为为下下一一代代平平板板显显示示主主流流的的技技术术之一。之一。显示技术的发展方向：显示技术的发展方向：超薄、超薄、大面积、大面积、柔性、
23、柔性、视频显示、低成本视频显示、低成本高清晰度高清晰度大屏幕大屏幕广视角广视角全彩全彩超薄超薄微显微显柔性柔性照明照明OLED的的特特色色有机有机/高分子电致发光二极管（高分子电致发光二极管（OLED/PLED)OLED/PLED)第二十三页，本课件共有44页偏振片偏振片偏振片偏振片玻璃基板玻璃基板玻璃基板玻璃基板液晶层液晶层液晶层液晶层滤色器滤色器滤色器滤色器玻璃基板玻璃基板玻璃基板玻璃基板偏振片偏振片偏振片偏振片透明电极透明电极透明电极透明电极自发光自发光自发光自发光TFT-LCDTFT-LCDOLEDOLEDLCDLCD要靠背景光，要靠背景光，要靠背景光，要靠背景光，OLEDOLED自发
24、光、更省电自发光、更省电自发光、更省电自发光、更省电背景光背景光背景光背景光新一代信息显示技术新一代信息显示技术OLEDOLED性能对比性能对比1.1.1.1.自发光自发光自发光自发光第二十四页，本课件共有44页TFT-LCD-TVTFT-LCD-TV PM-OLED(QVGA)连续连续连续连续的水流的水流的水流的水流清晰的水滴清晰的水滴清晰的水滴清晰的水滴OLEDOLED响应速度比响应速度比响应速度比响应速度比LCDLCD快快快快10001000多倍，适于快速动态显示。多倍，适于快速动态显示。多倍，适于快速动态显示。多倍，适于快速动态显示。新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技
25、术新一代信息显示技术OLEDOLEDOLEDOLED性能对比性能对比性能对比性能对比2.2.2.2.快速响应快速响应快速响应快速响应第二十五页，本课件共有44页TFT-LCDTFT-LCDPM-OLEDPM-OLED视角视角视角视角PanelPanel右上方视角右上方视角右上方视角右上方视角前视前视前视前视右上方视角右上方视角右上方视角右上方视角新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技术OLEDOLEDOLEDOLED性能对比性能对比性能对比性能对比3.3.3.3.宽视角宽视角宽视角宽视角第二十六页，本课件共有44页OLED OLED 亮度：亮度：亮度：亮度：15
26、0cd/m150cd/m2 2对对对对比度比度比度比度:1000:1/100 Lux1000:1/100 LuxTFT-LCDTFT-LCD亮度：亮度：亮度：亮度：200cd/m200cd/m2 2对对对对比度：比度：比度：比度：200:1/100 Lux200:1/100 LuxOLEDOLED即使在较低的亮度下，对比度也比即使在较低的亮度下，对比度也比即使在较低的亮度下，对比度也比即使在较低的亮度下，对比度也比LCDLCD高许多倍。高许多倍。高许多倍。高许多倍。QVGAQVGA：320240320240新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技术OLEDOLED
27、OLEDOLED性能对比性能对比性能对比性能对比4.4.4.4.高对比度高对比度高对比度高对比度第二十七页，本课件共有44页TFT-LCDTFT-LCDOLEDOLED新一代信息显示技术新一代信息显示技术OLEDOLED性能对比性能对比5.5.5.5.高清晰度高清晰度高清晰度高清晰度第二十八页，本课件共有44页（2 2）透明）透明）透明）透明（3 3）可印刷生产）可印刷生产）可印刷生产）可印刷生产（1 1）柔性）柔性）柔性）柔性其他特性：其他特性：其他特性：其他特性：（4 4）高亮度）高亮度）高亮度）高亮度（5 5）低驱动）低驱动）低驱动）低驱动（6 6）温域广）温域广）温域广）温域广（7 7
28、）全固态）全固态）全固态）全固态（8 8）超）超）超）超 薄薄薄薄（4 4）照明）照明）照明）照明新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技术新一代信息显示技术OLEDOLEDOLEDOLED性能对比性能对比性能对比性能对比6.6.6.6.独具特性独具特性独具特性独具特性第二十九页，本课件共有44页 通通过过研研究究自自然然界界中中生生物物体体的的物物质质结结构构及及其其特特有有的的功功能能，学学习习制制造造新新材材料料的的思思路路和和方方法法，并并在在材材料料的的设设计计和和制制造造中中加加以以模模仿仿，称称为为仿生材料学仿生材料学。仿生材料仿生材料为什么荷叶为什么荷叶“出淤泥而不
29、染出淤泥而不染”？研制新一代仿荷叶表面材料研制新一代仿荷叶表面材料研制新一代仿荷叶表面材料研制新一代仿荷叶表面材料和涂料和涂料和涂料和涂料 荷叶上布满细致且凹凸不平表面微结构，紧贴叶面上形成一层极薄的只有纳米级的空气层,让尘土和水不易沾附。第三十页，本课件共有44页纳米科技的提出纳米科技的提出纳米科技的提出纳米科技的提出1.宏宏观观领领域域：以以人人的的肉肉眼眼可可见见的的物物体体为为最最小小物物体体为为下下限限，上上至至无无限大的宇宙天体。限大的宇宙天体。2.微微观观领领域域：以以分分子子、原原子子（约约0.1 nm）为为最最大大起起点点，下下至至无无限限小的领域（如电子、原子核）的运动。小
30、的领域（如电子、原子核）的运动。人人类类对对客客观观世世界界的的认认识识己己经经发发展展了了两两个个领领域域，即即宏宏观观和和微微观观领领域。域。纳米科技纳米科技 然然而而，在在宏宏观观领领域域和和微微观观领领域域之之间间存存在在着着近近年年来来才才引引起起重重视视的的介介观观领领域域,在在这这个个不不同同于于宏宏观观和和微微观观的的领领域域，由由于于三三维维尺尺寸寸很很细细小小，出出现现了了许许多多奇奇异异的的性性能能，不不能能用用我我们们现现有有的的常常识识来来描描述述这这个个领领域域的的规规律。律。第三十一页，本课件共有44页 美美美美国国国国半半半半导导导导体体体体协协协协会会会会预预
31、预预计计计计：以以以以硅硅硅硅为为为为基基基基础础础础的的的的半半半半导导导导体体体体芯芯芯芯片片片片特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸以以以以每每每每三三三三年年年年缩缩缩缩小小小小计计计计算算算算,到到到到20102010年年年年，半半半半导导导导体体体体器器器器件件件件的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸将将将将达达达达到到到到0.1 0.1 m m（100 100 nmnm）极极极极限限限限，由由由由于于于于量量量量子子子子效效效效应应应应,小小小小于于于于这这这这一一一一尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的所所所所有有有有芯芯芯芯片片片片就就就就不不不不再再再再保保保保持持持持原原原原有有有有的的的的性性性性
32、能能能能,需需需需要要要要按按按按新新新新的的的的原原原原理理理理来来来来设设设设计计计计，要要要要突突突突破破破破这这这这一极限，我们就得研究纳米尺度中的理论问题和技术问题。一极限，我们就得研究纳米尺度中的理论问题和技术问题。一极限，我们就得研究纳米尺度中的理论问题和技术问题。一极限，我们就得研究纳米尺度中的理论问题和技术问题。纳米科技纳米科技0.1100nm为为纳纳米米尺尺度度空空间间，处处在在原原子子簇簇和和宏宏观观物物体体交交界界的的过过渡渡区域。区域。在在纳纳米米层层次次，许许多多原原来来在在宏宏观观尺尺度度上上使使用用的的规规律律、定定理理、方方式式、方方法法，都都将将不不再再适适
33、用用。正正如如牛牛顿顿力力学学只只适适用用于于低低速速的的宏宏观观物物体体，而而高速运动，只能用相对论来解释。高速运动，只能用相对论来解释。第三十二页，本课件共有44页l 纳米材料的特性纳米材料的特性 组组成成纳纳米米材材料料的的颗颗粒粒极极小小，界界面面组组元元所所占占比比重重显显著著增增大大，具具有有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。等。小小小小尺尺尺尺寸寸寸寸效效效效应应应应当当金金属属或或非非金金属属被被制制备
34、备成成小小于于纳纳米米尺尺度度的的粉粉末末时时，其其物物理理、力力学学性性质质就就发发生生了了根根本本的的变变化化，可可能能具具有有高高强强度度、高高韧韧性性、高比热、高导电率等性质。高比热、高导电率等性质。纳米科技纳米科技 黄黄金金在在正正常常情情况况下下呈呈金金黄黄色色，而而它它的的纳纳米米颗颗粒粒却却变变成成了了黑黑色，且熔点显著下降色，且熔点显著下降.第三十三页，本课件共有44页l 纳米科技的研究内容纳米科技的研究内容 是是一一个个内内容容极极广广的的多多学学科科群群，包包括括纳纳米米物物理理学学、纳纳米米化化学学、纳纳米米材材料料学学、纳纳米米生生物物学学、纳纳米米电电子子学学、纳纳
35、米米加加工工学学、纳纳米米力力学学等等学学科科。主主要要以以物物理理、化化学学的的微微观观研研究究理理论论为为基基础础，以以现现代代高高精精密密检检测测仪仪器器和和先先进进的的分分析析技技术术为为手手段段，在在纳纳米米尺尺寸寸范范围围内内通通过过直直接接操操纵纵和安排原子、分子来创造新物质。和安排原子、分子来创造新物质。表面效应表面效应纳米微粒位于表面的原子或分子所占的比例非常大。纳米微粒位于表面的原子或分子所占的比例非常大。并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，从而导致了性质的急剧变化。并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，从而导致了性质的急剧变化。这种表面原子数随纳米粒子尺寸减小而急剧增大后引起的
36、性质上的这种表面原子数随纳米粒子尺寸减小而急剧增大后引起的性质上的显著变化称为表面效应。显著变化称为表面效应。纳米科技纳米科技第三十四页，本课件共有44页纳米科技大厦纳米科技大厦纳米纳米分析分析和和检测检测技术技术纳米纳米材料材料的的制造制造技术技术纳米纳米器件器件的的制造制造技术技术纳米纳米生物生物医疗医疗技术技术第三十五页，本课件共有44页纳米分析和检测技术纳米分析和检测技术1.1.扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜(STM)(STM)2.2.扫描电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)(SEM)3.3.透射电子显微镜透射电子显微镜(TEM)(TEM)4.4.原子力显微镜原子力显微镜(AFM)(AFM
37、)5.5.纳米科技纳米科技第三十六页，本课件共有44页扫描隧道电子显微镜扫描隧道电子显微镜第三十七页，本课件共有44页在扫描隧道显微镜下，科学家将在扫描隧道显微镜下，科学家将4848个铁原子排个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。列在铜表面上，形成一个圆形围栏。量量子子围围栏栏第三十八页，本课件共有44页纳米齿轮纳米齿轮纳米陶瓷纳米陶瓷19931993年后，我国科学家先后操纵原子写出年后，我国科学家先后操纵原子写出“中国中国”、“原子原子”、绘出中国轮廓图。、绘出中国轮廓图。第三十九页，本课件共有44页碳纳米管：碳纳米管：1991年日本科学家发现的一种针状的管形碳单质，主要由呈六边形排列的
38、碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约为0.34 nm，直径一般为220 nm，轴向尺寸为微米量级。1985年在科学家研究石墨气化后的质谱时被发现被发现，科学家因此获得1996年诺贝尔化学奖。仅由碳原子构成闭合状三维结构，60个碳原子位于60个顶点，组成12个五边形和20个六边形，外形类似于足球，又叫做足球烯。富勒烯（富勒烯（C60）：）：第四十页，本课件共有44页纳米材料的制造技术纳米材料的制造技术1.物理的方法物理的方法a.a.机械研磨法机械研磨法机械研磨法机械研磨法b.b.激光烧灼法激光烧灼法激光烧灼法激光烧灼法c.c.物理气相沉积法物理气相沉积法物理气相沉积法物
39、理气相沉积法d.d.快冷凝结法快冷凝结法快冷凝结法快冷凝结法2.化学的方法化学的方法a.a.喷雾法喷雾法喷雾法喷雾法b.b.爆炸法爆炸法爆炸法爆炸法c.c.化学气相法化学气相法化学气相法化学气相法d.d.溶胶溶胶溶胶溶胶-凝胶法凝胶法凝胶法凝胶法纳米科技纳米科技第四十一页，本课件共有44页纳米生物医疗技术纳米生物医疗技术1.1.生物芯片技术生物芯片技术 用于监测、收集、传送体内细胞的健康状态和病变信息。用于监测、收集、传送体内细胞的健康状态和病变信息。2.2.纳米生物导弹纳米生物导弹 直直接接用用于于治治疗疗各各种种细细胞胞水水平平的的疾疾病病，对对病病变变组组织织有有亲亲和和力力，对病变细胞
40、有杀伤力，可特异性地杀灭肿瘤细胞。对病变细胞有杀伤力，可特异性地杀灭肿瘤细胞。3.3.分子生物技术及基因工程分子生物技术及基因工程4.4.纳米科技纳米科技第四十二页，本课件共有44页纳米科技纳米科技纳米器件的制造技术纳米器件的制造技术1.1.量子元件的制造技术量子元件的制造技术 使使量量子子元元件件代代替替微微电电子子器器件件，相相对对于于同同等等体体积积、重重量量的的微微电电子子芯芯片片，按按纳纳米米结结构构做做成成的的纳纳电电子子芯芯片片可可储储存存万万至至万万倍倍的的信信息息量量，极极大大地地提提高高人人类类储储存存、处处理理信信息息的的能能力力，计计算算机机将将能能装装入入口口袋袋里里，世世界界上上还还将将出出现现微微米米以以下下的的机器甚至机器人。机器甚至机器人。2.2.超超超超微微微微磁磁磁磁存存存存储储储储元元元元件件件件，机机机机械械械械元元元元件件件件，光光光光学学学学元元元元件件件件的的的的制制制制造造造造技技技技术术术术3.3.第四十三页，本课件共有44页Thank you for your attention!第四十四页，本课件共有44页