纳米技术的认识
理论含义
编辑
纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以1到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品 [2] 。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。
从迄今为止的研究来看,关于纳米技术分为三种概念:
第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的纳米技术。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发,成为纳米生物技术的重要内容。
利用纳米技术将氙原子排成IBM
主要内容
编辑
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:
纳米体系物理学、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 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。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。
纳米纤维
1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学,促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性,神奇性和广泛性,吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。 纳米技术一般指纳米级(01一100nm)的材料、设计、制造,测量、控制和产品的技术 [3] 。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。
纳米技术包含下列四个主要方面:
1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在01—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。
如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,像铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。
这一特性,主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。
2、纳米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
理论上讲:可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。
3、纳米生物学和纳米药物学:如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。
纳米生物学发展到一定技术时,可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,注入人体内,可以用于定向杀癌细胞。(上面是老钱加注)
4、纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
历史沿革
编辑
纳米技术的灵感,来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。费曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”
70年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想,1974年,科学家谷口纪男(Norio Taniguchi)最早使用纳米技术一词描述精密机械加工;
1981年,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,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;
1990年,
理查德·费曼
IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排,纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。现代制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想 [4] 。
1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生;
1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等;
1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用35个氙原子排出“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,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地;
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2017年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机;
1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即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;
到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;
2001年,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地 [5] 。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新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;美国将纳米计划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116亿美元增加到2001年的497亿美元。中国也将纳米科技列为中国的“973计划”进行大力的发展与其相关产业的大力扶持。
应用领域
编辑
英特尔cpu
当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料 [6] 。
1、纳米是一种几何尺寸的度量单位,1纳米=百万分之一毫米。
2、纳米技术带动了技术革命。
3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管,“饿死”癌细胞。
4、如果在卫星上用纳米集成器件,卫星将更小,更容易发射。
5、纳米技术是多科学综合,有些目标需要长时间的努力才会实现。
6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流,它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。
7、纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况,可让医生对症下药。
测量技术
纳米级测量技术包括:纳米级精度的尺寸和位移的测量,纳米级表面形貌的测量。纳米级测量技术主要有两个发展方向。
一是光干涉测量技术,它是利用光的干涉条纹来提高测量的分辨率,其测量方法有:双频激光干涉测量法、光外差干涉测量法、X射线干涉测量法、F一P标准工具测量法等,可用于长度和位移的精确测量,也可用于表面显微形貌的测量。
二是扫描探针显微测量技术(STM),其基本原理是基于量子力学的隧道效应,它的原理是用极尖的探针(或类似的方法)对被测表面进行扫描(探针和被测表面实际并不接触),借助纳米级的三维位移定位控制系统测出该表面的三维微观立体形貌。主要用于测量表面的微观形貌和尺寸。
用这原理的测量方法有:扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等。
加工技术
纳米级加工的含意是达到纳米级精度的加工技术。
由于原子间的距离为01一03nm,纳米加工的实质就是要切断原子间的结合,实现原子或分子的去除,切断原子间结合所需要的能量,必然要求超过该物质的原子间结合能,即所播的能量密度是很大的。用传统的切削、磨削加工方法进行纳米级加工就相当困难了。
截至2008年纳米加工有了很大的突破,如电子束光刻(UGA技术)加工超大规模集成电路时,可实现01μm线宽的加工:离子刻蚀可实现微米级和纳米级表层材料的去除:扫描隧道显微技术可实现单个原子的去除、扭迁、增添和原子的重组。
粒子制备
纳米粒子的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。
应用纳米技术制成的服装
纳米技术应用——计算机磁盘
真空冷授法:用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、位度可控,但技术设备要求高。
物理粉碎法:透过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产晶纯度低,顺粒分布不均匀。
机械球磨法:采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。
气相沉积法:利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。
沉淀法:把沉淀剂加人到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备载化物。
应用纳米技术制成的服装
水热合成法:高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。
溶胶凝胶法:金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低沮热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和11一VI族化合物的制备。
徽乳液法:两:互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在徽泡中经成核,聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和接口性好,11一VI族半导体纳米粒子多用此法制备。
水热合成法——高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得到纳米粒子。其特点是纯度高,分散性好,粒度易控制。
材料合成
自1991年Gleiter等人率先制得纳米材料以来,经过10年的发展纳米材料有了长足的进步。如今纳米材料种类较多,按其材质分有:金属材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料、纳米复合材料、纳米聚合材料等等。纳米材料是超徽粒材料,被称为“21世纪新材料”,具有许多特异性能。
例如用纳米级金属微粉烧结成的材料,强度和硬度大大高于原来的金属,纳米金属居然由导电体变成绝缘体。一般的陶瓷强度低并且很脆。但纳米级微粉烧结成的陶瓷不但强度高并且有良好的韧性。纳米材料的熔点会随超细粉的直径的减小而降低。例如金的熔点为1064℃,但10nm的金粉熔点降低到940℃,snm的金粉熔点降低到830℃,因而烧结温度可以大大降低。纳米陶瓷的烧结温度大大低于原来的陶瓷。纳米级的催化剂加入汽油中。可提高内燃机的效率。
加入固体燃料可使火箭的速度加快。药物制成纳米微粉。可以注射到血管内顺利进入微血管。
疾病诊断
当前常规的成像技术只能检测到癌症在组织上造成的可见的变化,而这个时候已经有数千的癌细胞生成并且可能会转移。而且,即使是已经可以看到肿瘤了,由于肿瘤本身的类别(恶性还是良性)和特征,要确定有效的治疗方法也还必须通过活组织检查。如果对癌性细胞或者癌变前细胞以某种方式进行标记,使用传统设备即可检测出来则更有利于癌症的诊断。
要实现这一目标有两个必要条件:某技术能够特定识别癌性细胞且能够让被识别的癌性细胞可见。纳米技术能够满足这两点。例如,在金属氧化物表面涂覆可特异识别癌性细胞表面超表达的受体的抗体。
由于金属氧化物在核磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT)下发出高对比度信号,因此一旦进入体内后,这些金属氧化物纳米颗粒表面的抗体选择性地与癌性细胞结合,使检测仪器可以有效地识别出癌性细胞。同样地,金纳米粒也可以用于增强在内窥镜技术中的光散射。纳米技术能够将识别癌症类别及不同发展阶段的分子标记可视化,让医生能够通过传统的成像技术看到原本检测不到的细胞和分子。
在人类与癌症的斗争中,有一半的胜利是得益于早期的检测。纳米技术使得癌症的诊断更早更准确,并可用于治疗监测。纳米技术也可以增强甚至完全变革对组织和体液中生物标志物的筛查。癌症与癌症之间,以及癌细胞与正常细胞之间由于各种分子在表达和分布上的差异而各不相同。随着治疗技术的进步,对癌症的多个生物标志物进行同时检测是确定治疗方案时所必须的。
纳米颗粒——例如能够根据它们本身大小发出不同颜色光的量子点——可以实现同时检测多种标记物的目的。包被有抗体的量子点发出的激发光信号可用于筛查某些类型的癌症。不同颜色的量子点可与各种癌症生物标记物抗体结合,方便肿瘤学家通过所看到的光谱区分癌细胞与健康细胞。
组装技术
由于在纳米尺度下刻蚀技术已达到极限,组装技术将成为纳米科技的重要手段,受到人们很大的重视。
纳米组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法,把原子、分子或者分子聚集体进行组装,形成有功能的结构单元。组装技术包括分子有序组装技术,扫描探针原子、分子搬迁技术以及生物组装技术。分子有序组装是通过分子之间的物理或化学相互作用,形成有序的二维或三维分子体系。现在,分子有序组装技术及其应用研究方面取得的最新进展主要是LB膜研究及有关特性的发现。生物大分子走向识别组装。蛋白质、核酸等生物活性大分子的组装要求商密度定取向,这对于制备高性能生物微感膜、发展生物分子器件,以及研究生物大分子之间相互作用是十分重要的。在进行lgG归生物大分子的组装过程中,首次利用抗体活性片断的识别功能进行活性生物大分子的组装。这一重要的进展使得生物分子的定向组装产生了新的突破。
除以上几种组装外,在长链聚合物分子上的有序组装、桥连自组装技术、有序分子薄膜的应用研究等技术也有进展。采用纳米加工技术还可以对材料进行原子量级加工,使加工技术进人一个更加徽细的深度。纳米结构自组装技术的发展,将会使纳米机械、纳米机电系统和纳米生物学产生突破性的飞跃。
中国在纳米领域的科学发现和产业化研究有一定的优势。现代同美、日、德等国位于国际第一梯队的前列。虽然现代中国己经建立了一定数量的纳米材料生产基地,纳米技术的开发应用也已经兴起,并初步实现了产业化。纳米要实现大规模、低成本的产业化生产,还有许多的工作要做,只有依赖大量的资金和高科技投人才能换取高额的利润回报。
生物技术
纳米生物学是以纳米尺度研究细胞内部各种细胞器的结构和功能。研究细胞内部,细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。纳米生物学的研究集中在下列方面。
DNA研究在形貌观察、特性研究和基因改造三个方面有不少进展。
脑功能的研究
工作目标是弄清人类的记忆、思维,语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理功能。
仿生学的研究
这是纳米生物学的热门研究内容。现在取得不少成果。是纳米技术中有希望获得突破性巨大成果的部分。
世界上最小的马达是一种生物马达—鞭毛马达。能象螺旋桨那样旋转驱动鞭毛旋转
纳米陶瓷
。该马达通常由10种以上的蛋白质群体组成,其构造如同人工马达。由相当的定子、转子、轴承、万向接头等组成。它的直径只有3onm,转速可以高达15r/min,可在1μs内进行右转或左转的相互切换。利用外部电场可实现加速或减速。转动的动力源,是细菌内支撑马达的薄膜内外的氮氧离子浓度差。实验证明。细菌体内外的电位差也可驱动鞭毛马达。现代人们正在探索设计一种能用电位差驭动的人工鞭毛马达驱动器。
日本三菱公司已开发出一种能模拟人眼处理视觉形象功能的视网膜芯片。该芯片以砷化稼半导体作为片基。每个芯片内含4096个传感元。可望进一步用于机器人。
有人提出制作类似环和杆那样的分子机械。把它们装配起来构成计算机的线路单元,单元尺寸仅Inm,可组装成超小型计算机,仅有数微米大小,就能达到现代常用计算机的同等性能。
在纳米结构自组装复杂徽型机电系统制造中,很大的难题是系统中各部件的组装。系统愈先进、愈复杂,组装的问题也愈难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构。它们的生成、组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理,人类对自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。
衍生产品
编辑
机器人
纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型,设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”,也称分子机器人;而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。
2005年,不少国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出:纳米机器人潜在用途十分广泛,其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。
每一种新科技的出现,似乎都包涵着无限可能。用不了多久,个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国著名学者周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中就预言:到21世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。
雨衣伞
纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体,纳米雨伞收伞有三折伞和直杆伞的收伞形态(简单说,收伞时有长短两种选择)。纳米雨衣可由纳米雨伞转变而成,纳米雨衣又不同于一般的雨衣,因为纳米雨衣可以保证从头到脚绝对不湿。因为纳米材料,所以这雨伞可以一甩即干,雨伞转变为雨衣后,这雨衣也只需穿着时轻轻一跳也即可全干。
防水材料
2014年8月4日,澳大利亚运用新发明的布料,制成一款具有开创性的T恤衫,不管人们怎样尝试着浸湿它,此T恤都能保持良好的防水性能。
这件叫做“骑士”(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉质的。虽然表面看起来平淡无奇,但是其布料运用“疏水”纳米技术应用编织而成,使得这件T恤能够有效防止大部分液体和污渍的浸入。这种T恤可以用机器清洗,其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自净功能,任何附着在上的污渍都能用水擦洗或冲干净。
和其他含有化学物质的防水应用不同,T恤仿照的是荷叶的自然疏水特点。此布料的发明对于餐馆和咖啡厅来说可能具有革命性的影响。此外,这种布料还可以运用在医疗行业或医院等地。
潜在危害
编辑
和生物技术一样,纳米科技也有很多环境和安全问题(比如尺寸小是否会避开生物的自然防御系统,还有是否能生物降解、毒性副作用如何等等)。
社会危害
纳米颗粒的危害
纳米材料(包含有纳米颗粒的材料)本身的存在并不是一种危害。只有它的一些方面具有危害性,特别是他们的移动性和增强的反应性。只有某些纳米粒子的某些方面对生物或环境有害,我们才面临一个真的危害 [7] 。
要讨论纳米材料对健康和环境的影响,我们必须区分两类纳米结构:
纳米尺寸的粒子被组装在一个基体、材料或器件上的纳米合成物、纳米表面结构或纳米组份(电子,光学传感器等),又称为固定纳米粒子。
“自由”纳米粒子,不管在生产的某些步骤中存还是直接使用单独的纳米粒子。
这些自由纳米粒子可能是纳米尺寸的单元素,化合物,或是复杂的混合物,比如在一种元素上镀上另外一张物质的“镀膜”纳米粒子或叫做“核壳”纳米粒子。
现代,公认的观点是,虽然我们需要关注有固定纳米粒子的材料,自由纳米粒子是最紧迫关心的。
因为,纳米粒子同它们日常的对应物实在是区别太大了,它们的有害效应不能从已知毒性推演而来。这样讨论自由纳米粒子的健康和环境影响具有很重要的意义。
更加复杂的是,当我们讨论纳米粒子的时候,我们必须知道含有的纳米粒子的粉末或液体几乎从来不会单分散化,而是具有一定范围内许多不同尺寸。这会使实验分析更加复杂,因为大的纳米粒子可能和小的有不同的性质。而且,纳米粒子具有聚合的趋势,而聚合的纳米粒子具有同单个纳米粒子不同的行为。
健康问题
纳米颗粒进入人体有四种途径:吸入,吞咽,从皮肤吸收或在医疗过程中被有意的注入(或由植入体释放)。一旦进入人体,它们具有高度的可移动性。在一些个例中,它们甚至能穿越血脑屏障。
纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题。基本上,纳米颗粒的行为取决于它们的大小,形状和同周围组织的相互作用活动性。它们可能引起噬菌细胞(吞咽并消灭外来物质的细胞)的“过载”,从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们可能因为无法降解或降解缓慢,而在器官里集聚。还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜在危险。由于极大的表面积,暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附他们遇到的大分子。这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制。
环境问题
主要担心纳米颗粒可能会造成未知的危害。
社会风险
纳米技术的使用也存在社会学风险。在仪器的层面,也包括在军事领域使用纳米技术的可能性。(例如,在MIT士兵纳米技术研究所[1]研究的装备士兵的植入体或其他手段,同时还有通过纳米探测器增强的监视手段。
在结构层面,纳米技术的批评家们指出纳米技术打开了一个由产权和公司控制的新世界。他们指出,就象生物技术的操控基因的能力伴随着生命的专利化一样,纳米技术操控分子的技术带来的是物质的专利化。过去的几年里,获得纳米尺度的专利像一股淘金热。2003年,超过800纳米相关的专利权获得批准,这个数字每年都在增长。大公司已经垄断了纳米尺度发明与发现的广泛的专利。例如,NEC和IBM这两家大公司持有碳纳米管这一纳米科技基石之一的基础专利。碳纳米管具有广泛的运用,并被看好对从电子和计算机、到强化材料、到药物释放和诊断的许多工业领域都有关键的作用。碳纳米管很可能成为取代传统原材料的主要工业交易材料。但是,当它们的用途扩张时,任何想要制造或出售碳纳米管的人,不管应用是什么,都要先向NEC或者IBM购买许可证。
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的资讯功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声感测器、声换能器、超声马达等。
压电陶瓷原理
极化后的陶瓷片会有束缚电荷出现在两端,外界的自由电荷会被吸附到电极表面上,这是一个充电的过程。这时,当有外力压向陶瓷片时,两端就会向外界放电;反之,当有外力反向作用时,两端将会进行充电。这个过程实现了机械效应向电效应的转换,因而该现象又叫做正压电效应。
压电陶瓷材料
无机压电材料:分为压电晶体和压电陶瓷,压电晶体一般是指压电单晶体;压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结,由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
具有压电性的陶瓷称压电陶瓷,实际上也是铁电陶瓷。
压电陶瓷的参数
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的资讯功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声感测器、声换能器、超声马达等。
压电陶瓷的极化
压电陶瓷的极化机理取决于其内部结构。压电陶瓷是由一颗颗小晶粒无规则地“镶嵌”而成,每个小晶粒可看为一个小单晶,其中原子(离子)都是有规则(周期性)的排列,形成晶格,晶格又由一个个重复单元—晶胞组成。晶粒与晶粒的晶格方向不一定相同,从整体看,仍是混乱、无规则的。为了使压电陶瓷处于能量(静电能与弹性能)最低状态,
晶粒中就会出现若干小区域,每个小区域内晶胞自发极化有相同的方向,但邻近区域之间的自发极化方向则不同。自发极化方向一致的区域称为电畴,整块陶瓷包括许多电畴。
纳米技术在治理有害气体方面、污水处理方面汽车等领域都有着很重要的应用
1、治理有害气体
工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃烧时会产生二氧化硫气体,这是二氧化硫最大的污染源,所以石油提炼中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。
纳米钛酸钻(CoTiO,)是一种非常好的室友脱硫催化剂,经它催化的石油中硫的含量小于001% ,达到国际标准。
2、污水处理方面
污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等安全提炼出来,变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。
它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。
3、汽车领域的应用
汽车制造中应用的塑料数量将越来越多。纳米塑料可以改变传统塑料的特性,呈现出优异的物理性能:强度高,耐热性强,比重更小。由于纳米粒子尺寸小于可见光 的波长,纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度,这样的纳米塑料在汽车上将有广泛的用途。
经过纳米技术处理的部分材料耐磨性更是黄铜的27倍、钢 铁的7倍。除此之外,纳米塑料除了可回收外,还有长期耐紫外线、色泽稳定、质量较轻等优点,在汽车配件中的应用领域相当广泛。
在汽车外装件中,主要用于保险杠、散热 器、底盘、车身外板、车轮护罩、活动车顶及其它保护胶条、挡风胶条等。在内饰件中,主要用于仪表板和内饰板、安全气囊材料等。相关业内专家预测,在未来的 20年内,纳米塑料将大量取代现有的车用塑料制品,有相当大的市场潜力。
扩展资料:
多年来,中国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前,我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家,充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。纳米效应就是指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,以及其特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
对于固体粉末或纤维,当其有一维尺寸小于100nm,即达到纳米尺寸,即可称为所谓纳米材料,对于理想球状颗粒,当比表面积大于60㎡/g时,其直径将小于100nm,达到纳米尺寸。
2 求生活中的纳米技术作文,急啊、、、明天就要交了,,我小学生,生活中的纳米科技
听见纳米这个词,你一定会觉得纳米是一个专业名词,对我们的生活远的遥不可及。其实,纳米就在我们的身边,就在我们的生活中。
你也许会问,纳米究竟是什么东西?纳米(nm)实际上是一种计量单位,从宏观的角度上看1米等于100万微米,而1微米等于1000纳米。1纳米仅等于十亿分之一米,人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。纳米虽小,却威力无比,它可以对材料性质产生影响,并发生变化。
有一次,小星和明明在食堂吃饭,是热乎乎的排骨汤、热乎乎的番茄炒蛋、热乎乎的米饭。他们两个都是“四眼”。
菜的热气把明明的眼镜弄上了一层“雾”明明看都看不见了,只好把眼镜摘掉吃饭。
可小星的眼镜却一点雾气都没有。明明奇怪了,问小星:“为什么你的眼镜碰到菜的热气没有‘雾’?”“哈哈。”小星笑了几声。“我的眼镜可是高级的呢!”“咦?”明明奇怪了。“怎么高级?”“我的眼镜可是涂了纳米涂料的呢!所以才不会有‘雾’”“哦,原来是这样。”明明恍然大悟。
明明来到小星的家,小星给明明用陶瓷杯倒了一杯水。小星叫明明坐下。明明刚坐下,一不小心把茶杯弄倒了,茶杯掉在地上,茶水翻了,可茶杯毫发无损。,明明又奇怪了,“怎么会这样?”明明问,“你是不是会变魔术呀!”“呵呵,不是。这也是运用了纳米科技,使陶瓷具有超塑性,大大增强了陶瓷的韧性,不怕摔,不怕碎,陶瓷坚固无比。”“哇!明明,你好厉害,运用了那么多纳米技术在生活中,看来,纳米技术在生活中无处不在呀!”
小星说:“像‘纳米家用电器’、‘纳米防辐射衣服’、‘纳米防紫外线化妆品’、‘纳米太阳伞’都是的呀!”
同学们,纳米科技已经融入到我们的生活中了,不是吗
3 纳米技术可以用来干什么的作文二百字纳米技术
中国科学院副院长、纳米技术研究中心学术委员会主任 院士说:“电子技术的发展在20世纪改变了人类的生活方式,现代信息技术对人们的生活影响巨大,而纳米技术将在21世纪极大地影响人类的生活,而且其影响力将大大高于计算机技术对我们的影响,这将会是一种让人意想不到的效果。”
纳米技术看似神秘,其实,它已经离我们很近了。
在日常生活方面,不久的未来,有了防水防油的纳米材料做成的衣服,人们就不用洗衣服了,而且这种衣服穿着很舒服,不是像雨衣那样;用这种材料做成的红旗,即使下雨在室外也依然会高高飘扬。往各种塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石、大楼的玻璃墙、电视机的荧光屏上涂上纳米涂料,都会具有防污、防尘的效果,而且耐刮、耐磨、防火,戴上涂有纳米涂料的眼镜,在寒冷的冬季,人们从室外进入室内,就能避免眼镜上蒙上一层水气。用纳米材料制成的茶杯等餐饮具将不易摔碎,若将抗菌物质进行纳米处理,在生产过程中加进去就能制成抗菌的日常用品,如现在市场上已出现的抗菌内衣和抗菌茶杯等,把纳米技术应用到化妆品中,护肤、美容的效果就会更佳,如何制成抗掉色的口红,可开发出防灼的高级化妆品等。
在医疗方面,纳米级粒子将使药物在人体内传输更加方便,用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应;使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液,就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病;有了通过血管进入人体的纳米级医疗机器人,将大大减轻病人手术的痛苦。
在电子信息领域,纳米技术将更会大显身手。纳米技术会将超大规模集成电路的容量、速度提高1000倍而体积缩小1000倍,可以预见,计算机在普遍采用纳米材料后,计算机处理信息的速度将更快、效率将更高,而且将成为真正的“掌上电脑”;二三十年后,纳米让图书馆只有糖块大小;纳米技术将发展出个人随身办公室系统,我们就不必每天上下班了。
纳米技术在能源、交通、环保等方面也将大有作为。用纳米材料做成的电池,体积很小却可容纳极大的能量,届时汽车就可像目前的玩具汽车一样,以电池动力在大街上奔驰了。用纳米材料做成的轮胎,将更耐磨、防滑,可减少交通事故,用纳米材料制造出的小型飞机,将使飞机像汽车一样进入家庭,交通阻塞可能成为往事。在环境科学领域将出现功能奇特的纳米膜,这种纳米膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染,并能经过滤而消除污染。
纳米技术将改变人们的衣、食、住、行、医疗、生产、娱乐等各个方面,电脑、网络、基因工程等当前的高科技领域也将因此面临变革,纳米科技带来的是人类社会的第五次产业革命。纳米时代的到来将使我们的生活和工作更加随心所欲。
什么是纳米技术?
纳米,是一种长度单位,符号为nm。1纳米=10-9米(十亿分之一米),约为10个原子的长度。假设一根头发的直径为005毫米,把它径向平均剖成5万根,每根的厚度即约为1纳米。
1、纳米技术的含义
所谓纳米技术,是指在01~100纳米的尺度里,研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,显著地表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术。
纳米技术与微电子技术的主要区别是:纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能,是利用电子的波动性来工作的;而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能,是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的,就是要实现对整个微观世界的有效控制。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年,国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。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。
4 关于纳米技术应用的文章31 纳米技术在陶瓷领域方面的应用 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。
但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此来克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。
英国材料学家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。
要制备纳米陶瓷,这就需要解决:粉体尺寸形貌和粒径分布的控制,团聚体的控制和分散。块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。
Gleiter指出,如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成,则能够在低温下变为延性的,能够发生100%的范性形变。并且发现,纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性,在180℃经受弯曲而不产生裂纹。
许多专家认为,如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题,从而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的纳米陶瓷,则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。上海硅酸盐研究所在纳米陶瓷的制备方面起步较早,他们研究发现,纳米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在经室温循环拉伸试验后,在纳米3Y-TZP样品的断口区域发生了局部超塑性形变,形变量高达380%,并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线。
Tatsuki等人对制得的Al2O3-SiC 纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验,结果发现伴随晶界的滑移,Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中,从而增强了晶界滑动的阻力,也即提高了Al2O3-SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力。 虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决,但其优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性,使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有广泛的应用,并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用,具有广阔的应用前景。
3 2 纳米技术在微电子学上的应用 纳米电子学是纳米技术的重要组成部分,其主要思想是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件,它包括纳米有序(无序)阵列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系。纳米电子学的最终目标是将集成电路进一步减小,研制出由单原子或单分子构成的在室温能使用的各种器件。
目前,利用纳米电子学已经研制成功各种纳米器件。单电子晶体管,红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管以及利用纳米丝、巨磁阻效应制成的超微磁场探测器已经问世。
并且,具有奇特性能的碳纳米管的研制成功,为纳米电子学的发展起到了关键的作用。 碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成,径向尺层控制在100nm以下。
电子在碳纳米管的运动在径向上受到限制,表现出典型的量子限制效应,而在轴向上则不受任何限制。以碳纳米管为模子来制备一维半导体量子材料,并不是凭空设想,清华大学的范守善教授利用碳纳米管,将气相反应限制在纳米管内进行,从而生长出半导体纳米线。
他们将Si-SiO2混合粉体置于石英管中的坩埚底部,加热并通入N2。SiO2气体与N2在碳纳米管中反应生长出Si3N4纳米线,其径向尺寸为4~40nm。
另外,在1997年,他们还制备出了GaN纳米线。1998年该科研组与美国斯坦福大学合作,在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长,它将大大推进碳纳米管在场发射平面显示方面的应用。
其独特的电学性能使碳纳米管可用于大规模集成电路,超导线材等领域。 早在1989年,IBM公司的科学家就已经利用隧道扫描显微镜上的探针,成功地移动了氙原子,并利用它拼成了IBM三个字母。
日本的Hitachi公司成功研制出单个电子晶体管,它通过控制单个电子运动状态完成特定功能,即一个电子就是一个具有多功能的器件。另外,日本的NEC研究所已经拥有制作100nm以下的精细量子线结构技术,并在GaAs衬底上,成功制作了具有开关功能的量子点阵列。
目前,美国已研制成功尺寸只有4nm具有开关特性的纳米器件,由激光驱动,并且开、关速度很快。 美国威斯康星大学已制造出可容纳单个电子的量子点。
在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个。利用量子点可制成体积小、耗能少的单电子器件,在微电子和光电子领域将获得广泛应用。
此外,若能将几十亿个量子点连结起来,每个量子点的功能相当于大脑中的神经细胞,再结合MEMS(微电子机械系统)方法,它将为研制智能型微型电脑带来希望。 纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破,纳米电子学将成为对世纪信息时代的核心。
3 3 纳米技术在生物工程上的应用 众所周知,分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料,每一个生物大分子本身就是一个微型处理器,分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化,其原理类似于计算机的。
5 谁有关于纳米技术的作文几年来,我们看到了我们伟大的祖国的科技事业的迅猛发展,这让我为我是个中国人而感到无比的自豪。记得很久以前,手机的用途几乎只有一个,那就是打电话,可是前几年,手机有了很大的改变,不仅外观漂亮多了,而且用途也多了,可以用手机拍照、开会、上网、发短信息等等一系列的事情,这让我们的生活更为方便,也让我更加领会到了科技的力量,不过,我只是个初出茅庐的学生,对“科技”二字的内容还知之有限,我无法用一些很深奥的理论来阐述科技的玄奇,也无法对各位走上工作岗位的长辈们承诺我所能实现的科技蓝图。但我愿意用一个学生的角度来畅想科技与未来。
从基因工程“让人活到一千岁”的梦想,到纳米技术“包你穿衣不用洗”的诺言;从人工智能“送你一只可爱机器狗”的温馨,到转基因技术“让老鼠长出人耳朵”的奇观。不断有新的科技在诞生,每一个新科技的发现都会让人们欣喜若狂,因为,这些新科技正在逐步地改善我们的生活,让我们更加了解自己。就近期而言,中国首先完成了非典病毒全基因组测序,非典现在是全球公认的危害性最大的疾病,可是为什么别的国家不能首先完成,而我们国家就偏偏完成了呢?很简单,这说明了我们国家不比别人落后,不比别人差,回头看看我们祖国的过去,从曾经一个刚刚起步的改革开放的国家到现在的拥有领先的科技水平的大国,我们的祖国经历了多少的风风雨雨,多少的困难与坎坷,但是我们的祖国还是挺过来了,因为我们的祖国坚信——科技不仅改变命运,还可改变未来。
对于我们这一代人,对社会的普遍感觉是竞争意识强了,学习劲头足了。科普知识是我们关注的焦点,爱因斯坦、霍金、比尔·盖茨是我们心目中的明星,计算机科学、现代物理和化学动态更是无时不牵动着我们。我们已经明白科技的重要性,也知道了科技的普遍性。
虽然科技创造新生活的前景引人遐思,令人神往。但是归根结底是要靠我们共同的努力实现的。作为祖国未来建设的中坚,我们这一代年轻人肩上的担子的确不轻,新的机遇总是伴着风险与挑战,但是,我们不会轻易地说放弃,我们用我们的青春向前辈们发誓:决不辜负前辈们对我们的希望。
回望文明的历程,是科技之光扫荡了人类历史上蒙昧的黑暗,是科学之火点燃了人类心灵中的熊熊的希望;科技支撑了文明,科技创造着未来,而未来在我们手中。让我们成为知识的探索者,让我们在未知的道路上漫游,让我用我们的创造力将我们居住的世界变得更美好。
6 请举两个以上的纳米技术在现实生活中应用的例子请帮我举两个以上的在现实生活中,纳米技术有着广泛的用途。
1、超微传感器 传感器是纳米微粒最有前途的应用领域之一。纳米微粒的特点如大比表面积、高活性特异物性、极微小性等与传感器所要求的多功能、微型化、高速化相互对应。
另外,作为传感器材料,还要求功能广、灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、选择性好、耐负荷性高、稳定可靠,纳米微粒能较好地符合上述要求。 2、催化剂 在化学工业中,将纳米微粒用做催化剂,是纳米材料大显身手的又一方面。
如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药有效催化剂;超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂;超细银粉可以作为乙烯氧化的催化剂;超细的镍粉、银粉的轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极可以增大与液相或气体之间的接触面积,增加电池效率,有利于小型化。 超细微粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器,作为吸附氢气的储藏材料。
还可作为陶瓷的着色剂,用于工艺美术中。 3、医学、生物工程 尺寸小于10纳米的超细微粒可以在血管中自由移动,在目前的微型机器人世界里,最小的可以注入人的血管,它一步行走的距离仅为5纳米,机器人进行全身健康检查和治疗,包括疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物等,还可以吞噬病毒,杀死癌细胞。
这些神话般的成果,可以使人类在肉眼看不见的微观世界里享用那取之不尽的财富。 4、电子工业 量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作,因此它能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。
另外,量子元件还可以使元件的体积大大缩小,使电路大为简化,因此,量子元件的兴起将导致一场电子技术的革命。 目前,风靡全球的因特网,如果把利用纳米技术制造的微型机电系统设置在网络中,它们就会互相传递信息,并执行处理任务。
不久的将来,它将操纵飞机、开展健康监测,并为地震、飞机零件故障和桥梁裂缝等发出警报。那时,因特网亦相形见绌。
7 写一些应用纳米技术的事例`急需饿`帮帮忙啊`纳米是长度单位,原称毫微米,就是10的-9次方米(10亿分之一米)。
纳米科学与技术,有时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来,人们往往用细如发丝来形容纤细的东西,其实人的头发一般直径为20-50微米,并不细。
单个细菌用肉眼看不出来,用显微镜测出直径为5微米,也不算细。极而言之,1纳米大体上相当于4个原子的直径。
纳米技术包含下列四个主要方面: ⒈纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。
如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。
第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。
80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 ⒉纳米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。
特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。
在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
⒊纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。
新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。 ⒋纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。
当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。
但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
在1998年的四月,总统科学技术顾问,Neal Lane 博士评论到,如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响,我会说该个启动计划建立一个名为纳米科技大挑战机构,资助进行跨学科研究和教育的队伍,包括为长远目标而建立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括: 把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的设备中,这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。
由自小到大的方法制造材料和产品,即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。
生产出比钢强度大10倍,而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便,更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率,使今天的奔腾?处理器已经显得十分慢了。
运用基因和药物传送纳米级的mri对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中最细微的污染物,得到更清洁的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效率两倍。
---------------------- "纳米"是英文namometer的译名,是一种度量单位,1纳米为百万分之一毫微米,即1毫微米,也就是十亿分之一米,约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。
1981年扫描隧道显微镜发明后,便诞生了一门以01到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
从迄今为止的研究善看,关于纳米技术分为三种概念: 第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。
这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为徽加工技术的极限。
也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。
现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。
奈米技术主要用途包含下列四个主要方面:
1、奈米材料:当物质到奈米尺度以后,大约是在01—100奈米这个范围空间,物质的效能就会发生突变,出现特殊效能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于巨集观的物质的特殊效能构成的材料,即为奈米材料。
如果仅仅是尺度达到奈米,而没有特殊效能的材料,也不能叫奈米材料。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的效能。第一个真正认识到它的效能并引用奈米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的效能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成奈米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,像铁钴合金,把它做成大约20—30奈米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为奈米材料。
为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。
这一特性,主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。
2、奈米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型感测器和执行器、光纤通讯系统,特种电子装置、医疗和诊断仪器等用的是一种类似于整合电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入奈米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
理论上讲:可以使微电机和检测技术达到奈米数量级。
3、奈米生物学和奈米药物学:如在云母表面用奈米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化矽表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了奈米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或元件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为奈米尺度(即超微粒子),则可溶于水。
奈米生物学发展到一定技术时,可以用奈米材料制成具有识别能力的奈米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,注入人体内,可以用于定向杀癌细胞。(上面是老钱加注)
4、奈米电子学:包括基于量子效应的奈米电子器件、奈米结构的光/电性质、奈米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 奈米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
奈米是由美国科学家最先提出来的,它是长度单位;1奈米=10亿分之一米,是微观计量单位。奈米技术是说在钠米小的层面上对物质的原子和分子构型进行人为的改造,使物质在巨集观上有一些特殊的性质。奈米不是一种物质。我们说的奈米材料是说经过在奈米层面上进行技术改造的特殊材料,不是用“奈米”制成的材料。
奈米是长度单位,原称毫微米,就是10的-9次方米(10亿分之一米)。奈米科学与技术,有时简称为奈米技术,是研究结构尺寸在01至100奈米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来,人们往往用细如发丝来形容纤细的东西,其实人的头发一般直径为20-50微米,并不细。单个细菌用肉眼看不出来,用显微镜测出直径为5微米,也不算细。极而言之,1奈米大体上相当于4个原子的直径。假设一根头发的直径为005毫米,把它径向平均剖成5万根,每根的厚度即约为1奈米。
奈米技术包含下列四个主要方面:
⒈奈米材料:当物质到奈米尺度以后,大约是在01—100奈米这个范围空间,物质的效能就会发生突变,出现特殊效能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于巨集观的物质的特殊效能构成的材料,即为奈米材料。如果仅仅是尺度达到奈米,而没有特殊效能的材料,也不能叫奈米材料。过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的效能。第一个真正认识到它的效能并引用奈米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的效能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成奈米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30奈米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为奈米材料。
⒉奈米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型感测器和执行器、光纤通讯系统,特种电子装置、医疗和诊断仪器等用的是一种类似于整合电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入奈米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
⒊奈米生物学和奈米药物学,如在云母表面用奈米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化矽表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了奈米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或元件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为奈米尺度(即超微粒子),则可溶于水。
⒋奈米电子学,包括基于量子效应的奈米电子器件、奈米结构的光/电性质、奈米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 奈米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
在1998年的四月,总统科学技术顾问,Neal Lane 博士评论到,如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响,我会说该个启动计划建立一个名为奈米科技大挑战机构,资助进行跨学科研究和教育的队伍,包括为长远目标而建立的中心和网路。一些潜在的可能实现的突破包括:
把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的装置中,这通过提高单位表面储存能力1000倍使大储存电子装置储存能力扩大到几兆兆位元组的水平来实现。由自小到大的方法制造材料和产品,即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。生产出比钢强度大10倍,而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便,更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的电晶体和记忆晶片几百万倍的提高电脑速度和效率,使今天的奔腾处理器已经显得十分慢了。运用基因和药物传送奈米级的mri对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中最细微的污染物,得到更清洁的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效率两倍。
----------------------
"奈米"是英文nano technology 的译名,是一种度量单位,1奈米为百万分之一毫微米,即1毫微米,也就是十亿分之一米,约相当于45个原子串起来那么长。奈米结构通常是指尺寸在100奈米以下的微小结构。1981年扫描隧道显微镜发明后,便诞生了一门以01到100奈米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,奈米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
从迄今为止的研究善看,关于奈米技术分为三种概念:
第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子奈米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的奈米技术还未取得重大进展。
第二种概念把奈米技术定位为徽加工技术的极限。也就是通过奈米精度的"加工"来人工形成奈米大小的结构的技术。这种奈米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的奈米技术。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在奈米级的结构。
奈米科学技术(nanotechnology):奈米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。奈米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,奈米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、奈米材科学、纳机械学等。奈米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。
实现特有功能和智慧作用的技术问题,发展奈米尺度的探测和操纵 。
思维方式的概念表明生产和科研的物件将向更小的尺寸、更深的层次发展,将从微米层次深入至奈米层次。
奈米技术未来的目标是按照需要,操纵原子、分子构建奈米级的具有一定功能的器件或产品。
奈米科学与技术:也叫奈米技术,是研究结构在01~100nm范围内材料的性质及其应用。
奈米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。奈米科学与技术主要包括:奈米体系物理学、奈米化学、奈米材料学、奈米生物学、奈米电子学、奈米加工学、奈米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和奈米材料、奈米器件、奈米尺度的检测与表征这三个研究领域。奈米材料的制备和研究是整个奈米科技的基础。其中,奈米物理学和奈米化学是奈米技术的理论基础,而奈米电子学是奈米技术最重要的内容。
奈米技术发展历程:1990年7月,在美国巴尔的摩召开了国际首届奈米科学技术会议;1996年,在中国召开了第四届奈米科技学术会议。 首届(1992年)奈米材料会议在墨西哥召开;1994年在德国斯图加特召开了第二届国际奈米材料学术会议;1996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奈米材料
会议;2000年在日本仙台举行第五届国际奈米材料会议。
奈米技术发展历程:
准确控制原子数量在100个以下的奈米结构物质,市场规模约5亿美元
生产奈米结构物质,50~200亿美元
大量制造复杂的奈米结构物质,100~1000亿
奈米计算机,2000~10000亿
验证出能够制造动力源与程式自律化的元件和装置,60000亿
奈米科学与技术,有时简称为奈米技术,是研究结构尺寸在01至100奈米范围内材料的性质和应用。 1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以01到100奈米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,奈米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。 奈米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。奈米科学与技术主要包括:奈米体系物理学、奈米化学、奈米材料学、奈米生物学、奈米电子学、奈米加工学、奈米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和奈米材料、奈米器件、奈米尺度的检测与表征这三个研究领域。奈米材料的制备和研究是整个奈米科技的基础。其中,奈米物理学和奈米化学是奈米技术的理论基础,而奈米电子学是奈米技术最重要的内容。 从迄今为止的研究来看,关于奈米技术分为三种概念: 第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子奈米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,制造奈米计算机与奈米机器人,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的奈米技术还未取得重大进展。 第二种概念把奈米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过奈米精度的"加工"来人工形成奈米大小的结构的技术。这种奈米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的奈米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在奈米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发,成为奈米生物技术的重要内容。
什么是奈米技术!急! 1奈米=10的-9次方米=0000000001米
微观结构材料、粉体材料、半导体等等。基本还处于研究阶段。
一些材料,当其结构体积小到一定程度时,特性发生转变,如比表面积增大,活性提高,利用这些方面的有点,合成更加稳定缺陷小的功能材料。
奈米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在01至100奈米范围内材料的性质和应用。奈米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,奈米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如:奈米物理学、奈米生物学、奈米化学、奈米电子学、奈米加工技术和奈米计量学等。
奈米技术包含下列四个主要方面:
1、奈米材料:当物质到奈米尺度以后,大约是在01—100奈米这个范围空间,物质的效能就会发生突变,出现特殊效能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于巨集观的物质的特殊效能构成的材料,即为奈米材料。
如果仅仅是尺度达到奈米,而没有特殊效能的材料,也不能叫奈米材料。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的效能。第一个真正认识到它的效能并引用奈米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的效能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成奈米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,像铁钴合金,把它做成大约20—30奈米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为奈米材料。
为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。
这一特性,主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。
2、奈米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型感测器和执行器、光纤通讯系统,特种电子装置、医疗和诊断仪器等用的是一种类似于整合电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入奈米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
理论上讲:可以使微电机和检测技术达到奈米数量级。
3、奈米生物学和奈米药物学:如在云母表面用奈米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化矽表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了奈米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或元件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为奈米尺度(即超微粒子),则可溶于水。
奈米生物学发展到一定技术时,可以用奈米材料制成具有识别能力的奈米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,注入人体内,可以用于定向杀癌细胞。(上面是老钱加注)
4、奈米电子学:包括基于量子效应的奈米电子器件、奈米结构的光/电性质、奈米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 奈米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
请问什么是奈米技术奈米技术可信吗拜托各位大神
每一个技术的产生都会引起不同的社会争议 这要看您的自己看法 奈米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在01至100奈米范围内材料的性质和应用。奈米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,奈米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如:奈米物理学、奈米生物学、奈米化学、奈米电子学、奈米加工技术和奈米计量学等。
关于奈米技术 :nm863/Article/Knowledge/mon/200505/464
张信用卡大小的卡片,只要放入冰箱,不仅可以清除异味,还有保鲜的功效,储存半个月的蔬果拿出来还是水灵灵的;一件看似很普通的衣服,穿到身上能够防水、防污,而且透气性好;香菸有害健康,为减害降毒科学家经过了十几年的研究,发现奈米技术同样可以在香菸生产中运用,其烟气中有害物含量可降低到普通香菸的五分之一甚至更低。所有这些人们长久以来的梦想,如今都因奈米技术的发展而成为现实。
读到这里,您肯定会产生这样的疑问:“奈米”是什么米?奈米技术究竟是什么技术?它会在生产、生活、军事、科技等领域产生什么样的影响呢?媒体、广告中常常出现的奈米水、奈米烟、奈米冰箱、奈米住宅等概念,这些概念的真谛是什么呢?
奈米是什么
让我们看看科学家是如何解释的:“物理上,奈米(nm),又称毫微米,如同厘米、分米和米一样,是长度的度量单位。具体地说,1奈米等于十亿分之一米的长度,相当于4倍原子大小,万分之一头发粗细;形象地讲,1奈米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般。这是奈米长度的概念。”
而所谓的奈米技术是指:用奈米材料制造新型产品的科学技术。它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理学、分子生物学、化学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术、合成技术)结合的产物,奈米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如奈米电子学、奈米材料学、奈米机械学等。在新的世纪,奈米将带给人们更多功能超常的生产生活工具,把人们带向一个从未见过的生活环境。
奈米技术改变人类生活方式
从迄今为止的研究状况看,关于奈米技术有三种概念。
第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子奈米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的奈米技术未取得重大进展。
第二种概念把奈米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过奈米精度的“加工”来人工形成奈米大小的结构的技术。这种奈米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去,从理论上讲终将会达到限度。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在奈米级的结构。
奈米科学技术使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。其最终目标是直接以原子、分子及物质在奈米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。这可能改变几乎所有产品的设计和制造方式,实现生产方式的飞跃。因而奈米科技将对人类产生深远的影响,甚至改变人们的思维方式和生活方式。奈米技术涉及的范围很广,其中奈米材料是奈米技术发展的基础。
著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在上世纪60年代就预言:如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,物体就能得到大量的异乎寻常的特性。奈米材料可以做到这一点。奈米材料从根本上改变了材料的结构。目前奈米技术已经在很多行业得到了很好的应用,奈米技术也给人们的生活带来了很大的变化,为保生活质量更高更健康化,奈米技术的应用深入到了以下领域中。
陶瓷领域:希望以此来克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为,如能解决单相奈米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题,则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。
微电子学领域:奈米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发
物质潜在的储存和处理资讯的能力,实现资讯采集和处理能力的革命性突破。可以从阅读硬碟上读卡机以及储存容量为目前晶片上千倍的奈米材料级储存器晶片都已投入生产。计算机在普遍采用奈米材料后,可以缩小成为“掌上电脑”。奈米电子学将成为本世纪资讯时代的核心。
生物学:虽然分子计算机目前只是处于理想阶段,但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的元件,其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性,并且,其奇特的光学回圈特性可用于储存资讯,从而起到代替当今计算机资讯处理和资讯储存的作用,它将使单位体积物质的储存和资讯处理能力提高上百万倍。
光电领域:奈米技术的发展,使微电子和光电子的结合更加紧密,在光电资讯传输、存贮、处理、运算和显示等方面,使光电器件的效能大大提高。将奈米技术用于现有雷达资讯处理上,可使其能力提高10倍至几百倍,甚至可以将超高解析度奈米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。
化工领域:将奈米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中,则可以有效地遮蔽紫外线。将金属奈米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可以大大降低静电作用。奈米微粒还可用作导电涂料,用作印刷油墨,制作固体润滑剂等。
健康领域:使用奈米技术能使药品生产过程越来越精细,并在奈米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。奈米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便,用数层奈米粒子包裹的智慧药物进入人体后可主动搜寻并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用奈米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液,就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。研究奈米技术在生命医学上的应用,可以在奈米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系,获取生命资讯。奈米1+1降低吸菸危害
为解决长期困扰吸菸有害健康、戒菸难之又难的问题,奈米技术也被卷菸行业使用。有资料表明,目前北京的卷菸生产厂家在其生产的混合型3m 品中成功地将奈米技术运用在了生产工艺中,是我国最早体味到奈米技术的先进性的产品之一。此奈米产品是清华大学与之合作研制的低危害产品,该产品创造性运用改性奈米材料,充分发挥其选择性催化和选择性吸附的特性,有效降低卷菸烟气中具有较强致癌作用的苯并(a)芘、菸草特有N亚硝胺等有害物质含量,并辅以成熟的综合降焦技术,大大减少吸菸对身体健康的危害。清华大学有关专家将奈米3mg的产品技术归结为两点,称为“1+1”技术理念:
“1”、选择性催化:奈米材料具有比表面积大、表面活性中心多的特点,是做催化剂的理想材料。北京的卷菸生产厂家在奈米产品中,利用奈米材料的选择性催化作用,将烟气中的有害物质催化分解为小分子的无害物质。
“1”、选择性吸附:空腔结构的奈米材料具有巨大比表面积和特殊基团,能够选择吸附烟气中具有较强致癌作用的亚硝胺和稠环芳烃这两类物质。
经对照试验证明,运用1+1技术生产的奈米3m 品,使烟气中具有较强致癌作用的亚硝胺和稠环芳烃分别平均降低了40%和60%以上,而产品的香气质和香气量并没有发生明显的变化。
“奈米”不是普通的“米”,它是人们在长期的科学探索过程中发现的一类新型的微观物质尺寸的数量级,经过人们的多次反复研究,如今用奈米级的材料所做成的各类物品已经走进普通百姓的家庭,我们相信,在不久的将来,奈米还会继续给人们带来更多更大的惊喜,带来更多更好的生产生活条件,给人们一个现代人难以想象的舒适的生活空间