纳米技术.ppt

1、纳米 技术,2,1,4,纳米技术的应用,纳米的概念,纳米技术的诞生与发展,5,纳米材料及其特性,3,纳米科学,1.纳米的概念,纳米的概念 纳米”是英文nanometer的译名（希腊语“矮小”），是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，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，是氢原子直径的10倍，万分之一头发粗细。 纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。 纳米研究的范围是1到100纳米，0.1纳米是单个氢原子的尺寸，因此所谓0.1纳米层面的“纳米技术”是不存在的。,2. 纳米技术的诞生与发展,1959年，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

2、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。 七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。,原子排成的“原子”字样,2. 纳米技术的诞生与发展,1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。 1982年，科学家宾尼西、罗雷尔发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，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。,CSTM9000型扫描隧道显微镜,2. 纳米技术的诞

3、生与发展,2. 纳米技术的诞生与发展,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。,2. 纳米技术的诞生与发展,1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字； 1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36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，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。,2. 纳米技术的诞生与发展,1997年，美国

4、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20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。,2. 纳米技术的诞生与发展,2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞，并将细胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析判断。 2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维. 沙因贝格尔博士报

5、道了把放射性同位素锕-225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。 这些研究表明纳米技术应用于医学的进展是十分迅速的。,2. 纳米技术的诞生与发展,到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。 近年来，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。 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1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。,研究纳米尺度范围内的

6、物质所具有的特异现象和特异功能的科学。 1990年在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术会议，并正式创办了纳米技术杂志，标志着纳米科学的诞生。 就其学科方向而言，它既不是化学，也不是物理学和生物学，而是一门多学科交叉渗透和综合的高新技术学科； 就其应用而言，它包括纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学和纳米机械学等新兴学科； 就其研究领域而言，是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域，即从宏观世界到微观世界的过渡区纳米世界。,3. 纳米科学,宇观(Cosmoscopic) 遥观(Remote sensoscopic) 宏观(Macroscopic) 显微观(Optico-micr

7、oscopic) 介观(Mesoscopic) 或纳米观(Nanoscopic): 1100nm 微观(Microscopic) 皮米观(Picosopic) 飞米观(Fentoscopic) 亚飞米观(Subfentoscopic),3. 纳米科学,4. 纳米材料及其特性,纳米材料（nano material） 纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典

8、型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。,1nm=10-9m，即1毫微米，十亿分之一米，纳米微粒的尺度一般定义为10-710-10m内（0.1100nm）； 相当于人发直径的1/10万。 具有奇异的力学、光学、磁学、热学和化学等特性。当材料晶粒的尺寸小于1 nm时，材料的性质就会出现意想不到的变化。譬如：色、熔点、着火点 它很可能成为本世纪前20年的主导技术。美国科学技术委员会则把启动纳米技术的计划

9、看作是下一次的工业革命的核心。,4. 纳米材料及其特性,纳米材料的奇异特性 表面效应 小尺寸效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应,4. 纳米材料及其特性,1.表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。 直径大于 0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当颗粒尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的。 利用表面活性，金属超微颗粒可

10、望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。,4. 纳米材料及其特性,表面效应,4. 纳米材料及其特性,2.小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 （1） 特殊的光学性质（2） 特殊的热学性质（3） 特殊的磁学性质（4）特殊的力学性质 超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。,4. 纳米材料及其特性,（1） 特殊的光学性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑

11、色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l %，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。,4. 纳米材料及其特性,（2） 特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，银的常规熔点为670，而超微银颗粒的熔点可低于100。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有

12、一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加0.1 %0.5 %重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000降低到12001300，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。,4. 纳米材料及其特性,（3） 特殊的磁学性质 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。在趋磁细菌体内通常含有直径约为0.002微米的磁性氧化物颗粒。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为 80安/米，而当颗粒尺寸减小到0.0

13、02微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于0.0006微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。,4. 纳米材料及其特性,（4） 特殊的力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬35倍。至于金属

14、一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。 超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。,4. 纳米材料及其特性,4. 纳米材料及其特性,3.量子尺寸效应 各种元素的原子具有特定的光谱线，如钠原子具有黄色的 光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解 释，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块 材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒 尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间 距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性， 称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗

15、粒时可以变 成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比 热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是 量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。,4. 量子隧道效应 电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。近年 来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相 干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧 道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电 子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步 微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述 的量子效应。例如，在制造半导体

16、集成电路时，当电路的尺寸 接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无 法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。目前研制 的量子共振隧道晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。,4. 纳米材料及其特性,几种典型的纳米材料 纳米颗粒型材料 纳米固体材料 纳米膜材料 纳米磁性液体材料 碳纳米管,4. 纳米材料及其特性,纳米颗粒型材料也称纳米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，表面比大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。,4. 纳米材料及其特性,用途： 高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防 辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微

17、芯片导热 基与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、电池电极 材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感 元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂等。,4. 纳米材料及其特性,纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。,Fe-B纳米棒,4. 纳米材料及其特性,纳米膜材料是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。,4. 纳米材料及其特性,磁性液体材料是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动，因此

18、具有其它液体所没有的磁控特性。,4. 纳米材料及其特性,碳纳米管是直径非常细的中空管状纳米材料，它能够大量地吸附氢气，成为许多个“纳米钢瓶” 。 研究表明，约2/3的氢气能够在常温常压下从碳纳米管中释放出来。 据预测，到2010年，就可以生产出氢气汽车，只需携带1.5升左右的储氢纳米碳管，即可行驶500km。,4. 纳米材料及其特性,碳纳米管，是1991年由日本电镜学家饭岛教授通过高分辨电镜发现的，属碳材料家族中的新成员，为黑色粉末状，是由类似石墨的碳原子六边形网格所组成的管状物，它一般为多层，直径为几纳米至几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。,4. 纳米材料及其特性,碳纳米管本身有非常完美的

19、结构，意味着它有好的性能。它在一维方向上的强度可以超过钢丝强度，它还有其他材料所不具备的性能：非常好的导电性能、导热性能和电性能。,4. 纳米材料及其特性,碳纳米管尺寸尽管只有头发丝的十万分之一，但它的导 电率是铜的1万倍，它的强度是钢的100倍而重量只有钢的七 分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的 熔点是已知材料中最高的。,4. 纳米材料及其特性,正是由于碳纳米管自身的独特性能，决定了这种新型材料在高新技术诸多领域有着诱人的应用前景。在电子方面，利用碳纳米管奇异的电学性能，可将其应用于超级电容器、场发射平板显示器、晶体管集成电路等领域。在材料方面，可将其应用于金属、水泥、塑料

20、、纤维等诸多复合材料领域。它是迄今为止最好的贮氢材料，并可作为多类反应的催化剂的优良载体。在军事方面，可利用它对波的吸收、折射率高的特点，作为隐身材料广泛应用于隐形飞机和超音速飞机。在航天领域，利用其良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，从而使燃烧效率更高。,4. 纳米材料及其特性,如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。,4. 纳米材料及其特性,然而，碳纳米管作为一种新型材料被发现至今已有十年，

21、却尚未得到工业应用。超高的成本使国际市场90高纯度的碳纳米管价格高达10002000美元克，一般纯度的碳纳米管价格也在60美元克，远远高出黄金的价格。 最近，日本科学家开发成功新的纳米碳管制造技术，可将生产成本降低至目前的1/100。预计2004年可进入大批量生产阶段。 我国清华南风纳米粉体产业化工程中心，一直致力于碳纳米管在工业化生产上的科技攻关，是目前世界上已知生产规模最大的碳纳米管生产基地。,4. 纳米材料及其特性,由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高

22、致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。同时纳米技术广泛的应用于各个领域。,5. 纳米技术的应用,5. 纳米技术的应用,（1） 在材料科学领域的应用 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，如能解决单相纳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。,5. 纳米技术的应用,1）陶瓷增韧,陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易

23、迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。,纳米陶瓷,5. 纳米技术的应用,2）红外反射材料,高压钠灯以及各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强照明，但是电能的69转化为红外线，这就表明有相当多的电能转化为热能被消耗掉，仅有一少部分转化为光能来照明。同时，灯管发热也会影响灯具的寿命。如何提高发光效率，增加照明度一直是亟待解决的关键问题，纳米微粒的诞生为解决这个问题提供了一个新的途径。20世纪80年代以来，人们用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成了多层干涉膜，总厚度为微米级，衬在有灯丝的灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且有很强的红外线反射能力。有人估计这种灯泡亮度与传统的卤素灯相同时，可节省约15的电。

24、,5. 纳米技术的应用,3）隐身材料,由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大34个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。,5. 纳米技术的应用,（2） 在微电子学上的应用 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

25、处理能力的革命性突破，可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。 纳米计算机的问世，将会使当今的信息时代发生质的飞跃。它将突破传统极限，使单位体积物质的储存和信息处理的能力提高上百万倍，从而实现电子学上的又一次革命。,5. 纳米技术的应用,1998年，美国首次研制出由磁性纳米棒组成的“量子磁盘”，每平方英寸可储存20万部红楼梦。,1999年，100 nm的芯片又在美国诞生了。整个美国国会图书馆的藏书都能储存在一个糖块大小的芯片中。,5. 纳米技术的应用,5.

26、纳米技术的应用,（3）在化工领域的应用,将纳米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。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳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。 研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面（每克纳米碳管的表面积高达几百平方米）、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。,1）治理有害气体,纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于

27、0.01。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。,5. 纳米技术的应用,（4）在环保领域的应用,含铅汽油中的铅很容易通过血液长期蓄积于人的肝、肾、脾、肺和大脑中，从而导致人的智能发育障碍和血色素制造障碍等后果。,汽车尾气的处理：加入纳米级的复合稀土氧化物后，对尾气的净化特别明显，尾气中的CO、NOx几乎完全转化。,2）汽车尾气,5. 纳米技术的应用,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。

28、污水治理就是将这些物质从水中去 除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等 问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用 很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害 的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技 术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来， 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1020倍。,3）污水处理,5. 纳米技术的应用,4）拯救水资源,特种半导体纳米材料使海水淡化； 纳米TiO2可以用来降解有机磷，降解毛纺染整废水，降解石油 ,5. 纳米技术的应用,（5）

29、在医学上的应用 使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳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。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，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。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。研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗。,5. 纳米技术的应用,它可将药物输送到特定的机 体组织或器官内

30、；可在以前不 可能达到的部位施行外科手 术；更耐用或更有抵抗力的器 官或机体组织；更轻、更“聪 明”的生物假肢材料；生物感 知系统装置，可探测到早期疫 情。,5. 纳米技术的应用,科学家设想制造出负责清扫血管的纳米机器人（清洁工），专门负责清扫血管壁上的胆固醇、凝血等沉积物，以预防脑血栓等心血管病；同时也可以制作出清扫体内癌细胞的机器人。,5. 纳米技术的应用,纳米机器人 采用纳米大分子：“生物部件”与小分子无机物晶体结构组合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。,这些分子机器人以光感应器作开关，从溶解在血液中的葡萄糖和氧气中获得

31、能量，并按编制好的程序探体内物体，以医师预先编制的程序进行全身健康检查，疏通脑血管中的学栓，清楚心脏动脉脂肪沉积物，吞噬病毒和组织破碎细胞，杀死癌细胞，监视体内的病变等。纳米机器人还可以用来进行人体器官修复工作，如修复损坏的器官和组织，做整容手术，进行基因装配工作，从基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安装在基因中，使机体恢复正常功能。将由纳米硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。,5. 纳米技术的应用,纳米泵人造红细胞 它比体内血液中的红细胞要多携带200多倍的氧气。,血液形态图,5. 纳米技术的应用,放在指尖上的400支排列

32、整齐的无痛型微型针,纳米药物的控释、靶向给药系统； 用于诊断和检测的纳米探针、纳米传感器和纳米机器人； 人工关节、口腔修复等人造器官用的生物相容性纳米材料； 基因治疗中的纳米技术,5. 纳米技术的应用,纳米药包,纳米药物 德柏林医疗中心：铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹肿瘤 纳米中药 中药粉末包埋在纳米级微粒中 华中科大：纳米雄黄（50-80nm） 微胶囊 纳米载药系统 生物可降解聚合物纳米粒的应用,5. 纳米技术的应用,采用纳米技术发展新的中药加工方法和新的中药剂型 中药纳米将导致单味药或复方的理化性质、生物活性、功效、毒副作用等发生改变,提高生物利用度，减少用药量 增强组织靶向性 缓释功能

33、呈现新药效,5. 纳米技术的应用,纳米药包 诺贝尔奖得主斯莫利的预言 ； 美国麻省理工学院的研究人员正在研究一种只有20nm的药物炸弹和包含了1000个纳米药包的微型芯片； 在固定的DNA链上连接上杀癌的药物胶囊，放到病人血液和组织内，一遇上癌细胞的DNA时，DNA链就与癌细胞的DNA结合，这时药物开关受触发而开放，药物便释放出来，杀灭癌细胞；,5. 纳米技术的应用,纳米技术与基因疗法的结合 瑞典科学家制作的微型医用机器人，可移动并捡起肉眼看不见的玻璃珠。 用这种微型机器手将果蝇的染色体基因进行信号移动，培育出的果蝇多长了一个胸脯和翅膀，甚至把果蝇的眼睛和翅膀挪位；,果蝇：遗传学和分子发育生物

34、学的国王 图中左侧为雌性，右侧为雄性,5. 纳米技术的应用,5. 纳米技术的应用,纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数倍的降低。这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米集成的测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。 采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。,（6） 在航空航天领域的应用,“纳米碳管”异想天开之应用,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。,将纳米碳管做成太空升降机的缆绳，由于它的强度高、重量

35、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。,5. 纳米技术的应用,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。 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。,5. 纳米技术的应用,（7） 在家居生活方面的应用,在最近的将来，纳米技术将给市场提供这样一些产品： “聪明”织物具有各种各样反射或吸收热能的能力； 超强车身材料可以降低撞击造成的破坏； 轻质布料

36、防弹层民用、军用、警用皆可； 免维修建筑材料，防碎玻璃、塑料；“会呼吸”的建筑外立面材料； 会在不同的环境条件下改变颜色的布料和建筑外立面材料。,5. 纳米技术的应用,鹅毛和鸭毛的排列非常整齐，毛与毛之间的隙缝小到纳米尺寸，所以水分子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛。鹅与鸭得以在水中保持身体的干燥。这种结构还极其通气。,5. 纳米技术的应用,莲花叶子表面的自我洁净 莲花叶面表面的结构与粗糙度为微米至纳米尺寸的大小。当远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面。,5. 纳米技术的应用,不用洗涤剂的纳米服装,2002年，一批高科技服装面料从实验室走上了展台：不用洗涤剂也能清洁的衣物、可用做防水地图的仿真丝面料等令人耳目一新。,5. 纳米技术的应用,（8） 在军事领域的应用,利用原子操纵技术加工出的纳米齿轮、纳米弹簧、纳米喷嘴、纳米轴承、微型传感器、微型执行机构等零部件，能够制成一系列新产品。据报道，日本已组装出一种只有米粒大小的汽车；德国则研制出了长24毫米、高8毫米、重量只有400毫克的微型直升机；而美国研制的微型发动机，在微小的空间中能装下1000台。 能执行各种军