纳米材料的相关研究应用课件

纳米材料的研究与应用纳米(nm):纳米是长度单位，1nm=10-9m

相当于万分之一头发的粗细.纳米技术:在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术.纳米材料:在纳米量级(1~100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的材料.一.相关概念二.纳米材料的研究和发展过程１９５９年，诺贝尔奖获得者、被认为继爱因斯坦之后最为睿智的理论物理学家—理查得·费因曼教授在加州理工大学发表了题为《在底部还有很大空间》的演讲。在费因曼看来，人类社会目前的生产方式，总是“从上而下”的，他提出：为什么我们不可以从单个分子、甚至原子开始出发，进行组装，达到我们的要求？……物理学的规律不排除一个原子一个原子制造物品的可能。”

在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。1991年元旦前夕，日本日立电子公司向公众展示了一个原子大小的新年祝词——“peace91”（和平91）。每个字母的高度均小于1.5纳米，它是把硫原子一个一个地从二硫化钼晶体上轰击出来写成的。美国商业机器公司的“IBM”是在-263℃下拼出的，而日立公司的祝词则是在室温下完成的。该成就表明，纳米技术从此步入了实用阶段。

1993年后，我国科学家先后操纵原子写出“中国”、“原子”、绘出中国轮廓图。纳米齿轮纳米轴承四.纳米材料的制备1.物理方法制备纳米粉体(固体)的惰性气体冷凝法制备纳米粉体的高能机械球磨法制备纳米晶体非晶晶化方法制备深度塑性变形法制备纳米晶体纳米薄膜的低能团簇束沉积方法制备纳米薄膜物理气相沉积技术四.纳米材料的制备（２）纳米薄膜的化学法制备电化学法化学气相沉积法（３）纳米复相材料的制备球磨法热压烧结五．纳米技术的应用纳米技术在陶瓷领域的应用纳米技术在微电子学上的应用***纳米技术在生物工程上的应用****纳米技术在医学上的应用*****纳米技术在分子组装方面的应用**纳米技术在其它方面的应用$$陶瓷是中国的特产，但脆性大、易破碎，经过纳米技术处理后，可以用来代替优质钢做发动机零件。*日本日立中心实验室利用半导体材料砷化镍，率先开发新一代微电子元件。这些电子元件呈细长的鬃状结晶形，粗仅20纳米，可使计算机的计算速度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。纳米级微电子元件

随着微电子技术的不断发展，集成度越来越高，计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小的芯片中。纳米存储器1994年，IBM公司研制成新型巨磁电阻效应读出磁头，将磁盘的记录密度提高了17倍。目前，在硬盘的驱动器上已经开始使用这项技术，产值已超过100亿美元／年。

磁头不仅在厚度上，而且在长度上都在100纳米以内在一定磁场下材料电阻改变的现象称磁电阻.巨磁电阻效应是指在一定磁场下电阻急剧减小的现象.超微型环状激光器

在制导与反导弹防卫系统上，美国西北大学工程学院开发的超微激光器，形状似指环，不仅具有大型激光器的功能，而且携带方便，效果更佳。

纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。除了能提高效率以外，无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。由于只需要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关，适合用于光纤通信.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组件，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，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用。****随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭露头脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体，其线度在15~20nm之间，并且生物体内的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由流动。如果将纳米粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。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，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。这样，在不久的将来，被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解，从而将使医学研究发生一次革命。可以乱真的“纳米人工骨”这种高科技产物—纳米人工骨，2001年1月08日已由四川大学生物医学工程学科博士生导师李玉宝教授研制成功，并顺利通过国家863项目组验收。

纳米人工骨作为几乎与人骨特性相当的“类人骨”，具有广泛的应用前景。李教授纳米人工骨的研制成功，目前在国际上尚属首例，其成果已可进入产业化实施阶段。*****1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的"纳米算盘"，该算盘的算珠由球状的C60分子构成。美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种崭新的"纳米秤"，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该秤可以用来称取病毒的重量。***称量单个原子重量的“纳米秤”超微型机械零件

美国华盛顿大学制成纳米金属齿轮，两个齿轮咬合在一起还不足一根人发的宽度。它可以用于微型机械、微型机器人、微型汽车、微型飞机的制造。用微型部件组装的汽车可以只有一粒米大小；用微型部件组装的飞机可以只有一粒花生米大小。纳米齿轮纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是粒径小，比表面积大,光催化效率高。将金属纳米粒子掺杂到化纤制或纸张中，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，用于电池电极、化学成分探测器及作为高效率的热交换隔板材料等。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。纳米化妆品化妆品

很难让皮肤吸收，因为它的吸收要通过汗腺或者通过皮肤的一些淋巴组织来完成，而真正能够渗透进皮肤里的有效成分不到实际涂抹的万分之一。

如果我们把有效成分，比如说中药的有效成分变成纳米的水颗粒，那么就简单了。这样的水颗粒可以直接进入皮肤去治疗。同样是擦护肤用品，现在要擦上一两个月才开始见效了，到那个时候就有可能擦上10分钟，就会有明显的感觉。利用先进的纳米技术，在不久的将来，可制成含有纳米电脑的可人-机对话并具有自我复制能力的纳米装置，它能在几秒钟内完成数十亿个操作动作。在军事方面，利用昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报，使目标丧失功能。利用纳米技术还可制成各种分子传感器和探测器。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。另外，还可利用碳纳米管来制作储氢材料，用作燃料汽车的燃料"储备箱"。利用具有强红外吸收能力的纳米复合体系来制备红外隐身材料，都是很具有应用前景的技术开发领域。目前，在纳米领域，美国、日本、德国的技术处于领先地位。我国紧跟其后，处于第二阶梯的前列。其中，纳米碳管技术处于世界一流水平，比如大面积定向碳管的合成、超长纳米碳管的制备等。用纳米碳管建成的地月载人电梯构想图纳米技术的发展和前景当今世界各国的科学家以及产业界都认识到纳米技术将会成为高新技术，因此很多国家均投入了大量的资金和研究人员。美国在1999年投入2.55亿美元，2000年投入了4.95亿美元，是投入资金最多的国家，日本其次。我国在国家重点基础研究项目“973计划”中投资4000万人民币，重点支持国内的八家科研单位。

纳米技术极大地促进了生产力的发展，对经济、社会正在产生广