《八年级物理下册 7.1 走进分子世界 纳米技术讲座知识背景课件 苏科版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《八年级物理下册 7.1 走进分子世界 纳米技术讲座知识背景课件 苏科版（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、纳米技术讲座 介观 尺度范围 10 10 m 即100nm 0 1nm 介于宏观与微观之间 其研究对象是一 小堆分子或原子 研究表明物质在纳米尺度 内会发生很多新的现象 在技术上有很多新 进展 例如 在电子和通信方面 医疗方面 和制造业方面等等 纳米 纳米 是长度单位 1nm 10 9m 即1纳米等于十亿分之一米 大约等于10个氢 原子并排起来的长度 相当于万分之一头发 的粗细 纳米正好处于原子 分子为代表的 微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世 界的中间地带 被称为介观世界 纳米技术 纳米科学技术是研究在千万分之一米 10 8m 到亿分之一米 10 9m 内 原子 分 子和其它类型物质的运
2、动和变化的学问 同时在这一尺度范围内对原子 分子 或原子团 分子团进行操纵和加工使其 形成所需要的物质称为纳米技术 纳米科学技术是研究在千万分之一米 10 8 到亿分之一米 10 9米 内 原子 分子 和其它类型物质的运动和变化的学问 同时在这一尺度范围内对原子 分子进行 操纵和加工又被称为纳米技术 纳米科学技术是研究在千万分之一米 10 8 到亿分之一米 10 9米 内 原子 分子 和其它类型物质的运动和变化的学问 同时在这一尺度范围内对原子 分子进行 操纵和加工又被称为纳米技术 人类对纳米技术的研究已有了40多年的 历史 1959年 美国著名的物理学家 诺贝 尔奖金获得者理查德 费曼认为
3、能够用宏观 的机器来制造比其体积小的机器 而这较小 的 纳米技术的发展 机器又可制作更小的机器 这样一步步达到 分子线度 费曼幻想在原子和分子水平上操纵和控 制物质 他认为 物理学的规律不排除一个 原子一个原子地制造物质的可能性 并表示 我深信不移 当人们能操纵细微物质的时 候 将可获得极其丰富的新的物质的性质 费曼对纳米技术的最早梦想 成为 一 个光辉的起点 人类开始了 对纳米世界的探求 科学家发现 在纳米的世界里 物质发 生了质的飞跃 比如硅晶体是不发光的 但 纳米硅却会发光 陶瓷在通常情况下是很硬 很脆的 如果采用纳米粉体制成纳米陶瓷 它也可以具有韧性 纳米材料还具有超塑 性 室温下的纳
4、米铜丝经过轧制 其长度可 以从1cm延伸到100cm 其厚度可以从1mm 减小到0 01mm 1990年美国商业机器公司借助扫描 隧道显微镜 在一小片镍晶体上用35个 氙原子写出了该公司名称的缩写字母 IBM 轰动全球 从此开创了一个崭新的纳 米世界 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 用扫描隧道显微镜 的针尖
5、将原子一个 个地排列成汉字 汉字的大小只有几 个纳米 纳米技术应用 1 纳米技术在陶瓷领域方面的应用 2 纳米技术在微电子学上的应用 3 纳米技术在生物工程上的应用 4 纳米技术在光电领域的应用 5 纳米技术在化工领域的应用 6 纳米技术在医学上的应用 7 纳米技术在分子组装方面的应用 8 纳米技术在其它方面的应用 纳米级微缩图象 1992年 日本电信电话公司在银 硒 合金表面上以单个原子的线条画出爱因斯 坦肖像 同年10月 日立 公司又将硅原 子排列成立体金字塔 由原子垒起的金字 塔共18级台阶 每级2个原子高 其底边 长仅为48纳米和36纳米 原子级线条的绘 制成功 意味着可将2 000册
6、杂志的文章浓 缩在一个句点符号内 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 学家指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战 略途径 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
7、的 应用前景 纳米级微电子元件 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 超微型计算机 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 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 超微型电动机 1994
8、年世界最小的电动机在美国6家科 研单位的通力协作下完成 这架电动机主轴 的直径仅有2 103nm 体积只有一个红血球 那么大 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 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
9、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 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
10、用作印刷油墨 制作固体润滑剂等 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 如果将超微粒子注入到血液 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
11、等 都将迎刃而解 从而将使医学研究 发生一次革命 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 超微型机械 美国华盛顿大学制成直径仅有1 104nm 的金属齿轮 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 超微型环状激光器 在制导与反导弹防卫系统上
12、 美国西北 大学工程学院开发的超微激光器 形状似指 环 直径仅有1 104nm 不仅具有大型激光 器的功能 而且携带方便 效果更佳 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 利用纳米羟基磷酸 钙为原料 可制作人的牙齿 关节 等仿生纳米材料 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
13、米管来制作储 氢材料 用作燃料汽车的燃料 储备 箱 利用纳米颗粒膜的巨磁阻效应 研制高灵敏度的磁传感器 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 社会正在产生广泛而深刻的影响 据统计 全球纳米技术的年产值已达500亿美 元 预计到2010年将达到14 400亿美元 纳 米技术将彻底改变传统的生产方式 改变目 前的产品结构 产业结构 进而改变人们的 生活方式 把人类的文明推向一个更高的阶 段
