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1、2010-10-12 1 公共选修课 纳米技术 1 任课教师：富 鸣 Tel：51688605 Email: 任课教师：富 鸣 Tel：51688605 Email: 王女士今天去转街，在一小摊上见一 老板正在出售纳米鞋垫，于是王女士就顺 口问了一句，“什么是纳米啊？” 老板的回答很干脆，“纳米就是从大 米中提出来的一种很小的东西，这东西具 有很好的保健作用，五元一双，你拿一双 吧！” 媒体把“纳米”炒得热火朝天。一个种 植专业户老农也听说了，向村里“专家” 打听：“电视报纸整天说现在纳米可吃香 了，好多科学家也在研究。连股市都有什 么纳米板块。可我不知道哪儿有纳米种子 卖年种它季说定能卖个价
2、卖，一年种上它两季，说不定能卖个好价 钱吧。” 那“专家”悄悄地耳语道：“我刚从县 城买了10斤纳米回来，做了一顿饭，味道 好极了，医生还说纳米能强身健体呢。你 想知道在哪儿卖得到种子？给点信息咨询 费吧。” 授课对象：授课对象： 有兴趣纳米科学与技术的广大本科生 学时数与课程结业要求学时数与课程结业要求学时数与课程结业要求学时数与课程结业要求： 本课程 48学时 结业要求：课程作业报告 如何给成绩？ 1. 纳米技术的基本概念与意义 2. 表征分析技术 3. 纳米材料 4纳米尺度加工与组装 课程的主要内容 4. 纳米尺度加工与组装 5. 纳米电子学、光子学与器件 6. 纳米生物与仿生纳米结构
3、7. 纳米科学前沿 8. 纳米经济浪潮 9. 纳米领域非常有趣的一些东西 尺 度 的 1.11.1：纳米技术的基本概念：纳米技术的基本概念：纳米技术的基本概念：纳米技术的基本概念1.11.1：纳米技术的基本概念：纳米技术的基本概念：纳米技术的基本概念：纳米技术的基本概念 词头符号中文名数值 metre1m米1m=1metre decimetre1dm分米1dm=1/10m=101metre centimetre1cm厘米1cm=1/100m=102metre 的 概 念 millimetre1mm毫米1mm=1/1000m=103metre decimillimetre1dmm丝米1dmm=1
4、/104m=104metre centimillimetre1cmm忽米1cmm=1/105m =105metre micrometre1um微米1um=1/106m =106metre nanometre1nm纳米1nm=1/109m =109metre picometre1pm微微米1pm=1/1012m=1012metre 2010-10-12 2 尺 度 的 词头 符号中文名数值 词头 符号中文名数值 teraT 垓、千京、兆 兆 垓、千京、兆 兆 1012 gigaG京、千兆京、千兆109 megaM兆兆106 kiloK千千103 的 概 念 hectoh百百102 decada十
5、十10 decid分分10-1 centic厘厘10-2 millim毫毫10-3 microu微微10-6 nanon纳、毫微纳、毫微10-9 picop皮、微微皮、微微10-12 纳 米 的 基 本 概 念纳 米 的 基 本 概 念 米 （统一单位）米 （统一单位）常用单位常用单位 相应大小相应大小 1025 十亿光年十亿光年 宇宙大致的范围宇宙大致的范围 1021 十万光年十万光年 银河系的全貌银河系的全貌 1014 一千亿公里一千亿公里 冥王星的完整轨道冥王星的完整轨道 107 一万公里一万公里 分辨出地球的一部分分辨出地球的一部分 103 一公里一公里 分辨城市建筑物的排列，街区分辨
6、城市建筑物的排列，街区 101 十米十米 看到足球场上运动员看到足球场上运动员 2 厘米厘米汗毛孔汗毛孔皮肤表面的皱纹皮肤表面的皱纹10 2 一一厘米厘米汗毛孔汗毛孔，皮肤表面的皱纹皮肤表面的皱纹 10 4 一百微米一百微米 分辨细胞分辨细胞 10 6 一微米一微米 看到染色体当中，聚集着染色质看到染色体当中，聚集着染色质 10 7 一百纳米一百纳米 分辨染色质的两个部分分辨染色质的两个部分 10 9 一纳米一纳米 分辨出分辨出 DNA 的分子结构的分子结构 10 10 一百皮米一百皮米 电子云笼罩下的原子的轮廓电子云笼罩下的原子的轮廓 10 13 一百飞米一百飞米 分辨原子核分辨原子核 10
7、 14 十飞米十飞米 原子核中的质子和中子原子核中的质子和中子 10 15 一飞米一飞米 分辨出组成质子和中子的夸克分辨出组成质子和中子的夸克 10 16 一百阿米一百阿米 进一步看清夸克进一步看清夸克 10 19 0.1 阿米阿米 一个夸克的大小一个夸克的大小 纳米太小了纳米太小了 ，作为计量单位在日常，作为计量单位在日常 生活中很少出现。生活中很少出现。 拿拿“大大”东西头发比，普通头发就有东西头发比，普通头发就有 6 6万万8 8万纳米粗；万纳米粗； 拿小东西原子比，一纳米也就五个原拿小东西原子比，一纳米也就五个原 纳米太小了纳米太小了 ，作为计量单位在日常，作为计量单位在日常 生活中很
8、少出现。生活中很少出现。 拿拿“大大”东西头发比，普通头发就有东西头发比，普通头发就有 6 6万万8 8万纳米粗；万纳米粗； 拿小东西原子比，一纳米也就五个原拿小东西原子比，一纳米也就五个原 排列起来长度排列起来长度排列起来长度排列起来长度 纳米太小了纳米太小了 ，作为计量单位在日常，作为计量单位在日常 生活中很少出现。生活中很少出现。 拿拿“大大”东西头发比，普通头发就有东西头发比，普通头发就有 6 6万万8 8万纳米粗；万纳米粗； 拿小东西原子比，一纳米也就五个原拿小东西原子比，一纳米也就五个原 纳米太小了纳米太小了 ，作为计量单位在日常，作为计量单位在日常 生活中很少出现。生活中很少出现
9、。 拿拿“大大”东西头发比，普通头发就有东西头发比，普通头发就有 6 6万万8 8万纳米粗；万纳米粗； 拿小东西原子比，一纳米也就五个原拿小东西原子比，一纳米也就五个原 排列起来长度排列起来长度排列起来长度排列起来长度子子排列起来排列起来的的长度长度。子。子排列起来排列起来的的长度长度。 如果人的头发有人的大腿粗，那么一如果人的头发有人的大腿粗，那么一 个纳米就相当于人的头发那么细；个纳米就相当于人的头发那么细； 如果一粒芝麻有足球场那么大的话，如果一粒芝麻有足球场那么大的话， 一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此，一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此， 肉眼是根本看不见纳米级的物体的。肉眼是
10、根本看不见纳米级的物体的。 子。 如果人的头发有人的大腿粗，那么一如果人的头发有人的大腿粗，那么一 个纳米就相当于人的头发那么细；个纳米就相当于人的头发那么细； 如果一粒芝麻有足球场那么大的话，如果一粒芝麻有足球场那么大的话， 一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此，一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此， 肉眼是根本看不见纳米级的物体的。肉眼是根本看不见纳米级的物体的。 子排列起来排列起来的的长度长度。子。子排列起来排列起来的的长度长度。 如果人的头发有人的大腿粗，那么一如果人的头发有人的大腿粗，那么一 个纳米就相当于人的头发那么细；个纳米就相当于人的头发那么细； 如果一粒芝麻有足球场那么大的话
11、，如果一粒芝麻有足球场那么大的话， 一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此，一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此， 肉眼是根本看不见纳米级的物体的。肉眼是根本看不见纳米级的物体的。 。 如果人的头发有人的大腿粗，那么一如果人的头发有人的大腿粗，那么一 个纳米就相当于人的头发那么细；个纳米就相当于人的头发那么细； 如果一粒芝麻有足球场那么大的话，如果一粒芝麻有足球场那么大的话， 一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此，一个纳米就相当于一粒芝麻那么小。因此， 肉眼是根本看不见纳米级的物体的。肉眼是根本看不见纳米级的物体的。 从分子到夸克、轻子的结构层次从分子到夸克、轻子的结构层次 层次序列 分 子 原
12、子 原子 核 质子、中 子 夸克、轻子 大小数量 层次序列 分 子 原子 原子 核 质子、中 子 夸克、轻子 大小数量 10- 8 10-1010-1510-1710-19 级（级（M） 8 0-9 10101010 纳米尺度的图片概念 什么是科学？ 科学是关于自然、社会和思维规律的知识体系。 是通过特殊的社会活动而形成的关于自然及其 变化规律的知识体系。 什么是纳米科学？ 纳米科学是关于纳米物质世界的基本知识的认 识和理解，关于纳米物质世界变化规律的掌握 和利用。 2010-10-12 3 什么是技术？ 技术是人类为了满足社会需要，运用科学知识， 改造、保护和利用天然资源，创造适宜人类生 存
13、的人工自然环境的方法、技能和工具、手段 的总和。 技术为了增强人类的主观能动性，以达到改造 自然的目的。 ? ? ? ?纳米技术的定义纳米技术的定义纳米技术的定义纳米技术的定义 目前人类研究的物质世界的目前人类研究的物质世界的 最大尺度：最大尺度： 目前人类研究的物质世界的目前人类研究的物质世界的 最大尺度：最大尺度：101025 25米（ 米（米（米（1010亿光年）亿光年） 最小尺度：最小尺度： 亿光年）亿光年） 最小尺度：最小尺度：1010 1919米 米 纳米纳米 米米 纳米纳米(nm)(nm)：1010 9 9米 米米米 纳米技术纳米技术纳米技术纳米技术：研究结构尺寸在研究结构尺寸在
14、研究结构尺寸在研究结构尺寸在1 1100 nm 100 nm 范围的物质范围的物质范围的物质范围的物质 的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科 交叉的技术。交叉的技术。 的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科 交叉的技术。交叉的技术。 ? ? ? ?当物质小到当物质小到当物质小到当物质小到1010 9 9 1010 7 7米时，由于量子效应和巨 米时，由于量子效应和巨 大的表面和界面效应，性能发生质变，呈现出许大的表面和界面效应，性能发生质变，呈现出许 多既不同于宏观物体、也不同于单个孤立原子的多既不同
15、于宏观物体、也不同于单个孤立原子的 新颖的物理、化学和生物学等特性。新颖的物理、化学和生物学等特性。 米时，由于量子效应和巨米时，由于量子效应和巨 大的表面和界面效应，性能发生质变，呈现出许大的表面和界面效应，性能发生质变，呈现出许 多既不同于宏观物体、也不同于单个孤立原子的多既不同于宏观物体、也不同于单个孤立原子的 新颖的物理、化学和生物学等特性。新颖的物理、化学和生物学等特性。 光电、信息 材料 医学 光电、信息 材料 医学 纳米技术属于哪个学科？纳米技术属于哪个学科？ 科学科学 技术技术 纳米科技 能源 生物 环境 纳米科技 能源 生物 环境 仪器、机械仪器、机械 技术技术 产业产业 纳
16、米的词汇 Nano/nanometer/nanometre nanosized,nanoscale,nanostructured, nanowire,nanoparticle,nanocluster,nanotube nanodot,nanoring,nanoplane,nanomesh ti l nanomaterial nanolaser 纳米科学 nanoscience 纳米技术 nanotechnology 金属铜是良导体，而纳米铜是绝缘体； 硅是半导体，而纳米硅是良导体； 陶瓷是易碎品，而纳米陶瓷材料可在室温下任意弯 曲； 纳米磁材料的磁记录密度是普通磁材料的10倍； 纳米碳管的强度是钢的100倍；纳米铁材料的断裂 应力比一般铁材料高12倍；应力比一般
