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1、奇妙的纳米世界,前 言 21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文将简要地概述纳米材料的发展史、纳米在生活中的使用、纳米在各国的现状，尽而使同学们对纳米技术及其应用有一个整体的认识、一个大致了解。,一.纳米技术的发展,第一阶段,第二阶段,第三阶段,第四阶段,第五阶段,第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳米结构物质。这需要使用计算机设计制造技术和现有工厂的设备和超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。,第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段，纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机
2、碳酸钙中制取的有机纳米材料，其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的市场规模在50亿至200亿美元之间。,在第三个阶段，大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要求有高级的计算机设计制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。,纳米计算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场规模将达到2000亿至1万亿美元,在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。,二.纳米材料的特性,力学性质：纳米结构的材料强度与粒径成反比。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使
3、其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。,磁学性质 ：利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 热学性质：纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。,光学性质 ：由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用
4、于红外线感测器材料。 生物医药材料应用 ：纳米粒子比红血细胞（69nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗， 疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、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输运更加方便。,三.纳米材料的应用,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.,陶瓷领域,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
5、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。,红外反射材料,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，因此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
6、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。 某些几十纳米厚的固体薄膜的吸收效果与比它厚1000倍的现有吸波材料相同，美国研制的纳米隐身涂料超黑粉对雷达波的吸收率达99%。,隐身材料,目前国内外研究的纳米雷达波吸收剂有几种类型，其中主要的一种类型是用纳米氧化物吸收剂，包括Fe3O4、ZnO、NiO、MoO2等单一氧化物和LaFeO3等复合氧化物纳米微粉，它们不仅吸波性能优异，而且还建有抑制红外辐射等数种功能。另外Al2O3、Fe2O3、SiO2和TiO
7、2的复合粉体与高分子纤维结合对中红外波段有很强的吸收性能 。,第一代隐身飞机F-117,美国B2隐形轰炸机,在血管中运动的纳米机器人，它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物,纳米医学的应用,检查体内疾病,重庆科研人员开发的“OMOM胶囊内镜系统” 估计三年内可以上市。 该医生长得像一颗胶囊，把它吞进肚里，消化道内的情景就可以像放电影 一样在电脑屏幕上一 目了然,纳米在机械工业的应用,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。,纳米齿轮,纳米技术在各国发展情况,纳米技术在美国 2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿
8、美元, 200万个就业机会 能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料 本世纪前10年几个关键领域之一 制定了“国家纳米技术倡议”(NNI): 军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料 美国总统布什2003.12.3日签署了21世纪纳米技术研究开发法案，批准联邦政府在从2005财政年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳米技术的研究开发,纳米技术在各国发展情况,纳米技术在日本 1962年, 久保(Kubo): 久保理论(量子尺寸效应) 国会: 21世纪前20年的立国之本 著名大企业: 纳米实用化技术的计划 三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线 自洁净玻璃、光催化净化水或空气,纳米技术在
9、各国发展情况,纳米技术在中国的发展 清华大学:氮化镓纳米棒 中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金” 中科院化冶所 “七五攻关”: 纳米碳化硅 “八五863”: 纳米阻燃剂 中科院化学所 纳米领带 超双疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 纳米聚丙烯管材 高强度、抑菌功能,纳米技术在各国发展情况,纳米技术在其它国家 韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术 印度：像抓软件产业那样抓纳米科技 德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展 法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金 世界都在迎接纳米时代的到来,总 结,通过上边的学习，相信同学们定会对世界纳米技术的发展及其应用有一个整体的了解。 在此，感谢老师和同学的聆听，望批评指教。 谢 谢,
