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1、1.纳米技术内容 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。 纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。纳米技术是一门交
2、叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术重要涉及：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又互相渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在发明的机器一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种
3、类的分子结构。这种概念的纳米技术尚未取得重大进展。第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的加工来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达成极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达成限度，这是由于，假如把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，尚有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。2.纳米技术的发展史1993年，第
4、一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。 纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术重要涉及：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。灵感来源纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德费曼1959年所作的一次题为在底部尚有很大空间的演讲。这位当时在加州理
5、工大学任教的专家向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。费曼质问道，为什么我们不可以从此外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达成我们的规定？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的也许性。”关键突破1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是对的的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科
6、学家不仅可以操纵单个的原子，并且还可以“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。 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。技术编年史70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，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，科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，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
7、；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；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倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利专家认为，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；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、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，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地；1997年，美国科学
8、家初次成功地用单电子移动单电子，运用这种技术可望在2023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”，它可以称量十亿分之一克的物体，即相称于一个病毒的重量；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发明的纪录；到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达成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
9、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1.16亿美元增长到2023年的4.97亿美元。中国也将纳米科技列为中国的“973计划”，其间涌出了像“安然纳米”等一系列以纳米科技为代表的高科技公司。我国的纳米先锋1993年，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，并居于国际科技前沿； 1996年终，舟山普陀升兴公司与中科院固体物理研究所合作，成功开发了纳米家庭的重要一员-纳米SiO2，使我国成为继美、英、日、法国后，国际上第五个能批量生产此产品的国家； 1997年9月北京大学成立了纳米科技研究中心
10、，目前该中心已取得多项高水平的研究成果，有些方面已达成国际先进水平。其中，由该中心与北京真空物理开放实验室合作完毕的运用STM在有机复合薄膜上进行的超高密度信息存储研究，得到了1.3nm的信息点，比国际最小存储点径小了近一个量级，该成果被两院院士评为1997年中国十大科技进展的第4名。1991年，科学家发现了一种典型的人造纳米材料-碳纳米管，但它的结构具有多层壁、单壁等多种形态。北京大学化学院顾镇南专家领导的研究组用简朴的电弧法大量合成了单壁纳米管，经纯化含量大于90，并按规定化学剪切和修饰成长度为15至20纳米，直径约1.4纳米的短管。电子学系薛增泉专家领导的研究组采用真空加工技术，使单壁碳
11、纳米短管组装牢固竖立在黄金薄膜表面上，并用单壁碳纳米管做出了世界上最细的、性能最佳的扫描探针，获得了精美的热解石墨的原子形貌像；用扫描隧道显微探针测得了单壁短管的导电特性和大气中室温下的量子台阶和动态负阻特性的I-V曲线；运用单壁短管作为场电子显微镜（FEM）的电子发射源，拍摄到过去认为不也许看到的原子像。 1997年12月，青岛化工学院纳米材料研究所崔作林、张志琨专家主持发明的“高熔点纳米金属催化剂的制备方法”荣获国家技术发明奖二等奖，这是迄今我国纳米科技领域获得的最高等级的国家级奖励； 1998年，清华大学范守善小组成功地制备出直径为350纳米、长度达微米量级的氮化镓半导体一维纳米棒，使我
12、国在国际上初次把氮化镓制备成一维纳米晶体； 1998年，美国科学杂志上刊登了我国科学家的论文。我国科学家用非水热合成法，制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金-从四氯化碳制成金刚石；” 1999年，中国科学院物理研究所解思深研究员率领的科研小组，不仅合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管，发明了一项“3毫米的世界之最”，并且合成出世界上最细的碳纳米管； 1999年上半年，北京大学纳米技术研究取得重大突破，电子学系专家薛增泉领导的研究组在世界上初次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。 1999年，中科院金属研究所成会明博士合成出高质量的碳
13、纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。 1999年12月，中国科技促进经济投资公司与安康地区薯蓣产业开发有限公司、旬阳县农业开发有限公司联合兴办的陕西中科（旬阳）精细化工有限责任公司的年产3000吨纳米级超细活性氧化锌生产线在陕西旬阳县建成投产。中科院在江苏顺利进行了300吨中试之后，又移师旬阳，用中科院化工冶金研究所的“八五”成果NPP法新技术、新工艺，建成首期年产3000吨纳米级超细活性氧化锌和副产品4500吨硫酸铵锌的工厂，产品性能、指标达成国外同类先进产品的水平，不仅能生产球型氧化锌，还可制备针状纳米级氧化锌，价格也较外国产品低廉。中科院运用高新技术开发西部资源的这一创
14、新项目，使我国纳米材料的研发水平跻身世界先进行列。2023年1月，华东理工大学技术化学物理研究所在引进的俄罗斯15KW微波等离子体纳米颗粒制备装置上成功地开发了纳米颗粒制备核心技术通过了上海市科委主持的鉴定。微波等离子体化学气相合成是制备纳米粒子的一类重要的方法，俄罗斯在微波等离子体化学气相合成研究方面处在国际领先地位，他们率先建立了国际上功率最高的微波等离子体化学气相合成装备。为了缩短我国与国外的差距，上海市科委和上海市新兴技术和新兴工业办公室联合立项，由华东理工大学技物所承担该套装置的引进任务。通过3年的艰苦努力，华东理工大学的专家们成功地完毕了装置的引进，并消化掌握了该套设备及纳米颗粒制
15、备核心技术，开发了快速冷凝控制粒子生长和凝并技术，制取了涉及Mo、TiN、TiO2和ZrO2在内的多种金属、氮化物和氧化物纳米粒子，并提出纳米颗粒的形态控制方法。通过两年来的正常运营表白，该装置功率大，可适应多种等离子气氛，可用气、液、固形态进料，特别适合于制备纳米金属及非氧化物颗粒。3.纳米材料纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。 这种既具不同于本来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。假如仅仅是尺度达成纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间
16、，经常忽略这个中间领域，而这个领域事实上大量存在于自然界，只是以前没有结识到这个尺度范围的性能。第一个真正结识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去本来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约2030纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比本来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在110
