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1、第二节第二节 新材料的研究与开发新材料的研究与开发 1.1.1.信息功能材料信息功能材料信息功能材料信息功能材料半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料光电子材料光电子材料光电子材料光电子材料2.2.2.能源功能材料能源功能材料能源功能材料能源功能材料超导材料超导材料超导材料超导材料磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料贮能材料贮能材料贮能材料贮能材料燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池3.3.3.纳米材料科学技纳米材料科学技纳米材料科学技纳米材料科学技术术术术本节教学目的和要求本节教学目的和要求1.了解信息材料、能源功能材料和了解信息材料、能源功能材料和纳米材料技术的开发过程。纳米材料技术的开发过程。
2、2.重点把握超导材料和纳米材料的重点把握超导材料和纳米材料的产生及其在人类技术史上的重大产生及其在人类技术史上的重大意义。意义。一、信息时代的信息功能材料仍一、信息时代的信息功能材料仍 是最活跃的领域是最活跃的领域信息功能材料信息功能材料是指信息获取、传输、转换、是指信息获取、传输、转换、存储、存储、显示或控制所需材料。显示或控制所需材料。半导体材料半导体材料(1)(1)以硅为基础的微电子技术仍将占十分重要位置。以硅为基础的微电子技术仍将占十分重要位置。以硅为基础的微电子技术仍将占十分重要位置。以硅为基础的微电子技术仍将占十分重要位置。芯片特征尺寸以每三年缩小芯片特征尺寸以每三年缩小芯片特征尺
3、寸以每三年缩小芯片特征尺寸以每三年缩小 计计计计, ,到到到到20102010年可能到极年可能到极年可能到极年可能到极限限限限(0.07m)(0.07m)（量子效应、磁场及热效应、制作困量子效应、磁场及热效应、制作困量子效应、磁场及热效应、制作困量子效应、磁场及热效应、制作困难、投资大）。难、投资大）。难、投资大）。难、投资大）。 但不同档次的硅芯片在但不同档次的硅芯片在但不同档次的硅芯片在但不同档次的硅芯片在2121世纪仍大量存在，并将有世纪仍大量存在，并将有世纪仍大量存在，并将有世纪仍大量存在，并将有所发展。所发展。所发展。所发展。*在绝缘衬底上的硅（在绝缘衬底上的硅（在绝缘衬底上的硅（在
4、绝缘衬底上的硅（SOISOI，SiOnSiOnInsulator):Insulator):功功功功能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。SOISOI器件用于便携式通信系统，既耐高温又抗辐器件用于便携式通信系统，既耐高温又抗辐器件用于便携式通信系统，既耐高温又抗辐器件用于便携式通信系统，既耐高温又抗辐照。照。照。照。*集成系统（集成系统（集成系统（集成系统（ISIS，IntegratedSystem)IntegratedSystem)：在单个芯在单个芯在单个芯
5、在单个芯片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到器件设计于一个芯片器件设计于一个芯片器件设计于一个芯片器件设计于一个芯片 (SystemonaChip)(SystemonaChip)。*集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高
6、可靠、长速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延技术（技术（技术（技术（VPEVPE，LPELPE，MOCVDMOCVD及及及及 MBEMBE）的发展，的发展，的发展，的发展，同时对硅单晶的要求也愈来愈高。表同时对硅单晶的要求也愈来愈高。表同时对硅单晶的要求也愈来愈高。表同时对硅单晶的要求也愈来愈高。表1 1为集成电路为集成电路为集成电路为集成电路的发展对材料质量的要求。的发展对材料质量的要求。的发展对材料质量的要求。的发展对
7、材料质量的要求。表表1 1 集成电路发展对材料质量的要求集成电路发展对材料质量的要求首批产品出现年代首批产品出现年代首批产品出现年代首批产品出现年代19991999200220022005200520082008工艺水平（工艺水平（工艺水平（工艺水平（ m)m)0.180.180.130.130.100.100.070.07DRAMDRAM256M256M1G1G4G4G16G16G硅片直径硅片直径硅片直径硅片直径 (mm)(mm)200200300300300300450450表面关键杂质表面关键杂质表面关键杂质表面关键杂质 (At/cm2)(109)(At/cm2)(109) 1313 7
8、.57.5 5 5 2.52.5局部平坦度（局部平坦度（局部平坦度（局部平坦度（nm)nm) 180180 130130 100100 100100光散射缺陷光散射缺陷光散射缺陷光散射缺陷( (个个个个/ /cm2)cm2) 0.290.29 0.140.14 0.060.06 0.030.03(2)第二代半导体材料是第二代半导体材料是-族化合物族化合物 GaAs电子迁移率是电子迁移率是Si的的6倍（高速），倍（高速），禁带宽（高温）广泛用于高速、高频、大禁带宽（高温）广泛用于高速、高频、大功率、低噪音、耐高温、抗辐射器件。功率、低噪音、耐高温、抗辐射器件。GaAs用于集成电路其处理容量大用于
9、集成电路其处理容量大100倍，倍，能力强能力强10倍，抗辐射能力强倍，抗辐射能力强2个量级，是携个量级，是携带电话的主要材料。带电话的主要材料。InP的性能比的性能比GaAs性能更优越，用于光纤通讯、微波、毫米性能更优越，用于光纤通讯、微波、毫米波器件。波器件。（3）第三代半导体材料是禁带更宽的）第三代半导体材料是禁带更宽的SiC、GaN及金刚石。及金刚石。（4）下一代集成电路的探索）下一代集成电路的探索光集成光集成原子操纵原子操纵光电子材料光电子材料2121世纪光电子材料将得到更大发展世纪光电子材料将得到更大发展世纪光电子材料将得到更大发展世纪光电子材料将得到更大发展电子质量：电子质量：电子
10、质量：电子质量：10-31Kg/10-31Kg/电子电子电子电子电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高速传输（容量大、损耗低、高速、不受电磁速传输（容量大、损耗低、高速、不受电磁速传输（容量大、损耗低、高速、不受电磁速传输（容量大、损耗低、高速、不受电磁干扰、省材料）干扰、省材料）干扰、省材料）干扰、省材料）光电子材料包括：光电子材料包括：（1 1） 激光材料（激光材料（激光材料（激光材料（2020世纪世纪世纪世纪6060年代初）年代初）年代初）年代初）激光：高亮度、单色、高方向性
11、激光：高亮度、单色、高方向性激光：高亮度、单色、高方向性激光：高亮度、单色、高方向性红宝石（红宝石（红宝石（红宝石（Cr+:Al2O3Cr+:Al2O3（2 2） 非线性光学晶体（变频晶体）非线性光学晶体（变频晶体）非线性光学晶体（变频晶体）非线性光学晶体（变频晶体）KDPKDP（磷酸二氢钾）、磷酸二氢钾）、磷酸二氢钾）、磷酸二氢钾）、KTPKTP（磷酸钛氢磷酸钛氢磷酸钛氢磷酸钛氢钾）钾）钾）钾） LBOLBO（三硼酸锂）三硼酸锂）三硼酸锂）三硼酸锂）（3 3）红外探测材料（军用为主）红外探测材料（军用为主）红外探测材料（军用为主）红外探测材料（军用为主）HgCdTeHgCdTe、 InSbI
12、nSb、 CdZnTeCdZnTe、 CdTeCdTe（4 4）半导体光电子材料，见表半导体光电子材料，见表半导体光电子材料，见表半导体光电子材料，见表2 2表表表表22主要化合物半导体及其用途主要化合物半导体及其用途主要化合物半导体及其用途主要化合物半导体及其用途领域领域材材 料料器器 件件用用 途途微电子微电子GaAs、InP 超高速 IC电脑电脑GaAs FET携带电话携带电话光电子光电子GaAs InP Sb InAs LD光光通讯通讯GaAs 红外 LED遥控耦合器遥控耦合器GaP、GaAs、GaAsP、GaAlAs、InGaAlP LEP出外显示器出外显示器CdTe、CdZnTe、
13、HgCdTe热成像仪热成像仪InSb、CdTe、HgCdTe、PbS、PbZnTe红外红外探测器探测器GaAs、InP、GaSb太阳能电池太阳能电池（5 5）显示材料）显示材料 发光二级管（发光二级管（LEDLED）如表如表 3 3发发 光光 尺尺衬衬 底底发光颜色发光颜色波长（波长（nm)nm) Ga0.65Al0.35As GaAs红红 660 GaAs0.35P0.65(N) GaP红红 650 GaAs0.1P0.9(N) GaP橙橙 610 GaAs0.1P0.9(N) GaP黄黄 583 GaP Gap绿绿 555 GaN-Al2O3蓝蓝 490 SiC SiC蓝蓝480(全包显示
14、屏)液晶显示液晶显示(LCD)(LCD)材料材料(1968(1968年发明年发明) )为为2121世纪上半叶主要显示材料世纪上半叶主要显示材料表表3 LED 3 LED 发光材料及可见光区发光材料及可见光区表表4 4 光纤发展阶段及所需材料光纤发展阶段及所需材料发展阶段发展阶段波长波长( m) 模模数数衰衰耗耗(dB/km)中继距离中继距离(Km)第一阶段第一阶段 0.85 多多模模 1.5 10第二阶段第二阶段 1.30 单单模模 0.8 60第三阶段第三阶段 1.55 单单模模 0.16 500第四阶段第四阶段 2-5 310-4 2500(6)(6)光纤与光缆材料光纤与光缆材料( (网络
15、网络)()(表表4)4) 一条光纤带宽所容纳信息量相当于全世界无线一条光纤带宽所容纳信息量相当于全世界无线电带宽的电带宽的10001000倍倍. (25 T bps . (25 T bps vsvs 25 G bps ) 25 G bps )光纤材料光纤材料: : 石英玻璃：石英玻璃：石英玻璃：石英玻璃： SiO2SiO2、SiO2-GeO2SiO2-GeO2、 SiO2-B2O3-FSiO2-B2O3-F 多组分玻璃：多组分玻璃：多组分玻璃：多组分玻璃：SiO2-GaO-Na2OSiO2-GaO-Na2O、 SiO2-B2O3SiO2-B2O3Na2ONa2O 红外玻璃：红外玻璃：红外玻璃：
16、红外玻璃： 重金属氧化物、卤化物重金属氧化物、卤化物重金属氧化物、卤化物重金属氧化物、卤化物 掺稀土元素玻璃：掺稀土元素玻璃：掺稀土元素玻璃：掺稀土元素玻璃： ErEr、NdNd、多模只适于小容量近距离（多模只适于小容量近距离（多模只适于小容量近距离（多模只适于小容量近距离（40Km,100Mbps)40Km,100Mbps)单模可传输调制后的信号单模可传输调制后的信号单模可传输调制后的信号单模可传输调制后的信号 40Gbps40Gbps到到到到200Km200Km， 而不需放大。而不需放大。而不需放大。而不需放大。（7 7）记录材料）记录材料 2121世纪将是以信息存储为核心的计算机时代，在
17、军事世纪将是以信息存储为核心的计算机时代，在军事方面，如何快速准确地获取记录、存储、交换与发送信方面，如何快速准确地获取记录、存储、交换与发送信息是制胜的关键。息是制胜的关键。 磁记录在磁记录在2121世纪初仍有很强的生命力，通过垂直磁世纪初仍有很强的生命力，通过垂直磁记录技术和纳米单磁畴技术，再加先进磁头（如巨磁电记录技术和纳米单磁畴技术，再加先进磁头（如巨磁电阻）（阻）（GMRGMR）的采用，有可能使每平方英寸的密度达的采用，有可能使每平方英寸的密度达100GB100GB，所用介质为氧化物磁粉（所用介质为氧化物磁粉（-Fe2O3-Fe2O3及加及加 Co - Co - -Fe2O3 -Fe
18、2O3、CrO2)CrO2)，金属磁粉或钡铁氧体粉。金属磁粉或钡铁氧体粉。 磁光记录：与磁记录不同之处在于记录传感元件是磁光记录：与磁记录不同之处在于记录传感元件是光头而不是磁头。磁光盘的介质主要是稀土光头而不是磁头。磁光盘的介质主要是稀土- -过渡族金属，过渡族金属，如如TbFeCoTbFeCo、GdTbFeGdTbFe、NdFeCoNdFeCo，最新的是最新的是PbPb/Co/Co多层调制膜多层调制膜或或BiBi石榴石薄膜。磁光盘的特点在于可重写，可交换介石榴石薄膜。磁光盘的特点在于可重写，可交换介质。质。（8 8）敏感材料）敏感材料 1.1. 计算机的控制灵敏度与精确度有赖于敏感计算机的
19、控制灵敏度与精确度有赖于敏感 材料的灵敏度与稳定性。材料的灵敏度与稳定性。 2. 2. 敏感材料种类繁多，涉及半导体材料、功敏感材料种类繁多，涉及半导体材料、功 能陶瓷、高分子、生物酶与核酸链（能陶瓷、高分子、生物酶与核酸链（DNADNA） 等。限于篇幅不一一列举。等。限于篇幅不一一列举。二、能源功能材料二、能源功能材料超导材料超导材料1.低温（液氦温度）超导已产业化，价格问题低温（液氦温度）超导已产业化，价格问题2.高温（液氮温度）超导已发现高温（液氮温度）超导已发现30多种多种3.YBaCuO，Je105A/cm2（薄膜薄膜,块体）块体）4.(Bi,Pb)SrCaCuO(B12223/Ag
20、)带丝线材生带丝线材生产稳定，产稳定，5.质量均一性未能解决，质量均一性未能解决，6.2010年可望产业化年可望产业化7.探索高温超导，及高温超导机理问题探索高温超导，及高温超导机理问题8.趋导失超后的安全问题趋导失超后的安全问题磁磁性性材材料料 1. 硅钢片是最重量要的软磁材料（全世界硅钢片是最重量要的软磁材料（全世界650万吨）万吨）2.铁基非晶态合金有明显优越性（表铁基非晶态合金有明显优越性（表5）特别用于：电焊机，节能，体积小（特别用于：电焊机，节能，体积小（1/10）作为结构材料：耐磨（作磁头），耐蚀（代不锈钢）作为结构材料：耐磨（作磁头），耐蚀（代不锈钢） 这些都属软磁材料，用于变
21、压器，电动机在仪表工业中用这些都属软磁材料，用于变压器，电动机在仪表工业中用量更大的是软磁铁氧体，虽然已很成熟但向高磁感强（量更大的是软磁铁氧体，虽然已很成熟但向高磁感强（Bs），），高磁导率（高磁导率（ ）低损耗方向发展，仍有广阔发展前景。）低损耗方向发展，仍有广阔发展前景。硬硬磁磁材材料料发发展展很很快快，20世世纪纪40年年代代AlNiCo，50年年代代铁铁氧氧体体，65年年ReCO5,72年年R2CO17，83年年NdFeB,磁磁能能积积提提高高了了几几十十倍倍，从从性性能能价价格格比比来来看看，（表表6）铁铁氧氧体体永永磁磁远远比比其其它它磁磁性性材材料料更更具有竞争能力；具有竞争能
22、力；NdFeB则则单单位位体体积积的的性性能能比比铁铁氧氧体体高高出出10倍倍而而得得到到更更快快的的发发展展，目目前前世世界界产产量量近近万万吨吨，中中国占了一半左右，但性能有待进一步提高。国占了一半左右，但性能有待进一步提高。下下一一代代永永磁磁发发展展目目标标是是纳纳米米技技术术的的应应用用与与新新材材料的探索，如：料的探索，如：SmFeN等。等。过过去去每每10年年提提高高40kJ/m3，2010年年达达可可到到600800kJ/m3。表表6 6永磁体价格永磁体价格 / / 性能比（性能比（19951995）* * NdFeBNdFeB最大磁能积最大磁能积512KJ/m512KJ/m3
23、 3（理论值）理论值）贮能材料（贮氢与高能电池）贮能材料（贮氢与高能电池） 电电网网调调峰峰与与环环保保的的需需要要，信信息息电电子子工工业业所所必须，与太阳能配套。必须，与太阳能配套。太阳能发电太阳能发电电解水氢贮氢电解水氢贮氢电蓄电池电蓄电池也是机械能动力源也是机械能动力源 贮氢材料：金属间化物贮氢基本成熟（表贮氢材料：金属间化物贮氢基本成熟（表7）但）但用于汽车燃料存在比重大，易中毒和价格问题。用于汽车燃料存在比重大，易中毒和价格问题。表表7几种金属间化物贮氢材料几种金属间化物贮氢材料纳米碳管是最近发现的贮氢材料，正在研究开发中。纳米碳管是最近发现的贮氢材料，正在研究开发中。 表表8为几
24、种典型电池反应机理与特性，当前为几种典型电池反应机理与特性，当前最有发展前景的是最有发展前景的是NiMH电池，但从比能量密度，电池，但从比能量密度，锂电池最好，而价格是前者锂电池最好，而价格是前者3.5倍，其中塑料锂倍，其中塑料锂电池具有重量轻，形状可任意改变，安全性更好电池具有重量轻，形状可任意改变，安全性更好的特点，可能是的特点，可能是21世纪开发的重点。世纪开发的重点。NiMH电池汽油混合汽车已实用化，低速电池汽油混合汽车已实用化，低速与起动用电池，而高速时自动跳到汽油并充电，与起动用电池，而高速时自动跳到汽油并充电，如比可节油（如比可节油（1/2），排放减至），排放减至1/10，CO2
25、（1/2）。）。表表8 8几种典型电池反应机理和特性几种典型电池反应机理和特性 燃料电池是将化学能转变为电能的一种燃料电池是将化学能转变为电能的一种装置，效率高、污染小，是装置，效率高、污染小，是21世纪重点发展的一世纪重点发展的一种技术。种技术。目前正在开发的燃料电池，如表目前正在开发的燃料电池，如表9： 表表9 9正在开发的燃料电池类型正在开发的燃料电池类型燃料电池燃料电池 以以以以氢氢氢氢氧氧氧氧燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池为为为为例例例例其其其其理理理理论论论论比比比比容容容容量量量量为为为为29752975A.h/kgA.h/kg，比比比比能能能能量量量量为为为为36603660
26、w.h/kgw.h/kg，远远远远高高高高于于于于蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池、燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池的的的的发发发发展展展展，有有有有电电电电极极极极 材材材材料料料料问问问问题题题题。据据据据报报报报导导导导，BenzBenz厂用甲醇厂用甲醇厂用甲醇厂用甲醇 作燃料电池的燃料已用于汽车。作燃料电池的燃料已用于汽车。作燃料电池的燃料已用于汽车。作燃料电池的燃料已用于汽车。 最最最最近近近近美美美美国国国国NASANASA正正正正在在在在开开开开展展展展一一一一种种种种试试试试验验验验，即即即即太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池与与与与氢氢氢氢氧氧氧氧燃燃燃燃料料料料电电电电池池池
27、池联联联联合合合合开开开开动动动动的的的的小小小小飞飞飞飞机机机机，白白白白天天天天太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池工工工工作作作作，用用用用剩剩剩剩余余余余电电电电来来来来电电电电解解解解水水水水、晚晚晚晚上上上上H2OH2O燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池工工工工作作作作，目目目目前前前前载载载载人人人人还还还还不不不不现现现现实实实实，计计计计划划划划在在在在20032003年实现用于通信。年实现用于通信。年实现用于通信。年实现用于通信。（三）纳米材料科学技术将成（三）纳米材料科学技术将成 为为2121世纪最活跃领域世纪最活跃领域 关于纳米的基本概念关于纳米的基本概念纳米是英文纳
28、米是英文nanometre的音译的音译.纳米源自拉丁语纳米源自拉丁语“NANO”,意为意为“矮小矮小”.纳米是一种物理度量定位纳米是一种物理度量定位,是一长度单位是一长度单位.1纳米纳米(1nm)=10-9m.纳米科技的提出纳米科技的提出1.宏观领域：以人的肉眼可见的物体为最小物体为宏观领域：以人的肉眼可见的物体为最小物体为下限，上至无限大的宇宙天体。人类能够研究的下限，上至无限大的宇宙天体。人类能够研究的物质世界的最大尺度为：物质世界的最大尺度为：1025m（1010LY）。）。2.微观领域：微观领域：以分子、原子（约以分子、原子（约0.1nm）为最大起为最大起点，下至无限小的领域（如电子、
29、原子核）的运点，下至无限小的领域（如电子、原子核）的运动，人类所研究的最小尺度为：动，人类所研究的最小尺度为：1019m。 人类对客观世界的认识己经发展了两个领域，人类对客观世界的认识己经发展了两个领域，即宏观和微观领域。即宏观和微观领域。3.在宏观领域和微观领域的研究中出现的三次工业革在宏观领域和微观领域的研究中出现的三次工业革命：命：（1）在宏观领域中，人类研究了天体宇宙的运动规律，建立了伽利略牛）在宏观领域中，人类研究了天体宇宙的运动规律，建立了伽利略牛顿的经典物理学理论体系，奠定了机械学基本原理，蒸汽机的出现顿的经典物理学理论体系，奠定了机械学基本原理，蒸汽机的出现(1769)，以蒸汽
30、动力代替人力以蒸汽动力代替人力,宣告了第一次工业革命。随着蒸汽机的宣告了第一次工业革命。随着蒸汽机的发明和不断完善，蒸汽机作为一种动力机不但在纺织、采矿业中得到广发明和不断完善，蒸汽机作为一种动力机不但在纺织、采矿业中得到广泛的应用，而且还被推广应用到交通运输、冶金、机械、化工等一系列泛的应用，而且还被推广应用到交通运输、冶金、机械、化工等一系列工业部门，使社会生产力以前所未有的高速度发展工业部门，使社会生产力以前所未有的高速度发展.（2）世纪世纪0年代，年代，(1831)法拉弟总结出电磁感应定律，随后建立了法拉弟总结出电磁感应定律，随后建立了电力工业系统，带来了工业电气化，出现了电报、电话、
31、电视和无线电电力工业系统，带来了工业电气化，出现了电报、电话、电视和无线电通讯技术，导致了第二次工业革命。通讯技术，导致了第二次工业革命。（3）继蒸汽机时代和电力时代之后，）继蒸汽机时代和电力时代之后，20世纪中叶，随着半导体、晶体管和世纪中叶，随着半导体、晶体管和集成电路的发明，人类迈向了微电子信息时代，出现了第一台电子计算集成电路的发明，人类迈向了微电子信息时代，出现了第一台电子计算机（机（1945年，底花费了年，底花费了48万美元，使用了万美元，使用了1.8万个电子管）。引发了第万个电子管）。引发了第三次工业革命。三次工业革命。4.介观领域的重视介观领域的重视介观领域的重视介观领域的重视
32、然而然而,在宏观领域和微观领域之间存在着近年来才引起重视在宏观领域和微观领域之间存在着近年来才引起重视的介观领域的介观领域,在这个不同于宏观和微观的领域在这个不同于宏观和微观的领域,由于三维尺寸由于三维尺寸很细小。出现了许多奇异的性能，不能用我们现有的常识来很细小。出现了许多奇异的性能，不能用我们现有的常识来描述这个领域的规律。描述这个领域的规律。摩尔定律摩尔定律1965年，美国年轻科学家年，美国年轻科学家GordonMoore预言：预言：工程师们将以极快的增长速度把大量的电子元件塞进小小的工程师们将以极快的增长速度把大量的电子元件塞进小小的芯片之中，新技术新工艺将不断提高芯片的集成度和运行速
33、芯片之中，新技术新工艺将不断提高芯片的集成度和运行速度，大约每隔度，大约每隔18个月，芯片的集成度将翻一番，微处理器的个月，芯片的集成度将翻一番，微处理器的速度将提高一倍。速度将提高一倍。 美美国国半半导导体体协协会会予予计计：到到2010年年，半半导导体体器器件件的的尺尺寸寸将将达达到到0.1 m（100nm）极极限限，由由于于量量子子效效应应,小小于于这这一一尺尺寸寸的的所所有有芯芯片片就就不不再再保保持持原原有有的的性性能能,需需要要按按新新的的原原理理来来设设计计，要要突突破破这这一一极极限限，我我们们就就得得研研究究纳米尺度中的理论问题和技术问题。纳米尺度中的理论问题和技术问题。 生
34、命科技和生物技术也面临纳米科技影响下的变革生命科技和生物技术也面临纳米科技影响下的变革,可制造分子机器人在人体血液中循环可制造分子机器人在人体血液中循环,对身体各部位检对身体各部位检测、诊断测、诊断,并实施特殊治疗。并实施特殊治疗。纳米科技不仅对信息和生物技术产生革命性的影响纳米科技不仅对信息和生物技术产生革命性的影响,而且也促使传统产业技术的升级和旧貌换新颜而且也促使传统产业技术的升级和旧貌换新颜,例如在例如在化纤和纺织品中加入纳米化纤和纺织品中加入纳米TiO2、SiO2、Al2O3颗粒颗粒,可可以起到除味、杀菌、防静电和保暖作用。以起到除味、杀菌、防静电和保暖作用。 三三. . 纳米科技的
35、研究内容纳米科技的研究内容 纳米材料学纳米生物学纳米材料纳米加工技术纳米科技纳米化学纳米机械学纳米加工学与传统学科结合 纳米科技研究由尺寸在纳米科技研究由尺寸在1100nm之间的物之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。实际应用中的技术问题的科学技术。纳米材料：指在三维空间中至少有一维纳米材料：指在三维空间中至少有一维纳米材料：指在三维空间中至少有一维纳米材料：指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单处于纳米尺度范围或由它们作为基本单处于纳米尺度范围或由它们作为基本单处于纳米尺度范围或由它们作
36、为基本单元构成的材料。元构成的材料。元构成的材料。元构成的材料。纳米颗粒(0维)纳米丝、纳米棒、纳米管(1维).纳米基本单元纳米薄膜、纳米多层膜(2维).纳米颗粒型材料纳米固体材料纳米材料纳米膜材料纳米磁性液体材料纳米科技的重要意义 (1)(1)纳米科技将促使人类认知的革命纳米科技将促使人类认知的革命纳米科技将促使人类认知的革命纳米科技将促使人类认知的革命首首首首先先先先、纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技的的的的科科科科学学学学意意意意义义义义体体体体现现现现在在在在：纳纳纳纳术术术术尺尺尺尺度度度度下下下下的的的的物物物物质质质质世世世世界界界界及及及及其其其其持持持持性性性性、是是是是人人
37、人人类类类类较较较较为为为为陌陌陌陌生生生生的的的的领领领领域域域域，它它它它正正正正好好好好处处处处于于于于以以以以人人人人类类类类活活活活动动动动空空空空间间间间为为为为代代代代表表表表的的的的宏宏宏宏观观观观和和和和以以以以原原原原子子子子及及及及其其其其以以以以下下下下尺尺尺尺度度度度为为为为代代代代表表表表的的的的微微微微观观观观世世世世界界界界的的的的中中中中间间间间地地地地带带带带，也也也也是是是是勿勿勿勿理理理理学学学学、化化化化学学学学、材材材材料料料料科科科科学学学学、信信信信息息息息相相相相 学学学学以以以以及及及及生生生生命命命命科科科科学学学学发发发发展展展展的的的的
38、新新新新疆疆疆疆土土土土。在在在在己己己己经经经经建建建建立立立立了了了了宏宏宏宏观观观观及及及及微微微微观观观观的的的的理论之后，理论之后，理论之后，理论之后， 在纳术尺度上有许多新现象、新规律有待发现。在纳术尺度上有许多新现象、新规律有待发现。在纳术尺度上有许多新现象、新规律有待发现。在纳术尺度上有许多新现象、新规律有待发现。 （2)2)其其其其次次次次， 由由由由于于于于纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技是是是是对对对对人人人人类类类类认认认认知知知知领领领领域域域域新新新新疆疆疆疆域域域域的的的的开开开开拓拓拓拓、人人人人类类类类将将将将面面面面临临临临对对对对新新新新理理理理论论论论和
39、和和和新新新新发发发发现现现现重重重重新新新新学学学学习习习习和和和和理理理理解解解解的的的的任任任任务务务务。对对对对这这这这以以以以领领领领域域域域探探探探索索索索过过过过程程程程中中中中形形形形成成成成的的的的理理理理论论论论和和和和概概概概念念念念在在在在我我我我们们们们的的的的生生生生产产产产生生生生活活活活个个个个得得得得以以以以广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用用用用，那那那那么么么么、人人人人类类类类守守守守建建建建立立立立起起起起迥迥迥迥异异异异于于于于我我我我们们们们内内内内眼眼眼眼所所所所能能能能观观观观察察察察到到到到的的的的物物物物质质质质世世世世界界界界的的的的新新
40、新新观观观观念念念念它它它它将将将将极极极极大大大大地地地地丰丰丰丰富富富富我我我我们们们们的的的的认认认认知知知知世界并给人类社会带来观念上的变革。世界并给人类社会带来观念上的变革。世界并给人类社会带来观念上的变革。世界并给人类社会带来观念上的变革。 (3)(3)第第第第三三三三，从从从从人人人人类类类类未未未未来来来来发发发发展展展展的的的的角角角角度度度度看看看看， 可可可可持持持持续续续续发发发发展展展展将将将将是是是是人人人人类类类类社社社社会会会会进进进进步步步步的的的的惟惟惟惟一一一一选选选选择择择择。纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技一一一一旦旦旦旦成成成成熟熟熟熟，将将将将从从
41、从从根根根根在在在在上上上上改改改改变变变变现现现现有有有有的的的的生生生生产产产产方方方方式式式式，可可可可能能能能取取取取代代代代许许许许多多多多现现现现存存存存的的的的大大大大规规规规模模模模工工工工业业业业! !模模模模式式式式。纳纳纳纳米米米米水水水水平平平平上上上上的的的的直直直直接接接接生生生生产产产产、推推推推动动动动产产产产品品品品的的的的微微微微型型型型化化化化、高高高高性性性性能能能能化化化化和和和和与与与与环环环环境境境境友友友友好好好好化化化化，这这这这将将将将在在在在新新新新的的的的层层层层次次次次上上上上为为为为可可可可持持持持续续续续发发发发展展展展的的的的理理
42、理理论论论论变变变变为为为为现现现现实提供物质和技术保证。实提供物质和技术保证。实提供物质和技术保证。实提供物质和技术保证。纳米科技大事记纳米科技大事记：1 1. .19591959年年年年， 著著著著名名名名理理理理论论论论物物物物理理理理学学学学家家家家， NobelNobelprizeprize获获获获得得得得者者者者 RichardRichardP.P.FeynmanFeynman在在在在题题题题为为为为ThereThereIsIsplentyplentyofofroomroomatatbottombottom的的的的演演演演讲讲讲讲中中中中，提提提提出出出出：毫毫毫毫无无无无疑疑疑疑
43、问问问问，当当当当我我我我们们们们对对对对细细细细微微微微尺尺尺尺度度度度的的的的事事事事物物物物加加加加以以以以操操操操纵纵纵纵的的的的话话话话，将将将将大大大大大大大大扩扩扩扩充充充充我我我我们们们们可可可可以以以以获获获获得得得得物物物物性性性性的的的的空空空空间间间间。就就就就会会会会看看看看到到到到材材材材料料料料的的的的性性性性能能能能产产产产生生生生丰丰丰丰富富富富的的的的变变变变化化化化。这这这这是是是是纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技的的的的最最最最早早早早梦梦梦梦想。想。想。想。2.19622.1962年，久保（年，久保（年，久保（年，久保（Kubo)Kubo)等人提出了超
44、微粒子的量子限制理论，等人提出了超微粒子的量子限制理论，等人提出了超微粒子的量子限制理论，等人提出了超微粒子的量子限制理论，推动了向纳米尺度的微粒进行研究。推动了向纳米尺度的微粒进行研究。推动了向纳米尺度的微粒进行研究。推动了向纳米尺度的微粒进行研究。3.703.70年代后期，美国麻省理工学院德雷克斯勒提倡开展纳米科年代后期，美国麻省理工学院德雷克斯勒提倡开展纳米科年代后期，美国麻省理工学院德雷克斯勒提倡开展纳米科年代后期，美国麻省理工学院德雷克斯勒提倡开展纳米科技研究。技研究。技研究。技研究。4.4.19198181年年年年，美美美美国国国国IBMIBM公公公公司司司司苏苏苏苏黎黎黎黎世世世
45、世实实实实验验验验室室室室BiningBining 和和和和RohrerRohrer教教教教授授授授发发发发明明明明了了了了扫扫扫扫描描描描遂遂遂遂道道道道显显显显微微微微镜镜镜镜（ScanningScanningTunnellingTunnelling MicroscopeMicroscope）（STMSTM）用用用用于于于于观观观观察察察察和和和和操操操操纵纵纵纵原原原原子子子子，是是是是目目目目前前前前为为为为止止止止进进进进行行行行表表表表面面面面分分分分析析析析的的的的最最最最精精精精密密密密仪仪仪仪器器器器，分分分分辨辨辨辨率率率率0.10.1nmnm（横横横横向向向向） 0.01
46、0.01nmnm（纵纵纵纵向向向向）（19861986年年年年获获获获NobelNobelPrizePrize），对对对对一一一一些些些些纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒的的的的结结结结构构构构、形形形形态态态态和和和和特特特特性性性性进进进进行行行行了了了了比比比比较较较较系系系系统统统统的的的的研研研研究究究究，并并并并在在在在用用用用量量量量子子子子尺尺尺尺寸效应解释其某些特性时获得成功。寸效应解释其某些特性时获得成功。寸效应解释其某些特性时获得成功。寸效应解释其某些特性时获得成功。年年年年美美美美国国国国国国国国际际际际商商商商用用用用机机机机器器器器公公公公司司司司在在在在镍镍镍镍表
47、表表表面面面面用用用用个个个个氙氙氙氙原原原原子子子子排排排排出出出出“ “” ”之之之之后后后后，中中中中国国国国科科科科学学学学院院院院北北北北京京京京真真真真空空空空物物物物理理理理实实实实验验验验室室室室自自自自如如如如地地地地操操操操纵纵纵纵原原原原子子子子成成成成功功功功写写写写出出出出“ “中中中中国国国国” ”二二二二字字字字，标标标标志志志志着着着着我我我我国国国国开开开开始始始始开开开开始始始始在在在在国国国国际际际际纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技领域占有一席之地领域占有一席之地领域占有一席之地领域占有一席之地扫描遂道显微镜（扫描遂道显微镜（扫描遂道显微镜（扫描遂道显微镜
48、（ScanningScanningTunnellingTunnelling MicroscopeMicroscope）（）（）（）（STMSTM）工作原理工作原理工作原理工作原理I It tI It tx xI It tH Hx x恒高度模式恒高度模式恒电流模式恒电流模式IBMIBM公司用扫描遂道显微镜操纵公司用扫描遂道显微镜操纵公司用扫描遂道显微镜操纵公司用扫描遂道显微镜操纵XeXe写的写的写的写的IBMIBM字样字样字样字样日本用扫描遂道显微镜操纵日本用扫描遂道显微镜操纵日本用扫描遂道显微镜操纵日本用扫描遂道显微镜操纵XeXe写的原子字样写的原子字样写的原子字样写的原子字样用扫描遂道显微镜
49、观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况用扫描遂道显微镜观察原子的排列情况5.19845.1984年，德国萨尔大学年，德国萨尔大学年，德国萨尔大学年，德国萨尔大学GleiterGleiter等人首次采用惰性气体蒸发等人首次采用惰性气体蒸发等人首次采用惰性气体蒸发等人首次采用惰性气体
50、蒸发冷凝法制备了具有清洁表面的纳米冷凝法制备了具有清洁表面的纳米冷凝法制备了具有清洁表面的纳米冷凝法制备了具有清洁表面的纳米Fe,Cu,PdFe,Cu,Pd等金属粉末。等金属粉末。等金属粉末。等金属粉末。然后在真空中原位加压得到纳米固体。随后又发现纳米然后在真空中原位加压得到纳米固体。随后又发现纳米然后在真空中原位加压得到纳米固体。随后又发现纳米然后在真空中原位加压得到纳米固体。随后又发现纳米 iO2iO2陶瓷在室温下呈现良好的韧性，使人们看到了改善陶瓷在室温下呈现良好的韧性，使人们看到了改善陶瓷在室温下呈现良好的韧性，使人们看到了改善陶瓷在室温下呈现良好的韧性，使人们看到了改善陶瓷脆性的希望
51、。陶瓷脆性的希望。陶瓷脆性的希望。陶瓷脆性的希望。6.19906.1990年年年年7 7月在美国巴尔的摩举办了第一届国际纳米科学技术月在美国巴尔的摩举办了第一届国际纳米科学技术月在美国巴尔的摩举办了第一届国际纳米科学技术月在美国巴尔的摩举办了第一届国际纳米科学技术会议，正式提出了纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学会议，正式提出了纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学会议，正式提出了纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学会议，正式提出了纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学等概念。标志着纳米科技的正式诞生。等概念。标志着纳米科技的正式诞生。等概念。标志着纳米科技的正式诞生。等概念。标志着纳米科技的正式诞生。
52、7.7.年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的倍，成为纳米技术研究钢的六分之一，强度却是钢的倍，成为纳米技术研究钢的六分之一，强度却是钢的倍，成为纳米技术研究钢的六分之一，强度却是钢的倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于
53、超微导线、是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、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超微开关以及纳米级电子线路等超微开关以及纳米级电子线路等超微开关以及纳米级电子线路等8.19978.1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在年后研制成功速度和存贮容量比现用这种技术可望在年后研制成功速度和存贮容量比现用这种技术可望在年后研制成功
54、速度和存贮容量比现用这种技术可望在年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在提高成千上万倍的量子计算机在提高成千上万倍的量子计算机在提高成千上万倍的量子计算机9.19999.1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了年，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世界上最小的世界上最小的世界上最小的“ “秤秤秤秤” ”，它能够称量十亿分之一克的物体，它能够称量十亿分之一克的物体，它能够称量十亿分之一克的物体，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此
55、后不久，德国科学家研制出即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出即相当于一个病毒的重量；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能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录；创造的纪录；创造的纪录；创造的纪录；10.10.到年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产到年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产到年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产到年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米
56、产品的营业额达到亿美元。品的营业额达到亿美元。品的营业额达到亿美元。品的营业额达到亿美元。我国纳米科技成果我国纳米科技成果1. 1.19931993年年年年，中中中中国国国国科科科科学学学学院院院院北北北北京京京京真真真真空空空空物物物物理理理理实实实实验验验验室室室室自自自自如如如如地地地地操操操操纵纵纵纵原原原原子子子子成成成成功功功功写写写写出出出出“ “中中中中国国国国” ”二二二二字字字字，标标标标志志志志着着着着我我我我国国国国开开开开始始始始开开开开始始始始在在在在国国国国际际际际纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。领域占有一席之地，并居于国际科
57、技前沿。领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。2. 2.19981998年年年年，清清清清华华华华大大大大学学学学范范范范守守守守善善善善小小小小组组组组成成成成功功功功地地地地制制制制备备备备出出出出直直直直径径径径为为为为纳纳纳纳米米米米、长长长长度度度度达达达达微微微微米米米米微微微微米米米米量量量量级级级级的的的的氮氮氮氮化化化化镓镓镓镓半半半半导导导导体体体体一一一一维维维维纳纳纳纳米米米米棒棒棒棒，使使使使我国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。我国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。我国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。我国在国
58、际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。3. 3.19981998年年年年，美美美美国国国国科科科科学学学学上上上上刊刊刊刊登登登登了了了了我我我我国国国国科科科科学学学学家家家家的的的的论论论论文文文文。我我我我国国国国科科科科学学学学家家家家用用用用非非非非水水水水热热热热合合合合成成成成法法法法，制制制制备备备备出出出出金金金金刚刚刚刚石石石石纳纳纳纳米米米米粉粉粉粉，被被被被国国国国际际际际刊刊刊刊物物物物誉誉誉誉为为为为“ “稻草变黄金稻草变黄金稻草变黄金稻草变黄金从四氯化碳制成金刚石从四氯化碳制成金刚石从四氯化碳制成金刚石从四氯化碳制成金刚石” ”。4. 4.近近近近年年年年，中中中中
59、国国国国科科科科学学学学院院院院物物物物理理理理研研研研究究究究所所所所解解解解思思思思深深深深研研研研究究究究员员员员率率率率领领领领的的的的科科科科研研研研小小小小组组组组，不不不不仅仅仅仅合合合合成成成成了了了了世世世世界界界界上上上上最最最最长长长长的的的的“ “超超超超级级级级纤纤纤纤维维维维” ”碳碳碳碳纳纳纳纳米米米米管管管管，创创创创造造造造了了了了一一一一项项项项“ “毫毫毫毫米米米米的的的的世世世世界界界界之之之之最最最最” ”，而而而而且且且且合合合合成成成成出出出出世世世世界界界界上上上上最最最最细细细细的的的的碳碳碳碳纳纳纳纳米米米米管。管。管。管。 5. 5. 19
60、991999年年年年上上上上半半半半年年年年，北北北北京京京京大大大大学学学学纳纳纳纳米米米米技技技技术术术术研研研研究究究究取取取取得得得得重重重重大大大大突突突突破破破破，电电电电子子子子学学学学系系系系教教教教授授授授薛薛薛薛增增增增泉泉泉泉领领领领导导导导的的的的研研研研究究究究组组组组在在在在世世世世界界界界上上上上首首首首次次次次将将将将单单单单壁壁壁壁碳碳碳碳纳纳纳纳米米米米管管管管组组组组装装装装竖竖竖竖立立立立在在在在金金金金属属属属表表表表面面面面，并并并并组组组组装装装装出出出出世世世世界界界界上上上上最最最最细细细细且且且且性性性性能能能能良良良良好好好好的扫描隧道显微
61、镜用探针。的扫描隧道显微镜用探针。的扫描隧道显微镜用探针。的扫描隧道显微镜用探针。6.6.19991999年年年年，中中中中科科科科院院院院金金金金属属属属研研研研究究究究所所所所成成成成会会会会明明明明博博博博士士士士合合合合成成成成出出出出高高高高质质质质量量量量的的的的碳碳碳碳纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料，使使使使我我我我国国国国新新新新型型型型储储储储氢氢氢氢材材材材料料料料研研研研究究究究一一一一举举举举跃跃跃跃上上上上世世世世界界界界先先先先进进进进水水水水平平平平。这这这这种种种种新新新新材材材材料料料料能能能能储储储储存存存存和和和和凝凝凝凝聚聚聚聚大大大大量量量量的的的的
62、氢氢氢氢气气气气，并并并并可可可可能能能能做做做做成成成成燃燃燃燃料料料料电电电电池驱动汽车。池驱动汽车。池驱动汽车。池驱动汽车。7.7.不不不不久久久久前前前前，中中中中科科科科院院院院金金金金属属属属研研研研究究究究所所所所卢卢卢卢柯柯柯柯博博博博士士士士率率率率领领领领的的的的小小小小组组组组，在在在在世世世世界界界界上上上上首首首首次次次次直直直直接接接接发发发发现现现现纳纳纳纳米米米米金金金金属属属属的的的的“ “奇奇奇奇异异异异” ”性性性性能能能能超超超超塑塑塑塑延延延延展展展展性性性性，纳纳纳纳米米米米铜铜铜铜在在在在室室室室温温温温下下下下竟竟竟竟可可可可延延延延伸伸伸伸多多
63、多多倍倍倍倍而而而而“ “不不不不折折折折不不不不挠挠挠挠” ”，被被被被誉誉誉誉为为为为“ “本本本本领领领领域域域域的的的的一一一一次次次次突突突突破破破破，它它它它第第第第一一一一次次次次向向向向人人人人们们们们展展展展示示示示了了了了无无无无空空空空隙隙隙隙纳纳纳纳米材料是如何变形的米材料是如何变形的米材料是如何变形的米材料是如何变形的” ”。产业前景1.1.纳米巨磁阻材料是纳米巨磁阻材料是纳米巨磁阻材料是纳米巨磁阻材料是988988年法国人在纳米年法国人在纳米年法国人在纳米年法国人在纳米Fe/CrFe/Cr多层膜中发现多层膜中发现多层膜中发现多层膜中发现的的的的,1994,1994年
64、美国年美国年美国年美国IBMIBM公司使用纳米巨磁阻材料制作的计算机读公司使用纳米巨磁阻材料制作的计算机读公司使用纳米巨磁阻材料制作的计算机读公司使用纳米巨磁阻材料制作的计算机读出磁头的磁盘记录密度提高了出磁头的磁盘记录密度提高了出磁头的磁盘记录密度提高了出磁头的磁盘记录密度提高了1717倍倍倍倍, ,达达达达5Gbit/in,5Gbit/in,并于并于并于并于997997年年年年商商商商业化。最近日本富士通公司开发了面记录密度达业化。最近日本富士通公司开发了面记录密度达业化。最近日本富士通公司开发了面记录密度达业化。最近日本富士通公司开发了面记录密度达56Gbit/in56Gbit/in的的
65、的的硬硬硬硬盘盘盘盘。2. 2.目前用于磨料目前用于磨料目前用于磨料目前用于磨料、催化剂催化剂催化剂催化剂、化妆品化妆品化妆品化妆品、染料染料染料染料、涂料涂料涂料涂料、电子元器件电子元器件电子元器件电子元器件、磁性液体磁性液体磁性液体磁性液体、结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷、医用、医用、医用、医用器械的纳米金属和陶瓷粉末已商品器械的纳米金属和陶瓷粉末已商品器械的纳米金属和陶瓷粉末已商品器械的纳米金属和陶瓷粉末已商品化。化。化。化。3.20003.2000年美国对纳米材料在美国总需求量的调查和予测年美国对纳米材料在美国总需求量的调查和予测年美国对纳米材料在美国总需求量的调查和予测年美国对纳米
66、材料在美国总需求量的调查和予测纳米材料纳米材料纳米材料纳米材料 19961996年年年年/ /百万美元百万美元百万美元百万美元 20012001年年年年/ /百万美元百万美元百万美元百万美元 年增长率年增长率年增长率年增长率纳米粉末纳米粉末纳米粉末纳米粉末41.3148.629.241.3148.629.2纳米涂层纳米涂层纳米涂层纳米涂层1.06.043.11.06.043.1总计总计总计总计42.3154.629.642.3154.629.64. 4.英国对一些纳米材料走进市场时间表的予测英国对一些纳米材料走进市场时间表的予测英国对一些纳米材料走进市场时间表的予测英国对一些纳米材料走进市场时
67、间表的予测纳米材料纳米材料纳米材料纳米材料进入市场时间（年）进入市场时间（年）进入市场时间（年）进入市场时间（年）耐腐蚀涂层耐腐蚀涂层耐腐蚀涂层耐腐蚀涂层5 51515既硬又韧的切削工具既硬又韧的切削工具既硬又韧的切削工具既硬又韧的切削工具5 51515塑料电子学平面显示器塑料电子学平面显示器塑料电子学平面显示器塑料电子学平面显示器5 51010有有有有100nm100nm特性的芯片特性的芯片特性的芯片特性的芯片7 7长寿命的生物植入物长寿命的生物植入物长寿命的生物植入物长寿命的生物植入物5 51515纳米电子器件纳米电子器件纳米电子器件纳米电子器件10102020超快速计算机处理器超快速计算
68、机处理器超快速计算机处理器超快速计算机处理器人体血液脂肪堆积清除纳米机器人体血液脂肪堆积清除纳米机器人体血液脂肪堆积清除纳米机器人体血液脂肪堆积清除纳米机器25252121世纪初各国对纳米科技的攻关世纪初各国对纳米科技的攻关 纳米领域表现出许多奇异的活性、奇异的电性和奇异的机纳米领域表现出许多奇异的活性、奇异的电性和奇异的机纳米领域表现出许多奇异的活性、奇异的电性和奇异的机纳米领域表现出许多奇异的活性、奇异的电性和奇异的机械性能械性能械性能械性能, ,引起了科学家的极大兴趣。引起了科学家的极大兴趣。引起了科学家的极大兴趣。引起了科学家的极大兴趣。例如纳米材料将例如纳米材料将例如纳米材料将例如纳
69、米材料将1010倍于钢的强度而重量只有其几分之一。倍于钢的强度而重量只有其几分之一。倍于钢的强度而重量只有其几分之一。倍于钢的强度而重量只有其几分之一。追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技是新世纪高科追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技是新世纪高科追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技是新世纪高科追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技是新世纪高科技的重要领域，因此受到人们广泛重视技的重要领域，因此受到人们广泛重视技的重要领域，因此受到人们广泛重视技的重要领域，因此受到人们广泛重视, ,专家们认为这个领域专家们认为这个领域专家们认为这个领域专家们认为这个领域存在很多奥秘有待我们研究、
70、开发和利用存在很多奥秘有待我们研究、开发和利用存在很多奥秘有待我们研究、开发和利用存在很多奥秘有待我们研究、开发和利用, ,可能导致另一次工业可能导致另一次工业可能导致另一次工业可能导致另一次工业革命革命革命革命. .所以各国都想占领这一市场所以各国都想占领这一市场所以各国都想占领这一市场所以各国都想占领这一市场. .1. 1.美国美国美国美国: :19911991年正式把纳米技术列入国家关键技术和年正式把纳米技术列入国家关键技术和年正式把纳米技术列入国家关键技术和年正式把纳米技术列入国家关键技术和20052005年的战略技术年的战略技术年的战略技术年的战略技术. .19991999年美国国家
71、科学基金会发表声明年美国国家科学基金会发表声明年美国国家科学基金会发表声明年美国国家科学基金会发表声明: :纳米科技未来的应用将纳米科技未来的应用将纳米科技未来的应用将纳米科技未来的应用将远远超过计算机远远超过计算机远远超过计算机远远超过计算机, ,对人类产生深远的影响，甚至改变人们的传对人类产生深远的影响，甚至改变人们的传对人类产生深远的影响，甚至改变人们的传对人类产生深远的影响，甚至改变人们的传统思维方式和生活方式统思维方式和生活方式统思维方式和生活方式统思维方式和生活方式20012001年美国财政投入年美国财政投入年美国财政投入年美国财政投入5 5亿美元用于发展纳米技术。亿美元用于发展纳
72、米技术。亿美元用于发展纳米技术。亿美元用于发展纳米技术。“ “我我我我的的的的预预预预算算算算支支支支持持持持一一一一项项项项价价价价值值值值5 5亿亿亿亿美美美美元元元元的的的的重重重重要要要要的的的的新新新新国国国国家家家家纳纳纳纳米米米米技技技技术术术术计计计计划划划划。能能能能够够够够在在在在原原原原于于于于和和和和分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上操操操操纵纵纵纵物物物物质质质质。想想想想象象象象一一一一下下下下这这这这样样样样的的的的可可可可能能能能性性性性：强强强强度度度度为为为为钢钢钢钢的的的的1010倍倍倍倍而而而而重重重重量量量量只只只只有有有有钢钢钢钢的的的的一一一
73、一小小小小部部部部分分分分的的的的材材材材料料料料；把把把把国国国国会会会会图图图图书书书书馆馆馆馆的的的的所所所所有有有有信信信信息息息息压压压压缩缩缩缩进进进进一一一一个个个个方方方方糖糖糖糖大大大大小小小小的的的的装装装装置置置置；在在在在癌癌癌癌肿肿肿肿瘤瘤瘤瘤只只只只有有有有几几几几个个个个细细细细胞胞胞胞大大大大小小小小时时时时就就就就能能能能探探探探测测测测出出出出来来来来。我我我我们们们们的的的的一一一一些些些些研研研研究究究究目目目目标标标标也也也也许许许许需需需需要要要要2020年年年年或或或或更更更更长长长长时时时时间间间间来来来来完完完完成成成成，但但但但这这这这正正正
74、正是是是是联联联联邦邦邦邦政政政政府府府府发发发发挥挥挥挥重重重重要要要要作作作作用用用用的的的的原因所在。原因所在。原因所在。原因所在。” ”克林顿总统的克林顿总统的克林顿总统的克林顿总统的20012001财政年度预算请求。财政年度预算请求。财政年度预算请求。财政年度预算请求。2. 2.日本日本日本日本: :19911991年年年年实实实实施施施施了了了了为为为为期期期期1010年年年年、耗耗耗耗资资资资2.252.25亿亿亿亿美美美美元元元元的的的的纳纳纳纳米米米米技技技技术术术术研研研研究究究究开开开开发发发发计计计计. .并并并并设设设设立立立立了了了了专专专专门门门门的的的的纳纳纳纳
75、米米米米材材材材料料料料研研研研究究究究中中中中心心心心投投投投入入入入, ,还还还还不不不不断断断断增增增增加加加加投投投投入入入入力力力力度度度度, ,20012001年年年年再再再再投投投投入入入入3.53.5亿亿亿亿美美美美元元元元, ,在在在在未未未未来来来来5 5年年年年科科科科技技技技计计计计划划划划中中中中, ,把把把把纳纳纳纳未未未未技技技技术术术术为为为为代代代代表表表表的的的的新新新新材材材材料料料料技技技技术术术术与与与与生生生生命命命命科科科科学学学学、信息通讯、环境保护并列为信息通讯、环境保护并列为信息通讯、环境保护并列为信息通讯、环境保护并列为4 4大重点发展领域
76、。大重点发展领域。大重点发展领域。大重点发展领域。3. 3.欧洲欧洲欧洲欧洲: :德国德国德国德国: :在在在在19931993年提出了今后年提出了今后年提出了今后年提出了今后1010年重点发展的年重点发展的年重点发展的年重点发展的9 9个关键技术领域中个关键技术领域中个关键技术领域中个关键技术领域中, ,有有有有4 4个涉及纳米技术个涉及纳米技术个涉及纳米技术个涉及纳米技术. .每年出资每年出资每年出资每年出资65006500万美元支持微型技术的研究万美元支持微型技术的研究万美元支持微型技术的研究万美元支持微型技术的研究和开发和开发和开发和开发. .英国也制定了纳米研究计划英国也制定了纳米研
77、究计划英国也制定了纳米研究计划英国也制定了纳米研究计划, ,在机械、光学、电子学等领域选在机械、光学、电子学等领域选在机械、光学、电子学等领域选在机械、光学、电子学等领域选了了了了8 8个项目进行研究个项目进行研究个项目进行研究个项目进行研究.2001.2001年投入了年投入了年投入了年投入了3.83.8亿美元。亿美元。亿美元。亿美元。法国法国法国法国: :最近投资最近投资最近投资最近投资8 8亿法郎建立一个占地亿法郎建立一个占地亿法郎建立一个占地亿法郎建立一个占地8 8公顷、建筑面积为公顷、建筑面积为公顷、建筑面积为公顷、建筑面积为6 6万万万万m2,m2,拥有拥有拥有拥有35003500人
78、的微米人的微米人的微米人的微米/ /纳米技术发展中心纳米技术发展中心纳米技术发展中心纳米技术发展中心, ,配备最先进的仪器和超配备最先进的仪器和超配备最先进的仪器和超配备最先进的仪器和超净室净室净室净室. .4. 4.中国的机遇与挑战中国的机遇与挑战中国的机遇与挑战中国的机遇与挑战在大英图书馆。可以看到很多记载，我国在宋朝以前，科技、在大英图书馆。可以看到很多记载，我国在宋朝以前，科技、在大英图书馆。可以看到很多记载，我国在宋朝以前，科技、在大英图书馆。可以看到很多记载，我国在宋朝以前，科技、文化发达，居国际前列，有精美印制的汉字经书，有多种机械文化发达，居国际前列，有精美印制的汉字经书，有多
79、种机械文化发达，居国际前列，有精美印制的汉字经书，有多种机械文化发达，居国际前列，有精美印制的汉字经书，有多种机械制造说明等，与当时世界出版物相比，绝对出类拔萃，但在工制造说明等，与当时世界出版物相比，绝对出类拔萃，但在工制造说明等，与当时世界出版物相比，绝对出类拔萃，但在工制造说明等，与当时世界出版物相比，绝对出类拔萃，但在工业革命时期落伍了，特别是人类科技发展辉煌的业革命时期落伍了，特别是人类科技发展辉煌的业革命时期落伍了，特别是人类科技发展辉煌的业革命时期落伍了，特别是人类科技发展辉煌的2020世纪，拉开世纪，拉开世纪，拉开世纪，拉开了中国与国际间的差距。中国吃了很多亏。了中国与国际间的
80、差距。中国吃了很多亏。了中国与国际间的差距。中国吃了很多亏。了中国与国际间的差距。中国吃了很多亏。社会需要真纳米社会需要真纳米 20002000年年年年由由由由于于于于美美美美国国国国总总总总统统统统克克克克林林林林顿顿顿顿关关关关于于于于倡倡倡倡议议议议资资资资助助助助纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技的的的的讲讲讲讲话话话话，激激激激起起起起了了了了世世世世界界界界范范范范围围围围的的的的纳纳纳纳米米米米热热热热，尤尤尤尤其其其其是是是是中中中中国国国国企企企企业业业业和和和和媒媒媒媒体体体体，有有有有关关关关纳纳纳纳米米米米科科科科技技技技的的的的各各各各种种种种学学学学术术术术会会会会议
81、议议议、招招招招商商商商会会会会议议议议、洽洽洽洽谈谈谈谈会会会会议议议议连连连连续续续续召召召召开开开开。目目目目前前前前，国国国国内内内内有有有有关关关关纳纳纳纳米米米米产产产产品品品品进进进进入入入入平平平平民民民民百百百百姓姓姓姓家家家家的的的的报报报报道道道道有有有有些些些些炒炒炒炒作作作作成成成成分分分分，媒媒媒媒体体体体和和和和广广广广告告告告对对对对纳纳纳纳米米米米产产产产品品品品的的的的宣宣宣宣传传传传还还还还缺缺缺缺少少少少科科科科学学学学精精精精神神神神和和和和社社社社会会会会责责责责任任任任感感感感。纳纳纳纳米米米米水水水水、纳纳纳纳米米米米化化化化妆妆妆妆品品品品、纳
82、纳纳纳米米米米内内内内衣衣衣衣、纳纳纳纳米米米米洗洗洗洗衣衣衣衣机机机机、纳纳纳纳米米米米冰冰冰冰箱箱箱箱等等等等产产产产品的功效令人怀疑。品的功效令人怀疑。品的功效令人怀疑。品的功效令人怀疑。如广告：大米粥小米粥，我们要喝纳米粥。如广告：大米粥小米粥，我们要喝纳米粥。如广告：大米粥小米粥，我们要喝纳米粥。如广告：大米粥小米粥，我们要喝纳米粥。“纳米水纳米水纳米水纳米水” ”的报道：的报道：的报道：的报道：喝纳米水能养额、美容、祛病，喝纳米水能养额、美容、祛病，喝纳米水能养额、美容、祛病，喝纳米水能养额、美容、祛病， 纳纳米米科科技技为为高高科科技技，为为我我国国各各类类人人所所重重视视，这这
83、是是好好事事，对对待待纳纳米米科科技技必必须须有有严严谨谨的的科科学学态态度度和和社社会会责责任任感感。对对于于企企业业家家，你你的的产产品品美美容容、保保暖暖、杀杀菌菌有有什什么么科科学学根根据据，有有什什么么实实验验数数据据，有有什什么么副副面面作作用用，应应该该搞搞清清楚楚，只只有有这这样样，才能对人民负责，对社会负责。才能对人民负责，对社会负责。s思考题思考题1.概述信息材料、能源功能材料和纳米概述信息材料、能源功能材料和纳米材料技术的开发过程。材料技术的开发过程。2.超导材料的产生和发展在人类技术史超导材料的产生和发展在人类技术史上有何重大意义？上有何重大意义？3.纳米材料的产生和发展在人类技术史纳米材料的产生和发展在人类技术史上有何重大意义？上有何重大意义？ 本节主要参考书本节主要参考书1.邓志杰邓志杰郑安生郑安生半导体材料半导体材料(化学工化学工业出版社业出版社)2.张阳德张阳德纳米药物学纳米药物学(化学工业出版化学工业出版社社)3.纳米技术纳米技术翟庆洲主编翟庆洲主编（兵器工业（兵器工业出版社）出版社）4.科技要素参与分配论科技要素参与分配论邹华著邹华著（中国（中国经济出版社）经济出版社）
