纳米技术讲座教材分析.ppt

原子世界奇观 扫描隧道显微镜（STM）是IBM公司苏黎世研究所的G．Binnig和H．Rohrer于1981年发明的，他们因此共同获得1986年诺贝尔物理学奖。STM是一种基于量子隧道效应的新型高分辨率显微镜，它能以原子级空间分辨率来观测物质表面原子或分子的几何分布和态密度分布，确定物体局域光、电、磁、热和机械特性。借助STM人们可以在真空、大气或液体中对样品进行原子级分辨的无损观测。　　 STM可以实时测量物体表面的实空间三维图像。测量分辨率对平行和垂直于表面方向分别为0．1nm和0．01nm。这将会实现人类长期追求的直接观察原子真面目的愿望。STM还具有广泛的适用性，如刻划纳米级微细线条、移动原子等实际操作。因此SIM已成为纳米科学技术的主要工具。STM还可在自然条件下对生物大分子进行原子级直接观察，因而在生命科学研究中具有极大的潜力。IBM公司的科学家在1989年利用STM移动氙原子，最后把一个个原子排列成IBM商标。后来，他们又进一步把一排铁原子拼成汉字“原子”。 扫描探针显微镜工作原理 用扫描隧道显向镜观察到的硅晶体表面的原子排列(Si(m)７×7结构) 图左，扫描隧道显微镜针尖移动表面吸附原子的过程示意。图右，用原子排列成的“原子”两个字。 4、纳米科技的战略地位 21世纪前20年，是发展纳米技术的关键时期，纳米技术将成为第5次推动社会经济各领域快速发展的主导技术。目前，纳米技术已经成为全世界非常关注的技术，纳电子代替微电子，纳加工代替微加工，纳米材料代替微米材料，纳米生物技术代替微米尺度的生物技术，这已是不以人的意志为转移的客观规律。只有认识它、发展它，才有可能在未来经济竞争的格局中占据主动。 　 用纳米技术制造出防水布料。用这种超薄布料制成的作战服几乎感觉不到重量，而现在一名全副武装的美军士兵负重介于90到120磅之间。另外根据磁场变化的原理，科学家们正在研制通常状态下柔软舒适，一旦侦测到弹道威胁时立刻强化僵硬的装甲系统。 未来的美军作战服可能就是这个样子 神奇纳米正含苞 * “未来科学的发展将是继续向宏观世界和微观世界挺进”！ ——爱因斯坦 物质是由原子构成的，其性质依赖于这些原子的排列形式。如果我们将煤炭中的原子重新排列，就能得到钻石；如果向沙子中加入一些微量元素，并将其原子重新排列，就能制成电脑芯片；而土壤、水和空气的原子重新排列后就能生产出马铃薯。听起来是不是有点玄？不过这决非天方夜谭，如果你能走进纳米世界，了解纳米技术，就会知道上述目标的实现指日可待。 1、什么是纳米 纳米其本身是一个长度单位，即l米的十亿分之一(10-9米)。（一米的千分之一是一毫米，一毫米的千分之一是一微米，一微米的千分之一是一纳米。） 想象一下纳米有多大？ 纳米技术中的“纳”(nano)来自于希腊文，本意是“矮子”或”侏儒”(dwarf)的意思。作为一个前缀，“纳”在科学上意味着某单位的十亿分之一。l纳米大概是l0个氢原子紧密排列的长度，比人的头发的宽度要小8万倍。形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。这就是纳米长度的概念。 1959年，美国著名的理论物理学家、诺贝尔奖获得者理查德﹒费曼（Richard Feynman）《在底部还有很大空间》（“There is Plenty of Room at the Bottom.”）的演讲中设想：“如果有朝一日人们能把百科全书存贮在一个针尖时，并能移动原子，那么这将给科学带来什么！” 并且预言：“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可能性。……我深信：当人们能操纵细微物体的排列时，将可以获得极其丰富的新的物质性质。” 纳米技术是20世纪80年代末期兴起的新技术，其基本含意是在纳米尺寸(1一100纳米)范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而达到创新的目的。主要是在纳米尺度（1一100纳米）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及如何利用这些特性 和相互作用的具有多科交叉 性质的科学和技术。 纳米科技又是什么呢? “纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是2l世纪的又一次产业革命。” ----钱学森 　 10的25次方米大约是10亿光年，10亿光年大约是人类目前已经观测到的宇宙范围