纳米科技方正洁李智星.PDF

物理專題報告 納米科技…………方正潔、李智星 目錄 _____________________________________________________________________ 1.說在前面2 2.納米介紹3 3.納米的歷史4 4.納米材料的介紹 6 5.納米材料的奇特性 10 5.納米材料的製造方法 13 6. “反傳統”的納米 14 7.納米技術應用 16 8.附加解釋 19 9.講在後面20 第 1 頁，共20 頁 物理專題報告 說在前面 納米科學技術是用單個原子、分子製造物質的科學技術。納米科學技 術是以許多現代先進科學技術爲基礎的科學技術，它是現代科學（混 沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學）和現代技術（電腦技術、 微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）結合的産物，納米科學 技術又將引發一系列新的科學技術，例如納電子學、納米材科學、納 機械學等。納米科學技術被認爲是世紀之交出現的一項高科技。 第2 頁，共20 頁 物理專題報告 納米介紹 “要知道納米有甚麼作用，首先要知道它到底是甚麼”…………方正潔 “納米”到底是什麼？ 納米（nm）如同釐米、分米和米一樣，是度量長度的單位，具體地說，一納 米等於十億分之一米，將一納米的物體放到乒乓球上，就像一個乒乓球放在地球 上一般。納米科技就是一門以 0.1 至 100 納米這樣的尺度為研究對象的前沿科 學。 40 年前，著名物理學家費曼曾發出感嘆：假如有朝一日人們能按照自己的 意願排列原子和分子，那將創造什麼樣的奇跡！而如今的納米技術正在使費曼的 夢想變成現實：它以空前的解析度，為人類揭示了一個可見的原子、分子世界， 它的最終目標，是直接以原子和分子來構造具有特定功能的產品。因為現代科學 研究發現：當物質被“粉碎”到納米級，製成的“納米材料”不僅光、電、熱、磁特 性發生變化，而且具有輻射、吸收、催化、殺菌、吸附等許多新特性，從而給人 們生活帶來突破性變化。 比如，化纖布料製成的衣服雖然艷麗但因摩擦容易產生靜電，而在生產時加 入少量的金屬納米微粒，就可以擺脫煩人的靜電現象。冰箱、洗衣機等一些電器 時間長了容易產生細菌，而採用了納米材料，新設計的冰箱、洗衣機既可以抗菌， 又可以除味殺菌。紫外線對人體的害處極大，有的納米微粒卻可以吸收紫外線對 人體有害的部分，市場上的許多化妝品正是因為加入了納米微粒而具備了防紫外 線的功能。 從一幢摩天大樓、一台計算機，到一塊奶油蛋糕，一支口紅……每一件實物 都是由原子和分子組成的，因此納米技術可以無孔不入。 第3 頁，共20 頁 物理專題報告 納米科技的歷史 最早發明的光學顯微鏡，能觀察我們肉眼看不見的生物細胞，後來發明了電 子顯微鏡，能進一步看到細胞內部的結構。這些都是在微米尺度上的觀察。所謂 微米，就是頭髮絲的幾十分之一。到了20 世紀八十年代，掃描隧道顯微鏡的發 明，使人們的觀察視野更深入了一步，進入到納米層次。納米相當於頭髮絲的幾 十萬分之一，能看到物質內部的分子和原子。 1982 年IBM 公司蘇黎士研究實驗室的兩位科學家比尼西（Binning）和盧勒 (Rohrer)利用原子之間的隧道電流效應發明了掃描隧道顯微鏡（簡稱STM），從 而使人們第一次直觀地看到了原子、分子，被人們稱爲可以看得見原子的顯微鏡。 圖：掃描探針顯微鏡 STM 的發明解開了物理學中的很多問題，使兩位科學家獲得了 1986 年的諾貝 爾物理學獎。其後 1986 年原子力顯微鏡（簡稱AFM）誕生，它的出現加深、拓 寬了應用範圍，可以綜合地對物質表面的微結構（原子、分子級別）資訊，如成 分、溫度、硬度、表面電勢和電容繪圖以及磁、電、粘著、摩擦等資訊進行測量 和分析，因而它們又被稱爲繼光學顯微鏡、電子顯微鏡後的第三代顯微鏡。 目前除了隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）以外，還有近場光學顯 微鏡（NSOM）、側面力顯微鏡（IFM）、磁力顯微鏡（MFM）、極化力顯微鏡 （SPFM）