4.5 纳米技术-教学课件.pdfVIP

西北工业大学材料学院卢艳丽教授

1、纳米技术的概念

纳米技术是指在0.1～100

nm空间尺度上操纵原子和分子对材料进行加工,制造具有特定

功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科。

碳纳米管

纳米齿轮纳米机器人蚊子导弹

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1、纳米技术的概念

纳米技术是现代科学（如量子力学、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，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。

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2、纳米技术的发展史

纳米技术的发展，主要经历了以下几个阶段：

Ø1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德•费恩曼，最早提出纳米尺度上科

学和技术问题。

Ø20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，想通过纳米技

术来实现当时不能完成化学材料和生物材料，但是仍有很多科学家持反面意见，他

们认为纳米技术只是一个只能幻想而不可能完成的技术。

Ø1974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。从此，纳米

技术慢慢地被人们认可。

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2、纳米技术的发展史

Ø1982年，扫描隧道显微镜的发明，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。

Ø1990年，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。

Ø1991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，这项技术的发现使得纳米技术成为科学家们研究的热点。

Ø1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子。

Ø1999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创造的纪录。

Ø到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。

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3、纳米材料的应用及发展

（1）天然纳米材料：生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，

发现这些生物体内存在着纳米材料为它们导航；

（2）纳米磁性材料：超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋

转密封及润滑和选矿等领域；

（3）纳米陶瓷材料：纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米

陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工；

（4）纳米传感器：纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都

十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比

普通的同类陶瓷传感器高得多；

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3、纳米材料的应用及发展

（5）纳米半导体材料：将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳

米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗

粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。

（6）纳米催化材料：纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数

较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增

加