“纳米”是指什么而言的

【专家解说】：纳米 纳米尺寸或大小度量单位,米十亿分之(千米→米→厘米→毫米→微米→纳米), 4倍原子大小万分之头发粗细纳米技术指制造体积超过数百纳米物体其宽度相当于几十原子聚集起 纳米科技及其研究内容 纳米科学技术研究千万分之米(10-8)亿分之米(10-9米)内原子、分子和其类型物质运动和变化学问;同时尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称纳米技术 用扫描隧道显微镜针尖 原子地排列成汉字 汉字大小只有几纳米纳米科技研究内容包括: 创造和制备优异性能纳米材料设计、制备各种纳米器件和装置探测和分析纳米区域性质和现象 纳米科技研究目标和能应用 材料和制备:更轻、更强和设计;长寿命和低维修费;新原理和新结构纳米层次上构筑特定性质材料或自界存材料;生物材料和仿生材料;材料破坏过程纳米级损伤诊断和修复; 微电子和计算机技术:2010年实现线条100nm芯片纳米技术目标:纳米结构微处理器效率提高百万倍;10倍带宽高频网络系统;兆兆比特存储器(提高1000倍);集成纳米传感器系统; 医学与健康 快速、高效基因团测序和基因诊断和基因治疗技术;用药新方法和药物导弹技术;耐用人体友好人工组织和器官;复明和复聪器件;疾病早期诊断纳米传感器系统 航天和航空 低能耗、抗辐照、高性能计算机;微型航天器用纳米测试、控制和电子设备;抗热障、耐磨损纳米结构涂层材料 环境和能源 发展绿色能源和环境处理技术减少污染和恢复被破坏环境; 孔径1nm纳孔材料作催化剂载体;MCM-41有序纳孔材料(孔径10-100nm)用来祛除污物;纳米颗粒修饰高分子材料 生物技术和农业 纳米尺度上按照预定大小、对称性和排列来制备具有生物活性蛋白质、核糖、核酸等纳米材料和器件植入生物材料产生具有生物功能和其功能综合性能生物仿生化学药品和生物降解材料动植物基因改善和治疗测定DNA基因芯片等 纳 米 技 术 简 介 纳米(nanometer):长度单位种1纳米=10-9米即十亿分之米大约相当于头发粗细八万分之nanometer"源自拉丁文意思"矮小"纳米确微乎其微而纳米构建世界却神奇而宏大21世纪信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术科学技术发展主流人们普遍认纳米技术信息和生命科学技术能够进步发展共同基础纳米技术所带动技术革命及其对人类影响远远超过电子技术 纳米技术:于细微之处显神奇 纳米技术纳米尺度内通过对物质反应、传输和转变控制来实现创造新材料、器件和充分利用们特殊性能并且探索纳米尺度内物质运动新现象和新规律由于纳米正好处于原子、分子代表微观世界和人类活动空间代表宏观世界间地带被称纳米世界也物理、化学、材料科学、生命科学及信息科学发展新领地纳米材料包含了若干原子、分子使得人们原子层面上进行材料和器件设计和制备几十原子、分子或成千原子、分子"组合"起时表现出既同于单原子、分子性质也同于大块物体性质种"组合"被称"超分子"或"人工分子""超分子"性质熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化当"超分子"继续长大或通常方式聚集成大块材料时奇特性质又会失去通俗来说纳米材料方面被当作种"超分子"充分地展现出量子效应;而另方面也被当作种非常小"宏观物质"至于表现出前所未有特性同时 许多化学和生物反应过程也发生纳米尺度层面上因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质变化加深对生命科学理解对由数量多电子、原子或分子组成体系新规律认识和何操纵或组合们当今纳米科学技术主要问题之当前纳米技术研究和应用主要材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等方面 纳米材料:材料科学领域前沿 纳米科技发展纳米材料前导因纳米材料集体现了小尺寸、复杂结构、高集成度和强相互作用及高比表面积等现代科学技术发展特点其应该指出纳米材料量子力学效应工程化或技术化好场合之能会产生全新物理、化学现象现用物理、化学及生物学方法制备出只包含几百或儿千原子、分子 "颗粒"些"颗粒"尺寸只有几纳米们容易与外界气体、流体甚至固体原子发生反应也说十分活泼实验上发现金属铜或铝做成几纳米颗粒遇空气会燃烧发生爆炸有人认用纳米颗粒粉体做成火箭固体燃料会有更大推力另外用纳米金属颗粒粉体做催化剂加快化学反应过程大大地提高化工合成产率 把金属纳米材料颗粒粉体制成块状金属材料会变得十分结实强度比普通金属高十几倍同时又像橡胶样富于弹性人们幻想有天会使用样纳米钢材或纳米铝材制造出汽车、飞机或轮船使们重量减少原来1/10仅此汽车或飞机发动机由具有塑性纳米陶瓷材料制成更高温度下运作汽车跑得更快飞机飞得更高 氧化物纳米颗粒大本领电场作用下或光照射下迅速改变颜色平常人们戴变色镜变色速度较慢用纳米材料做成变色镜样了变色速度快用做士兵防护激光镜再好过了用纳米氧化物材料做成广告板电、光作用下会变得更加绚丽多彩 半导体纳米材料大用处发出各种颜色光做成超小型激光光源还吸收太阳光光能把们直接变成电能种技术旦实现太阳能汽车、太阳能住宅会成现实利用特种半导体纳米材料使海水淡化已得应用;半导体纳米材料做成各种传感器灵敏地检测温度、湿度和大气成分变化汽车尾气和大气环境保护士已得应用 目前科学家正致力于研究碳纳米管材料种非常独特材料石墨层或若干层碳原子卷曲而成笼状"纤维"内部空外部直径只有几几十纳米种材料密度钢1/6而强度却钢l00倍用样轻而柔软又非常结实材料做防弹背心好过用碳纳米管作绳索惟从月球上挂地球表面而被自身重量所拉断绳索用做成地球月球乘人电梯人们月球定居容易了纳米管细尖极易发射电子用于做电子枪做成几厘米厚壁挂式电视屏电视制造业新方向 利用纳米技术还新原理和新结构纳米层次上构筑特定性质材料或自界存材料制作生物材料和仿生材料并能材料破坏过程进行纳米级损伤诊断和修复 纳米器件:给信息技术带来革命 纳米科技另主要研究领域设计、制备新型纳米结构和纳米器件像30年前微电子器件取代真空电子管器件给信息技术带来革命样纳米结构再次给信息技术带来革命 把自由运动电子囚禁小纳米颗粒内或者根非常细短金属线内线宽度只有几纳米会发生十分奇妙事情由于颗粒内电子运动受限制原来费米动量下连续具有任意动量电子状态变成只能具有某动量值也电子动量或能量被量子化了自由电子能量量子化直接结表现:当金属颗粒两端加上合适电压金属颗粒导电;而电压合适时金属颗粒导电样来原来宏观世界内奉经典欧姆定律纳米世界内再成立了还有种奇怪现象当金属颗粒具有了负电性库仑力足排斥下电子从外电路进入金属颗粒内从而切断了电流连续性使得人们想否发展用电子来控制电子器件即所谓单电子器件单电子器件尺寸小把们集成起来做成电脑芯片电脑容量和计算速度知要提高多少倍而事情人们想像简单实际上被囚禁电子"老实"按照量子力学规律有时穿过"监狱""墙壁"逃逸出来会使芯片动作控制同时还需要新设计使单电子器件变成集成电路所尽管电子器件已经实验室里得实现真要用工业上还需要时间 被囚禁小尺寸内电子另种贡献会使材料发出强光"量子点列激光器"或"级联激光器"尺寸极小发光强度高用低电压驱动们发生蓝光或绿光用来读写光盘使光盘存贮密度提高几倍用"囚禁"原子小颗粒量子点来存贮数据制成量子磁盘存贮度提高成千上万倍会给信息存贮技术带来场革命 纳米加工:有待人类显身手 了研究纳米科学和应用纳米科学研究成首先要能按照人们意愿纳米尺度世界自由地剪裁、安排材料技术被称纳米加工技术实际上方面纳米加工技术纳米材料重要基础另方面纳米加工技术包含了许多人们尚未认识清楚纳米科学问题比说粗细几纳米孔或线里原子扩散与宏观世界里扩散大样般而言原子运动自由程几微米此长度上原子发生碰撞进行热扩散器壁作用忽略计纳米孔或线内原子扩散主要靠与孔壁碰撞来完成再举例子般认物体之间相互运动时摩擦力主要来源于物体表面平整性即物体表面越光滑们之间摩擦力越小而纳米材料表面越小相互之间距离近至于两块材料表面上原子会发生化学键合而产生对相互运动阻力因此纳米世界里所有加工都必须原子尺寸层面上考虑纳米加工技术使同材质材料集成起具有芯片功能又探测电磁波、光波(包括见光、红外线、紫外线等)信号同时还能完成电脑命令集成器件安装卫星上使卫星重量大大地减小更容易发射成本也更低当前人们已经考虑用"小鸟"卫星部分地代替现有卫星系统