1、納米材料ppt第1頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二 目 錄一、納米和納米科技的概念二、納米材料的奇異性能三、納米技術(shù)潛在應(yīng)用 四、納米科技前景的展望五、我國納米科技的研究水平第2頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二一、納米和納米科技的概念納米結(jié)構(gòu)？ 納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下（1-100nm）的微小結(jié)構(gòu)。納米技術(shù)？ 在納米尺寸上對物質(zhì)和材料進(jìn)行研究處理的技術(shù)稱為納米技術(shù)。納米技術(shù)本質(zhì)上是一種用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二什么是納米科技？創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料設(shè)計、制備各

2、種納米器件和裝置探測分析納米區(qū)域的性質(zhì)和現(xiàn)象第4頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二納米科技的科學(xué)意義（1）納米科技將促使人類認(rèn)知的革命 首先，納米科技的科學(xué)意義體現(xiàn)在：納米尺度下的物質(zhì)世界及其特性，是人類較為陌生的領(lǐng)域， 也是一片新的研究疆土。 其次，由于納米科技是對人類認(rèn)知領(lǐng)域新疆域的開拓，人類將面臨對新理論和新發(fā)現(xiàn)重新學(xué)習(xí)和理解的任務(wù)。第5頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二 再次，從人類未來發(fā)展的角度看，可持續(xù)發(fā)展將是人類社會進(jìn)步的唯一選擇。納米科技推動產(chǎn)品的微型化、高性能化和與環(huán)境友好化，這將極大節(jié)約資源和能源，減少人類對其過分依賴，并促進(jìn)生態(tài)

3、環(huán)境的改善。這將在新的層次上為可持續(xù)發(fā)展的理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)提供物質(zhì)和技術(shù)保證。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二(2) 納米科技將引發(fā)一場新的工業(yè)革命 納米技術(shù)是80年代初迅速發(fā)展起來的前沿學(xué)科，它使人們認(rèn)識、改造微觀世界的水平提高到了一個新的高度。納米技術(shù)將用于下一代的微電子器件即納米電子器件，使未來的電腦、電視機(jī)、衛(wèi)星、機(jī)器人等的體積變得越來越小.第7頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二納米概念手機(jī)第8頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二二、 納米材料的奇異性能納米金屬的熔點(diǎn)比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴(kuò)散速度比在普通

4、材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高倍；納米復(fù)合材料對光的反射度極低，但對電磁波的吸收性能極強(qiáng)，是隱形技術(shù)的突破；納米材料顆粒與生物細(xì)胞結(jié)合力很強(qiáng)。第9頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二 用作發(fā)光二極管、激光二極管，實(shí)現(xiàn)光電集成。中科大功能納米材料研究室1. 納米硅發(fā)光奇異性能實(shí)例第10頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二2. 碳納米管多種優(yōu)異性能 碳納米管是由碳原子按一定規(guī)則排列形成的空心籠狀管式結(jié)構(gòu)，其直徑不超過幾十納米（一納米為十億分之一米）。導(dǎo)電性強(qiáng)、場發(fā)射性能優(yōu)良、強(qiáng)度是鋼的100倍、韌度高等，是一種用途廣泛的新材料

5、。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二 莫斯科大學(xué)的研究人員為了弄清納米管的受壓強(qiáng)度，將少量納米管置于29Kpa的水壓下（相當(dāng)于水下18000千米深的壓力）做實(shí)驗(yàn)。不料未加到預(yù)定壓力的1/3，納米管就被壓扁了。他們馬上卸去壓力，它卻像彈簧一樣立即恢復(fù)了原來形狀。應(yīng)用：科學(xué)家得到啟發(fā)，發(fā)明了用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧，用作汽車或火車的減震裝置，可大大減輕車輛的重量。 用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧第12頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二納米管做成的“納米秤” 更令人驚奇的是，最近美國、中國、法國和巴西科學(xué)家用精密的電子顯微鏡測量納米管在電流中出

6、現(xiàn)的擺頻率時，發(fā)現(xiàn)可以測出納米管上極小微粒引起的變化，從而發(fā)明了能稱量億億分之二百克的單個病毒的“納米秤”。這種世界上最小的秤，為科學(xué)家區(qū)分病毒種類，發(fā)現(xiàn)新病毒作出了貢獻(xiàn)。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二碳納米管儲氫 高質(zhì)量的碳納米管能儲存大量氫氣，從而可以實(shí)現(xiàn)用氫氣為燃料驅(qū)動無污染汽車。H2第14頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二3. 碳60的奇異性能 1985年在太空碳分子實(shí)驗(yàn)室中，偶然發(fā)現(xiàn)60個碳原子組成空心的籠狀結(jié)構(gòu)的碳分子，后來人們發(fā)現(xiàn)石墨碳分子經(jīng)激光、電弧等強(qiáng)高溫加熱，或又在一定的催化劑（鐵基和鎳基）的幫助下，碳原子能形成C60分

7、子。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二碳60超導(dǎo)體 已經(jīng)試驗(yàn)過往C60中摻雜，引入堿金屬、堿土金屬原子，可以得到各向同性的超導(dǎo)性，制成了有機(jī)超導(dǎo)體。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二C60作成的分子算盤 1996年11月，IBM公司在瑞士蘇黎士研究室工作的物理學(xué)家金澤夫斯基等，想能否用一臺掃描隧道顯微鏡和一些布基球，制成一個能計算的機(jī)器。結(jié)果研究出第一臺分子算盤，儲存信息容量是常規(guī)電子計算機(jī)存儲器的10億倍，可能是將來制造出分子般大小的機(jī)器的第一部。 移動單個分子或原子的技術(shù)，將是下一代電子元件和開發(fā)納電子集成電路的關(guān)鍵。第17頁，共36

8、頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二5. 催化活性增強(qiáng) 以粒徑小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超細(xì)微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機(jī)物氫化的效率提高到傳統(tǒng)鎳催化劑的10倍。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二6.納米結(jié)構(gòu)的性能與應(yīng)用 Don Eigler IBM量子?xùn)艡诘?9頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二 三、納米技術(shù)潛在應(yīng)用納米科技將對信息和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性的影響促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“舊貌換新顏” 比如通過納米材料的研究，我們在化纖制品中加入納米微粒，可以除味、殺菌。通過納米技術(shù)的運(yùn)用，使建筑物外墻涂料的耐洗刷性由原來的1

9、000多次提高到1萬多次，老化時間也延長了兩倍多。第20頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二納米武器稱雄未來戰(zhàn)場 間諜草 機(jī)器蒼蠅 蚊子導(dǎo)彈 螞蟻士兵 麻雀衛(wèi)星第21頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二“間諜草” 這是一種看似小草的微型探測器，其內(nèi)裝有敏感的超微電子偵察儀器、照相機(jī)和感應(yīng)器，可偵測出百米以外的坦克、車輛等出動時產(chǎn)生的震動和聲音，能自動定位、定向和進(jìn)行移動，繞過各種障礙物。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二“機(jī)器蒼蠅” 它既能被飛機(jī)、火炮和步兵武器投放，也可以人工放置在敵軍信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)附近，大批“機(jī)器蒼蠅”

10、可在某地區(qū)形成高效偵察監(jiān)視網(wǎng)，大大提高戰(zhàn)場信息獲取量。如果再在它們身上安裝某種極小的彈頭，“蒼蠅”無疑會變成“馬蜂”。第23頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二“蚊子導(dǎo)彈” 利用納米技術(shù)制造的形如蚊子的微型導(dǎo)彈，可以起到神奇的戰(zhàn)斗效能。納米導(dǎo)彈直接受電波遙控，可以神不知鬼不覺地潛入目標(biāo)內(nèi)部，其威力足以炸毀敵方火炮坦克、飛機(jī)、指揮部和彈藥庫。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二“螞蟻士兵” 這是一種通過聲波控制的微型機(jī)器人。這些機(jī)器人比螞蟻還要小，但具有驚人的破壞力。Teleoperated or autonomous 它們可以通過各種途徑鉆進(jìn)敵方武

11、器裝備中，長期潛伏下來。一旦啟用，這些“納米士兵”就會各顯神通，有的專門破壞敵方電子設(shè)備，使其短路、毀壞；有的充當(dāng)爆破手，用特種炸藥引爆目標(biāo)；有的施放各種化學(xué)制劑，使敵方金屬變脆、油料凝結(jié)或使敵方人員神經(jīng)麻痹、失去戰(zhàn)斗力。第25頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二“麻雀衛(wèi)星” 質(zhì)量不足10千克，各種部件全部用納米材料制造，一枚小型火箭一次就可以發(fā)射數(shù)百顆。若在太陽同步軌道上等間隔地部署648顆功能不同的“麻雀衛(wèi)星”，就可以保證在任何時刻對地球上任何一點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，即使少數(shù)失靈，整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的工作也不會受影響。第26頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二四

12、、納米科技前景的展望1材料和制備2微電子和計算機(jī)技術(shù)3環(huán)境和能源4醫(yī)學(xué)與健康5生物技術(shù)6航天和航空7國家安全第27頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二1材料和制備 在納米尺度上，通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元，制備更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計的材料，同時具有長壽命和低維修費(fèi)用的特點(diǎn)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。實(shí)現(xiàn)材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復(fù)。第28頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二2微電子和計算機(jī)技術(shù) 納米結(jié)構(gòu)微處理器的效率提高1兆倍，并實(shí)現(xiàn)太比特的存儲器(提高1000倍)；研制集成納

13、米傳感器系統(tǒng)。分子計算第29頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二3環(huán)境和能源 發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境；制備孔徑lnm的納孔材料作為催化劑的載體，有序納米孔材料和納米膜材料(孔徑l0l00nm)用來消除水和空氣中的污染；成倍的提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。第30頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二4醫(yī)學(xué)與健康 納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)帶來變革：納米級粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后，可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排斥反應(yīng)；研究耐用的與人體友好的

14、人工組織、器官復(fù)明和復(fù)聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統(tǒng)。第31頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二5生物技術(shù) 在納米尺度上按照預(yù)定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖核酸等； 在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能； 生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料； 動植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。第32頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二6航天和航空 納米器件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標(biāo)成指數(shù)倍的降低。這方面的研究內(nèi)容還包括：研制低能耗、抗輻照、高性能計算機(jī)；微型航天器用納米集成的測試、控制電子設(shè)備；抗熱障、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料。間諜衛(wèi)星第33頁，共36頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)3分，星期二7國家安全 擁有納米技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)和廣泛應(yīng)用這些技術(shù)的國家，將在國家經(jīng)濟(jì)安全和國防安全方面處于有利地位。先進(jìn)的納米電子器件在信息控制方面的應(yīng)用；通過納米機(jī)械學(xué)，微小機(jī)器人的應(yīng)用將提高部隊(duì)的靈活性和增加戰(zhàn)斗的有效性；用納米和微米機(jī)械設(shè)備控制，國家核防衛(wèi)系統(tǒng)的性能將大幅度提高；通過納米材料技術(shù)的應(yīng)用，可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大