PPT1通识课程 题目：走进纳米科学 PPT2课程内容安排 ®专题1：认识纳米科学 ©专题2：纳米科学与生活 ©专题3：纳米技术与人类的认知 ©专题4：纳米技术在军事、航天领域的应用 ©专题5：纳米技术在生物、医疗领域的应用 ©专题6：纳米技术在交通、能源及MEMS系统中的应用 PPT3主要内容 1.1纳米的基本概念 1.2纳米科技发展史 1.3国内外纳米技术发展概况 1.4纳米技术的发展前景 1.5两种典型纳米材料介绍 PPT4 1、微电子技术的发展己到了纳米级的尺寸。 到目前，电子器件的尺寸己到了100m的范围，到2014年，计算机芯片上的晶体管的 最小线宽将降低到20m,经典物理学的极限己经来临量子器件的发展势在必行。可以说微 电子和信息、技术驱动了纳米技术。 PPT5 2、先进的显微技术和微观操纵技术 先进的显微技术和微观操纵技术使得人们可以将原子级的微观过程展现出来。透射电子 显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜、纳米镊子的急速发展给人们带来探索世界的“眼 晴”和操纵原子的“工具”，利用这些眼睛我们可以观测以前看不见的纳米世界，操纵以前 只可以想象而不能设计建造的原子分子结构。1989年，BM公司的DonaldM.Eigler首次用单 个的氙原子写下了该公司名字中的3个字母。 PPT6 3、新纳米结构层出不穷 新的纳米结构的发现极大地激发了人们研究热情。例如美国人Krot(柯尔)与smalley (斯莫利)及英国科学家克罗托在1985年发现的布基球（获1996年诺贝尔化学奖）、饭岛澄 男(sumiolijima)在1991年发现的碳纳米管以及半导体量子点和量子线、半导体氧化物带等纳 米结构的发现，为人们展现了纳米世界的多变性、多样性。 PPT7 4、计算机和网络技术为主导的信息技术产业群带，发展迅猛，不断掀起新技术革命浪潮， 推动信息化进程日新月异。 信息技术和信息产业的高速发展，对人类历史的进步和经济、社会、文化的发展产生了 全面而深刻的影响。信息产业正在成为规模最大、渗透力最强的战略性支柱产业，这样的形 势必然推进并启示相关科学技术和产业与其俱进，满足它发展中的需求。20世纪80年代以 来特别是进入了90年代后，正是在这种形势下以微电子、计算机和网络技术为主导的信息 技术产业群带，发展迅猛，不断掀起新技术革命浪潮，推动信息化进程日新月异。应用纳米 技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之 一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。 目前，纳米计算机的成功研制己有一些鼓舞人心的消息，惠普实验室的科研人员已开始应用
PPT1 通识课程 题目：走进纳米科学 PPT2 课程内容安排 专题 1：认识纳米科学 专题 2：纳米科学与生活 专题 3：纳米技术与人类的认知 专题 4：纳米技术在军事、航天领域的应用 专题 5：纳米技术在生物、医疗领域的应用 专题 6：纳米技术在交通、能源及 MEMS 系统中的应用 PPT3 主要内容 1.1 纳米的基本概念 1.2 纳米科技发展史 1.3 国内外纳米技术发展概况 1.4 纳米技术的发展前景 1.5 两种典型纳米材料介绍 PPT4 1、微电子技术的发展己到了纳米级的尺寸。 到目前，电子器件的尺寸己到了 10Onm 的范围，到 2014 年，计算机芯片上的晶体管的 最小线宽将降低到 20nm，经典物理学的极限己经来临量子器件的发展势在必行。可以说微 电子和信息、技术驱动了纳米技术。 PPT5 2、先进的显微技术和微观操纵技术 先进的显微技术和微观操纵技术使得人们可以将原子级的微观过程展现出来。透射电子 显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜、纳米镊子的急速发展给人们带来探索世界的“眼 睛”和操纵原子的“工具”，利用这些眼睛我们可以观测以前看不见的纳米世界，操纵以前 只可以想象而不能设计建造的原子分子结构。1989 年，IBM 公司的 DonaldM.Eigler 首次用单 个的氙原子写下了该公司名字中的 3 个字母。 PPT6 3、新纳米结构层出不穷 新的纳米结构的发现极大地激发了人们研究热情。例如美国人 Krot（柯尔）与 smalley （斯莫利）及英国科学家克罗托在 1985 年发现的布基球(获 1996 年诺贝尔化学奖)、饭岛澄 男(sumioIijima)在 1991 年发现的碳纳米管以及半导体量子点和量子线、半导体氧化物带等纳 米结构的发现，为人们展现了纳米世界的多变性、多样性。 PPT7 4、计算机和网络技术为主导的信息技术产业群带，发展迅猛，不断掀起新技术革命浪潮， 推动信息化进程日新月异。 信息技术和信息产业的高速发展，对人类历史的进步和经济、社会、文化的发展产生了 全面而深刻的影响。信息产业正在成为规模最大、渗透力最强的战略性支柱产业，这样的形 势必然推进并启示相关科学技术和产业与其俱进，满足它发展中的需求。20 世纪 80 年代以 来特别是进入了 90 年代后，正是在这种形势下以微电子、计算机和网络技术为主导的信息 技术产业群带，发展迅猛，不断掀起新技术革命浪潮，推动信息化进程日新月异。应用纳米 技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之 一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。 目前，纳米计算机的成功研制已有一些鼓舞人心的消息，惠普实验室的科研人员已开始应用
纳米技术研制芯片，一旦他们的研究获得成功，将为其他微型计算机元件的研制和生产铺平 道路。 2013年9月26日消息，斯坦福大学9月25日宣布，人类首台基于碳纳米晶体管技术 的计算机已成功测试运行。该项实验的成功证明了人类有望在不远的将来，摆脱当前硅晶体 技术以生产新型电脑设备。英国学术杂志《自然》己在最近一期刊物中刊登了斯坦福大学的 研究成果。 “这是有史以来人类利用碳纳米管生产出的最复杂的电子设备。”斯坦福大学项目研究 小组出版论文联合作者马克斯·夏拉克尔(Max Shulaker)表示，“关于（纳米技术）这个领 域，舆论有很多天马行空的渲染。但人们却从来没有真正确定，这个技术原来是可以像现在 这样，以一个如此实际、实用的方式被利用的。” 斯坦福大学的研究成果基于来自包括BM等数家科研机构的技术成果之上。碳纳米 管是由碳原子层以堆叠方式排列所构成的同轴圆管。该种材料具有体积小、传导性强、支持 快速开关等特点，因此当被用于晶体管时，其性能和能耗表现要大幅由于传统硅材料。 夏拉克尔团队打造的人类首台纳米电脑实际只包括了178个晶体管，并运行只支持计数 和排列等简单功能的操作系统。然而，尽管原型看似简单，却己是人类多年的研究成果。 5、新的量子现象的发现 新的量子现象的发现为人们设计未来世界提供了新的手段、新的工具和迥然不同的工作 原理，这给未来发展留下了广阔空间。如电导率的量子化、热导率的量子化等。 PPT8 1.1.2纳米技术的相关术语 1、纳米的定义：一种长度单位，1纳米等于十亿分之一米(10米)。 名称和 尺度数量级 单位 缩写 比值 人体感觉细胞： 50100μme 米 m 主单位 人卵细胞 100um' 分米 dm 1/10 大多数植物细胞 25~50μme 厘米 cm 1/100 人体红细胞： 27μme 毫米 mm 1/1000 人体红血球（最小）5um 丝米 dmm 1/10000 细菌 1μme 病毒和 数百nme 忽米 cmm 1/100000 蛋白质分子 数十nm 微米 m 1/1000000 DNA分子直径2nm (螺距)3.4nm 纳米 nm 1/10000000000 原子 nm或A级： 埃 A 1/100000000000 PPT9 2、纳米尺度下各物质尺寸的比较 我们还可以举几个常见的例子来对比一下。 以纳米为单位，图中2米高的篮球运动员是20亿纳米，针头直径是100万纳米，红血球是 1千纳米，一个分子或者DNA(脱氧核糖核酸)是1个纳米，氢原子直径只有01个纳米， 通过比较对纳米尺度应该有了比较直观的印象。 PPT10 3、存在于我们身边的纳米 墨汁中国古代燃烧蜡烛成炭黑作为墨汁的原料，其中炭黑粒径是纳米级的，砚台中的炭黑
纳米技术研制芯片，一旦他们的研究获得成功，将为其他微型计算机元件的研制和生产铺平 道路。 2013 年 9 月 26 日消息，斯坦福大学 9 月 25 日宣布，人类首台基于碳纳米晶体管技术 的计算机已成功测试运行。该项实验的成功证明了人类有望在不远的将来，摆脱当前硅晶体 技术以生产新型电脑设备。英国学术杂志《自然》已在最近一期刊物中刊登了斯坦福大学的 研究成果。 “这是有史以来人类利用碳纳米管生产出的最复杂的电子设备。”斯坦福大学项目研究 小组出版论文联合作者马克斯·夏拉克尔（Max Shulaker）表示，“关于（纳米技术）这个领 域，舆论有很多天马行空的渲染。但人们却从来没有真正确定，这个技术原来是可以像现在 这样，以一个如此实际、实用的方式被利用的。” 斯坦福大学的研究成果基于来自包括 IBM 等数家科研机构的技术成果之上。碳纳米 管是由碳原子层以堆叠方式排列所构成的同轴圆管。该种材料具有体积小、传导性强、支持 快速开关等特点，因此当被用于晶体管时，其性能和能耗表现要大幅由于传统硅材料。 夏拉克尔团队打造的人类首台纳米电脑实际只包括了 178 个晶体管，并运行只支持计数 和排列等简单功能的操作系统。然而，尽管原型看似简单，却已是人类多年的研究成果。 5、新的量子现象的发现 新的量子现象的发现为人们设计未来世界提供了新的手段、新的工具和迥然不同的工作 原理，这给未来发展留下了广阔空间。如电导率的量子化、热导率的量子化等。 PPT8 1.1.2 纳米技术的相关术语 1、纳米的定义： 一种长度单位，1 纳米等于十亿分之一米（10 -9米）。 PPT9 2、纳米尺度下各物质尺寸的比较 我们还可以举几个常见的例子来对比一下。 以纳米为单位，图中 2 米高的篮球运动员是 20 亿纳米，针头直径是 100 万纳米，红血球是 1 千纳米，一个分子或者 DNA（脱氧核糖核酸）是 1 个纳米，氢原子直径只有 0.1 个纳米， 通过比较对纳米尺度应该有了比较直观的印象。 PPT10 3、存在于我们身边的纳米 墨汁---中国古代燃烧蜡烛成炭黑作为墨汁的原料，其中炭黑粒径是纳米级的，砚台中的炭黑
磨得越细写出来的毛笔字越好看，字迹保存时间越久。 宝剑一削铁如泥，经过纳米溶液表面处理，溶液中的碳元素，金属元素渗入宝剑表面起到硬 化效果。 莲花一自清洁效应，莲叶表面的纳米微凸体产生的张力使空气中的灰尘不会被吸附在表面， 在雨水的冲刷下一尘不染。 蜜蜂蜜蜂身体内存在磁性纳米粒子，具有罗盘的导航功能，飞多远都不会迷路。 牙齿-一含钙的羟基磷灰石(HAP)纳米结构。坚硬无比，能承受极大、不断咀嚼的磨耗和压力。 PPT11 生物体也存在许多纳米结构，比如：蛋白质、DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、病 毒大小都在1100m的范围内。植物的光合作用在细胞-“纳米车间”进行，细胞中的一 些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就像一个“纳米工厂”，纳米结构是生命 现象中基本的结构。图中的珍珠贝壳就是由纳米文石层片、纳米酸性蛋白质层、纳米丝心蛋 白质层、纳米几丁质层叠加而成，构成的贝壳硬度高，有生物活性。 PPT12 4、纳米技术涉及的领域 纳米技术研究的主要内容包括：纳米物理学，纳米化学，纳米材料学，纳米电子学，纳米力 学，纳米机械学，纳米生物学，纳米医学，纳米测量学等等 PPT13 5、纳米技术中的常用概念 纳米科学：研究纳米尺度范围内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学。 纳米技术：在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术。 纳米结构和纳米材料：纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下(1-100m)的微小结构。具有 纳米结构的材料称为纳米材料。 PPT14 纳米材料：是指由纳米结构单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、 玻璃和复合材料等。 准一维纳米材料：指在两维方向上为纳米尺度，长度为微米级、毫米级的新型纳米材料。 碳纤维 碳纤维布 碳纤维手套 1970,法国科学家首次研制7mm的碳纤维 PPT15 1.2纳米科技发展史 1.2.1纳米技术发展历程 如图所示为纳米技术的发展里程碑。主要包括1959年纳米技术的提出，1981年扫描电子显 微镜的产生，1986年原子力显微镜的产生，1988年1BM公司利用氙原子排出IBM字样，1991 年发现了碳纳米管以及1999年发现的碳纳米管晶体管以及到现在的众多的纳米材料。 PPT16 1.2.2纳米科技历史重大事件 1905年春，爱因斯坦估计出一个糖分子的直径约为1纳米。当提交论文时，因为论文
磨得越细写出来的毛笔字越好看，字迹保存时间越久。 宝剑---削铁如泥，经过纳米溶液表面处理，溶液中的碳元素，金属元素渗入宝剑表面起到硬 化效果。 莲花---自清洁效应，莲叶表面的纳米微凸体产生的张力使空气中的灰尘不会被吸附在表面， 在雨水的冲刷下一尘不染。 蜜蜂---蜜蜂身体内存在磁性纳米粒子，具有罗盘的导航功能，飞多远都不会迷路。 牙齿---含钙的羟基磷灰石(HAP)纳米结构。坚硬无比，能承受极大、不断咀嚼的磨耗和压力。 PPT11 生物体也存在许多纳米结构，比如：蛋白质、DNA（脱氧核糖核酸）、RNA（核糖核酸）、病 毒大小都在 1~100nm 的范围内。植物的光合作用在细胞----“纳米车间” 进行，细胞中的一 些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就像一个“纳米工厂”，纳米结构是生命 现象中基本的结构。图中的珍珠贝壳就是由纳米文石层片、纳米酸性蛋白质层、纳米丝心蛋 白质层、纳米几丁质层叠加而成，构成的贝壳硬度高，有生物活性。 PPT12 4、纳米技术涉及的领域 纳米技术研究的主要内容包括：纳米物理学，纳米化学，纳米材料学，纳米电子学，纳米力 学，纳米机械学，纳米生物学，纳米医学，纳米测量学等等 PPT13 5、纳米技术中的常用概念 纳米科学：研究纳米尺度范围内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学。 纳米技术：在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术。 纳米结构和纳米材料:纳米结构通常是指尺寸在 100 纳米以下（1-100nm）的微小结构。具有 纳米结构的材料称为纳米材料。 PPT14 纳米材料：是指由纳米结构单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、 玻璃和复合材料等。 准一维纳米材料：指在两维方向上为纳米尺度，长度为微米级、毫米级的新型纳米材料。 PPT15 1.2 纳米科技发展史 1.2.1 纳米技术发展历程 如图所示为纳米技术的发展里程碑。主要包括 1959 年纳米技术的提出，1981 年扫描电子显 微镜的产生，1986 年原子力显微镜的产生，1988 年 IBM 公司利用氙原子排出 IBM 字样，1991 年发现了碳纳米管以及 1999 年发现的碳纳米管晶体管以及到现在的众多的纳米材料。 PPT16 1.2.2 纳米科技历史重大事件 1905 年春，爱因斯坦估计出一个糖分子的直径约为 1 纳米。当提交论文时，因为论文
过短而被拒绝，他只好加了些段落。 1959年，诺贝尔奖获得者，美国物理学家费曼在加州理工学院作报告：“倘若我们能 按意愿操纵一个个原子，将会出现什么奇迹？现在我们还没有走到这一步，仅仅是因为 我们没有在这方面花足够的时间和精力。” PPT17费曼的赏金 (1)谁第一个能把一页书的信息都纪录到页面的两万五千分之一上，赏1000美元： (2)谁第一个能在0.06毫米大小的空间里，造出一台能通电转动的电动机，也赏1000美 公 PPT18 1982年，国际商业机器公司(IBM)苏黎世实验室的葛·宾尼(Gerd Binnig)博士和海·罗 雷尔(Heinrich Rohrer)博士共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器一一扫描隧道 显微镜(Scanning tunneling microscope,简称STM)。 STM被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一，并于1986年获得 Nobel物理学奖 PPT19 sTM具有极高的分辨率，其平行方向达0.04nm垂直方向达0.01nm,主要包括以下特点： 1、STM能以原子级空间分辨率来观察测试物质的表面原子或分子的几何分布和密度分布， 确定物理局域光、电、磁、热和机械特性。 2、直接观察到材料表面的单个原子和原子在表面上的三维结构图像。 3、在观察材料表面原子结构的同时得到材料表面的扫描隧道谱，从而研究材料表面化学结 构和电子状态。 4、在多种环境中进行工作，温度可以从绝对零度到上千摄氏度。 PPT20 1988年美国国际商业机器公司(IBM)的艾格勒在镍金属(110)表面用35个氙原子排 出“IBM"字样。 PPT21 1990年7月，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。1993年中国科学院北京真空物理实验室操纵原子写出“中国”二字，石墨 表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。 PPT22 1991年，日本科学家饭岛澄男发现碳纳米管，它的质量只有同体积钢的1/6，强度却 是钢的100倍。用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所 拉断的绳索。 PPT23 1991年，BM公司的“拼字"科研小组用STM针尖移动吸附在金属表面的一氧化碳分子， 拼成了一个大脑袋小人的形象。图中每个白团是单个一氧化碳分子竖在铂表面上的图象，顶 端为氧分子，各个分子的间距约0.5nm。这个"分子人"从头到脚只有5nm高，堪称世界上最 小的人形图案。 科学家把碳60分子每十个一组放在铜的表面组成了世界上最小的算盘。与普通算盘不 同的是，算珠不是用细杆穿起来，而是沿着铜表面的原子台阶排列的 PPT24 1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研 制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机
过短而被拒绝，他只好加了些段落。 1959 年，诺贝尔奖获得者，美国物理学家费曼在加州理工学院作报告：“倘若我们能 按意愿操纵一个个原子，将会出现什么奇迹？……现在我们还没有走到这一步，仅仅是因为 我们没有在这方面花足够的时间和精力。” PPT17 费曼的赏金 （1）谁第一个能把一页书的信息都纪录到页面的两万五千分之一上，赏 1000 美元； （2）谁第一个能在 0.06 毫米大小的空间里，造出一台能通电转动的电动机，也赏 1000 美 元 PPT18 1982 年，国际商业机器公司（IBM)苏黎世实验室的葛·宾尼（Gerd Binnig）博士和海·罗 雷尔（Heinrich Rohrer）博士共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器— — 扫描隧道 显微镜（ Scanning tunneling microscope，简称 STM）。 STM 被国际科学界公认为 20 世纪 80 年代世界十大科技成就之一，并于 1986 年获得 Nobel 物理学奖 PPT19 STM 具有极高的分辨率，其平行方向达 0.04nm 垂直方向达 0.01nm，主要包括以下特点： 1、STM 能以原子级空间分辨率来观察测试物质的表面原子或分子的几何分布和密度分布， 确定物理局域光、电、磁、热和机械特性。 2、直接观察到材料表面的单个原子和原子在表面上的三维结构图像。 3、在观察材料表面原子结构的同时得到材料表面的扫描隧道谱，从而研究材料表面化学结 构和电子状态。 4、在多种环境中进行工作，温度可以从绝对零度到上千摄氏度。 PPT20 1988 年美国国际商业机器公司（IBM）的艾格勒在镍金属（110）表面用 35 个氙原子排 出“IBM”字样。 PPT21 1990 年 7 月，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。1993 年中国科学院北京真空物理实验室操纵原子写出“中国”二字，石墨 表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。 PPT22 1991 年，日本科学家饭岛澄男发现碳纳米管，它的质量只有同体积钢的 1／6，强度却 是钢的 100 倍。用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所 拉断的绳索 。 PPT23 1991 年，IBM 公司的“拼字”科研小组用 STM 针尖移动吸附在金属表面的一氧化碳分子， 拼成了一个大脑袋小人的形象。图中每个白团是单个一氧化碳分子竖在铂表面上的图象，顶 端为氧分子，各个分子的间距约 0.5nm。这个"分子人"从头到脚只有 5nm 高，堪称世界上最 小的人形图案。 科学家把碳 60 分子每十个一组放在铜的表面组成了世界上最小的算盘。与普通算盘不 同的是，算珠不是用细杆穿起来，而是沿着铜表面的原子台阶排列的 。 PPT24 1997 年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在 20 年后研 制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机
1999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。 PPT25 2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该 手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞，并将细胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析判 断。 2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维.沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕 225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。 20o3年Naomi Halas,Jennifer West,Rebekah Drezek,and Renata Pasqualin在菜斯大学(Rice University)开发的黄金纳米壳，当“调整"吸收近红外光的大小，作为诊断和治疗乳腺癌症， 在没有进入活性组织下进行切片检查和手术治疗。右图为计算机模拟的金纳米球在硅球上 的生长过程(N.Halas,Genome News Network,2003)。 PPT26 20o5年Erik Winfree and Paul Rothemund从加州理工学院开发的基于DNA计算与“自组装算 法”基础理论被用于纳米晶生长过程模拟。 2007年Angela Belcher和他的同事们在麻省理工建立了一个用一种常见类型的病毒制作的锂 离子电池，该电池对人体是无害的一种，使用成本低，对环境无害。电池具有和最先进的可 充电电池相同的能量和动力性能。 图中在展示一个可以被用于电池阳极的装载了病毒的薄膜。 PPT27 2010年BM在只有几纳米尺度的硅尖顶点（类似于原子力显微镜中使用的顶端）凿去从衬 底材料，创建了一个完整的纳米级3D世界地图（一粒盐的千分之一大小）。本研究成果凸 显出了强大的图形化方法产生的纳米级图案和结构，尺寸小到15纳米，大大降低了制造成 本和工艺复杂性，在电子，光电，医药等领域开辟了新的应用前景。 2013年俄亥俄大学的研究小组创造出了纳米马达。 上图为纳米硅尖在有机分子基底上雕刻世界上最小的立体地图。图片中间展示的是地中海 领域和欧洲。下图为分子马达结构 PPT28 乐高积木是一种很有魔力的塑料玩具，它不断地激发出一个又一个新创意。乐高积木的 塑料组件体积很小，能按照不同方式组合到一起，从而变成神奇的汽车、设计巧妙的城堡和 许多其他结构。而今天，新一代材料科学家正受乐高积木的启发，将这种组合方式应用到纳 米世界。 这里的积木组件是一些层状材料。这些材料最薄可以达到仅有一层原子，可以按照设计 好的结构，以精确的顺序一层一层地叠加到一起。这种前所未有的精密组合方式，能够制造 出全新的物质，这些物质具备前所未有的电学和光学性能。科学家们进一步设想，可以利用 这些物质，制造出几乎没有电阻的导电材料，运算能力更强大、运行更快的计算机，以及可 弯曲、可折叠而且非常轻的可穿戴电子器件。 PPT29 很长一段时间里，科学家认为光学显微镜有一个极限：光学显微镜无法获得比半光波长 更好的分辨率。在荧光分子的帮助下，2014年诺贝尔化学奖的几位获得者（埃里克·白兹格， 斯特凡W赫尔，威廉姆艾斯科莫尔纳尔)巧妙的绕开了这种极限。他们突破性的研究将光 学显微镜带入了纳米维度
1999 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。 PPT25 2000 年 4 月，美国能源部桑地亚国家实验室运用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该 手术刀可以每秒扫描 10 万个癌细胞，并将细胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析判 断。 2001 年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维. 沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕 -225 的一些原子装入一个形状像圆环的微型药丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。 2003 年 Naomi Halas, Jennifer West, Rebekah Drezek, and Renata Pasqualin 在莱斯大学（Rice University）开发的黄金纳米壳，当“调整”吸收近红外光的大小，作为诊断和治疗乳腺癌症， 在没有进入活性组织下进行切片检查和手术治疗。 右图为计算机模拟的金纳米球在硅球上 的生长过程（N. Halas,Genome News Network, 2003） 。 PPT26 2005 年 Erik Winfree and Paul Rothemund 从加州理工学院开发的基于 DNA 计算与“自组装算 法” 基础理论被用于纳米晶生长过程模拟。 2007年Angela Belcher和他的同事们在麻省理工建立了一个用一种常见类型的病毒制作的锂 离子电池，该电池对人体是无害的一种，使用成本低，对环境无害。电池具有和最先进的可 充电电池相同的能量和动力性能。 图中在展示一个可以被用于电池阳极的装载了病毒的薄膜 。 PPT27 2010 年 IBM 在只有几纳米尺度的硅尖顶点（类似于原子力显微镜中使用的顶端）凿去从衬 底材料，创建了一个完整的纳米级 3D 世界地图（一粒盐的千分之一大小）。本研究成果凸 显出了强大的图形化方法产生的纳米级图案和结构，尺寸小到 15 纳米，大大降低了制造成 本和工艺复杂性，在电子，光电，医药等领域开辟了新的应用前景。 2013 年俄亥俄大学的研究小组创造出了纳米马达。 上图为纳米硅尖在有机分子基底上雕刻世界上最小的立体地图。 图片中间展示的是地中海 领域和欧洲。下图为分子马达结构 PPT28 乐高积木是一种很有魔力的塑料玩具，它不断地激发出一个又一个新创意。乐高积木的 塑料组件体积很小，能按照不同方式组合到一起，从而变成神奇的汽车、设计巧妙的城堡和 许多其他结构。而今天，新一代材料科学家正受乐高积木的启发，将这种组合方式应用到纳 米世界。 这里的积木组件是一些层状材料。这些材料最薄可以达到仅有一层原子，可以按照设计 好的结构，以精确的顺序一层一层地叠加到一起。这种前所未有的精密组合方式，能够制造 出全新的物质，这些物质具备前所未有的电学和光学性能。科学家们进一步设想，可以利用 这些物质，制造出几乎没有电阻的导电材料，运算能力更强大、运行更快的计算机，以及可 弯曲、可折叠而且非常轻的可穿戴电子器件。 PPT29 很长一段时间里，科学家认为光学显微镜有一个极限：光学显微镜无法获得比半光波长 更好的分辨率。在荧光分子的帮助下，2014 年诺贝尔化学奖的几位获得者（埃里克·白兹格， 斯特凡·W·赫尔，威廉姆·艾斯科·莫尔纳尔）巧妙的绕开了这种极限。他们突破性的研究将光 学显微镜带入了纳米维度
纳米显微镜下，科学家实现了活体细胞中单个分子通路的可视化。他们能够观察到分子 是如何在大脑神经细胞之间生成神经突触：他们可以追踪帕金森病、阿尔兹海默症和亨廷顿 症患者体内相关蛋白的累积情况：他们还能跟踪受精卵在分裂形成胚胎时蛋白质的变化过 程。 PPT30 1.3国内外纳米技术发展概况 1.3.1国外纳米技术发展概况 1.3.1.1各国竞相出台纳米科技发展战略和计划 (一)发达国家和地区雄心勃勃 美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NN),其宗旨是整合联邦各机构 的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。 2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技 术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人 才的培养等全面展开。 2011年美国国家科技委员会发布了最新的国家纳米(NNI)战略规划。 日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科 学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领 域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。 PPT31 欧盟在20022007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将 纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基 础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国 在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。 2011年针对含纳米材料产品，欧盟已实施了某些行业性立法。如第1223/2009号化妆 品条例，其要求化妆品制造商在含纳米材料化妆品投放市场前6个月通报相关主管部门等。 (二)新兴工业化经济体瞄准先机 韩国政府2003年颁布了《纳米技术开发实施规则》。2011年4月，韩国政府审议和确 定了由16个有关部门联合制定的“自由贸易协定时代-国家研发战略”。该战略计划在信息 技术和纳米技术的融合、可再生能源等领域着力开发原创技术，实现其国际标准化。 韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升 前沿技术和基础技术的水平。 PPT32 1.3.1.2纳米科技研发投入一路攀升 该图为“Web of Science科学引文索引”中20102014年度，各国“纳米”基金资助文献数。 PPT33 1.3.1.3世界各国纳米科技发展各有千秋 1、在科技论文方面 该图为“Web of Science科学引文索引”中2010~2014年度，各国发表“纳米”科技论文数。 从该图可以看出，2010~2014年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，累计论 文数超过9500篇。印度5738、伊朗4360、韩国4246、日本4207、德国3338和法国2658。 (注，该网站显示中国论文在2010~2014年更多，排第一，见PPt41) PPT34 2、在研究领域方面各有所长 美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域
纳米显微镜下，科学家实现了活体细胞中单个分子通路的可视化。他们能够观察到分子 是如何在大脑神经细胞之间生成神经突触；他们可以追踪帕金森病、阿尔兹海默症和亨廷顿 症患者体内相关蛋白的累积情况；他们还能跟踪受精卵在分裂形成胚胎时蛋白质的变化过 程。 PPT30 1.3 国内外纳米技术发展概况 1.3.1 国外纳米技术发展概况 1.3.1.1 各国竞相出台纳米科技发展战略和计划 (一) 发达国家和地区雄心勃勃 美国早在 2000 年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NNI)，其宗旨是整合联邦各机构 的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。 2003 年 11 月，美国国会又通过了《21 世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技 术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人 才的培养等全面展开。 2011 年美国国家科技委员会发布了最新的国家纳米（NNI）战略规划。 日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科 学、信息通信、环境技术和纳米技术作为 4 大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领 域所需战略资源(人才、资金、设备)的落实。 PPT31 欧盟在 2002~2007 年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将 纳米技术作为一个最优先的领域，有 13 亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基 础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国 在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。 2011 年针对含纳米材料产品，欧盟已实施了某些行业性立法。如第 1223/2009 号化妆 品条例，其要求化妆品制造商在含纳米材料化妆品投放市场前 6 个月通报相关主管部门等。 (二) 新兴工业化经济体瞄准先机 韩国政府 2003 年颁布了《纳米技术开发实施规则》。2011 年 4 月，韩国政府审议和确 定了由 16 个有关部门联合制定的“自由贸易协定时代-国家研发战略”。该战略计划在信息 技术和纳米技术的融合、可再生能源等领域着力开发原创技术，实现其国际标准化。 韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术 3 个主要技术领域，以提升 前沿技术和基础技术的水平。 PPT32 1.3.1.2 纳米科技研发投入一路攀升 该图为“Web of Science 科学引文索引”中 2010~2014 年度，各国“纳米”基金资助文献数。 PPT33 1.3.1.3 世界各国纳米科技发展各有千秋 1、在科技论文方面 该图为“Web of Science 科学引文索引”中 2010~2014 年度，各国发表“纳米”科技论文数。 从该图可以看出，2010~2014 年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，累计论 文数超过 9500 篇。印度 5738、伊朗 4360、韩国 4246、日本 4207、德国 3338 和法国 2658。 （注，该网站显示中国论文在 2010～2014 年更多，排第一，见 PPt41） PPT34 2、在研究领域方面各有所长 美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域
日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，纳米链、中空微 粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。在 制造方法上，改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新 的制造技术，特别是批量生产技术。 同时，日本还高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力 显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机 显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印 刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微 电路，是世界最高水平。 欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性 材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能 力较强。 PPT35 1.3.1.4纳米技术产业化步伐加快 美国建立一个“纳米科技成果转化中心”，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领 域涉及纳米计算、纳米通信、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先 应用于美国国防工业。美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的 潜力。BM、惠普、英特尔等一些T公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一 个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳 米技术应用。 日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研 机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发 和产业化进程：东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将 纳米技术融合进各自从事的产业中。 欧盟建立了纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出，建立 纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化 学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域， PPT36 1.3.1.5典型纳米技术成就 如图所示为实心的纳米棒、纳米线、量子线 PPT37 如图所示为朗讯公司和牛津大学：纳米镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组合， 制造纳米机械。科学家在近日报告说，他们用DNA(脱氧核糖核酸)制造出了一种纳米级的镊 子。 如图所示为碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 如图所示为称量单个原子重量的“纳米秤” 如果有一种超微型镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组合，制造纳米机械就容易 多了。科学家在2000年8月英国《自然》杂志上报告说，他们用DNA(脱氧核糖核酸)制造 出了一种纳米级的镊子。研究人员设计出三条DNA链A、B和C,利用碱基配对机制，使A 的一半与B的一半结合，A的另一半与C的一半结合。在A连接B与C的地方有一个活动 “枢钮”，这样就构成了一个可以开合的镊子，而其每条臂只有7纳米长。一般情况下，镊 子保持“开”的状态。利用另一条设计好的DNA链D,使它分别与B和C上碱基未配对的 部分结合，就能把B和C两臂拉到一起，使镊子合上。同时，D仍留出一部分未配对的碱基。 再添加一条DNA链E,使它与链D上的碱基未配对的部分结合，把D拉离镊子，就能使镊
日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，纳米链、中空微 粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。在 制造方法上，改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新 的制造技术，特别是批量生产技术。 同时，日本还高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力 显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机 显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印 刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微 电路，是世界最高水平。 欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性 材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能 力较强。 PPT35 1.3.1.4 纳米技术产业化步伐加快 美国建立一个“纳米科技成果转化中心”，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领 域涉及纳米计算、纳米通信、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先 应用于美国国防工业。美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的 潜力。IBM、惠普、英特尔等一些 IT 公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一 个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳 米技术应用。 日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与 16 所大学及国立科研 机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发 和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将 纳米技术融合进各自从事的产业中。 欧盟建立了纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出，建立 纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化 学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域， PPT36 1.3.1.5 典型纳米技术成就 如图所示为实心的纳米棒、纳米线、量子线 PPT37 如图所示为朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组合， 制造纳米机械。科学家在近日报告说，他们用 DNA(脱氧核糖核酸)制造出了一种纳米级的镊 子。 如图所示为碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 如图所示为称量单个原子重量的“纳米秤” 如果有一种超微型镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组合，制造纳米机械就容易 多了。科学家在 2000 年 8 月英国《自然》杂志上报告说，他们用 DNA(脱氧核糖核酸)制造 出了一种纳米级的镊子。 研究人员设计出三条 DNA 链 A、B 和 C，利用碱基配对机制，使 A 的一半与 B 的一半结合，A 的另一半与 C 的一半结合。在 A 连接 B 与 C 的地方有一个活动 “枢钮”，这样就构成了一个可以开合的镊子，而其每条臂只有 7 纳米长。 一般情况下，镊 子保持“开”的状态。利用另一条设计好的 DNA 链 D，使它分别与 B 和 C 上碱基未配对的 部分结合，就能把 B 和 C 两臂拉到一起，使镊子合上。同时，D 仍留出一部分未配对的碱基。 再添加一条 DNA 链 E，使它与链 D 上的碱基未配对的部分结合，把 D 拉离镊子，就能使镊
子重新张开。重复添加链D和链E的过程，就能使镊子反复开合。由于这个镊子的开合需 要在DNA链D和链E的作用下才能进行，所以科学家将DNA称为这种镊子的“燃料” PPT38 纳米存储器 PPT39 纳米机械 PPT40 世界上最小的汽车 4纳米大小气车 美国赖斯大学利用纳米技术制造世界上最小汽车，拥有能够转动的轮子（对角线长度仅 3至4纳米，两万辆纳米车并列行驶在一根头发上也不会发生交通拥堵。 PPT41 1.3.2国内纳米技术发展概况 1.3.2.1科研论文 20002002年SC1收录纳米相关论文，中国占10.64%。 20102014年SC1收录相关论文高达26.877%。 1.3.2.2研究重点 中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主 要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要 方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。 PPT42 1.3.3.3典型纳米技术进展 1、中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列，合成了当时最长的纤维级碳纳米管 解 思深 2、准一维纳米丝和纳米电缆张立德（固体物理所） 3、清华大学：氮化镓纳米棒范守善 4、中国科技大学：从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金”钱逸泰 5、北京大学：利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案，破 解碳纳米管制备难题李彦 6、清华大学：单原子层纳米金属材料研制成功李亚栋 结论：纳米技术使大家都面临着重新变革，相当于5千米赛跑，都才跑出500米，我们 落后得不是很多，有的还不落后。 PPT43 48个铁原子在铜表面排列成直径为14.2纳米的圆形量子栅栏与用扫描隧道显微镜的针 尖将原子一个个地排列成汉字，汉字的大小只有几个纳米。 PPT44 我国成功研制出纳米操作机器人 “对细胞、染色体进行”手术“，像摆弄棋子一样移动原子，在1/20发丝横截面
子重新张开。重复添加链 D 和链 E 的过程，就能使镊子反复开合。由于这个镊子的开合需 要在 DNA 链 D 和链 E 的作用下才能进行，所以科学家将 DNA 称为这种镊子的“燃料” PPT38 纳米存储器 PPT39 纳米机械 PPT40 世界上最小的汽车 美国赖斯大学利用纳米技术制造世界上最小汽车，拥有能够转动的轮子(对角线长度仅 3 至 4 纳米，两万辆纳米车并列行驶在一根头发上也不会发生交通拥堵。 PPT41 1.3.2 国内纳米技术发展概况 1.3.2.1 科研论文 2000~2002 年 SCI 收录纳米相关论文 ，中国占 10.64% 。 2010~2014 年 SCI 收录相关论文高达 26.877%。 1.3.2.2 研究重点 中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主 要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占 80%，高分子和化学合成材料也是一个重要 方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。 PPT42 1.3.3.3 典型纳米技术进展 1、中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列，合成了当时最长的纤维级碳纳米管 解 思深 2、准一维纳米丝和纳米电缆 张立德(固体物理所) 3、清华大学:氮化镓纳米棒 范守善 4、 中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金” 钱逸泰 5、北京大学：利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案，破 解碳纳米管制备难题 李彦 6、 清华大学：单原子层纳米金属材料研制成功 李亚栋 结论：纳米技术使大家都面临着重新变革，相当于 5 千米赛跑，都才跑出 500 米，我们 落后得不是很多，有的还不落后。 PPT43 48个铁原子在铜表面排列成直径为14.2 纳米的圆形量子栅栏与用扫描隧道显微镜的针 尖将原子一个个地排列成汉字，汉字的大小只有几个纳米 。 PPT44 我国成功研制出纳米操作机器人 “对细胞、染色体进行”手术“，像摆弄棋子一样移动原子，在１／２０发丝横截面
大小的面积上任意写字，工作人员通过纳米微操作技术，一会儿便利用合金的探针在一 块1x2μm(微米的单位)面积的硅基片上刻出清晰的“C h i n a863”字样… 这些精细得只能想象的”活儿“，如今人类可以亲手来做了。中国科学院沈阳自动化研究 所最近研制成功一台纳米操作机器人样机，使我国纳米微操作技术达到世界先进水平。 PPT45 中科院化治所项目： “七五攻关”：纳米碳化硅 “八五863”：纳米阻燃剂 )插层型PLS纳米复合材料(b)利离P1S南米复合材料 碳化硅纳米线的形貌和八面体 不同塑料材料添加纳米阻然 PPT46 中科院化学所 纳米领带 ·纳米聚丙烯管材 由表可以看出纳米聚丙烯管材与进口管材性能相比，体现了较强的优势。 PPT47 产业化 三百多家纳米企业 数十条纳米材料生产线 资金约百亿元 PPT48 纳米材料在污水处理中的应用 传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到好的解 决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。 最新处理技术：纳米滤膜过滤技术 PPT49 “筛”出海洋中的淡水 PPT50 纳米材料在化纤中的应用 将纳米隔离因子引入纤维中，紫外线遇到布料纤维中的隔离因子，即会转化为无毒、无 辐射的物质消失。更为奇妙的是，隔离因子引入纤维后，不挥发，不溶于水，可长久保持防 晒降温的功能。 PPT51 不粘油、不粘水化纤 如果在分散的纳米分子材料上经过特殊处理，再运用到纤维物体上，那么衣服就可以不 粘油、不粘水，由于纳米分子非常非常小，它不会影响纤维物体的透气性和清洗效果
大小的面积上任意写字，工作人员通过纳米微操作技术，一会儿便利用合金的探针在一 块 1×2 μm（微米的单位）面积的硅基片上刻出清晰的“Ｃｈｉｎａ ８６３”字样…… 这些精细得只能想象的”活儿“，如今人类可以亲手来做了。中国科学院沈阳自动化研究 所最近研制成功一台纳米操作机器人样机，使我国纳米微操作技术达到世界先进水平。 PPT45 中科院化冶所项目： “七五攻关”: 纳米碳化硅 “八五 863”: 纳米阻燃剂 PPT46 中科院化学所 • 纳米领带 • 纳米聚丙烯管材 由表可以看出纳米聚丙烯管材与进口管材性能相比，体现了较强的优势。 PPT47 产业化 • 三百多家纳米企业 • 数十条纳米材料生产线 • 资金约百亿元 PPT48 纳米材料在污水处理中的应用 传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到好的解 决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。 最新处理技术：纳米滤膜过滤技术 PPT49“筛”出海洋中的淡水 PPT50 纳米材料在化纤中的应用 将纳米隔离因子引入纤维中，紫外线遇到布料纤维中的隔离因子，即会转化为无毒、无 辐射的物质消失。更为奇妙的是，隔离因子引入纤维后，不挥发，不溶于水，可长久保持防 晒降温的功能。 PPT51 不粘油、不粘水化纤 如果在分散的纳米分子材料上经过特殊处理，再运用到纤维物体上，那么衣服就可以不 粘油、不粘水，由于纳米分子非常非常小，它不会影响纤维物体的透气性和清洗效果
PPT52 纳米材料在化妆品中的应用 有效成分变成纳米的水颗粒可以直接进入皮肤去治疗。同样是擦护肤用品，现在要擦上 一两个月才开始见效了，到那个时候就有可能擦上10分钟，就会有明显的感觉。 PPT53 纳米材料在医药中的应用 纳米生物技术的成果也会为制造人造器官和人造皮肤提供便利。如今科学家们己经能够 利用烧伤患者未被破坏部分的皮肤细胞制成被烧伤部位的人造皮肤，并使其具有正常的代谢 作用。将来纳米生物技术的进一步发展还会为医生有效治疗脑血栓提供可能。纳米微粒也将 会在摧毁脑肿瘤方面起到重要作用。 PPT54 药品生产工艺采用纳米技术，可以帮助人们提高肠胃吸收功能：采用纳米技术可以制造 出体积在1微米以下肉眼看不到的微型机器人，把它输入到人体的任何部位为人类动手术， 切除病灶：也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体（俗称“生物导弹”） PPT55 纳米材料在军事中的应用 利用纳米技术可以把传感器、电动机和数字智能装备集中在一块芯片上，制造出几厘米 甚至更小的微型装置。在未来战场上，将出现能像士兵那样执行军事任务的超微型智能武器 装备。据报道，美国研制的小型智能机器人，大的像鞋盒子那么大，小的如硬币，它们会爬 行、跳跃甚至可飞过雷区、穿过沙漠或海滩，为部队或数千公里外的总部收集信息。微型机 电武器还可用于敌我识别、探测核污染和化学毒剂、无人侦察机等。 PPT56 1.5两种典型的纳米材料介绍 1.5.1碳纳米管 1.5.1.1碳纳米管的发现 1985年英国Sussex大学的Kroto教授和美国Slice大学的Krot、Smalley教授发现C60及 富勒烯化合物。 在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(lijima)在高分辨透射电 子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成 的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”,即碳纳米管，又名巴基管。 PPT57 1.5.1.2碳纳米管的结构 1)按形态分 普通封口型、变径型、洋葱型、海胆型、竹节型、念珠型、纺锤型、螺旋型、其他异型。 PPT58 2)按手性分 通常依照n,m的相对关系，将单壁碳纳米管分为achiral和chiral两个基本类型。 Achiral型又分为zigzag(锯齿型)和armchair(扶手椅型)两类。当n和m其中之 一为0时，为zigzag型：当n=m时为armchair型；其它所有情况都称为chiral型（手性 管)。 PPT59 3)按照石墨烯片的层数，可分为： 单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes,SWNTs):由一层石墨烯片组成。单壁管典型的 直径和长度分别为0.753nm和150μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)
PPT52 纳米材料在化妆品中的应用 有效成分变成纳米的水颗粒可以直接进入皮肤去治疗。同样是擦护肤用品，现在要擦上 一两个月才开始见效了，到那个时候就有可能擦上 10 分钟，就会有明显的感觉。 PPT53 纳米材料在医药中的应用 纳米生物技术的成果也会为制造人造器官和人造皮肤提供便利。如今科学家们已经能够 利用烧伤患者未被破坏部分的皮肤细胞制成被烧伤部位的人造皮肤，并使其具有正常的代谢 作用。将来纳米生物技术的进一步发展还会为医生有效治疗脑血栓提供可能。纳米微粒也将 会在摧毁脑肿瘤方面起到重要作用。 PPT54 药品生产工艺采用纳米技术，可以帮助人们提高肠胃吸收功能；采用纳米技术可以制造 出体积在 1 微米以下肉眼看不到的微型机器人，把它输入到人体的任何部位为人类动手术， 切除病灶；也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体（俗称“生物导弹”） PPT55 纳米材料在军事中的应用 利用纳米技术可以把传感器、电动机和数字智能装备集中在一块芯片上，制造出几厘米 甚至更小的微型装置。在未来战场上，将出现能像士兵那样执行军事任务的超微型智能武器 装备。据报道，美国研制的小型智能机器人，大的像鞋盒子那么大，小的如硬币，它们会爬 行、跳跃甚至可飞过雷区、穿过沙漠或海滩，为部队或数千公里外的总部收集信息。微型机 电武器还可用于敌我识别、探测核污染和化学毒剂、无人侦察机等。 PPT56 1.5 两种典型的纳米材料介绍 1.5.1 碳纳米管 1.5.1.1 碳纳米管的发现 1985 年英国 Sussex 大学的 Kroto 教授和美国 Slice 大学的 Krot、Smalley 教授发现 C60 及 富勒烯化合物。 在 1991 年日本 NEC 公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电 子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成 的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。 PPT57 1.5.1.2 碳纳米管的结构 1)按形态分 普通封口型、变径型、洋葱型、海胆型、竹节型、念珠型、纺锤型、螺旋型、其他异型。 PPT58 2)按手性分 通常依照 n ，m 的相对关系，将单壁碳纳米管分为 achiral 和 chiral 两个基本类型。 Achiral 型又分为 zigzag （锯齿型）和 armchair（扶手椅型） 两类。当 n 和 m 其中之 一为 0 时，为 zigzag 型；当 n=m 时为 armchair 型；其它所有情况都称为 chiral 型( 手性 管）。 PPT59 3) 按照石墨烯片的层数，可分为： 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。单壁管典型的 直径和长度分别为 0.75~3nm 和 1~50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)
