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納米技術 納米是長度單位，原稱毫微米，就是10的-9次方米（10億分之一米）。納米科學與技術，有時簡稱為納米技術，是研究結構尺寸在1至100納米范圍內材料的性質和應用。從具體的物質說來，人們往往用細如發絲來形容纖細的東西，其實人的頭發一般直徑為20-50微米，并不細。單個細菌用肉眼看不出來，用顯微鏡測出直徑為5微米，也不算細。極而言之，1納米大體上相當于4個原子的直徑。 納米技術包含下列四個主要方面： ⒈納米材料：當物質到納米尺度以后，大約是在1—100納米這個范圍空間，物質的性能就會發生突變，出現特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。第一個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發法制備超微離子，并通過研究它的性能發現：一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。 ⒉納米動力學，主要是微機械和微電機，或總稱為微型電動機械系統,用于有傳動機械的微型傳感器和執行器、光纖通訊系統，特種電子設備、醫療和診斷儀器等.用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝。特點是部件很小，刻蝕的深度往往要求數十至數百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動機，用于超快速離心機或陀螺儀等。在研究方面還要相應地檢測準原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進入納米尺度，但有很大的潛在科學價值和經濟價值。 ⒊納米生物學和納米藥物學，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細結構等。有了納米技術，還可用自組裝方法在細胞內放入零件或組件使構成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細粉，也大約有半數不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。 ⒋納米電子學，包括基于量子效應的納米電子器件、納米結構的光/電性質、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷,更小,是指響應速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。 納米技術是建設者的最后疆界，它的影響將是巨大的。 在1998年的四月，總統科學技術顧問，Neal Lane 博士評論到，如果有人問我哪個科學和工程領域將會對未來產生突破性的影響，我會說該個啟動計劃建立一個名為納米科技大挑戰機構，資助進行跨學科研究和教育的隊伍，包括為長遠目標而建立的中心和網絡。一些潛在的可能實現的突破包括： 把整個美國國會圖書館的資料壓縮到一塊像方糖一樣大小的設備中，這通過提高單位表面儲存能力1000倍使大存儲電子設備儲存能力擴大到幾兆兆字節的水平來實現。由自小到大的方法制造材料和產品，即從一個原子、一個分子開始制造它們。這種方法將節約原材料和降低污染。生產出比鋼強度大10倍，而重量只有其幾分之一的材料來制造各種更輕便，更省燃料的陸上、水上和航空用的交通工具。通過極小的晶體管和記憶芯片幾百萬倍的提高電腦速度和效率，使今天的奔騰?處理器已經顯得十分慢了。運用基因和藥物傳送納米級的mri對照劑來發現癌細胞或定位人體組織器官去除在水和空氣中最細微的污染物，得到更清潔的環境和可以飲用的水。提高太陽能電池能量效率兩倍。 什么是納米科技？ 納米科學技術是研究在千萬分之一米(10-8)到億分之一米(10-9米)內，原子、分子和其它類型物質的運動和變化的學問；同時在這一尺度范圍內對原子、分子進行操縱和加工又被稱為納米技術。 納米科技的研究內容 創造和制備優異性能的納米材料 設計、制備各種納米器件和裝置 探測和分析納米區域的性質和現象 什么是納米？ 納米是尺寸或大小的度量單位： 千米（103 ）→米→厘米→毫米→微米→納米（ 10-9） 4倍原子大小，萬分之一頭發粗細 納米科技研究什么問題？ 生物科學技術、信息科學技術、納米科學技術是下一世紀內科學技術發展的主流。生物科學技術中對基因的認識，產生了轉基因生物技術，可以治療頑癥，也可以創造出自然界不存在的生物；信息科學技術使人們可以坐在家中便知天下大事，因特網幾乎可以改變人們的生活方式。 納米科學是研究在千萬分之一米(10-8)到億分之一米(10-9米)內，原子、分子和其它類型物質的運動和變化的學問；同時在這一尺度范圍內對原子、分子進行操縱和加工又被稱為納米技術。 還原論：把物質的運動都還原到原子、分子這一層面上。原子論和量子力學取得了巨大的成功。有機合成；分子生物學；轉基因食品、克隆羊；原子光譜和激光；固體電子論和IC；幾何光學到光纖通訊。 宏觀世界上經典物理、化學、力學的巨大成就：計算機和網絡、宇宙飛船、飛機、汽車、機器人等改變了人們的生活方式 科學技術有認識上的盲區或人類知識大廈上的裂縫。裂縫的一邊是以原子、分子為主體的微觀世界，另一岸是人類活動的宏觀世界。兩個世界之間不是直接而簡單的聯結，存在一個過渡區--納米世界。 例：分子合成 ≤1.5nm, →活體 微電子技術在0.2μm, 顯微外科只能連接大、小、微血管 ≤ PM10和PM1.5的微粒 50年代，錢老“物理力學”是企圖連接兩個世界的前驅工作之一 圖中顯示用掃描隧道顯微鏡 的針尖在銅表面上搬運和操 縱48個原子，使它們排成圓 形。圓形上原子的某些電子 向外傳播，逐漸減小，同時 與相內傳播的電子相互干涉 形成干涉波。 幾十個原子、分子或成千個原子、分子“組合”在一起時，表現出既不同于單個原子、分子的性質，也不同于大塊物體的性質。這種“組合”被稱為“超分子”或“人工分子”。“超分子”性質，如熔點、磁性、電容性、導電性、發光性和染、顏色及水溶性有重大變化。當“超分子”繼續長大或以通常的方式聚集成大塊材料時，奇特的性質又會失去，像真是一些長不大的孩子。 在10nm尺度內，由數量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規律的認識和如何操縱或組合及探測、應用它們---納米科學技術的主要問題。 原子和分子的微觀世界和宏觀世界的過渡區內的新現象和新規律 探測納米長度內物理、化學生物信息的新原理和新方法 新概念和新理論：強關聯、強場、快過程、少粒子的量子體系 應用 新科學還是老理論的翻版？ 歷史悠久的新科學技術 西漢銅鏡和黑漆鼓 徽墨 漆器 催化劑材料 感光材料和彩色膠片 含有高嶺土顆粒的輪胎 WHY？不清楚 近十年，計算機和材料設計；探測技術STM、AFM、SNOM；IC和生命科學的推動；制備技術發展；理論的發展 高強度和高韌性、可自修復、有智能、可再生→新一代納米材料 為什么小尺寸會有如此重要的影響？ 表面效應 小尺寸效應 量子限域效應 研究目標和可能的應用 材料和制備：更輕、更強和可設計；長壽命和低維修費；以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復； 微電子和計算機技術：2010年實現線條為100nm的芯片，納米技術的目標為：納米結構的微處理器，效率提高一百萬倍；10倍帶寬的高頻網絡系統；兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；集成納米傳感器系統； 醫學與健康 快速、高效的基因團測序和基因診斷和基因治療技術；用藥的新方法和藥物'導彈'技術；耐用的人體友好的人工組織和器官；復明和復聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統 航天和航空 低能耗、抗輻照、高性能計算機；微型航天器用納米測試、控制和電子設備；抗熱障、耐磨損的納米結構涂層材料 環境和能源 發展綠色能源和環境處理技術，減少污染和恢復被破壞的環境； 孔徑為1nm的納孔材料作為催化劑的載體；MCM-41有序納孔材料（孔徑10-100nm）用來祛除污物；納米顆粒修飾的高分子材料 生物技術和農業 在納米尺度上，按照預定的大小、對稱性和排列來制備具有生物活性的蛋白質、核糖、核酸等。在納米材料和器件中植入生物材料產生具有生物功能和其他功能的綜合性能。，生物仿生化學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

回答者：miaoshsuen2016-09-01 00:00