纳米技术的认识

纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。diyi种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。

纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个ZD，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

虽然距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用前景，美国、日本、英国等发达国家都对纳米科技给予高度重视，纷纷制定研究计划，进行相关研究

纳米，是一种长度单位，符号为nm。1纳米=1毫微米=10米（既十亿分之一米），约为10个原子的长度。假设一根头发的直径为0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度即约为1纳米。

纳米技术的含义

所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术Z重要的内容。

“纳米”是英文namometer的译名，是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一门以0?1至100纳米长度为研究分子世界，它的Z终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。diyi种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。?第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。?第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

1980年的一天，在澳大利亚的茫茫沙漠中有一辆汽车在高速奔驰，驾车人是一位德国物理学家H?格兰特(Gleiter)教授。他正驾驶租用的汽车独自横穿澳大利亚大沙漠。空旷、寂寞、孤独，使他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理研究的科学家。此时此刻，一个长期思考的问题在他的脑海中跳动：如何研制具有异乎寻常特性的新型材料?

在长期的晶体材料研究中，人们视具有完整空间点阵结构的实体为晶体，是晶体材料的主体；而把空间点阵中的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作晶体材料中的缺陷。此时，他想到，如果从逆方向思考问题，把“缺陷”作为主体，研制出一种晶界占有相当大体积比的材料，那么世界将会是怎样??格兰特教授在沙漠中的构想很快变成了现实，经过4年的不懈努力，他领导的研究组终于在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明，任何金属颗粒，当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。纳米固体材料(nanometer sized materials)就这样诞生了。

纳米材料一诞生，即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍等；纳米相的铜比普通的铜坚固5倍，而且硬度随颗粒尺寸的减小而增大；纳米陶瓷材料具有塑性或称为超塑性等。

效应颜料 这是纳米材料Z重要Z有前途的用途之一，特别是在汽车的涂装业中，因为纳米材料具有随角变统汽车面漆大增光辉，深受配受专家的喜爱。

防护材料 由于某些纳米材料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用。在产品和材料中添加少量(一般不超过含量的2%)的纳米材料，就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用，使之更加具有耐久性和透明性。因而被广泛用于护肤产品、所装材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。

精细陶瓷材料 使用纳米材料可以在低温、低压下生产质地致密且性能优异的陶瓷。因为这些纳米粒子非常小，很容易压实在一起。此外，这些粒子陶瓷组成的新材料是一种极薄的透明涂料，喷涂在诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上，具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有这种陶瓷的塑料眼镜片既轻又耐磨，还不易破碎。

催化剂 纳米粒子表面积大、表面活性ZX多，为做催化剂提供了必要的条件。目前用纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，可大大提高反应效率。利用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率可提高100倍，如用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明，镍粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率急剧增大。

磁性材料 纳米粒子属单磁畴区结构的粒子，它的磁化过程完全由旋转磁化进行，即使不磁化也是性磁体，因此用它可作性磁性材料。磁性纳料粒具有单磁畴结构及矫顽力很高的特征，用它来做磁记录材料可以提高信噪比，改善图象质量。当磁性材料的粒径小于临界半径时，粒子就变得有顺磁性，称之为超顺磁性，这时磁相互作用弱。利用这种chao强磁性可作磁流体，磁流体具有液体的流动性和磁体的磁性，它在工业废液处理方面有着广阔的应用前景。

传感材料 纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征，是适合用作传感器材料的Z有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳料粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化，利用其电阻的显著变化可做成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。

材料的烧结 由于纳米粒子的小尺寸效应及活性大，不论高熔点材料还是复合材料的烧结，都比较容易。具有烧结温度低、烧结时间短，而且可得到烧结性能良好的烧结体。例如普通钨粉耐在3000℃的高温下烧结，而当掺入0?1%～0?5%的纳米镍粉时，烧结成形温度可降低到1200℃到1311℃。

医学与生物工程 纳米粒子与生物体有着密切的关系。如构成生命要素之一的核糖核酸蛋白质复合体。其粒度在15～20nm之间，生物体内的多种病毒也是纳米粒子。此外用纳米Si02微粒可进行细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变ZL，以减少副作用等。研究纳米生物学可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息，特别是细胞内的各种信息，中利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，对人体进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物。甚至还能吞噬病毒、杀死癌细胞等。?印刷油墨 根据纳米材料粒子大小不同，具有不同的颜色这一特点，可不依靠化学颜料而选择颗粒均匀、体积适当的粒子材料来制得各种颜色的油墨。

能源与环保 德国科学家正在设计用纳料材料制作一个高温燃烧器，通过电化学反应过程，不经燃烧就把天然气转化为电能。燃料的利用率要比一般电厂的效率提高20%至30%，而且大大减少了二氧化碳的排气量。

微器件 纳米材料，特别是纳米线，可以使芯片集成度提高，电子元件体积缩小，使半导体技术取得突破性进展，大大提高了计算机的容量和进行速度，对微器件制作起决定性的推动作用。纳米材料在使机器微型化及提高机器容量方面的应用前景被很多发达国家看好，有人认为它可能引发新一轮工业革命。

光电材料与光学材料 纳米材料由于其特殊的电子结构与光学性能作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事航空中用的吸波隐身材料，以及包括太阳能电池在内的储能及能量转换材料等具有很高的应用价值。

增强材料 纳米结构的合金具有很高的延展性等，在航空航天工业与汽车工业中是一类很有应用前景的材料；纳米硅作为水泥的添加剂可大大提高其强度；纳米纤维作硫化橡胶的添加剂可增强橡胶并提高其回弹性，纳米管在作纤维增强材料方面也有潜在的应用前景。

纳米滤膜 采用纳米材料发展出分离仅在分子结构上有微小差别的多组分混合物，实现高能分离操全的纳米滤膜。其它还有将纳米材料用作火箭燃料推进剂、H2分离膜、颜料稳定剂及智能涂料、复合磁性材料等。纳料材料由于具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能，广泛应用于宇航、国防工业、磁记录设备、计算机工程、环境保护、化工、医药、生物工程和核工业等领域。不仅在高科技领域有不可替代的作用，也为传统产业带来生机和活力。可以预言，纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展，必将对传统的化学工业和其它产业重大影响。

纳米是一个微小的长度单位，1纳米等于10亿分之一米。根头发丝有7万到8万纳米。纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在0。10到 100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。碳纳米管自从1991年被发现以来，就一直被誉为未来的材料。碳纳米管在强度上大约比钢强100倍，其传热性能优于所有已知的其它材料。碳纳米管具有良好的导电性，在常温下导电时，几乎不产生电阻。纳米陶瓷材料在1600摄氏度高温下能像橡皮泥那样柔软，在室温下也能自由弯曲。从1998年世界上diyi只纳米晶体管制成，到 1999年100纳米芯片问世，使20世纪Z后10年世界上出现的“纳米热”进一步升温。
我国在纳米技术领域占有一度之地，处于国际先进行列。已成功制备出包括金属、合金、氧经化物、氢化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料，合成出多种同轴纳米电缆，掌握了制备纯净碳纳米管技术，能大批量制备长度为2至3毫米的超长纳米管。合成的Z细的碳纳米管的直径只有0。33纳米，这不但打破了我国科学家自已不久前创造的直径只为0。5纳米的世界纪录，而且突破了日本科学家1992年所提出的0。4纳米的理论极限值。《稻草变黄金 ——从四氯化碳制成金刚石》的文章高度评价。Z近又研制成功新型纳米材料——超双疏性界面材料。这种材料具有超疏水性及超疏油性，制成纺织品，不染油污，不用洗染。
纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性，纳米功能涂层材料的设计和应用，将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10 多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产，象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。一张纳米光盘上能存几百部，上千部电影，而一张普通光盘只能存两部电影。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。

纳米是一个非常小的长度单位，那么我想大家顾名思义立刻就想到纳米技术，当然就是跟这个非常非常小的尺度和微观世界打交道的这么一种科学技术。它所涉及的Z小的尺寸，严格地讲就是单元的尺寸，一般是在1～100个纳米这么一个数量级。纳米科技基本上是对待这么一个数量级的这么一个微观世界的这么一种科学技术。我想引用一下美国前总统克林顿在去年年初美国加州理工学院的一个讲话当中的三句话，这三句话非常形象地介绍了纳米是什么东西和它的前景。他说通过在原子分子水平上操纵、操控物质，去制造出强度是钢的十倍、重量只有钢的一个零头这么一个材料。还有，利用纳米技术，你可以把美国国会图书馆的资料放在一个方糖大小的一个小盒子内。那如果变成ZG版去说的话，就相当于把一部红楼梦放在一个针头大小的小区域内。他提到的第三句话是什么东西呢？他说癌细胞，现在ZL癌症一般都是很大的才能知道，如果是在三四个细胞的时候，你就能发现自然有利于ZL，这些实际上就是典型的纳米技术。将来利用纳米技术有可能做到这一点。我们刚才引用的是一个美国人给纳米技术做的定义，似乎是有一点崇洋媚外。美国人在国家纳米技术启动计划中，讲到纳米技术的精髓就是从原子分子的精确操纵出发构建具有全新分子、排列形式的人造结构。换句话说纳米技术希望能够从一个一个原子，一个一个分子的操纵，摆弄一个原子、一个分子，并用这种办法来做成一些材料、做成一些器件。大家注意，如果能够实现这一点的话，那可是件非常了不起的事情。为什么呢？我们大家在中学课本里就学到，物质是由原子、分子构成的，如果说我们真正能自如地摆弄原子、操纵原子、操纵分子的话。

大家可以想象一下，我们有可能做出一种wan能制造机，一面放上各种各样的分子、原子，另一面想出来什么东西，就出来什么东西，比方说出来牛排、出来面包。就像小时候听说过的聚宝盆，一敲它就出来。这个有没有可能呢？在将来的某一天，利用纳米技术或许可以实现这一点。因为从原理上讲是有可能的。实际上这方面的设想在1959年一个加州理工学院的教授就提出过一种设想。他说将来说不定有一天能实现这么一点。

作为纳米技术，本身它并不神秘，实际上从微米科技到纳米科技，应该说它是科学发展一个自然的结果。我们现在生活在微米时代。在微米时代我们用计算机，还有录像机。大家看到的电视这些实际上都是微米科技的结晶。那么微米技术已经做到什么程度？微电子加工技术已经做到0.17～0.18微米这么一个数量级，这个东西就是那个奔腾芯片。实际上实验室里已经做到0.1个微米以下，也就是100个纳米左右。也就是说，从尺度上来讲，微米技术已经逐渐进入到纳米尺度。所以从某种定 义上讲，从微米科技到纳米科技是科学发展的必然结果。或许我们可以畅想将来的某一天出现更新的科技——皮米科技，也完全有可能的。

当然如果说这个纳米技术仅仅是微米技术的简单延伸的话，我想不会引起人们这么大的关注。实际上纳米技术是建立在人们对纳米世界的新认识的基础之上的高科技。什么样的新认识？经过近二三十年来的研究，大家发现当物质的尺寸变得非常非常小的时候，比方说到几十个纳米、十几个纳米，甚至到几个纳米，它会发生并表现出一系列奇特的性质。举两个简单的例子。比方说我们把一块铜，红铜或黄铜逐渐切成一厘米的铜，逐渐去切取，切成一个微米、切成零点一几的微米，这个时候，你看它还会有金属光泽，变化不是非常大。但是你再进一步往下粉碎，往下切的话，比方说到十几个纳米的时候，你会发现它的性质完全不一样了，变成了一团黑糊糊的东西，金属光泽也会没有了。如果你再把它压制起来形成一个纳米材料的话，它的强度要比一般的传统的铜要高十几倍、要强十几倍，而且可以像塑料高分那样弯曲，这特别好。

还有大家都知道陶瓷，陶瓷材料比较容易碎，碗掉到地上通常都会摔碎。但你用纳米材料做成陶瓷的话，它自然摔不碎，同时它又特别耐高温。当然这个东西我们去做碗没必要，你的碗永远摔不碎的话那就麻烦了，做碗的人很可能就会失业，而且女性的购买欲自然也就无法得到满足，这是很重要的。又比如说汽车的发动机，如果采用纳米材料，就可以减轻重量、省油，还可以减轻环境污染问题。为什么纳米技术会有这么一种奇特的性质？简言之有几个大效应。比方说表面效应、表面镜面效应，还有量子效应、小子粒效应等等。由于这些现象、这些效应的存在导致纳米材料、纳米尺寸的结构具有一些特别的性质。

我想需要特别指出的是，纳米科技可以使人们传统思维方法有较为深刻的变化。比方说我们传统的制造过程和制造材料，它都是从大到小的过程。大家可以想象一下，比如我面前的这个讲台，你要做它的话，你是把一棵树砍倒了以后破成板，然后做成小块以后再对起来是吧，桌子从大到小，当然这属于低科技。高科技比方说像集成电路的芯片，先展成5英寸、8英寸的芯片，然后在上面划道道，划成一个个小晶体管、一个个小电阻电容。那么这样的话Z后变成集成电路，可以做成计算机，典型的从大到小的过程。但是纳米科技不一样，纳米科技追求的是什么东西？追求的是从原子从分子开始一个一个地去把它组织起来，然后形成材料、形成器件。从这个意义上来讲，它的过程刚好相反，从小到大而不是从大到小。那么还有一个，比方说我们通常做材料的时候常常是追求一个极端、追求wan美。做芯片，比方说集成电路的芯片，做5英寸的、做8英寸的、做12英寸的，这个东西越wan美越好，代表了一个国家的水平。因此能不能拉至12英寸、20英寸的芯片就变得非常重要了。而纳米技术从某种意义上讲它不是这个样子。比方说它希望缺陷越多越好，一个一个的小纳米粒子给它组织起来，它们之间的各种空隙就相当于一个缺陷，越多的话越能体现它的材料性质，纳米粒子性质。

总之纳米技术它的许多的思维方法也完全不同于微米，而且也不同于现在传统的大家的一些思维方法。

我们再来看一下，纳米科技对国家安全的影响，我想大家都记得科索沃战争F117，因为它是用隐身材料做出来的，表面上涂了层隐身材料，雷达看不到它，只有它打你你没法打它，这说明什么问题呢？纳米技术在新武器的隐身研制方面也是非常重要的。现在不光是隐身飞机还有隐身、隐身坦克，还有隐身军舰等等，纳米技术在高科技武器的研制方面可以讲几乎是无所不用。另外，现在的战争已经不是简单的枪对枪、炮对炮的战争，电子信息战非常重要，你掌握不了信息的至高点你可能就要被动挨打。而先进的纳米电子学可以取得未来信息战的优势。客观地说，纳米技术已经逐渐走入人们的生活，但是如果像微电子技术那样产生广泛的深刻的影响的话，将是十几年或者30年以后的事情。它会逐渐进入人们的生活，可以讲21世纪是纳米科技的世纪。

咪呜~~我们是同学吗??我也正好要问这个~