纳米材料(同名109)课件.ppt

1、纳米科技及其新应用 纳米材料的发展历史纳米材料的应用其实很早就有了，只是没有上升成纳米材料的概念。早在一千多年前，我国古代利用燃烧蜡烛收集的碳墨作为墨的原料及染料。这是应用最早的纳米材料。我国古代的铜镜表面长久不发生锈钝，经检验发现其表面有一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜。以及十八世纪中叶，胶体化学的建立，科学家们开始研究直径为1-100nm的粒子系统。这种液态的胶体体系就是现在所说的纳米溶胶。硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒 在后来的催化剂的研究中，人们制备了铂黑，这大约是纳米金属粉体的最早应用。但是把纳米材料正式作为材料科学的一个新的分支是1990年7月在美国巴尔的摩召开的国际第一届纳米科学技术学

2、术会议上确定的。所以将1990年七月以前作为纳米材料发展的第一阶段，在这之前，从20世纪60年代末开始，人们主要在实验室探索用各种手段制备不同材料的纳米粉末，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性，但研究大部分局限在同一材料。在这一阶段中最值得一提的是1985年发现的碳纳米原子团簇-C60。这种材料的研制成功使人们看到它具有普通尺寸碳材料不具备的特殊性能。这种材料的碳原子数目是稳定的。纯的C60固体是绝缘体，但是采用碱金属掺杂后就成为导电性很好的材料，可以与金属相比。甚至成为超导体。同时发现C60在低温下呈现铁磁性。用作发光二极管、激光二极管，实现光电集成

3、。中科大功能纳米材料研究室碳纳米管储氢 高质量的碳纳米管能储存大量氢气，从而可以实现用氢气为燃料驱动无污染汽车。H23.碳60的奇异性能 1985年在太空碳分子实验室中，偶然发现60个碳原子组成空心的笼状结构的碳分子，后来人们发现石墨碳分子经激光、电弧等强高温加热，或又在一定的催化剂（铁基和镍基）的帮助下，碳原子能形成C60分子。碳60超导体 已经试验过往C60中掺杂，引入碱金属、碱土金属原子，可以得到各向同性的超导性，制成了有机超导体。1996年11月，IBM公司在瑞士苏黎士研究室工作的物理学家金泽夫斯基等，想能否用一台扫描隧道显微镜和一些布基球，制成一个能计算的机器。结果研究出第一台分子算

4、盘，储存信息容量是常规电子计算机存储器的1010亿倍，可能是将来制造出分子般大小的机器的第一部。移动单个分子或原子的技术，将是下一代电子元件和开发纳电子集成电路的关键。间谍草 机器苍蝇 蚊子导弹 蚂蚁士兵 麻雀卫星“间谍草”这是一种看似小草的微型探测器，其内装有敏感的超微电子侦察仪器、照相机和感应器，可侦测出百米以外的坦克、车辆等出动时产生的震动和声音，能自动定位、定向和进行移动，绕过各种障碍物。“机器苍蝇”它既能被飞机、火炮和步兵武器投放，也可以人工放置在敌军信息系统和武器系统附近，大批“机器苍蝇”可在某地区形成高效侦察监视网，大大提高战场信息获取量。如果再在它们身上安装某种极小的弹头，“苍

5、蝇”无疑会变成“马蜂”。利用纳米技术制造的形如蚊子的微型导弹，可以起到神奇的战斗效能。纳米导弹直接受电波遥控，可以神不知鬼不觉地潜入目标内部，其威力足以炸毁敌方火炮坦克、飞机、指挥部和弹药库。“蚂蚁士兵”这是一种通过声波控制的微型机器人。这些机器人比蚂蚁还要小，但具有惊人的破坏力。Teleoperated or autonomous 它们可以通过各种途径钻进敌方武器装备中，长期潜伏下来。一旦启用，这些“纳米士兵”就会各显神通，有的专门破坏敌方电子设备，使其短路、毁坏；有的充当爆破手，用特种炸药引爆目标；有的施放各种化学制剂，使敌方金属变脆、油料凝结或使敌方人员神经麻痹、失去战斗力。“麻雀卫星麻

6、雀卫星”质量不足10千克，各种部件全部用纳米材料制造，一枚小型火箭一次就可以发射数百颗。若在太阳同步轨道上等间隔地部署648颗功能不同的“麻雀卫星”，就可以保证在任何时刻对地球上任何一点进行连续监视，即使少数失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响。1 1微电子和计算机技术2 2环境和能源3 3医学与健康4 4生物技术5 5航天和航空6 6国家安全1微电子和计算机技术 纳米结构微处理器的效率提高1兆倍，并实现太比特的存储器(提高1000倍)；研制集成纳米传感器系统。分子计算 纳米技术将给医学带来变革：纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击

7、癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应；研究耐用的与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统。在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等；在纳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；生物仿生化学药品和生物可降解材料；动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等。5航天和航空 纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数倍的降低。这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米集成的测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。间谍卫星6国家安全 拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家，将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位。先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用；通过纳米机械学，微小机器人的应用将提高部队的灵活性和增加战斗的有效性；用纳米和微米机械设备控制，国家核防卫系统的性能将大幅度提高；通过纳米材料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇和战斗机等。我国纳米科技的 研究水平 1995年，德国科技部对各国在纳米技术方面的相对领先程度的分析中，我国在纳米材料方面与法国同列第五等级，前四个等级为 日本、德国、美国、英国和北欧。