纳米技术及应用 PPT课件
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《纳米技术》PPT课件
纳米技术
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1
纳米
“纳米”是长度单位，1nm=10-9m
即1纳米等于十亿分之一米，大约等于10个氢原子并排起 来的长度，相当于万分之一头发的粗细。纳米正好处于原 子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏 观世界的中间地带，被称为介观世界。
h
2
纳米技术
纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8m)到亿分之一米 (10-9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学 问；同时在这一尺度范围内对原子、分子或原子团、分子 团进行操纵和加工使其形成所需要的物质称为纳米技术。
费曼对纳米技术的最早梦想，成为一个光 辉的起点，人类开始了对纳米世界的探求。
h
6
科学家发现，在纳米的世界里，物质发生了质的飞 跃。比如硅晶体是不发光的，但纳米硅却会发光；陶瓷 在通常情况下是很硬、很脆的，如果采用纳米粉体制成 纳米陶瓷，它也可以具有韧性；纳米材料还具有超塑性， 室温下的纳米铜丝经过轧制，其长度可以从1cm延伸到 100cm，其厚度可以从1mm减小到0.01mm。
h
14
虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其
优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧
性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等
诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强
腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作
用，具有广阔的应用前景。
返回
h
15
纳米级微电子元件
日本日立中心实验室利用半导体材料砷化镍， 率先开发新一代微电子元件。这些电子元件呈细长 的鬃状结晶形，粗仅20纳米，可使计算机的计算速 度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。
h
16
超微型计算机
随着微电子技术的不断发展，集成度越来越 高，计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却 越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个 美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小 的芯片中。
h
1
纳米
“纳米”是长度单位，1nm=10-9m
即1纳米等于十亿分之一米，大约等于10个氢原子并排起 来的长度，相当于万分之一头发的粗细。纳米正好处于原 子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏 观世界的中间地带，被称为介观世界。
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纳米技术
纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8m)到亿分之一米 (10-9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学 问；同时在这一尺度范围内对原子、分子或原子团、分子 团进行操纵和加工使其形成所需要的物质称为纳米技术。
费曼对纳米技术的最早梦想，成为一个光 辉的起点，人类开始了对纳米世界的探求。
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6
科学家发现，在纳米的世界里，物质发生了质的飞 跃。比如硅晶体是不发光的，但纳米硅却会发光；陶瓷 在通常情况下是很硬、很脆的，如果采用纳米粉体制成 纳米陶瓷，它也可以具有韧性；纳米材料还具有超塑性， 室温下的纳米铜丝经过轧制，其长度可以从1cm延伸到 100cm，其厚度可以从1mm减小到0.01mm。
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14
虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其
优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧
性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等
诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强
腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作
用，具有广阔的应用前景。
返回
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纳米级微电子元件
日本日立中心实验室利用半导体材料砷化镍， 率先开发新一代微电子元件。这些电子元件呈细长 的鬃状结晶形，粗仅20纳米，可使计算机的计算速 度、通讯用发光元件的效率数十、数百倍地提高。
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16
超微型计算机
随着微电子技术的不断发展，集成度越来越 高，计算机信息存储芯片越来越小，而存储量却 越来越大，信息容量比现有光盘高100万倍，整个 美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小 的芯片中。
纳米材料应用PPT课件
纳米催化剂
利用纳米催化剂对汽车尾 气、工业废气等进行处理， 减少大气中有害气体的排 放。
纳米滤网
利用纳米滤网对空气中的 颗粒物、病毒、细菌等进 行过滤，提高空气质量。
纳米脱硫脱硝技术
利用纳米技术对燃煤烟气 中的硫化物和氮化物进行 脱除，减少酸雨和光化学 烟雾的形成。
土壤修复
纳米肥料
纳米微生物
利用纳米技术将养分制成纳米级肥料， 提高肥料的利用率，减少化肥的使用 量。
目前面临的挑战与问题
安全问题
技术难题
纳米材料可能对人体健康和环境产生潜在 风险，需要加强安全评估和监管。
பைடு நூலகம்
纳米技术的生产成本高，技术难度大，需 要进一步研究和创新。
法规缺失
公众认知
目前缺乏针对纳米技术的专门法规和标准 ，需要完善相关法律法规。
提高公众对纳米技术的认知和理解，加强 科普宣传和教育。
解决策略与建议
太阳能电池
总结词
太阳能电池是利用纳米材料吸收太阳光并转化为电能的装置，具有高效、环保和可持续的特点。
详细描述
太阳能电池中的吸光材料通常为纳米级的多晶硅、染料或量子点等，能够吸收太阳光的可见光和近红外光，提高 太阳能的利用率。常见的太阳能电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等。
分子诊断
纳米材料可以识别和检测生物标志物 和基因突变，实现疾病的早期诊断和 个性化治疗。
生物组织工程
组织修复与再生
利用纳米材料作为支架材料，引导细 胞生长和分化，促进受损组织的修复 和再生。
生物相容性
纳米材料可以提高植入材料的生物相 容性，降低免疫排斥反应，提高植入 成功率。
05 纳米材料在环保领域的应 用
纳米材料及其应用PPT课件
2000s
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料及纳米技术应用PPT课件
02
03
生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
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03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
01
纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
02
纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
03
纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
01
药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。
纳米技术ppt课件
在第四个阶段中纳米计算机将得以实现。这个阶段的市场规模将 达到2000亿至1万亿美元。
在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化 的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。
.
5. 纳米技术的主要研究项目
主要有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和 量子点线等。
1) 超细薄膜
超细薄膜的厚度通常只有1纳米-5纳米，甚至会做成1个分 子或1个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物， 具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制 造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄 膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜， 是制造高密度磁盘的基本材料。
.
3) 陶瓷材料 陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但
由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的 韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的 柔韧性和可加工性。
.
纳米技术的内容
纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：
当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性 能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子， 也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺 度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
.
2) 碳纳米管
碳纳米管是由碳60分子经加工形成的一种直径只有几纳米 的微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比， 碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导 体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子 电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景， 因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究 阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。
在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化 的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。
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5. 纳米技术的主要研究项目
主要有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和 量子点线等。
1) 超细薄膜
超细薄膜的厚度通常只有1纳米-5纳米，甚至会做成1个分 子或1个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物， 具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制 造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄 膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜， 是制造高密度磁盘的基本材料。
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3) 陶瓷材料 陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但
由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的 韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的 柔韧性和可加工性。
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纳米技术的内容
纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：
当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性 能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子， 也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺 度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
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2) 碳纳米管
碳纳米管是由碳60分子经加工形成的一种直径只有几纳米 的微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比， 碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导 体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子 电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景， 因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究 阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。
《纳米技术》课件
上形成薄膜或结构。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
02
01
成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
04
03
如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
D
纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
02
01
成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
04
03
如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
D
纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。
《纳米技术就在我们身边》ppt课件
2.看看关于纳米技术的动漫，拓展 自己的想象力。
THNAK YOU
① 21世纪必将是纳米的世纪。
纳米技术的重要性
② 什么是纳米技术呢？这得从纳米说起。 纳米技术的含义
③ 纳米技术就在我们身边。 ④ 纳米技术可以让人们更加健康。
纳米技术的运用
⑤ 纳米技术将给人类的生活带来深刻的变化。 纳米技术的未来
段落层次
课文共五个自然段，概括每段的大意。
第一部分(1)：纳米技术是高新技术。 第二部分(2)：什么是纳米技术。 第三部分(3)：纳米技术就在我们身边。 第四部分(4)：纳米技术可以让人类更健康。 第五部分(5)：纳米技术将给人类带来深刻的变化。
学科学的精神。
字词阅读
词语学习
纳米ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
拥有
冰箱
除臭
功能
蔬菜
材料
钢铁
隐形
健康
字词阅读
细胞
疾病
预防
病灶
需要
深刻
无能为力
认生字
pīnɡ pānɡ yōnɡ shā jūn chòu
乒乓拥杀菌臭
shū tàn ái zhènɡ lǜ jí
蔬碳癌症率疾 灶
写生字
nà
yōnɡ xiānɡ chòu shū
纳拥箱臭蔬
纳米技术就在我们身边。
拓展延伸
如果让你利用纳米技术， 你希望把它运用到生活的哪些 地方？发挥你的想象说一说。
纳米技术将会使人们的生活更加美好。
纳米抗菌衬衫和领带
纳米塑料啤酒瓶
纳米牙刷
纳米技术就在我们身边。
拓展延伸
纳米技术的新产品：
自洁玻璃在玻璃表 面上涂抹一层特殊的纳 米涂料后，使得含水、 甚至含油的液体难以附 着在玻璃的表面。
THNAK YOU
① 21世纪必将是纳米的世纪。
纳米技术的重要性
② 什么是纳米技术呢？这得从纳米说起。 纳米技术的含义
③ 纳米技术就在我们身边。 ④ 纳米技术可以让人们更加健康。
纳米技术的运用
⑤ 纳米技术将给人类的生活带来深刻的变化。 纳米技术的未来
段落层次
课文共五个自然段，概括每段的大意。
第一部分(1)：纳米技术是高新技术。 第二部分(2)：什么是纳米技术。 第三部分(3)：纳米技术就在我们身边。 第四部分(4)：纳米技术可以让人类更健康。 第五部分(5)：纳米技术将给人类带来深刻的变化。
学科学的精神。
字词阅读
词语学习
纳米ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
拥有
冰箱
除臭
功能
蔬菜
材料
钢铁
隐形
健康
字词阅读
细胞
疾病
预防
病灶
需要
深刻
无能为力
认生字
pīnɡ pānɡ yōnɡ shā jūn chòu
乒乓拥杀菌臭
shū tàn ái zhènɡ lǜ jí
蔬碳癌症率疾 灶
写生字
nà
yōnɡ xiānɡ chòu shū
纳拥箱臭蔬
纳米技术就在我们身边。
拓展延伸
如果让你利用纳米技术， 你希望把它运用到生活的哪些 地方？发挥你的想象说一说。
纳米技术将会使人们的生活更加美好。
纳米抗菌衬衫和领带
纳米塑料啤酒瓶
纳米牙刷
纳米技术就在我们身边。
拓展延伸
纳米技术的新产品：
自洁玻璃在玻璃表 面上涂抹一层特殊的纳 米涂料后，使得含水、 甚至含油的液体难以附 着在玻璃的表面。
有序纳米结构及其应用(共54张PPT)
外表活性剂分子存在的2种状态：
带电的，所以粒子之间存在静电斥力 这些微结构大都在纳米尺度范围内，可为化学反响提供特殊的微环境，即可以作为微反响器，也可以起到模板的作用
人为利用自组装技术合成材料仅有20年的历史。 外表活性剂分子的自组装
材料学院8
从粒子的负电性考虑，一般将固体的结合分为 五种根本类型，即离子结合、共价键结合、金属结 合、分子结合和氢键结合。
离子晶体一般由负电性相差较大的两个元 素结合而成，它们之间的作用力是正负离子的静电 库仑作用，具有可加性，因而结合能很大，大约 150kcal/mol；共价结合靠两个原子各奉献相同的电 子，形成共用电子对，由于电荷量加倍，因此自旋 相反配对两个原子核的吸引力加强，这种结合所释 放的结合能也很多(大约150kcal/mol)共价结合具有 方向性和饱和性，因而不具有可加性。金属结合是 靠共有 材料学院9 化电子与离子实之间的库仑相互作用结合起
材料学院14
外表活性剂分子的自组装
材料学院15
外表活性剂的结构
❖外表活性剂：头部至少有一个亲水性基团，尾部有 一个疏水性基团，低浓度下，可吸附在外表或界面 上来降低外表能
图5-18 外表活性剂分子的结构示意图
材料学院16
外表活性剂分子的分类
水溶性外表活性剂
按溶解性 油溶性外表活性剂
按在水中是否 离子型外表活性剂
材料学院24
图5-21 微乳液法自组装BaMoO4纳米带的TEM照片
利用范德华力自组装
材料学院25
❖利用范德华力将一种或两种不同材料、不同粒 度的纳米微粒组装在一起，可分别形成一元或 二元晶体〔BNSL〕结构
❖自组装过程的推动力是纳米粒子堆积密度的 最大化，这与范德华力结合的本质是一致的
带电的，所以粒子之间存在静电斥力 这些微结构大都在纳米尺度范围内，可为化学反响提供特殊的微环境，即可以作为微反响器，也可以起到模板的作用
人为利用自组装技术合成材料仅有20年的历史。 外表活性剂分子的自组装
材料学院8
从粒子的负电性考虑，一般将固体的结合分为 五种根本类型，即离子结合、共价键结合、金属结 合、分子结合和氢键结合。
离子晶体一般由负电性相差较大的两个元 素结合而成，它们之间的作用力是正负离子的静电 库仑作用，具有可加性，因而结合能很大，大约 150kcal/mol；共价结合靠两个原子各奉献相同的电 子，形成共用电子对，由于电荷量加倍，因此自旋 相反配对两个原子核的吸引力加强，这种结合所释 放的结合能也很多(大约150kcal/mol)共价结合具有 方向性和饱和性，因而不具有可加性。金属结合是 靠共有 材料学院9 化电子与离子实之间的库仑相互作用结合起
材料学院14
外表活性剂分子的自组装
材料学院15
外表活性剂的结构
❖外表活性剂：头部至少有一个亲水性基团，尾部有 一个疏水性基团，低浓度下，可吸附在外表或界面 上来降低外表能
图5-18 外表活性剂分子的结构示意图
材料学院16
外表活性剂分子的分类
水溶性外表活性剂
按溶解性 油溶性外表活性剂
按在水中是否 离子型外表活性剂
材料学院24
图5-21 微乳液法自组装BaMoO4纳米带的TEM照片
利用范德华力自组装
材料学院25
❖利用范德华力将一种或两种不同材料、不同粒 度的纳米微粒组装在一起，可分别形成一元或 二元晶体〔BNSL〕结构
❖自组装过程的推动力是纳米粒子堆积密度的 最大化，这与范德华力结合的本质是一致的
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1986 年时，罗雷尔博士被提名为 IBM 公 司的杰出研究人员（IBM Fellow），并且在 1986～1988 年间担任 IBM 公司苏黎士研 究实验室的物理科学部门经理，罗雷尔 博士于 1997 年 7 月从 IBM 公司退休。
我国的纳米先锋
为期十年的“纳米 科学攀登计划”和 一系列先进材料的 研究计划是核心活 动。已投入经费约 数千万元人民币。
应用原子力显微镜等纳米显微术，将单个DNA 链完整地拉直，再对分子链进行切割、弯曲、 修剪，终于“写”出“DNA”三个字母
三、纳米材料的奇异特性
各种纳米材料的特性
莲花叶子表面 的自我洁净
鹅毛和鸭毛的排 列非常整齐，且 毛与毛之间的隙 缝极小，小到纳 米尺寸，所以水 分子无法穿透层 层的鹅毛和鸭毛。
PEACE ’91
HCRL
4 、移动铁原子
1993年，美国科学家在 低温下，用STM针尖将 48个铁原子排成一个圆 环，并且直接观察到了 电子驻波的图形
而后，他们又成功地移 动铁原子写成了两个汉 字 “原子”。
5 、移动一氧化碳分子
1991年2月IBM公司用STM 针尖移动吸附在金属铂表 面的一氧化碳分子，描绘 出“一氧化碳人”，其身 高为5纳米。
不用洗涤剂的纳米服装
2002年，一批高科技服装面料从实验室走上 了展台：不用洗涤剂也能清洁的衣物、可用 做防水地图的仿真丝面料等相继出现。
具有易洁纳米涂层的陶瓷
摔不碎的纳米陶瓷
纳米陶瓷
强度比常规铜高5倍纳米铜
纳米铜
纳米材料的应用与展望
电子和通讯 纳米医疗 化学和材料 能源 制造工业 飞机和汽车 航天 环境保护
纳米技术及应用
一、纳米与纳米技术
1．纳米
纳米（nanometer）——长度单位
nano是十亿分之一的意思 1纳米是1米的十亿分之一，记作nm
1 nm = 1 × 10-9 m
2. 纳米技术(Nanotechnology)
纳米结构： 是指尺寸在100纳 米以下的微小结构。
纳米技术是指在纳米尺度的范围内， 通过直接操纵和安排原子、分子来 创造新物质材料的技术。
CSTM-9000
二、纳米操纵技术
1 、纳米级微加工后的表面
应用隧道效应，用STM可以人为操作表面 中国科学院化学所用自己研制的扫描隧道
显微镜，在石墨晶体表面刻写出一幅中国 地图，并刻写出“中国”两个字。两幅图 像和文字的线条宽度只有10纳米。
中科院化学所的科技人员利用纳米技术 在石墨表面通过搬迁碳原子绘制出世界
碳纳米管
C60
C60
C70
金刚石
石墨
碳纳米管，是指用纳米技术将碳做成的细管
纳米技术发展的五个 阶段
以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝 克斯公司的一项预测认为，纳米技术的发展 可能会经历以下五个阶段：
1. 第一阶段 准确地控制原子数量在100个以 下的纳米结构物质。
2. 第二阶段 生产纳米结构物质。
宾尼希博士于 1978 年加入了 IBM 公司苏黎士研究实验室的一个物理 研究小组。
1987 年时，宾尼希博士被提名为 IBM 公司的杰出研究人员 （IBM Fellow）。
罗雷尔博士（Heinrich Rohrer）
罗雷尔博士于 1960 年完成博士后研究之 后，随即加入 IBM 新成立的苏黎士研究 实验室，从事 Kondo 材料、反铁磁体 （antiferromagnets）以及其它方面的研究工 作，接着便把研究重心转向扫瞄式穿隧 显微镜。
中科院纳米科技项目 首席科学家白春礼院士
（1）势垒
在两块导电物体之间夹一层绝缘体，若在两个导体之 间加上一定的电压，通常是不会有电流从一个导体穿 过绝缘层流向另一导体的，即：
（2） 隧道效应
假如这层势垒的厚度很窄只有几个纳米时，电子将 穿过而不是越过这层势垒，从而形成电流。
（3） STM的工作原理
上最小的中国地图
2、 移动氙原子
1990年4月，美国IBM公司的 两位科学家在用STM观测金 属镍表面的氙原子时，由探 针和氙原子的运动受到启示， 尝试用STM针尖移动吸附在 金属镍表面上的氙原子，得 到下图所示的情况。
3、移动硫原子
1991年6月初，日本日立 中心研究室的科技人员利 用STM从二硫化钼晶体表 面上把硫原子有规律的轰 击出来，留下的空位则组 成了英文“PEACE91”的 字样，并附有日立中心实 验室的字头缩写。
3. 纳米技术的提出
提出纳米技术 概念的科学家
费曼 （1918~ 1988）
R.P.Feynman
4. 纳米技术的实现与发展
直到放大倍率达千万倍的扫描隧道显微 镜（STM）发明后，纳米技术才真正成 为一门科技技术。
从20世纪90年代初起，纳米科技得到迅 速发展，新名词、新概念不断涌现，像 纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、 纳米生物学等等。
3. 第三阶段 大量制造复杂的纳米结构物质。
4. 第四阶段 纳米计算机的实现。
5. 第五阶段 科学家们将研制出能够制造动力 源和程序自律化的元件和装置，促进高效 的人工智能进入实际应用阶段。
思考题
1. 什么是纳米结构？什么是纳米技术？ 2. 简述STM的工作原理及其工作特点。 3. 简述纳米材料所具有的特性。 4. 试述纳米技术对我们未来生活的影响。
5．扫描隧道显微镜(STM)
1981年，美国IBM公司设在瑞士苏黎世 的实验室里，物理学家葛·宾尼(G.Binnig) 和罗·海雷尔(H.Rohrer)发明了一种前所 未有的新式显微镜，他们称其为“扫描 隧道显微镜 (Scanning Tunneling Microscope) ”简称STM 。
全媒体存储器；平板显示器； 纳米结构药物；微型机器人； 纳米催化剂；纳米陶瓷； 新型电池；氢燃料安全存储； 微细加工；微型机器； 无须洗涤的油漆；不燃塑料； 轻型航天器； 纳米膜；纳米存储器；开关；
未来的理想超级纤维 ──碳纳米管
碳60和巴基球
1985年，美国科学家克劳特和斯莫利等用激光束去 轰击石墨表面，意外地发现了C60。
将针尖和样品表面作为两 个电极，当两者之间的距 离足够小时，在电场的作 用下，电子会穿过电极间 的绝缘层，形成 “隧道电
流”，这种效应就是隧道 效应。
STM工作时的特点利用针 尖扫描样品表面，通过隧 道电流获取图像。
（4） STM的结构
STM主要由STM主体、电 子反馈系统、计算机控制 系统及高分辨图象显示终 端组成。
我国的纳米先锋
为期十年的“纳米 科学攀登计划”和 一系列先进材料的 研究计划是核心活 动。已投入经费约 数千万元人民币。
应用原子力显微镜等纳米显微术，将单个DNA 链完整地拉直，再对分子链进行切割、弯曲、 修剪，终于“写”出“DNA”三个字母
三、纳米材料的奇异特性
各种纳米材料的特性
莲花叶子表面 的自我洁净
鹅毛和鸭毛的排 列非常整齐，且 毛与毛之间的隙 缝极小，小到纳 米尺寸，所以水 分子无法穿透层 层的鹅毛和鸭毛。
PEACE ’91
HCRL
4 、移动铁原子
1993年，美国科学家在 低温下，用STM针尖将 48个铁原子排成一个圆 环，并且直接观察到了 电子驻波的图形
而后，他们又成功地移 动铁原子写成了两个汉 字 “原子”。
5 、移动一氧化碳分子
1991年2月IBM公司用STM 针尖移动吸附在金属铂表 面的一氧化碳分子，描绘 出“一氧化碳人”，其身 高为5纳米。
不用洗涤剂的纳米服装
2002年，一批高科技服装面料从实验室走上 了展台：不用洗涤剂也能清洁的衣物、可用 做防水地图的仿真丝面料等相继出现。
具有易洁纳米涂层的陶瓷
摔不碎的纳米陶瓷
纳米陶瓷
强度比常规铜高5倍纳米铜
纳米铜
纳米材料的应用与展望
电子和通讯 纳米医疗 化学和材料 能源 制造工业 飞机和汽车 航天 环境保护
纳米技术及应用
一、纳米与纳米技术
1．纳米
纳米（nanometer）——长度单位
nano是十亿分之一的意思 1纳米是1米的十亿分之一，记作nm
1 nm = 1 × 10-9 m
2. 纳米技术(Nanotechnology)
纳米结构： 是指尺寸在100纳 米以下的微小结构。
纳米技术是指在纳米尺度的范围内， 通过直接操纵和安排原子、分子来 创造新物质材料的技术。
CSTM-9000
二、纳米操纵技术
1 、纳米级微加工后的表面
应用隧道效应，用STM可以人为操作表面 中国科学院化学所用自己研制的扫描隧道
显微镜，在石墨晶体表面刻写出一幅中国 地图，并刻写出“中国”两个字。两幅图 像和文字的线条宽度只有10纳米。
中科院化学所的科技人员利用纳米技术 在石墨表面通过搬迁碳原子绘制出世界
碳纳米管
C60
C60
C70
金刚石
石墨
碳纳米管，是指用纳米技术将碳做成的细管
纳米技术发展的五个 阶段
以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝 克斯公司的一项预测认为，纳米技术的发展 可能会经历以下五个阶段：
1. 第一阶段 准确地控制原子数量在100个以 下的纳米结构物质。
2. 第二阶段 生产纳米结构物质。
宾尼希博士于 1978 年加入了 IBM 公司苏黎士研究实验室的一个物理 研究小组。
1987 年时，宾尼希博士被提名为 IBM 公司的杰出研究人员 （IBM Fellow）。
罗雷尔博士（Heinrich Rohrer）
罗雷尔博士于 1960 年完成博士后研究之 后，随即加入 IBM 新成立的苏黎士研究 实验室，从事 Kondo 材料、反铁磁体 （antiferromagnets）以及其它方面的研究工 作，接着便把研究重心转向扫瞄式穿隧 显微镜。
中科院纳米科技项目 首席科学家白春礼院士
（1）势垒
在两块导电物体之间夹一层绝缘体，若在两个导体之 间加上一定的电压，通常是不会有电流从一个导体穿 过绝缘层流向另一导体的，即：
（2） 隧道效应
假如这层势垒的厚度很窄只有几个纳米时，电子将 穿过而不是越过这层势垒，从而形成电流。
（3） STM的工作原理
上最小的中国地图
2、 移动氙原子
1990年4月，美国IBM公司的 两位科学家在用STM观测金 属镍表面的氙原子时，由探 针和氙原子的运动受到启示， 尝试用STM针尖移动吸附在 金属镍表面上的氙原子，得 到下图所示的情况。
3、移动硫原子
1991年6月初，日本日立 中心研究室的科技人员利 用STM从二硫化钼晶体表 面上把硫原子有规律的轰 击出来，留下的空位则组 成了英文“PEACE91”的 字样，并附有日立中心实 验室的字头缩写。
3. 纳米技术的提出
提出纳米技术 概念的科学家
费曼 （1918~ 1988）
R.P.Feynman
4. 纳米技术的实现与发展
直到放大倍率达千万倍的扫描隧道显微 镜（STM）发明后，纳米技术才真正成 为一门科技技术。
从20世纪90年代初起，纳米科技得到迅 速发展，新名词、新概念不断涌现，像 纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、 纳米生物学等等。
3. 第三阶段 大量制造复杂的纳米结构物质。
4. 第四阶段 纳米计算机的实现。
5. 第五阶段 科学家们将研制出能够制造动力 源和程序自律化的元件和装置，促进高效 的人工智能进入实际应用阶段。
思考题
1. 什么是纳米结构？什么是纳米技术？ 2. 简述STM的工作原理及其工作特点。 3. 简述纳米材料所具有的特性。 4. 试述纳米技术对我们未来生活的影响。
5．扫描隧道显微镜(STM)
1981年，美国IBM公司设在瑞士苏黎世 的实验室里，物理学家葛·宾尼(G.Binnig) 和罗·海雷尔(H.Rohrer)发明了一种前所 未有的新式显微镜，他们称其为“扫描 隧道显微镜 (Scanning Tunneling Microscope) ”简称STM 。
全媒体存储器；平板显示器； 纳米结构药物；微型机器人； 纳米催化剂；纳米陶瓷； 新型电池；氢燃料安全存储； 微细加工；微型机器； 无须洗涤的油漆；不燃塑料； 轻型航天器； 纳米膜；纳米存储器；开关；
未来的理想超级纤维 ──碳纳米管
碳60和巴基球
1985年，美国科学家克劳特和斯莫利等用激光束去 轰击石墨表面，意外地发现了C60。
将针尖和样品表面作为两 个电极，当两者之间的距 离足够小时，在电场的作 用下，电子会穿过电极间 的绝缘层，形成 “隧道电
流”，这种效应就是隧道 效应。
STM工作时的特点利用针 尖扫描样品表面，通过隧 道电流获取图像。
（4） STM的结构
STM主要由STM主体、电 子反馈系统、计算机控制 系统及高分辨图象显示终 端组成。