6纳米高分子材料

镜（ Scanning tunneling
microscope，简称STM）。
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1990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。
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。
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1991年，日本科学家饭
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• 蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1 ~ 100nm的
范围
• 光合作用在“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”，细胞象一个“纳米工厂” • 莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应” • 纳米结构是生命现象中基本的东西
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神奇的纳米世界
靓丽的纳米世界
单根碳纳米弹簧
射，不需大型运载工具发射，一枚小型运载火箭即可发
射千百颗，再按不同轨道组成卫星网，即可实现对地球 表面的覆盖。
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六、纳米技术可能带来的危害：
纳米技术生产的产品由于构成微粒的尺寸太小，也可 能直接对人体产生威胁。一般的物品拿在手上，由于 构成的微粒大小是微米或以上量级的尺寸，不会渗透 到人的皮肤细胞内，以致进入血液。但是纳米技术生 产的产品，由于构成微粒在纳米量级，完全有可能通 过皮肤接触进入人体。如果这种物质有毒的话，人体
中国纳米技术进展 纳米材料的现状与发展前景 纳米材料的危害 纳米材料引发的思考
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一、几个基本概念
纳 米： 一种长度单位，1纳米等于十亿分之一米 （10-9米） 纳米材料：用具有纳米尺寸的材料
四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大 四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表 面效应
与之接触将是十分危险的，所以，生产和处理这种纳
米产品，其生产厂房、放置措施都将有极其严格的规
定。
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美科学家发现纳米材料有害新证据
科学家先模拟出肠道中的液体，并在其中铺上一层克隆细胞。 接着在这层细胞上涂抹二氧化钛（TiO2）----一种通常被用作白 色涂料的纳米材料。结果发现，由于与二氧化钛的"亲密"接触， 这一细胞层变得支离破碎---这暗示着要么是该纳米材料杀死了 细胞，要么就是它弱化了细胞之间的连接。
“八五863”: 纳米阻燃剂
中科院化学所
纳米领带 • 超双疏性界面材料 • 防水、防油、防污、防褪色 纳米聚丙烯管材
• 高强度、抑菌功能
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全国范围
三百多家纳米企业 以“纳米”注册的企业近百家
数十条纳米材料生产线
资金约百亿元
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五、应用现状及应用前景
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。
纳米滤膜过滤技术
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“筛”出海洋中的淡水 ！ 高分子纳米滤膜
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噪声污染控制
减小摩擦
自清洁涂料
疏水性
紫外光照 停止紫外光照
亲水性
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纳米纺织品
反射红外线型化纤 将紫外线隔离因子引入纤维中，能起到防紫 外线、阻隔电磁波，具有无毒、无刺激，不受
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纳米医药
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。
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纳米医药 食品制造采用纳米技术，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；
军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料。
雷达隐身技术 美国:“超黑粉”,对雷达波的吸收率达99％
美国总统布什2003.12.3日签署了《21世纪 纳米技术研究开发法案》，批准联邦政府在 从2005财政年度开始的4年中共投入约37
亿美元，用于促进纳米技术的研究开发
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纳米技术在日本
1962年, 久保(Kubo): 久保理论
国会: 21世纪前20年的立国之本
著名大企业: 纳米实用化技术的计划 三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线 自洁净玻璃、光催化净化水或空气
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纳米技术在其它国家
韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术
印度：像抓软件产业那样抓纳米科技
德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，
全面带动纳米技术在各个领域的发展
（1） 在人体的上皮或者表皮细胞是抵抗纳米材料的第 一道防线。
（2）细胞层的肢解可能会使纳米材料“透”过上皮细胞， 直接进入人体器官系统。
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假冒纳米技术
纳米wk.baidu.com假，可能被一些人认为是小题大做，其实不然，现在
只要留心大城市的市场上，打着“纳米家用电器”、“纳米防 辐射衣服”、“纳米防紫外线化妆品”、“纳米太阳伞”等新 奇广告招牌随处可见，就如同“绿色食品”、“基因食品”、 “数字电视”等一样，“前卫”商品堂而皇之地摆在商场的柜 台上，纳米技术的用途相当广泛这点不错，但还没有到广泛地 应用阶段，因此，一些企业借纳米造势，趁老百姓对纳米技术
高分子纳米复合材料 及其应用
钱学森(1991)：“我认为，纳米左右 和纳米以下的结构是下一阶段科技发展 的重点，会是一次技术革命，从而将在 21世纪又是一次产业革命。” 纳米技术将改变生产方式，导致生活方
式变革，带领我们进入崭新的21世纪。
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纳米就在我们身边
古代“文房四宝”中的墨水---用碳纳米微粒溶于水形成。 蜜蜂、海龟不迷路----体内用纳 米磁性微粒（相当于生物罗盘）。 人体的牙齿、骨骼都是有含钙的 羟基磷灰石(HAP).
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用于制造微型卫星和纳米卫星
1993年，美国航空航天公司就提出了纳米卫星(重约
0.1—10千克)的概念。1999年，英国、美国、瑞典各发
射了一颗纳米卫星。专用微型集成电路取代现在卫星上 使用的有关系统，使微型卫星、纳米卫星体积小、重量
轻；生存能力强，即使遭受攻击也不会丧失全部功能；
研制费用低，不需大型实验设施和跨度大的厂房；易发
针对以上现象，华南理工大学教授、博士生导师龚克 成说：“这纯属骗局。”首先，要实现“化蓝为清” 的表演效果，有许多种简单的化学反应都可以做到， 与“纳米”技术没有任何关系。其次，纳米材料的确
有一些普通材料无法达到的功能，但是，就目前纳米
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 。
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用纳米碳管建成
的地月载人电梯
构想图
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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。
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
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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
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
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中科院化冶所
“七五攻关”: 纳米碳化硅
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扫描隧道显微镜下的纳米团簇
酷似大力神杯的硅纳米结构
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纳米科技与基因工程和智能科技一
起被称为“21世纪高科技三剑客”.
在21世纪初正式登上世界经济舞台. 纳米科技的兴起,孕育了一个新的经
济模式------纳米经济的诞生.
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本章主要内容
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基本概念
纳米科技重大事件
国外纳米技术进展
洗涤、着色和磨损等影响的作用，可以有效保
护人体皮肤不受辐射伤害。
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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。
杀菌灭菌除臭型化纤
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纳米化妆品 有效成分变成纳米的水颗粒的水颗粒可 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。
查德· 费曼（Richard
Phillips Feynman ）设 想：有一天如果能按自己的 愿望任意摆布原子的排列， 人类就将成为真正意义上的
“造物主”。这是关于纳米
技术最早的梦想。
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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
纳米神算子—— 分子算盘
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。
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三、国外纳米技术进展
实心的纳米棒、纳米线、量子线
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朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 称量单个原子重量的“纳米秤”
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DNA开关
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纳米技术在美国
2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就业机会 能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料 本世纪前10年几个关键领域之一 制定了“国家纳米技术倡议”(NNI): • 纳米材料
• 纳米电子学、光电子学和磁学
• 纳米医学和生物学
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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。
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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。
聚合物基纳米复合材料：指用具有纳米尺寸 的其他材料与高分子材料以各种方式复合成 型的一种新型复合材料。
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二.纳米科技历史重大事件：
1959年，著名物理学家理
也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体（俗称
“生物导弹”）
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微型武器 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。
的内涵还不太清楚，或把一点点皮毛的加工谎称为纳米技术，
或以“微米技术”“降格”充当，甚至置纳米材料不会释放微 波这一普通常识不顾，声称自己产品能释放保健微波来欺骗消 费者。
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“纳米水” 广州一家公司用所谓的“纳米水”把老百姓搞得晕头转向 ：这家 公司把“纳米水”说得神乎其神：抗疲劳、耐缺氧、抵抗细菌、 降火排毒，长期饮用可“水到病除”，甚至还可以“增强女士防 匪徒强暴的能力”。据称，“纳米水”将缔造一个水的“神话”， 引起一次“饮用水革命”。据介绍，该公司还有“纳米口红”、 “纳米衣服”、“纳米牙膏、牙刷”等，不过目前尚未上市。 这种“纳米水”的关键在于所谓的“纳米珠”。在这家公司的现 场演示中，一位所谓的“经理”拿出一把大小不一、颜色各异的 椭圆形小珠，称这就是麦饭石与纳米特殊材料制作而成的“纳米 珠”。他往两杯清水里加入纯蓝墨水，然后抓起一把“纳米珠” 放到其中一个杯子里，几分钟后，这杯水颜色变淡，而另一杯没 有“纳米珠”的水则还是老样子。这位经理得意地说，看，这就 是纳米珠的厉害，多脏的水都不怕。回到家里，只要往自来水里 放几颗，直接就可饮用啦，而且水中含有18种有益人体的微量元 素，可以增强免疫力等。记者试着喝了一口，感觉和一般的纯净 水没有区别。据了解，每盒纳米珠要300元，买齐整套设备（一台 饮水机、一桶水和十盒纳米珠）则需3800元。 43
法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金 世界都在迎接纳米时代的到来
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四、中国纳米技术进展
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 准一维纳米丝和纳米电缆 张立德(固体物理所) 清华大学:氮化镓纳米棒 范守善 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