纳米材料及应用要点

静态随即存储器
激光唱片
肉眼看激光唱片(Compact Disk, CD)，表面十分光 滑。从微观上看，光盘上面有凹凸不平的凹痕和 突起。
纳米存储器
• 上图：Millipede - 第 一个应用于数据存 储的纳米技术
• 下图：Millipede存储 芯片的实验室原型。
• 2008年2月1日
• 亚利桑那州立大学David K. Ferry提出利用纳米线 连接电路建立三维堆砌芯片的构想，将大大提高 计算机的运行速度。
• A 1990年，美国加州的IBM研究室D.M.Eigler等 人利用STM在4K和超真空环境中，在Ni的表面 上将35个氙原子排布成最小的IBM商标。这张 放大了的照片登在《时代》周刊上，被称为当 年最了不起的公司广告，轰动全球。从此开创 了一个崭新的纳米世界。
• 每个字母高5nm。Xe原子间最短距离约为1nm。这种原子搬迁的 方法就是使显微镜探针针尖对准选中的Xe原子、使针尖接近 Xe 原子、使原子间作用力达到让Xe原子跟随针尖移动到指定位置而 不脱离Ni的表面。用这种方法可以排列密集的Xe原子链。
1993年后，我国科学家先后操纵原子写出“中国”、“原 子”、绘出中国轮廓图。
• 1994年，中国科学院化学所和中国科学院北京 真空物理室利用STM在单晶硅表面上通过提走 硅原子的方法，获得了（线宽2 nm）硅原子的 “毛泽东”。在石墨表面刻出线宽 10 nm的 “中国”字符。汉字的大小只有几个纳米
在生物医学领域的应用
纳米泵人造红细胞
• 它比体内血液 中的红细胞要 多携带200多 倍的氧气。
血液形态图
纳米技术与基因疗法的结合
• 瑞典科学家制作的微型医 用机器人，可移动并捡起 肉眼看不见的玻璃珠。
• 用这种微型机器手将果蝇 的染色体基因进行信号移 动，培育出的果蝇多长了 一个胸脯和翅膀，甚至把 果蝇的眼睛和翅膀挪位；
2.拯救水资源
• 特种半导体纳米材料使海水淡化； • 纳米TiO2可以用来降解有机磷，降解毛纺染整废
水，降解石油 ……
• 利用具有半导体特性的纳米氧化物粒子如 F的e2导O电3、特Ti性O2，、因Zn而O能等起做到成静涂电料屏，蔽由作于用具。有较高
• 将则可纳以米有TiO效2粉地体遮按蔽一紫定外比线例。加一入般到认化为妆，品其中体，系 中只需含纳米二氧化钛0.5~1%，即可充分屏蔽 紫外线。
碳纳米管场发射显示器
1999年韩国，2000年日本制成显示器样管
在化工领域中的应用
Hale Waihona Puke Baidu1.汽车尾气
含铅汽油中的铅很容易通 过血液长期蓄积于人的肝、 肾、脾、肺和大脑中，从 而导致人的智能发育障碍 和血色素制造障碍等后果。
汽车尾气的处理：加入纳米级的 复合稀土氧化物后，对尾气的净 化特别明显，尾气中的CO、NOx 几乎完全转化。
纳米材料及其 应用
三组 2014.5
纳米技术概念的提出
纳米科技的基本思想是 在分子水平上，通过操 纵原子来控制物质的结 构。
40年前，诺贝尔物理奖得主、量子物理学家费曼所作 的题为《底部还有很大空间》的演讲，被公认为是纳 米技术思想的来源。
一、纳米材料的研究和发展历程
• 纳米结构材料首次合成
• 1984 年 ， 德 国 萨 尔 大 学 的 Gleiter教授等人首次采用 惰性 气体冷凝法制备了具有清洁表 面的纳米金属粉末，然后在真 空室中原位加压成纳米固体， 并提出了纳米材料界面结构模 型，制备了具有清洁表面的纳 米晶体Pd, Fe, Cu等块状材料。 随 后 发 现 TiO2 纳 米 陶 瓷 在 室 温 下出现良好韧性，使人们看到 了改善陶瓷脆性的希望。
• 白春礼院士 • 1988年4月12日， • 中国第一台计算机 • 控制的STM研制成功。
纳米材料的应用
• 光电材料 • 环境和能源 • 生物医学 • 航天和航空 • 军事
FROM: www.nanoforum.org
光电材料
纳米碳管
• 碳纳米管是直径非常细的中空管状 纳米材料，它能够大量地吸附氢气， 成为许多个“纳米钢瓶” 。
• 第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具 有特定功能的纳米尺度的分子装置
• 第三代纳米机器人是包含纳米计算机，可以进行 人机对话的装置。一旦问世将彻底改变人类的劳 动和生活方式。
纳米清洁工
• 科学家设想制造出负责清扫血 管的纳米机器人（清洁工）， 专门负责清扫血管壁上的胆固 醇、凝血等沉积物，以预防脑 血栓等心血管病；同时也可以 制作出清扫体内癌细胞的机器 人。
果蝇：遗传学和分子发育生物学的国王 图中左侧为雌性，右侧为雄性
纳米机器 • “纳人米机器人”的研制是根据分子水平的生物学原理
为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功 能分子器件”。
• 第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机 结合体 可注入人体血管内，进行健康检查和疾 病治疗。还可进行人体器官的修复工作、作整容 手术、从基因中除去有害的ＤＮＡ，把正常的Ｄ ＮＡ安装在基因中，使机体正常运行。
• 目前，日本等国已有部分纳米二氧化钛的化妆 品问世。
3.走进你家里
• 纳米TiO2：在光照条件下，会产生具有非常强的氧 化能力的空穴，从而将附在表面上的有机物、细菌 及其它灰尘分解掉，直至生成CO2和H2O。
• 杀菌、除味：由于纳米ZnO具有大的比表面积，可 以很快地吸收并分解臭气，同时还能有效地杀菌。 对黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率高达95%以上。
在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子 排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。
1991年元旦前夕，日本日立电
子公司向公众展示了一个原子 大小的新年祝词——“peace91” （和平91）。每个字母的高度 均小于1.5纳米，它是把硫原子 一个一个地从二硫化钼晶体上 轰击出来写成的。美国商业机 器公司的“IBM”是在-263℃下 拼出的，而日立公司的祝词则 是在室温下完成的。该成就表 明，纳米技术从此步入了实用 阶段。
• 研究表明，约2/3的氢气能够在常 温常压下从碳纳米管中释放出来。
• 据预测，到2010年，就可以生产出 氢气汽车，只需携带1.5升左右的 储氢纳米碳管，即可行驶500km。
H2
集成电路
一块用来制作大规模集成电路的芯片，上面有 许多的沟槽，这张片能够清晰的显示出沟槽的 深浅和走向。
CPU
SRAM