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纳米技术发展史
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖 获得者理查德·费曼预言,人类可 以用小的机器制做更小的机器,最 后将变成根据人类意愿,逐个地排 列原子,制造产品,这是关于纳米 技术最早的梦想。
20世纪70年代 ,科学家开始从不 同角度提出有关纳米科技的构想, 1974年,科学家唐尼古奇最早使用 纳米技术一词描述精密机械加工
1982年 ,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,揭示了一个 可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极的促进作用。
1990年7月 ,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米 科学技术的正式诞生。
1991年 ,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却 是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为, 纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关 以及纳米级电子线路等
纳米技术
演讲人:刘欢欢
1
内容提要
纳米技术介绍 纳米技术的发展 纳米技术的应用 纳米技术的前景
2
纳米技术简介
纳米是英文nano的译名,是一种长度单位,原称 毫微米,就是10的-9次方米 。纳米结构通常是指尺 寸在100纳米以下的微小结构 。纳米科学与技术,有 时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米 范围内材料的性质和应用。
8
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。
9
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。
4
1993年 ,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英 文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“I BM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写 出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地
1997年 ,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术 可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子 计算机
第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段,纳米结构物质和 纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制 取的有机纳米材料,其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的 市场规模在50亿至200亿美元之间。
在第三个阶段,大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要 求有高级的计算机设计/制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术 和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。
1999年 ,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小 的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重 量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了 美国和巴西科学家联合创造的纪录。
近年 ,近年来,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占 纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新 5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国 将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基
础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。
5
纳米技术的发展阶段
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:
第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳 米结构物质。这需要使用计算机设计/制造技术和现有工厂的设备和 超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。
7
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。
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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。
纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分 子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现 代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学 (混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学) 和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微 镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术 又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳 米材科学、纳机械学等。
纳米技术不同于微米技术。后者是利用光刻及腐蚀等技术,从宏观尺度 自上而下地进行材料的制造,集中表现在集成电路的生产等方面。而纳米技 术则相反,其突出特点是基于自组装这种自下而上的方式制造纳米材料。当 然,纳米材料的制造不完全依靠自组装,为了保证批量生产的效率,也会同 时Leabharlann Baidu用光刻技术。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域, 而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的 性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在 20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、 导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导 电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米 大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们 就正式把这类材料命名为纳米材料。
纳米技术发展史
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖 获得者理查德·费曼预言,人类可 以用小的机器制做更小的机器,最 后将变成根据人类意愿,逐个地排 列原子,制造产品,这是关于纳米 技术最早的梦想。
20世纪70年代 ,科学家开始从不 同角度提出有关纳米科技的构想, 1974年,科学家唐尼古奇最早使用 纳米技术一词描述精密机械加工
1982年 ,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,揭示了一个 可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极的促进作用。
1990年7月 ,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米 科学技术的正式诞生。
1991年 ,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却 是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为, 纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关 以及纳米级电子线路等
纳米技术
演讲人:刘欢欢
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内容提要
纳米技术介绍 纳米技术的发展 纳米技术的应用 纳米技术的前景
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纳米技术简介
纳米是英文nano的译名,是一种长度单位,原称 毫微米,就是10的-9次方米 。纳米结构通常是指尺 寸在100纳米以下的微小结构 。纳米科学与技术,有 时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米 范围内材料的性质和应用。
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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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1993年 ,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英 文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“I BM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写 出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地
1997年 ,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术 可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子 计算机
第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段,纳米结构物质和 纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制 取的有机纳米材料,其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的 市场规模在50亿至200亿美元之间。
在第三个阶段,大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要 求有高级的计算机设计/制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术 和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。
1999年 ,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小 的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重 量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了 美国和巴西科学家联合创造的纪录。
近年 ,近年来,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占 纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新 5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国 将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基
础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。
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纳米技术的发展阶段
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:
第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳 米结构物质。这需要使用计算机设计/制造技术和现有工厂的设备和 超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。
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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。
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。
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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。
纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分 子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现 代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学 (混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学) 和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微 镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术 又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳 米材科学、纳机械学等。
纳米技术不同于微米技术。后者是利用光刻及腐蚀等技术,从宏观尺度 自上而下地进行材料的制造,集中表现在集成电路的生产等方面。而纳米技 术则相反,其突出特点是基于自组装这种自下而上的方式制造纳米材料。当 然,纳米材料的制造不完全依靠自组装,为了保证批量生产的效率,也会同 时Leabharlann Baidu用光刻技术。
过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域, 而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的 性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在 20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、 导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导 电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米 大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们 就正式把这类材料命名为纳米材料。