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1959年，著名物理学家、诺贝尔将获得者理查德·费因曼 (1918-1988)预言，人类可以用小的机器制作更小的机器， 最终能实现根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品， 这是关于纳米技术最早的梦想。(来自他在美国物理学会 召开的年后上所做的《There’s plenty of room at the bottom》)
1999年后，纳米技术产业逐步走向商业化。
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10
纳米技术的发展沿革
• 2010年: 80万纳米科技人才 GDP 1万亿美元 200万个就业机会
• 本世纪前10年几个关键领域之一
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11
• 纳米碳管 • 蛋白质、DNA、RNA、病毒 • 单电子晶体管……
TEM Image of carbon nanotube
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14
Nanoscale = High Ratio of Surface Area to Vol.
Repeat 24 times
For example, 5 cubic centimeters – about 1.7 cm per side – of
material divided 24 times will produce 1 nanometer cubes and
h
16
纳米材料的独特性质
宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧
道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道 效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产 生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子 隧道效应。
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17
纳米材料的独特性质
量子尺寸效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能 级附近的电子能级由连续态分裂成分立能 级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、 静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会 出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、 光、声、热、电、超导电性能变化。
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9
纳米技术的发展沿革
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。
1993年，中科院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功 写字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。
1997年，巴西和美国科学家设计出世界上最“小”的秤， 它能够称量出十亿分之一克的物体，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的秤。
常窄，小的水滴只能在“山头”间跑来
跑去，却休想钻到荷叶内部。于是荷
花便h 有了疏水的性能
3
神奇的纳米——看字断案
我国安徽省出产的著名徽墨能保持毛笔字有光泽且较长时间不褪色。 制作墨汁或黑墨的主要原料是烟炱。烟炱是什么？它就是烟凝结成 的黑灰。制墨时所用的黑灰越细，墨的保色时间越长。徽墨用纳米 级大小的松烟炱（即所谓‘精烟徽墨’）和树胶及少量香料及水分制 成，所以很名贵。
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4
• 什么是纳米技术？
纳米技术是指在原子、分子和超分子量级，即尺寸在 大约1~100 nm下进行测量、设计和操控的能力，目的是理 解、制造并使用由于小尺寸而具有的、本质上区别于传统 材料的新特性、新功能材料的结构、装置和系统。
• 纳米究竟有多小？
1纳米(nm）＝10-9米(m) 地球＝１米 乒乓球 ＝ １纳米
生物医学纳米技术
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1
神奇的纳米——纳米天天见
• 洗车巾？ • 篮球鞋？ • 抗菌茶具？ • 家电？
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2
神奇的纳米——出淤泥而不染
荷叶的表面上有许多微米级的突起。
每 个 突 起 是 由 许 多 直 径 为 200 纳 米 左
右的小突起组成的。这些突起在荷叶
的表面形成了密密麻麻分布的无数“小
山”，“小山”与“小山”之间的“山谷”非
noncrystalline, an aggregate of crystallites or a single
crystallite
• Nanocrystal
- A solid particle that is a single crystal in the nanometer range
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7
纳米技术的发展沿革
AFM Image of DNA
SEM Image of SET
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12
纳米材料的独特性质
• 表面与界面效应
纳米晶体粒表面原子数 与总原子数之比随粒径 变小而急剧增大后所引 起的性质上的变化。
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13
纳米材料的独特性质
• Spherical iron nanocrystals
• J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142
h
• Physical
• Chemical
• Electrical
• Mechanical
• Optical
• Magnetic
• ……
5
h
6
• Cluster
- A collection of units (atoms or reactive molecules) of up to
about 50 units
h
18Leabharlann Baidu
纳米材料的独特性质
纳米材料离散能H级OM分O布,示hig意h图est。uLnoUcMcuOpi,eldowmeoslteuhcnuolacrcuoprbieidtaml, o最le高cu空lar分o子rb轨ita道l, 。最低空分子轨道; 19
• Colloids
- A stable liquid phase containing particles in the 1-1000 nm
range. A colloid particle is one such 1-1000 nm particle.
• Nanoparticle
- A solid particle in the 1-100 nm range that could be
1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显 微镜，为人类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促进作用
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8
纳米技术的发展沿革
1989年，美国斯坦福大学搬走原子团“写” 下斯坦福大学英文；1990年美国国际商用 机器公司在镍表面用36个氙原子排出 “IBM”字样。
spread in a single layer could cover a football field
h
15
纳米材料的独特性质
小尺寸效应
当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗 意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺 寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其 声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现 象。
1999年后，纳米技术产业逐步走向商业化。
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纳米技术的发展沿革
• 2010年: 80万纳米科技人才 GDP 1万亿美元 200万个就业机会
• 本世纪前10年几个关键领域之一
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• 纳米碳管 • 蛋白质、DNA、RNA、病毒 • 单电子晶体管……
TEM Image of carbon nanotube
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Nanoscale = High Ratio of Surface Area to Vol.
Repeat 24 times
For example, 5 cubic centimeters – about 1.7 cm per side – of
material divided 24 times will produce 1 nanometer cubes and
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纳米材料的独特性质
宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧
道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道 效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产 生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子 隧道效应。
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纳米材料的独特性质
量子尺寸效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能 级附近的电子能级由连续态分裂成分立能 级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、 静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会 出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、 光、声、热、电、超导电性能变化。
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纳米技术的发展沿革
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。
1993年，中科院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功 写字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。
1997年，巴西和美国科学家设计出世界上最“小”的秤， 它能够称量出十亿分之一克的物体，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的秤。
常窄，小的水滴只能在“山头”间跑来
跑去，却休想钻到荷叶内部。于是荷
花便h 有了疏水的性能
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神奇的纳米——看字断案
我国安徽省出产的著名徽墨能保持毛笔字有光泽且较长时间不褪色。 制作墨汁或黑墨的主要原料是烟炱。烟炱是什么？它就是烟凝结成 的黑灰。制墨时所用的黑灰越细，墨的保色时间越长。徽墨用纳米 级大小的松烟炱（即所谓‘精烟徽墨’）和树胶及少量香料及水分制 成，所以很名贵。
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• 什么是纳米技术？
纳米技术是指在原子、分子和超分子量级，即尺寸在 大约1~100 nm下进行测量、设计和操控的能力，目的是理 解、制造并使用由于小尺寸而具有的、本质上区别于传统 材料的新特性、新功能材料的结构、装置和系统。
• 纳米究竟有多小？
1纳米(nm）＝10-9米(m) 地球＝１米 乒乓球 ＝ １纳米
生物医学纳米技术
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神奇的纳米——纳米天天见
• 洗车巾？ • 篮球鞋？ • 抗菌茶具？ • 家电？
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神奇的纳米——出淤泥而不染
荷叶的表面上有许多微米级的突起。
每 个 突 起 是 由 许 多 直 径 为 200 纳 米 左
右的小突起组成的。这些突起在荷叶
的表面形成了密密麻麻分布的无数“小
山”，“小山”与“小山”之间的“山谷”非
noncrystalline, an aggregate of crystallites or a single
crystallite
• Nanocrystal
- A solid particle that is a single crystal in the nanometer range
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纳米技术的发展沿革
AFM Image of DNA
SEM Image of SET
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纳米材料的独特性质
• 表面与界面效应
纳米晶体粒表面原子数 与总原子数之比随粒径 变小而急剧增大后所引 起的性质上的变化。
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纳米材料的独特性质
• Spherical iron nanocrystals
• J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142
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• Physical
• Chemical
• Electrical
• Mechanical
• Optical
• Magnetic
• ……
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• Cluster
- A collection of units (atoms or reactive molecules) of up to
about 50 units
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18Leabharlann Baidu
纳米材料的独特性质
纳米材料离散能H级OM分O布,示hig意h图est。uLnoUcMcuOpi,eldowmeoslteuhcnuolacrcuoprbieidtaml, o最le高cu空lar分o子rb轨ita道l, 。最低空分子轨道; 19
• Colloids
- A stable liquid phase containing particles in the 1-1000 nm
range. A colloid particle is one such 1-1000 nm particle.
• Nanoparticle
- A solid particle in the 1-100 nm range that could be
1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显 微镜，为人类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促进作用
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纳米技术的发展沿革
1989年，美国斯坦福大学搬走原子团“写” 下斯坦福大学英文；1990年美国国际商用 机器公司在镍表面用36个氙原子排出 “IBM”字样。
spread in a single layer could cover a football field
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纳米材料的独特性质
小尺寸效应
当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗 意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺 寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其 声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现 象。