纳米科学概述

纳米科学技术概述

1．研究报告

纳米科技的前景（积极）及可能存在的问题（健康及环境威胁）2. 2008年九大纳米产品简介

啤酒瓶纳米复合材料（食品包装）、纳米防弹衣（军事安全）、纳米电池（电化学）、DNA测试（医学）、纳米等级汽车光泽剂（清洁）、纳米太阳能电池（能源）、金纳米微粒女性试孕纸（生活）、纳米网球（运动）、纳米止血绷带（卫生）

3．介观领域概念

广义及狭义介观领域

4. 纳米科学技术基本概念与内涵

1）纳米：是单位也是思维方式；

2）纳米科学、纳米技术概念；

3）纳米科技的主要研究内容（三个方面）及分支学科；

4）纳米材料含义、分类（按结构、按组成、按应用）及新性质（表、界面效应及影响及其它：见教材Page4-5）

5）纳米科技最终目标；

6）纳米材料与传统材料差别；

7）纳米科技分类：

a、纳米材料：主要类型、研究的两个方面

b、纳米器件：含义、特点、纳米技术与微电子技术区别及制造纳米产品技术路线（top-down/bottom up）

c、纳米尺度的检测与表征：含义及研究内容、STM及应用实例

5. 纳米科学技术的发展史

1）纳米材料及纳米技术的自然存在：

牙釉质、天体陨石碎片、海洋亚微米胶体粒子；蜜蜂、磁性细菌、鸽子、海龟及螃蟹的磁体微粒；壁虎飞檐走避、莲花效应、蝴蝶翅膀的光子晶体；

2）纳米技术的人工造就：

a、无意识的造就

中国墨、古铜镜面、2000年前古希腊及罗马染发及现代模拟、b、有意识的制作

There’s Plenty of Room at the Bottom——Richard Feynman

1861胶体粒子及胶体化学、1932透射电子显微镜TEM、铂超微颗粒催化剂、金属或金属氧化物颗粒的制备及表征（X射线、电子显微镜）

c、自觉地（理论）研究

1950-1960电子波函数相干现象、1961久保理论——超微粒子的量子限域理论、1963气体蒸发冷凝法制得纳米微粒及其表征、1973年半导体超晶格及半导体隧道效应

d、系统研究（久保理论日臻完善）

70年代末80年代初，金属颗粒费米面附近电子能及状态的久保

理论日趋完善、1974谷口提出nanotechnology、70年代末MIT 纳米等级硅基纳米陶瓷粉末规模化生产、1977 MIT 的学生Drexler 分子装臵的提出（视为疯子）、1981年IBM的STM可观及可控原子（精度0.01nm）、1984年纳米结构材料首次合成、1985年富勒烯、1987年纳米TiO2多晶体、1988年巨磁电阻效应、1990费曼纳米科技的基本思想、1990年纳米多孔硅光至发光现象、1991年NEC的饭岛多、单壁纳米碳管

3）纳米科技发展三个阶段

1990年前实验室探索、—1994根据特性设计纳米复合材料、1994-至今纳米组装研究

6、纳米组装体系：

纳米结构及构成基本单元、纳米组装体系含义及分类、鲍鱼壳7、纳米技术开展情况（从几个角度看）

1）美国、中国

2）国家纳米科技发展态势及特点：

a、概况：

发达国家：美、日、欧盟

新兴工业化经济体：韩国、中国台湾

发展中大国：中、南非、印度

b、成就：

纳米科技论文；专利；

c、各国专长：

美、日、中国

8、发展纳米技术的意义

讲义

1宏观领域、微观领域、介观领域纳米科技研究范畴

宏观领域是指以人的肉眼可见的最小物体开始为下限，上至无限大的宇宙天体；

微观领域是以分子原子为最大起点，下限是无限小的领域，如基本粒子：电子、质子、中子等；

介观领域：在宏观领域和微观领域之间，包括了从微米(1-100 μm)、亚微米，纳米到团簇尺寸(从几个到几百个原子以上尺寸)的范围。

广义上来说，凡是出现量子相干现象的体系统称为介观体系，包括团簇、纳米体系和亚微米体系；狭义上，纳米体系和团簇从这种介观范围独立出来，形成一个单独的领域。

2纳米科学技术基本概念与内涵

纳米：长度范围，10-9m；也代表了一种全新的思维方式。

纳米科学：20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新领域，是研究在千万分之一米(10–7m)到十亿分之一米(10–9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学。

纳米技术：在以上尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的

技术，又称为纳米技术。

纳米科技研究的内容：

a创造和制备优异性能的纳米材料——物质基础

包括：团簇、纳米颗粒与粉体，纳米碳管和一维纳米材料，纳米薄膜，纳米块材等纳米材料的制备技术、原理及性质

b制备各种纳米器件和装臵——目标

直接利用物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品

c探测和分析纳米区域的性质和现象——前提

扫描隧道电子显微镜(Scanning Tunneling Microscope, STM)及AFM，XRD，SEM，TEM，激光粒度仪，比表面吸附(研究晶相、尺寸、表面等)，紫外可见光吸收光谱，荧光光谱，热分析，磁性仪等。

学科分支：纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。

3纳米材料

定义：把组成相或晶粒结构的尺寸控制在1-100纳米范围的具有特殊功能的材料称为纳米材料

两层含义：

a至少在某一维方向，尺度小于100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm，如纳